民用建筑设计中节能设计的有效应用分析

朱皆杰

摘 要：节能设计是优化提升民用建筑设计成效的必然路径，更是充分满足建筑设计领域可持续发展导向的关键基石，理应采取科学合理的节能设计方法，对民用建筑设计方案予以优化完善。基于此，首先介绍我国民用建筑节能现状，分析基于民用建筑的节能设计方法。在探讨民用建筑节能设计的有效策略的基础上，结合相关实践经验，分别从门窗节能、墙体节能、楼板节能以及屋顶节能等多个角度与方面，探讨了民用建筑外围护节能构造设计问题。

关键词：民用建筑设计；节能设计；方法应用；效果优化

中图分类号：TU201.5                              文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2023）01-0103-03

0 引言

在民用建筑设计中，节能设计的基础性地位不言而喻，它对提升民用建筑舒适性、降低建筑能耗流失、增加建筑运行经济效益等具有积极作用。当前形势下，技术人员应密切分析民用建筑节能设计的具体规则方法，创新利用各项节能设计要素，构造最优化的节能设计方案。

1 我国民用建筑节能现状

我国民用建筑节能技术运用经历了漫长而曲折的发展历程，其方法体系日趋完善，尤其是在提高建筑用能系数与热工性能等方面积累了丰富的经验，初步构建了基于多能源综合利用的民用建筑节能技术框架。但与世界发达国家相比，我国民用建筑节能设计起步较晚，行业经验积累相对薄弱，未来发展空间尚具备较为广阔的弹性空间。

纵观当前民用建筑节能设计实际，普遍存在着屋顶保温、外墙保温和新型供暖制冷等节能技术衔接融合不深入等共性问题，难以从源头上保证节能技术实践应用的现实活力，限制了新时期民用建筑绿色设计水平的综合提升。部分民用建筑节能设计中，对信息化与智能化的技术方法运用不足，无法以软件平台为依托，构造清晰直观的节能设计方案模型，建筑节能的具体参数校核不甚精准，建筑节能设计的可视化与模型化构造方式尚有待深化研究[1]。上述背景下，深入探讨民用建筑节能设计的具体实施方法，对于实现民用建筑在节能层面的跨越式发展具有深刻意义。

2 基于民用建筑的节能设计分析

2.1 气候设计与环境规划

民用建筑节能设计中的气候设计与环境规划是由生态学和建筑地域学衍生而来的设计理念，旨在立足民用建筑所处地域的气候条件，利用优化选址布局等方法，提高民用建筑与本地自然气候状况的融合度。在气候设计与环境规划中，又可细化分为建筑生态设计、规划选址与环境散热等部分，彼此之间关联性突出，各节能设计要素协同发挥作用，谋求实现民用建筑节能效益的最大化。气候设计与环境规划应充分体现因地制宜的基本原则，充分利用气候与环境因素的优势。

2.2 整体设计

在新时期民用建筑节能设计中，整体设计需运用宏观视野，全面把握对节能设计具有直接或间接影响的各类因素，比如太阳辐射、大气环流和地理特征等，在建筑朝向、路网布置、区域绿化、建筑体型等方面进行优化处理，构造符合民用建筑功能的微气候环境。为做好民用建筑节能的整体设计，技术人员应分别从通风角度与日照角度等进行细化控制，合理优化進入建筑室内的夏季太阳辐射量，并在冬季提高日照系数降低采暖能耗。整体设计效果的优化提升应改善热微环境，并有针对性地避免“热岛效应”“光污染”等负面作用[2]。

2.3 单体设计

与整体设计相对应，民用建筑单体设计的主要面向对象为单一化的个体建筑，通过构造符合实际的单体建筑平面、立面和剖面等，实现充分利用自然资源，降低建筑自身能耗的效果。其中，在平面风路设计中，应侧重健康通风、热舒适通风和降温通风等方法的运用，优化建筑方位朝向，合理布局导风设施等。在立面节能设计中，则应根据建筑节能的预期效果，综合确定适宜的窗墙比，并引入新型科学技术方法提高窗的热工性能。此外，可在防水层和屋面板之间布设特定保温材料，以优化围护结构节能效果。

3 民用建筑节能设计的有效策略

3.1 总体规划布局

民用建筑的总体规划布局是实现预期节能设计效果的关键所在，只有结合周围环境实际，充分利用光、水、风等自然资源条件，才能有效降低建筑自身能耗。在总体规划布局中，应综合考量建筑方位、风速风向、地表结构等要素，尊重人与自然和谐相处的基本原则要求，实现建筑能源消耗与自然环境之间的衔接平衡。一方面，应优化建筑朝向与采光通风设计，在日照资源相对丰富的地区，应降低建筑进深，争取最大限度的自然光线，减少日间对电能的消耗。另一方面，应科学选择基址，从宏观与微观角度运用内外部双气候设计方法，满足民用建筑的各项自然资源需求。

3.2 民用建筑自身系统设计策略

3.2.1 建筑体型设计

建筑体型设计应首先控制体型系数，优化围墙面积等参数，减少不必要的能耗流失。有关研究表明，建筑体型系数与建筑耗热量指标呈正相关关系。在实践中，降低民用建筑体型系数的方法包括以下3个方面：①适度提高建筑物整体高度、增大进深；②优化建筑布局紧凑性，合理控制建筑外墙凹凸变化；③加大民用建筑物体量等。

在此过程中，还应综合考虑民用建筑外在形象的美观，使体型系数与建筑平面规划相契合。同时，在基于太阳能资源利用的建筑形体设计中，则应校核南墙面积与其他外表面积之比等参数，控制窗墙比，降低建筑热能损失。

3.2.2 围护结构设计

围护结构在现代民用建筑节能设计中的作用愈发突出，可构造形成冬季保暖、夏季防晒等功能效果，且可满足自然通风和视线视野等方面的现实要求。为实现维护结构设计的节能目的，可在此区域设置可调节性的应变过滤性装置。围护结构设计可同时满足多项设计指标要求，围绕基本设计需求进行主动优化设计，并完成对民用建筑节能设计方案可行性的评价。同时，在特定设计方法支持下，可充分把握民用建筑节能设计的基本导向，在舒适度、经济性与能耗系数等方面做出差异化处理，使最终形成的建筑节能环境更具综合效益。

3.2.3 自然通风与采光设计

自然通风效果的实现过程同时也是完成建筑室内外空气交换的过程。在自然通风设计中，可充分利用热压作用与风压作用，促使空气流动。在单侧通风方面，可在民用建筑的特定位置布设开口用于通风，并合理设计开口数量与分布密度，以增强通风效率。在贯流通风方面，则应为空气的流入和流出分别设置空气通道，严格掌握一字型建筑平面进深，提升自然通风效能。在中庭通风方面，由于风压变化强度存在规律性，因此可将细化分为多种不同构造形式，优化中庭与实体空间的位置关系。在采光设计中，应充分利用场地和基地环境，优选自然采光与绿色照明方式，运用分区控制分级设计等方面，并配置节能灯具。

3.2.4 绿色空间设计

为改善民用建筑内部微气候，构造有机生态和无极生态之间的交互体系，可将绿色植被引入绿色空间设计之中。首先，可设计建筑绿色外立面，利用民用建筑在垂直方向上的高度优势，构造垂直景观效果，起到自然遮阴和净化空气的双重效果。其次，可设计生态中庭，以绿化植被形式为依托，构造可控制界面开闭的玻璃温室，创造热缓冲区，改善建筑内部热环境。最后，绿色空间设计可借助软件技术，对建筑内部绿色生态效果进行优化模拟，直观形象地展现绿色空间设计的整体构造状态，辅助择定最优绿色空间设计方案[3]。

3.3 新能源的利用与生态建材

3.3.1 太阳能和风能的利用

太阳能和风能是取之不尽用之不竭的清洁能源，更是提升民用建筑节能设计效果的重要载体。在太阳能利用中，可采用被动式太阳能技术，设计热惰性墙体结构，发挥其吸收太阳能辐射的优势作用，在冬季将太阳能辐射热量转换为建筑内部供暖资源，在夏季阻断室外热量向室内传递的路径，达到自然降温的预期效果。同时，可采用直接受益式太阳能技术，使用蓄能热力突出的建筑材料，构造形成热缓冲区，调节优化室内温度起伏，以有效降低建筑能耗。在风能利用中，则可结合民用建筑外立面造型，设置独立运行或与其他发电方式结合运行的风力发电装置，为建筑提供照明用电，实现风力能源向电力能源的转化。

3.3.2 热泵技术的利用

现代热泵技术的创新运用，为新时期民用建筑节能设计提供了更为丰富灵活的技术手段，使传统节能技术条件下难以完成的低温热源与高温热源转换目标容易实现。在热泵技术运用中，可充分利用空气源热泵、水源热泵与土壤源热泵等形式，实现理想的环境效益。其中，空气源热泵的装置构造模式相对简单，以空气热力为主要面向对象，通过特定容量的热泵实现能源转换；水源热泵则可将民用建筑的多余热量转移到水源之中，或从水源中提取能量，经提升温度后，转入建筑内部；土壤热泵则以土壤为热源，可有效保持建筑供热供冷系统状态稳定。

3.3.3 新型生态材料的利用

生态材料所独有的天然特性在绿色建筑设计中具有无可比拟的优势，可营造返璞归真、回归自然的设计效果，符合生态环境多元化的现实需要。以蓄热性能良好的玄武岩为例，它可在白天吸收热量，在外界环境温度降低后再行释放，缩小建筑内部昼夜温差，且其肌理和质感可与自然环境相契合。此外，可持续的循环再生材料中蕴藏着显著的物质能源，其获得途径包括工业材料和农业材料等，经严格加工处理后形成生态砂基透水砖、HB复合板和人造木材等。可将建筑拆除废料等进行无害化处理，形成节能、环保、生态的外立面材料，降低传统混凝土墙体的能耗系数。

3.4 建筑电气节能

尽量选择节能型变压器，有效降低系统短路和空载损失量。此外，节能型变压器还具有高节能、高工作效率、高抗冲击力等诸多使用优势，因此在目前的建筑工程中，节能型变压器的使用非常广泛。在实际设计时，设计人员应该对变压器的容量进行充分考虑。虽然变压器负载率为50%时的理论能耗最低，但在实际使用时会产生大量无功能耗，因此要充分考虑建筑工程的实际情况，选用最适合的变压器种类。合理选用电气设备，集中补偿和就地补偿结合，可更有效地节省设计、施工的成本。集中大负荷以及集中式电度表箱都要有功率补偿，通过采用合适的无功补偿措施，可有效改善施工的电压质量，降低用电损耗，从而提高电力系统的运行效率。

4 民用建筑外围护节能构造设计

4.1 门窗节能

在传统民用建筑设计中，往往不注重窗户节能措施的有效运用，所采用的窗体结构导热系数大，容易导致室内热量散发较快，无法在建筑室内形成凝聚效果。对此，一方面可采用热反射玻璃窗、中空玻璃窗等导热系数较低的窗体结构，隔绝太阳辐射，提高窗体密闭性，减少热量损耗。另一方面可适当优化北立面的窗墙比，设计水平式或垂直式遮阳板等，减少空气渗透量，对窗户节能各项性能指标进行充分校核。加强窗户框料的组热性能，设置减压槽，增加空气渗流阻力[4]。

4.2 墙体节能

在现代绿色建筑设计理论推动下，民用建筑墙体部分的节能设计更具灵活性。在墙体节能设计中，可构造基于绿色建筑功能需求的保温复合外墙，优化在绿色节能维度的性能参数，防止室内热量无序散失。可采用墙体与建筑外立面一体化的设计方法，选择具有导热系数低、可持续、可再生等特征的墙体构造材料，使墙体围护结构的绿色节能效果更趋稳定，防止墙体结露。运用复合外墙保温、玻璃幕墙与新型生态墙体等，阻断建筑结构中常见的冷热桥现象，改善墙体保温性能。

4.3 楼板节能

楼板在民用建筑结构中的占比较大，且与人们行为活动密切相关，优化楼板节能效果有助于改善建筑节能效果。在实践中，可用于楼板节能的技术方法包括低温辐射技术和地板送风技术，二者在构造方式与节能效果等方面存在显著差异，应结合民用建筑节能设计需求灵活运用。低温热水地板辐射技术可通过热媒热力作用，将整个地面作为散热器，利用蓄热向上辐射规律，向建筑内部空间散发热量，不仅节能环保，而且经济实惠。地板送风技术可高效实现室内空气热质交换，节约能源。

4.4 屋顶节能

建筑屋顶是接受太阳光辐射以及承受自然降水的关键区域，其节能设计效果的优劣与建筑整体节能状况密切相关。在此过程中，可设计种植屋面，利用绿色植物的蓄水涵养作用，对屋面多余雨水进行收集，形成屋面水系微循环系统，同步使用外遮阳绿色材料，改善屋面热舒适性。上述收集到的雨水可在净化处理后，进入建筑给排水系统，提高利用率。优先采用倒置式保温，或设计蓄水屋面等，提高屋面的热惰性指标，挖掘屋顶节能潜力。

5 结语

受自然环境与设计理念等要素影响，当前民用建筑节能设计实践中依然存在诸多短板与不足，束缚着建筑设计整体效果的优化。因此，技术人员应从民用建筑所处自然环境与地域特点出发，充分运用自然条件带来的节能元素，配合现代先进科學的智能化与自动化技术方法，拓展丰富建筑节能设计内涵，为彰显建筑节能设计的核心价值创造有利条件，为推动现代建筑设计行业迈向更高层次保驾护航。

参考文献

[1] 刘国成.关于民用建筑暖通空调系统节能设计策略的分析与思考[J].低碳世界，2022，12（1）：107-109.

[2] 花蕊.民用建筑节能与建筑设计中新能源的利用与研究[J].中国建筑装饰装修，2022（2）：67-69.

[3] 刘炳苡.解析绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用[J].建筑·建材·装饰，2021（24）：173-175.

[4] 刘川，王洋.研究高层民用建筑电气设计中节能减耗必要性及措施[J].中国房地产业，2021（35）：182-183.