闡述建筑設(shè)計與建筑節(jié)能

　　結(jié)合作者多年工作經(jīng)驗，從建筑的整體及外部環(huán)境、單體設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)的整體及細部構(gòu)造設(shè)計等方面淺談了如何在建筑設(shè)計中落實建筑節(jié)能觀，可供同行借鑒參考。

　　一、建筑節(jié)能的重要性

　　目前世界范圍內(nèi)石油、煤炭、天然氣三種傳統(tǒng)能源日趨枯竭，人類將不得不轉(zhuǎn)向成本較高的生物能、水利、地熱、風力、太陽能和核能，而我國的能源問題更加嚴重。我國能源發(fā)展主要存在四大問題：①人均能源擁有量、儲備量低;②能源結(jié)構(gòu)依然以煤為主，約占75%.全國年耗煤量已超過1 3億噸;③能源資源分布不均，主要表現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)能源短缺和農(nóng)村商業(yè)能源供應不足，造成北煤南運、西氣東送、西電東送;④能源利用效率低，能源終端利用效率僅為33%，比發(fā)達國家低1 0%。隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，我國的建筑能耗逐年大幅度上升，已達全社會能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗約1 3%，建筑總能耗已達全國能源總消耗量的45%。我國現(xiàn)有建筑面積為400億平方米，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑近20億平方米，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果我國繼續(xù)執(zhí)行節(jié)能水平較低的設(shè)計標準，將留下很重的能耗負擔和治理困難。龐大的建筑能耗，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的巨大負擔。因此建筑行業(yè)全面節(jié)能勢在必行。全面的建筑節(jié)能有利于從根本上促進能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源供應與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾;有利于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展;有利于長遠地保障國家能源安全、保護環(huán)境、提高人民群眾生活質(zhì)量、貫徹落實科學發(fā)展觀。

　　二、全面的建筑節(jié)能的涵義

　　全面的建筑節(jié)能，就是建筑全壽命過程中每一個環(huán)節(jié)節(jié)能的總和。是指建筑在選址、規(guī)劃、設(shè)計、建造和使用過程中，通過采用節(jié)能型的建筑材料、產(chǎn)品和設(shè)備，執(zhí)行建筑節(jié)能標準，加強建筑物所使用的節(jié)能設(shè)備的運行管理，合理設(shè)計建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，提高采暖、制冷、照明、通風、給排水和管道系統(tǒng)的運行效率，以及利用可再生能源，在保證建筑物使用功能和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源。全面的建筑節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，必須由國家立法、政府主導，對建筑節(jié)能作出全面的、明確的政策規(guī)定，并由政府相關(guān)部門按照國家的節(jié)能政策，制定全面的建筑節(jié)能標準;要真正做到全面的建筑節(jié)能，還須由設(shè)計、施工、各級監(jiān)督管理部門、開發(fā)商、運行管理部門、用戶等各個環(huán)節(jié)，嚴格按照國家的節(jié)能政策和節(jié)能標準的規(guī)定，全面地貫徹執(zhí)行各項節(jié)能措施，從而使每一位公民真正樹立起全面的建筑節(jié)能觀，將建筑節(jié)能真正落到實處。

　　三、在建筑設(shè)計中貫徹落實全面的建筑節(jié)能

　　建筑設(shè)計是全面的建筑節(jié)能中一個很重要的環(huán)節(jié)，有利于從源頭上杜絕能源的浪費。

　　1、整體及外部環(huán)境的節(jié)能設(shè)計

　　建筑整體及外部環(huán)境設(shè)計是在分析建筑周圍氣候環(huán)境條件的基礎(chǔ) 上，通過選址、規(guī)劃、外部環(huán)境和體型朝向等設(shè)計，使建筑獲得一個 良好的外部微氣候環(huán)境，達到節(jié)能降耗的目的。

　　(1)合理選址建筑選址主要是根據(jù)當?shù)氐臍夂?、土質(zhì)、水質(zhì)、地形及周圍環(huán)境條件等因素的綜合狀況來確定。建筑設(shè)計中，既要使建筑在其整個生命周期中保持適宜的微氣候環(huán)境，為建筑節(jié)能創(chuàng)造條件，同時又要不破壞整體生態(tài)環(huán)境的平衡。

　　(2)合理的外部環(huán)境設(shè)計在建筑位址確定之后，應研究其微氣候特征。根據(jù)建筑功能的需求，應通過合理的外部環(huán)境設(shè)計來改善既有的微氣候環(huán)境，創(chuàng)造建筑節(jié)能的有利環(huán)境，主要方法為：①在建筑周圍合理布置樹木、植被，既可有效地遮擋風沙、凈化空氣，還能遮陽、降噪，從而減少空調(diào)能耗;②創(chuàng)造人工自然環(huán)境，如在建筑附近設(shè)置水面，利用水來平衡環(huán)境溫度、降風沙及收集雨水等作用。

　　(3)合理的規(guī)劃和體型設(shè)計合理的建筑規(guī)劃和體型設(shè)計能有效地適應惡劣的微氣候環(huán)境。它包括對建筑整體體量、建筑體型及建筑形體組合、建筑日照及朝向等方面的確定。像蒙古包的圓形平面，圓錐形屋頂能有效地適應草原的惡劣氣候，起到減少建筑的散熱面積、抵抗風沙的效果;對于沿海濕熱地區(qū)，引入自然通風對節(jié)能非常重要，在規(guī)劃布局上，可以通過建筑的向陽面和背陰面形成不同的氣壓，即使在無風時也能形成通風，在建筑體型設(shè)計上形成風洞，使自然風在其中回旋得到極好的通風效果，達到節(jié)能的目的。日照及朝向選擇的原則是冬季能獲得足夠的日照并避開主導風向，夏季能利用自然通風并防止太陽輻射。然而建筑的朝向、方位以及建筑總平面的設(shè)計應考慮多方面的因素，建筑受到社會歷史文化、地形、城市規(guī)劃、道路、環(huán)境等條件的制約，要想使建筑物的朝向均滿足夏季防熱和冬季保溫是困難的，因此，只能權(quán)衡各個因素之間的得失，找到一個平衡點，選擇出這一地區(qū)建筑的最佳朝向和較好朝向，盡量避免東西向日曬。

　　2、單體的節(jié)能設(shè)計

　　單體的節(jié)能設(shè)計，主要是通過對建筑各部分的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計、建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計，以及一些新型建筑節(jié)能材料和設(shè)備的設(shè)計與選擇等，來更好地利用既有的建筑外部氣候環(huán)境條件，以達到節(jié)能和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境的效果。

　　(1)建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計

　　建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計，主要是在滿足其作為建筑的基本組成部分的要求之外，通過對建筑各部位(屋頂、樓板、墻體、門窗、梁柱等)的造型、結(jié)構(gòu)、材料等方面加以進一步優(yōu)化設(shè)計，充分利用建筑建筑材料自身特性的有利條件，減少能耗和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境，從而達到節(jié)能的效果。具體有以下五個方面：

　　1)屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計。屋頂是建筑物與室外大氣接觸的一個重要部分，也是建筑室內(nèi)與外部空間能量發(fā)生交換，造成室內(nèi)能量損失的主要部位之一。我們通常主要采取以下節(jié)能措施：①采用坡屋頂;②屋面設(shè)保溫層;③根據(jù)不同地區(qū)需要，設(shè)置保溫隔熱屋面(架空隔熱屋面、蓄水屋面、種植屋面等)。

　　2)樓板的節(jié)能設(shè)計。主要是利用其結(jié)構(gòu)中空空間，以及對房間頂板的吊頂造型加以設(shè)計利用。如將循環(huán)水管布置預制樓板的中空孔中或現(xiàn)澆板面上，夏季可以利用冷水循環(huán)降低室內(nèi)溫度，冬季利用熱水循環(huán)取暖。

　　3)建筑外圍墻體的節(jié)能設(shè)計。墻體是建筑室內(nèi)與外部空間接觸面積很大，容易造成室內(nèi)能量損失的部位。墻體的節(jié)能設(shè)計，除了適應不同地區(qū)的氣候條件，正常做好墻體保溫、防潮、隔熱等措施以外，還應體現(xiàn)在改善微氣候環(huán)境條件的特殊構(gòu)造上，如寒冷地區(qū)的夾心墻體設(shè)計、被動式太陽房中各種蓄熱墻體(如水墻)設(shè)計以及國外較多采用的導風墻體設(shè)計。如，在馬來西亞，楊經(jīng)文設(shè)計的檳榔嶼州MennaruUmno大廈外墻中，則外加了一種“捕風墻”的特殊構(gòu)造設(shè)計，在建筑兩側(cè)設(shè)陽臺開口，開口兩側(cè)外墻上布置兩片擋風墻，使兩通風墻形成喇叭狀的口袋，將風捕捉到陽臺內(nèi)，然后通過陽臺門的開口大小控制進風量，形成“空氣鎖”，可以有效地控制室內(nèi)通風。

　　4)建筑門窗的節(jié)能設(shè)計。據(jù)統(tǒng)計資料，在我國既有的高耗能建筑中有40%的耗能是通過門窗散失的。因此，解決好門窗節(jié)能的問題相當重要。門窗的節(jié)能設(shè)計主要考慮以下幾個方面： ①控制建筑不同朝向的窗墻面積比，從而減少不利朝向外窗的能量損失。如在寒冷地區(qū)，盡量減少北向開窗面積可以有效減少建筑冬季能耗損失;②設(shè)置各種形式的外遮陽：我國節(jié)能標準中規(guī)定，夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)中，夏季制冷負荷大的建筑的外窗(包括透明幕墻)宜設(shè)置外部遮陽;設(shè)置外遮陽后，建筑的夏季制冷能耗會有比較明顯的降低③合理地組織門窗的通風換氣，盡量采用自然通風，少用、不用空調(diào)通風;④嚴寒、寒冷地區(qū)建筑的外門宜設(shè)門斗或采取其它減少冷風滲透的措施，其它地區(qū)建筑外門也應采取保溫隔熱節(jié)能措施;⑤選擇節(jié)能性能高的建筑門窗和幕墻：建筑門窗和建筑幕墻要改變消極保溫隔熱的單一節(jié)能觀念，把節(jié)能和合理利用太陽能、地下熱(水)能、風能結(jié)合起來，積極選擇節(jié)能和用能(利用太陽能、冷能、風能、地熱能)相結(jié)合的門窗及幕墻產(chǎn)品。

　　5)建筑物圍護結(jié)構(gòu)細部的節(jié)能設(shè)計。細部的節(jié)能設(shè)計對于建筑物的整體節(jié)能也非常重要，應從以下各部位著手：①熱橋部位應采取可靠的保溫與“斷橋”措施，熱橋部位主要指建筑外維護結(jié)構(gòu)中熱量傳遞較快的鋼筋混凝土梁、柱、架空樓板等部位;②外墻出挑構(gòu)件及附墻部件，如陽臺、雨罩、靠外墻陽臺欄板、空調(diào)室外機擱板、附壁柱、凸窗、裝飾線等均應采取隔斷熱橋和保溫措施;③窗口外側(cè)四周墻面應進行保溫處理;④門、窗框與墻體之間的縫隙，應采用高效保溫材料填堵;⑤門、窗框四周與抹灰層之間的縫隙，宜采用保溫材料和嵌縫密封膏密封，避免不同材料界面開裂，影響門、窗的熱工性能;⑥采用全玻璃幕墻時，隔墻、樓板或梁與幕墻之間的間隙，應填充保溫材料。

　　(2)合理的建筑空間設(shè)計

　　合理的空間設(shè)計是在充分滿足建筑使用功能要求的前提下，對建筑空間進行合理分隔 (平面分隔和豎向分隔)，以改善室內(nèi)保溫、通風、采光等微氣候條件，達到節(jié)能目的。如在北方寒冷地區(qū)的住宅設(shè)計中，就經(jīng)常將使用頻率較少的房間如廚房、餐廳、次臥室等房間布置在北側(cè)，形成對北側(cè)寒冷空氣的“溫度阻尼區(qū)”，從而達到節(jié)能及保證使用頻率較多房間的舒適度的目的;在有采暖空調(diào)房間的建筑里，盡量將采暖空調(diào)房間集中布置，以避免在采暖空調(diào)房間與非采暖空調(diào)房間之間發(fā)生大面積的能量交換，造成大量能量浪費。國外，在印度柯里亞的管式住宅及干城章嘉公寓樓的設(shè)計中，設(shè)計師通過對不同需求空間的豎向分隔，達到了極佳的通風降溫效果。

　　3、選用建筑節(jié)能材料合理選用

　　建筑節(jié)能材料也是全面實現(xiàn)建筑節(jié)能的一個重要方面。建筑材料的選擇應遵循健康、高效、經(jīng)濟、節(jié)能的原則。一方面，隨著科技的發(fā)展，大量的新型高效材料會不斷被研制出來并應用到建筑設(shè)計中去，更好地起到了節(jié)能作用。如新型保溫材料、防水材料在墻體、屋面構(gòu)造中的應用，達到了更好的保溫防潮效果;新型隔熱玻璃和框體材料在建筑外門窗中的應用，起到了更好的隔熱降耗效果;采用可調(diào)節(jié)的鋁材遮陽板，達到遮陽的目的。另一方面，要結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，發(fā)掘出一些地方節(jié)能材料，更好地應用到建筑節(jié)能中去。

　　4、建筑設(shè)計中應加強建筑節(jié)能方面的認識和學習

　　(1)深刻認識是建筑師做好節(jié)能設(shè)計的保證

　　當前，很多建筑師對建筑節(jié)能對于我們國家經(jīng)濟建設(shè)的重大意義理解不夠，對建筑節(jié)能技術(shù)的了解跟不上時代發(fā)展，以至于不能把節(jié)能設(shè)計完全有效的做好，只是設(shè)計時套用標準圖，造成設(shè)計中被動應付節(jié)能設(shè)計審查的局面，節(jié)能設(shè)計缺乏主動性。所以政府主管部門應加強對建筑節(jié)能方面的宣傳力度，加強對建筑師的培訓教育工作，使他們在思想上有個根本轉(zhuǎn)變，使建筑節(jié)能設(shè)計變被動為主動。

　　(2)學習建筑節(jié)能新“理念”

　　推行節(jié)能理念，我們的眼睛不僅要 “向外看”，引進學習國外先進節(jié)能技術(shù)，而且更要學會“向內(nèi)看”，從傳統(tǒng)建筑模式、風格中學習節(jié)能辦法。強調(diào)建筑節(jié)能發(fā)展的民族性、地域性應該是當代建筑師們的共同理念。中國傳統(tǒng)民居都蘊含了豐富的節(jié)能理念，是我們國家古已有之的節(jié)能典范。京津地區(qū)的四合院以房子包圍院子的建筑方式，有效地減少了冷空氣入侵，符合京津一帶夏季炎熱，冬季嚴寒的氣候特點。桂北風格的吊腳樓，橫梁對穿，上鋪木板呈懸空閣樓，繞樓三面有懸空的走廊，廊沿裝有木欄扶手，符合南方夏季炎熱、濕度大、空氣流通需求量高的特點。其他如嶺南風格的騎樓長街、陜北風格的窯洞、草原風格的蒙古包等，它們的建筑形式和用料都能帶給建筑師們以無窮的啟示。因此，可以說，中國傳統(tǒng)民居都是在與周邊生態(tài)環(huán)境共存共生的條件下，各類功能利用與自然環(huán)境達到完美效果的典范，并且各自擁有獨立的形態(tài)樣式，可以成為當代建筑節(jié)能的借用范式。

　　四、結(jié)語

　　我國建筑能耗在能源總消耗量中占很大部分，建筑行業(yè)全面節(jié)能勢在必行，而建筑設(shè)計是其中一個很重要的環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計應結(jié)合當?shù)氐氖聦崡l件比如地理環(huán)境、氣候條件，按照國家的節(jié)能政策和節(jié)能標準的規(guī)定，在傳統(tǒng)民居中吸取營養(yǎng)，充分地利用地方材料，從建筑的整體及外部環(huán)境、單體設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)的整體及細部構(gòu)造設(shè)計等方面全方位進行節(jié)能設(shè)計