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摘要：近几年我国建筑能源浪费现象非常严重，国家也不断宣传倡导绿色节能。如何进行建筑节能设计，是建筑设计行业里较为关注的问题之一。本文主要对建筑的节能设计措施进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：建筑；节能设计；节能措施
前言
建筑节能的设计规划及初步设计开始进行，从技术角度对建筑节能进行梳理，主要包括外墙保温体系以及门窗、屋顶等系统的节能，打好节能的基础，创造更多的经济效益。
一、规划设计的节能措施
（1）单体设计的节能策略
① 改善日照条件
建筑的合理布局，有利于改善日照条件。以住宅楼群为例，住宅楼群中不同形状、布局走向的住宅其背向都将产生不同的阴影区，地理纬度越高，建筑物背向的阴影区的范围也越大，因此，要从一些不同的布局处理中争取良好日照。
a.在多排多列楼栋布置是，采用错位布局，利用山墙空隙争取日照。
b.点、条组合布置时，将点式住宅布置在好朝向位置，条状住宅布置在其后，有利于利用空隙争取日照。
②改善风环境
我国北方城市冬季寒流主要受来自西伯利亚冷空气影响，故建筑规划中为了节能，应封闭西北向，合理选择封闭或半封闭周边式布局的开口方向和位置。尽量阻隔冷风和降低风速，建筑物紧凑布局，使建筑间距与建筑高度之比在1：2的范围以内，可以充分利用风影效果，使后排建筑避开寒风侵袭。另外还要避免局地疾风。
③建立气候防护单元
单元组团式布局，形成较封闭、完整的庭院空间，充分利用和争取日照，避免季风干扰，组织内部气流，形成对冬季恶劣气候条件的有利防护，改善建筑的日照条件和风环境以达到节能的效果
（2）细部设计的节能策略
对于节能建筑来说，体型设计非常重要。体型形态是指建筑物平面所构成的形状特征。它取决于多项因素：城市景观、功能要求、技术条件、设计灵感等。建筑体型形态控制就是研究平面形状对建筑节能的影响。通常来说，影响建筑体形的因素有：建筑的长度、宽度（进深）和高度。虽然建筑围护结构材料、构造相同，但是由于平面形状不同，建筑受太阳影响程度以及建筑室内外通过外墙表面的热交换情况均有所差异。所以，将对建筑平面形状进行简化和对比，通过简化模型来分析和研究建筑平面形状、建筑体量与体形系数之间的关系和规律。
从建筑节能的角度出发，在建筑体积V相同的条件下，当建筑功能要求得到满足时，平面设计应注意使围护结构表面积A与建筑体积V之比尽可能地小，以减小表面的散热量。我们试对不同平面形式住宅建筑进行研究：假定某住宅高度为18m，在建筑体积V相同的条件下，5种不同的平面形式住宅建筑的体形参数如图1。
②墙体内保温
墙体内保温技术是指在墙体的内侧设置高效保温材料。墙体内保温的做法主要有：增强粉刷石膏聚苯板外墙保温、增强水泥聚苯复合板外墙内保温、钢丝网架聚苯复合板外墙内保温、增强石膏聚苯复合板外墙内保温、纸面石膏岩棉外墙内保温、粉煤灰泡沫水泥聚苯复合板外墙内保温等。在墙体内保温中，绝热材料负荷在外墙内侧。构造层主要由墙体结构层、空气层、绝热材料层和覆面保护层构成。
③墙体夹心保温
砖墙结构的墙体的夹心保温体系由劲土墙和保温材料组成，分为围护墙、保温墙和承重墙三层。常用的保温材料有聚苯板、岩棉板、玻璃棉板、珍珠岩芯板等。混凝土小型空心砌块墙体夹心保温的做法有两种：一种是承重保温装饰复合空心砌块保温外墙。另一种是双层砌块墙。前者是集合承重、保温和装饰三种功能为一体的新型砌块。后者则是由结构层、保温层和保护层组成的。一般采用聚苯板、岩棉板或聚氨醋现场分段发泡作保温层。
④单一材料墙体保温
单一材料墙体保温主要是通过改善主体结构的热工性能来实现节能效果，加气混凝土、空洞率高的多孔砖或空心砖是单一材料墙体中常用的墙材。单一材料外墙主要有加气混凝土墙、空心砖外墙、混凝土空心砌块外墙和盲孔复合保温材料几种类型。
⑤外墙绿化技术
实现外墙的绿化隔热效果，外墙需要在阳光方向大面积的被植物遮挡。常见有两种形式：一种是在外墙的外侧种植密集的树林，利用树阴遮挡阳光。另外一种是植物直接爬上墙，覆盖墙面。
外墙绿化能够具有较好的遮阳隔热性能，但是要实现外墙绿化技术却很难。原因在于：首先，对于植物来说，它们有一定的生长高度，导致能采用遮阳的建筑一般仅限于低层建筑。其次，遮阳植物都有经过多年的生长期才能达到好的这遮阳效果，所以这种方式不像其他的隔热措施，隔热效果能够马上体现出来。
⑥双层皮玻璃幕墙
双层皮幕墙也被称为“可呼吸的幕墙”，采用双层体系作围护结构。其工作原理是部分废气被较低的气压从房间里抽出来，在吸收太阳辐射后变暖上升，带走更多地废气和热。根据夹层空腔的大小、玻璃组合、通风口的位置等不同，可以把双层皮玻璃幕墙分为三种基本类型：外挂式、箱井式和廊道式。
（2）屋面节能技术
①高效保温材料保温屋面
采用高效轻质的保温材料做屋面保温，如聚苯板（EPS），聚氨酯硬泡材料、岩棉板等，保温层为实铺。这种屋面的构造做法一般为防水层、找平层和找坡层。可用预制混凝土圆孔板或是现浇钢筋混凝土做结构层。
②实体屋面
a.传统的正置型屋面
传统的正置型节能屋面一般由屋面结构层、保温层、混凝土找平层、防水层组成，防水层在最上层直接暴露在空气中
b.倒置型（外）保温屋面
倒置型保温屋面不是传统的屋面构造把防水层置于整个屋面的最外面，而是把保温层置于防水层的外侧。由于保温层处于外侧，它的热阻作用首先衰减了室外综合温度波，使屋面实重材料上的温度分布比传统屋顶的内部温度分布小，因此是一种保温隔热更好的屋顶构造形式。倒置型屋面的构造从下向上一般为：屋面现浇或预制楼板结构层，水泥砂浆找平，防水层，保温层。
③通风屋面
在屋面上设置通风层，使其上层表面遮挡阳光辐射，通过空气的流动将热量带走，这样的屋面就是通风屋面。它的原理有两种：一种是通过在屋顶通风间层中导入风压，主要是夏季主导风向的，来带走屋顶的太阳辐射。另外一种则是通过太阳辐射屋顶形成的加热作用，利用这种热压来通风降温，带走太阳辐射热。
④种植屋面
种植屋面是利用屋面上种植的植物阻隔太阳光照射，能防止房间过热的一项隔热措施。其隔热原理有三个方面：一是植物的光合作用能够消耗太阳能用于自身的蒸腾。二是植物茎和叶的遮阳，能够有效的降低屋面的室外综合温度，减少屋面的温差传热量。三是植被基层的土壤或水体的蒸发消耗太阳能。因此，种植屋面是一种十分有效的隔热节能屋面，如果植被种类属于灌木，还能发挥良好的生态功效四。种植屋面的特点决定了在设计时要特别考虑屋顶的防水和荷载。
⑤蓄水屋面
蓄水屋面指的是通过在屋顶上蓄上一层薄薄的水来达到隔热性能的屋面。它的原理在于：一方面借助水的蒸发作用，带走屋顶吸收的太阳辐射，散掉的热量可达到屋顶总辐射量的60%。另一方面，由于水的比热容比较大，能够有效的延迟室外综合温度对室内的影响。
（3）楼板节能技术
对于直接接触室外的地板、楼板应采取保温措施，来满足传热系数的限制。可以采用正置法或反置法来设置保温层。也可以采用无木格栅或者铺木格栅（空铺）的木地板。
在设计楼地面时，为了发挥到楼地面稳定室内温度变化的作用，可以考虑楼地板的蓄热作用。可以采用相变蓄热地板，白天将从幕墙中进入的热量储存，晚上则将吸收的太阳能热量缓慢释放出来，从而减少室内的温度波动。
鼓励采用低温热水地板采暖技术，这种技术是在混凝土楼板中埋入金属管、塑料管等，使用燃煤或电锅炉等产生的低温热水采暖，若采用太阳能热水器这种方式将更加节能。此外，还有电热地热采暖，但是不提倡这种方式，原因是它是通过埋入混凝土中的220V发热电缆来直接加热或蓄热采暖的，这种将高品质的电能转化成低品质的热能的保温节能方式，会导致能源的浪费。
（4）门窗体系节能技术
①门窗节能的原理
a.门窗的节能设计要满足建筑的围护、通风和采光等功能要求，不能通过降低室内环境的舒适性来实现；
b.在满足门窗节能功能的基础上，应考虑到门窗的造价，不能盲目追求节能效果；
c.依靠科学技术进行门窗节能设计，提高建筑热工性能和设备的能源利用率；
d.不能损害城市环境、居住环境和生态环境。
②门窗的节能设计
外门指的是建筑的户门和阳台门。户门和阳台门下部门芯板部位都应采取保温隔热措施。窗户是建筑外围护结构的开口部分，是建筑设计中比较独特的构件。它不仅要隔绝外界对室内环境的侵扰，而且也是人与室外沟通的渠道，可以给人们带来光、热、新鲜空气以及风景，满足人们的心理需求。由于窗户起着隔绝和沟通的双重作用，所以对建筑窗户的节能设计难度比较大。
根据窗户的传热原理可知，应该通过阻隔窗户的传热途径来减少窗户的能耗，窗户的节能性能主要由四个指标来衡量：传热系数、遮蔽系数、可见光透过率和空气渗透性。
③建筑节能门窗材料
节能门窗体系由窗框材料、镶嵌材料、薄膜材料和密封材料组成。
a.窗框
门窗框型材的不同会影响窗户的性能，在我国目前使用较多的是铝合金、钢材、木材、塑料等。根据查阅相关资料，塑料和木材的传热系数比较低，保温隔热性能比铝合金和钢材的优越。如果在钢材和铝合金热处理后进行喷涂处理，与塑料或者木材复合成新型的复合材料，就可以降低传热系数。
b.镶嵌材料
目前常用的镶嵌材料主要是玻璃及其制品。对于窗户的功能性要求来说，镶嵌材料需要透光性，可以选择玻璃及其相应的透光材料。
浮法玻璃，是用浮法工艺生产的平板玻璃；反射玻璃，常见的反射膜主要是金属膜；低辐射玻璃，是在玻璃表面镀低辐射膜制成的，对红外辐射有很高的反射率且透光性能良好；热反射玻璃，也称遮阳玻璃、遮热玻璃，是在玻璃表面镀上一层或多层金属或金属氧化物薄膜；压花玻璃又称花纹玻璃，由双辊压延机连续压制出的一面整一面又凹凸花纹的半透明玻璃，透光而不透明，使室内光线柔和；真空玻璃，将四周密封的两片玻璃中间抽成真空，由排列规则的微小支撑物来承受大气压力；中空玻璃，是指将两片或多片玻璃用有效支撑物隔开，并在周围密封粘结，玻璃层间为干燥气体空间的制品。
c.薄膜材料
薄膜材料不同于其他材料，它可直接装贴在新建建筑或既有建筑的门窗玻璃上，操作简单，利用推广。膜材料主要有两大类：织物膜材和箔片。织物类的膜是由平织或曲织生成的。结构工程中的箔片都是由氟塑料制造的，优点在于有出色的防老化性和很高的透光性。空间膜结构中采用的膜材为高强度复合材料，是由交叉编织的基材和涂层组成。
d.密封材料
为了提高门窗的水密性和气密性，减少空气渗透带来的热损失，需要使用密封材料。门窗的缝隙有三种：其一是门窗与墙之间的缝隙，一般宽10mm；用岩棉、聚苯等材料填塞，两侧用砂浆封严，待砂浆硬化后，用密封胶密封砂浆收缩张开的缝隙；其二是玻璃与门窗框之间的缝隙；其三是开启扇和门窗之家的缝隙。平开扇和上悬扇应在窗框嵌入弹性好、耐老化的空腔式橡胶条，关窗后挤压封条；推拉窗是条刷状密封条（俗称毛条）密封的。
（5）建筑遮阳系统
①外遮阳
外遮阳方式和内遮阳方式正好相反。从太阳辐射的遮挡性能来讲，外遮阳方式的性能远远优于内遮阳方式。外遮阳能非常有效的减少建筑得热，具体遮阳效果则与具体的遮阳构造方式、遮阳材料的特性等密切相关。但外遮阳设施直接暴露于室外，使用过程中容易积灰，遭受风雨侵袭，且不易清洗，时间一长其遮阳效果就会变差。外遮阳构件尺寸比较大，自身荷载较大，同时还要考虑风、雨、雪等荷载及腐蚀作用。
图3 建筑外遮阳
在外遮阳方式设计中需要全面考虑，综合分析：外遮阳方式要选择防水、耐腐蚀及耐老化的材料；可调节式外遮阳方式的操作要灵活可靠；不阻挡阳光和视线通敞以及保持室内私密性；易于清洁，避免影响外观形象和反射光线功能的降低；构造处理要采取抗风和防锈蚀措施。外遮阳方式设置于建筑外表面。通常建筑的屋顶、外墙和门窗部位选用建筑外遮阳方式。
②内遮阳
内遮阳方式是指遮阳设施和控制体都设置于室内的遮阳方式。遮阳设施吸收的太阳辐射，其中大部分以长波辐射的形式再次散射到室内，因此遮阳效果逊于外遮阳。但是由于传统习惯、操作和维护方便性及生活中的私密性等原因，内遮阳还是目前国内最为普遍采用的遮阳方式，尤其是居住建筑等小型建筑中。但其节能效果终究不如意，多作为辅助遮阳方式应用，并且需正确选择内遮阳方式所属构件的色彩、材料，尽可能多的将太阳光反射到室外，降低室内温度。
内遮阳方式多采用窗帘，卷帘、百叶帘等形式。内遮阳方式一般可根据具体情况进行适当调节，有更强的灵活性和针对性，能适应不同的遮阳需求。现代建筑多采用具有各种特殊功能的平面窗帘。水平百叶帘根据叶片的旋转角度和百叶的收放不同有不同的功能，如遮阳、消除眩光、充分利用日光照明等倍受专家的推崇，然而由于水平百叶片易积灰、调节不太方便并没有得到广泛的应用。垂直百叶帘其遮阳效果与调光性能不如水平百叶帘，但是不易积灰，调节相对方便，目前在办公建筑中被广泛的使用。
③中间遮阳
中间遮阳方式是随着建筑科技的发展，近些年发展出现的新型遮阳方式。它能减少夏季通过玻璃的得热，将日光漫反射进室内，减少室内照度差别，消除眩光。中间遮阳的遮阳效果介于外遮阳与内遮阳之间，常用于双层玻璃幕墙的建筑遮阳，并且能够进行适度调节。中间遮阳方式的具体遮阳元素又分为中间构件和特种玻璃两类。
随着热反射玻璃的大量应用，城市中出现“光污染”。“光污染”包含反射可见光与反射热的两种污染。高反射率的热反射玻璃对可见光的反射可达50%以上，对建筑物周围的环境形成强烈的照射，不但造成人的视觉不安定，同时使建筑物周边温度提高。而且扰乱生物的视觉，造成大量昆虫、鸟类碰撞死亡。因此，建筑玻璃的应用设计要避免或减少“光污染”。
三、节能软件对建筑工程的促进作用
与节能设计有关的软件有很多种，若按照功能分类的话可以分两类：一是在建筑过程中热能量模拟的建筑能耗类模拟软件，比如美国伊利诺斯大学研发的BLAST软件，该软件可以分析计算建筑的热舒适度、不同强度下的辐射换热、变传热能耗系数等；另一种则是建筑节能评估软件，TRNSYS软件。目前应用建筑信息模型（BIM）技术较多，该技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，BIM的核心是一个数字化、参数化的多维模型BIM是一种理念，能将整个工程的全寿命周期的所有信息精确集成到一个载体上，它不再是工程中设计、施工等环节中的辅助工具，而是所有信息的载体，所有信息通过BIM模型创建、保存、更新和传递，实现了节能设计中的“精确、动态、高效”。BIM技术近几年政府十分重视，住建部颁发的2011年到2015年建筑业信息化发展纲要中，把加快BIM等新技术在工程中的应用列入了“十二五”建筑业信息化发展的总体目标，并作为重要的任务之一。
四、结束语
首先，建筑节能从早期的建筑节能规划设计技术到建筑单体设计中的建筑围护，结构的节能设计技术（包括外墙节能技术、门窗体系节能技术、屋面节能技术、楼板节能技术以及建筑的遮阳体系）这一系列的过程中的建筑节能设计要素。其次，在此基础上用比较研究的方法分析对建筑围护结构中的外墙保温体系技术、门窗节能技术、屋顶节能技术和遮阳系统在技术上的优劣性。
参考文献：
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[3]潘赛军，陈公余.建筑节能应从规划设计入手[J].住宅科技，2006（11）
论文作者:成月朋
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/22
标签：遮阳论文; 屋面论文; 建筑论文; 节能论文; 外墙论文; 方式论文; 门窗论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;