節(jié)約型建筑技術(shù)設(shè)計(jì)策略

摘 要：筆者從建筑技術(shù)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，闡述了從建筑表皮、遮陽和采光系統(tǒng)及太陽能利用三個(gè)層面探討了建筑技術(shù)設(shè)計(jì)的節(jié)能策略及方法。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；技術(shù)設(shè)計(jì)；控制策略

引言

目前，以住宅建筑為主的中國建筑業(yè)是一個(gè)高能耗高污染的行業(yè)。未來如此大的建設(shè)量，對(duì)生態(tài)環(huán)境的沖擊是可想而知的?？梢?，在中國，將節(jié)約的思想引入建筑設(shè)計(jì)中，其意義是不可言喻的。筆者就建筑技術(shù)設(shè)計(jì)角度，闡述節(jié)約型建筑設(shè)計(jì)策略。

1 提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能

提高表皮的保溫隔熱性能，能夠減少維持室內(nèi)舒適溫度的能源消耗。采用保溫隔熱性能好的新型墻體材料，這是建筑節(jié)能的重點(diǎn)措施。鼓勵(lì)采用高效能的墻體材料，嚴(yán)格按國家要求禁止使用實(shí)心黏土磚。推廣新型墻體材料要與完善建筑體系結(jié)合起來，在減少普通磚混結(jié)構(gòu)的同時(shí)，積極發(fā)展大空間的框架結(jié)構(gòu)及復(fù)合結(jié)構(gòu)，為應(yīng)用新型墻體提供載體。

1.1 單層構(gòu)造：以單層材料形成保溫隔熱界面。

這主要是對(duì)單層材料本身形態(tài)的探索。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可以更方便地改造自然材料，并創(chuàng)造新的人工材料。傳統(tǒng)的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往是承重結(jié)構(gòu)與保溫隔熱功能相結(jié)合，改造較為簡單，單純用磚石、混凝土或木材筑成，外皮也相當(dāng)單薄。這種材料的保溫隔熱效能很差。例如傳統(tǒng)的普通粘土磚砌體的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)0.81w/m.k，而近期迅速發(fā)展的、能夠工業(yè)化大生產(chǎn)的泡沫聚苯乙烯板、巖棉板、玻璃棉板等高效保溫材料，則可低到0.035-0.04w/m.k)左右，也就是說，其保溫效能高出20倍。與此同時(shí)，以往透明材料的保溫隔熱性能通常較弱，因此在追求建筑透明性的同時(shí)，往往犧牲了表皮的保溫隔熱性能。然而隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了吸熱、熱反射中空玻璃、低輻射中空玻璃、硅氣凝膠特種玻璃等等這些新材料。它們在滿足功能需求的同時(shí)，更增加了保溫隔熱系統(tǒng)的豐富的表現(xiàn)力。

1.2 復(fù)合構(gòu)造：由多種材料組合而成。

這些材料以層的次序組合成多層結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)通常有兩種建筑方式，三明治建筑方式：各層像三明治一樣相疊，中間的保溫層可為空氣層所代替；箱式建造式：在保溫材料和面層之間保留空氣層，起保溫作用。使用高效保溫材料、隔汽材料和覆面加強(qiáng)材料組合而成的復(fù)合墻體，可以以薄得多的結(jié)構(gòu)，取得高許多倍的保溫隔熱效果。

2 提高建筑表皮的遮陽性能和采光性能

2.1 采光系統(tǒng)

對(duì)自然光線的利用分為直接利用和間接利用兩種方式。光線的直接利用主要表現(xiàn)為傳統(tǒng)的側(cè)面采光概念。這種方式往往會(huì)造成眩光。并且只對(duì)窗邊的局部區(qū)域有效，產(chǎn)生了很大的局限性。因此現(xiàn)在更注重的是對(duì)光線的間接利用，通常稱為光學(xué)系統(tǒng)或線折轉(zhuǎn)系統(tǒng)。這不僅能在更大區(qū)域范圍內(nèi)提供自然光線，而且能夠提高光線質(zhì)量和視覺舒適度，防止眩光的產(chǎn)生。這對(duì)房間進(jìn)深很大，阻礙了對(duì)自然光線直接利用的地方，或是對(duì)光線質(zhì)量具有較高要求的區(qū)域，如計(jì)算機(jī)工作間等等是非常必需的。

2.2 遮光系統(tǒng)

遮光構(gòu)件系統(tǒng)的遮陽方式和設(shè)計(jì)手法可以從三個(gè)方面來考慮：

適應(yīng)性。遮光固定系統(tǒng)不能夠隨季節(jié)、太陽位置的改變來相應(yīng)地調(diào)節(jié)遮光構(gòu)件，對(duì)于常年氣候炎熱的地區(qū)，這種系統(tǒng)較為適合。活動(dòng)的系統(tǒng)則可以由使用者根據(jù)具體情況來控制，適應(yīng)于不同季節(jié)不同時(shí)段太陽高度的改變，因而能夠達(dá)到最佳的遮陽效果，對(duì)于氣候變化較大的地區(qū)來說，具有極大優(yōu)越性。

安裝位置。安裝在室外一側(cè)，這在能源的節(jié)約方面較為有利，對(duì)傳統(tǒng)東西朝向立面，與沒有遮光系統(tǒng)的玻璃立面相比，使用外部遮光以后用于制冷的能耗可以減半。該系統(tǒng)應(yīng)與外層表皮保持一定距離，使空氣能夠自由流通；安裝在室內(nèi)一側(cè)，就夏天能源節(jié)約的角度而言，其潛力不如前者大。使用內(nèi)部遮光制冷能耗只能減少20%。但冬天時(shí)，這潛在的熱能吸收可以提高室內(nèi)溫度；安裝在空氣間層，一方面，由于遮光系統(tǒng)安裝在空氣緩沖層之內(nèi)，受氣候影響較小。另一方面，光線在進(jìn)入室內(nèi)之前就己被有效阻止，其遮光效果與室外遮光系統(tǒng)基本相同。

構(gòu)件形態(tài)。遮光構(gòu)件系統(tǒng)主要形式可分為3類：水平遮光利用本身的形態(tài)特征，在建筑立面上形成水平的造型要素，并創(chuàng)造出豐富的光影變化；垂直遮光主要針對(duì)太陽高度角較低的側(cè)邊日照情況。當(dāng)構(gòu)件與內(nèi)層表皮之間完全垂直時(shí)，便不能抵擋太陽高度角較高的炙熱陽光。因此這種方式一般都使遮光構(gòu)件偏轉(zhuǎn)一定的角度以加大遮光面，或是設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)角度的活動(dòng)式，與平面板式相結(jié)合，增強(qiáng)其適應(yīng)性；水平與垂直組合式遮光這種方式兼有前兩者的優(yōu)點(diǎn)，遮光面廣，對(duì)于各種朝向和高度角的陽都比較有效，比較適用于氣候炎熱地區(qū)。

3 太陽能的利用

3.1 被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)

不依賴設(shè)備，通過建筑自身的因素利用太陽能通風(fēng)降溫和采暖。這種方式技術(shù)較為簡單，經(jīng)濟(jì)可靠，按照利用太陽能方式的不同，可以分為直接得熱式和間接得熱式。

直接得熱式。冬季讓太陽從南面窗直接射入房間內(nèi)部，用樓板層、墻及家具設(shè)備等材料作為吸熱和儲(chǔ)熱體，當(dāng)室溫低于這些儲(chǔ)熱體表面溫度時(shí)，這些物體就會(huì)像低溫輻射器那樣向室內(nèi)輻射供熱。輻射供熱比空氣對(duì)流供暖更有效和舒適。此外，為了減少熱損失，夜間必須用保溫窗簾或窗蓋板蓋在窗戶的外側(cè)，以消除或減少窗玻璃內(nèi)側(cè)面的凝結(jié)水。采用直接得熱式的設(shè)計(jì)時(shí)，南向表面的最佳朝向是正南的15度之內(nèi)，且朝南的表面不需要全部位于同一墻面上。

間接得熱式。附加陽光間太陽溫室是指那些由于直接獲得太陽熱能而使溫度產(chǎn)生較大波動(dòng)的空間。這一較高的溫度使其作為緩沖區(qū)減少了建筑的熱損失。除此外，溫室還可栽種花卉，以及用于觀賞風(fēng)景，交通聯(lián)系，娛樂休息等多種功能，從而創(chuàng)造了一個(gè)置身大自然的室內(nèi)環(huán)境。

3.2 主動(dòng)式太陽能利用系統(tǒng)

傳統(tǒng)的太陽能利用是純建筑的方式，代價(jià)較高昂。主動(dòng)式太陽能技術(shù)力圖使遮陽、散熱與太陽能收集一體化，未來的趨勢是混合型太陽能技術(shù)，它是技術(shù)同建筑的真正結(jié)合。

橡膠陽光集熱板。這是一種相當(dāng)簡易而傳統(tǒng)的太陽利用方式。將這種以黑色橡膠組成的集熱板放置在屋面或地面上，可將棒內(nèi)冷水加熱至50℃，這樣的水溫滿足洗浴方面的要求已經(jīng)足夠。如鋪設(shè)在屋面上，這種集熱板還可起到降溫和降低熱反射的作用，大面積使用可有效減少城市中的“熱島”效應(yīng)。

陽光反射裝置。陽光反射裝置有兩個(gè)方面的作用，一是提供光照，二是提供熱量。

太陽能電池板。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，民用太陽能發(fā)電技術(shù)現(xiàn)已相當(dāng)成熟，一塊A4紙大小的電池陣列可發(fā)出70-10W的電力。國外節(jié)能建筑中己有不少將電池板與屋面或墻面結(jié)合的例子。日本更是突破了硅電池組不能彎曲的傳統(tǒng)工藝，使電池板附著于曲面形瓦片上，并將這種太陽能發(fā)電，技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)。

結(jié)語：

與國外相比，我國的單位建筑能耗是同等氣候條件下發(fā)達(dá)國家的3倍，外墻的傳熱系數(shù)為3.5-4.5倍，外窗傳熱系數(shù)為2-3倍，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為3-6倍，門窗的空氣滲透為3-6倍。建筑年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤量更是比國外落后很多，可見我國的建筑節(jié)能潛力巨大，節(jié)能改造的任務(wù)仍然十分繁重，在建筑設(shè)計(jì)階段進(jìn)行技術(shù)方面的節(jié)能研究具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：喬麗麗，女，1978年生，本科，工程師，研究方向：建筑設(shè)計(jì)及其理論。