建筑设计中建筑节能设计分析

2022-09-15刘新元

中国建筑装饰装修 2022年15期

刘新元

近年来，我国城市进程不断加快，推动了建筑行业的快速发展，建筑工程规模化趋势日渐明显，工程项目耗费的能源和资源也与日俱增，由此引发的高能耗状况制约了我国节能型社会的发展，也阻碍了绿色经济发展的步伐。在此背景下，绿色建筑节能设计应运而生，有效缓解了建筑行业能源短缺的状况，推动节约型建筑工程的发展[1]。因此，在建筑设计阶段，充分解读《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021）新规范的设计要求，采取有效的设计策略，在设计中融入绿色建筑理念，选取科学的节能技术，充分挖掘建筑节能设计的潜能，实现与自然环境的和谐统一，成为设计人员面临的重要问题。

1 建筑节能设计的必要性

1.1 保护生态环境的客观要求

在使用过程中，建筑具有高能耗的特点，还会排放大量的温室气体。特别是我国北方地区，冬季通过燃煤采暖，污染严重，导致空气污染指数严重超标。因此，如何采取科学的建筑节能设计，有效减少煤炭的用量，减少空气污染，改善大气环境，提高生态环境质量，降低碳排放量，营造良好的建筑室内环境，成为建筑节能设计的重要目标[2]。

1.2 可持续发展的客观要求

目前，能源问题成为影响我国经济发展的重要因素。进入21 世纪，能源短缺日益严重，成为制约我国实现经济建设目标的发展瓶颈。与自然环境和谐共处，构建以自然生态为中心的文明社会已成为当今社会的主题。践行绿色经济理念，在建筑设计中融入绿色节能设计理念，逐步以节能、高效的绿色节能技术取代传统的高耗能技术，成为当下建筑设计的主流。新制定的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021）中对建筑节能提出了更高的要求。具体要求如下。

第一，建筑节能应以保证生活和生产所必需的室内环境参数和使用功能为前提，遵循被动节能措施优先的原则。

第二，应充分利用天然采光、自然通风，改善围护结构的保温隔热性能，提高建筑设备及系统的能源利用效率，降低建筑的用能需求[3]。

因此，不断发展建筑节能技术，既是建筑行业绿色发展的必然选择，又是可持续发展的客观要求。

1.3 调节室内热环境舒适度的客观要求

随着建筑设计技术的不断发展，人们的居住水平得到显著提高。室内热环境的舒适度作为住宅建筑的重要指标，其重要性愈加凸显，成为人们居住生活舒适度的重要标识。近年来，室内热环境舒适度标准越来越高，对建筑使用过程中的能源消耗提出了较高要求，一定意义上也提高了对能源的需求。因此，在建筑设计中强化热环境节能设计，通过建筑节能技术调节室内热环境舒适度，成为建筑节能设计的重要内容。

1.4 实现经济效益和环境效益共赢发展的客观要求

目前，新建建筑的节能设计作为一项经济指标，已纳入国民经济考核内容中。站在长远发展的视角，建筑节能指标的确定改变了传统以经济效益为中心的考核机制，确立了经济效益与环境效益共同发展的考核机制，从而实现了绿色经济发展和绿色建筑发展的双赢[4]。随着建筑节能设计践行的不断深化，节能设计方法和技术指标不断成熟，节能建筑不断涌现，建筑造价成本逐渐呈现投入少、产出多的趋势，最终取代传统的建筑设计模式，形成以绿色建筑节能设计为核心的现代建筑发展潮流。

2 建筑节能设计要点

2.1 加强建筑平面设计

建筑平面设计是建筑节能设计工作的起点，要加强其中建筑外部环境设计，丰富整体环境设计。在设计准备阶段，要充分考量建筑所在地区的气候条件，结合建筑外部环境特点、建筑选址条件以及朝向等要素，确定建筑工程项目外部微气候环境的设计要求，为实现绿色节能设计目标提供数据参考。设计实施阶段要充分利用室外风环境条件，保证室内房间具有良好的通风性，最大限度实现自然采光，有效减少能源消耗。

2.2 加强建筑门窗设计

一般情况下，建筑门窗设计是建筑设计的重要内容，对于减少建筑能耗具有重要的意义，其设计策略如下。

一是科学控制窗墙比；二是选取密封性良好的材料，提升门窗的密封性，防止冬季冷空气侵入；三是提升门窗的保温性，高度重视门窗选材，在综合考量当地气候条件和建筑设计标准的前提下，选取相应型号的塑料门窗或钢塑复合门窗等绿色环保门窗，取代传统设计中常用的金属门窗，以避免出现冷桥等质量问题[5]。对于严寒寒冷地区的住宅建筑，为了最大限度地减少门窗热损耗，根据节能设计标准，多选用多腔密封的隔热金属型材，以三层、双层Low-E 低辐射玻璃为主。

2.3 加强建筑围护结构节能设计

建筑围护结构节能设计通常包括遮阳设施、屋顶、门窗以及墙体等的设计，通过对围护结构进行节能设计，可以实现节能、隔热以及保温效果，有效改善室内空气环境、采光度和室内环境舒适度，最大限度地减少建筑耗能。在建筑外围护结构节能设计中，要注重节能型材料的选取，多采用传热系数较低的保温材料，确保墙体具有良好的保温隔热效果。另外，墙体外表宜采用浅色装饰性材料，达到减少热量吸收的目的。

2.4 加强建筑屋面设计

建筑屋面设计是建筑设计的主要内容，主要包括以下几点：一是建筑外围护结构设计，通常采用种植屋面、蓄水屋面等技术，以提高围护结构的隔热保温功能；二是屋面绿化设计，通过屋面绿化对温室气体进行调节，降低能源消耗；三是蓄水屋面设计，利用水蒸发的原理吸收屋面传热量，达到保护屋面防水层的目的；四是通风隔热设计，利用通风间层有效调节室内温度。

建筑屋面的保温材料可选用岩棉板、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板以及聚氨酯硬泡沫塑料等。当屋面选用B1 级保温材料时，须与外墙之间采用不小于500 mm的不燃烧材料设置防火隔离带，防水材料选用耐根刺防水卷材。

2.5 加强建筑室内节能设计

建筑室内节能设计包括室内自然通风设计、室内照明设计和室内声环境设计等，在具体设计中要做好以下工作。

一是做好节能电器选取工作，科学选取节能电器，可以最大限度地节约耗能，实现节能环保的目标。在购买节能电器时，要结合建筑设计要求和节能标准，合理选取相应型号的节能电器，特别是雨水收集净化系统以及楼宇智能化系统，要在设计阶段充分考虑安装工作的合理性和高效性，最大限度地减少能耗，提升室内环境舒适度。

二是合理引入空气能、太阳能以及地热能等新能源技术。在具体设计时，设计人员要综合考量建筑工程项目的结构特点，从当地的气候条件出发，确定设计目标，选择相应的新能源技术，实现节约能源的目标。

三是在室内设计中把科学化和人性化设计放到重要位置，在建筑材料和建筑资源选取上，提倡反复使用资源，从而实现降低能源消耗的目标。

3 建筑节能设计的主要策略

3.1 采取合理的采光和通风设计

自然光作为一种可再生能源，对于建筑节能设计至关重要。通过科学合理的自然采光设计，可以有效地节约照明能源，同时也能发挥自然采光的绿色环保优势。在建筑节能设计中，为了有效发挥自然采光的作用，设计师必须注重窗户的设计，最大限度地把太阳光引入室内，从而实现节能照明的目标。

另外，对于建筑设计来说，保持良好的自然通风条件，可以有效提高室内空气质量，提升室内环境舒适度。传统建筑设计中，自然通风也是基本的设计要素。在建筑节能设计中，发挥通风装置优势的同时，把自然风作为通风的重要因素进行设计。某住宅小区的自然通风设计如图1 所示。

图1 某住宅小区的自然通风设计

3.2 提升围护结构的隔热保温功能

从建筑的整体结构看，建筑外墙是耗能最大的部分。因此，为了达到节能环保的目的，在节能设计中要把建筑外墙作为首要要素进行设计，以提升围护结构的隔热保温功能。一般来说，根据不同地区的气候特点，围护结构的传热性能差别较大，比如在北方地区，围护结构传热系数相对较低，因此需要采用导热系数较低的隔热材料，才能保证围护结构的隔热保温性能。对于建筑围护保温技术来说，通常采用操作简单且高效的外保温技术。对于建筑围护隔热技术来说，由于不同地区的气候条件不一样，对围护结构的隔热性能要求也不尽相同，因此地区不同，围护结构隔热方法也不一样。从现代节能隔热技术看，可以通过增强围护结构的储热功能，延长吸收太阳能的时间。

3.3 采取合理的遮阳措施

在现代建筑节能中，遮阳作为一种流行要素，得到了一定的应用。在具体设计中，通过把艺术元素和遮阳装置有机结合起来，充分发挥日光调节的作用，达到降低能源消耗的目的。

一般而言，为最大限度地遮挡太阳光，在节能设计中通常采用外遮阳的方式。外遮阳方式分为水平式、垂直式、综合式和挡板式4 种。在具体设计时，应根据建筑的实际位置，把外遮阳装置安装在向南方向和向西方向，并根据季节的变化进行调整，以实现夏季遮阳的目标。

3.4 融入绿化元素

建筑绿化是建筑节能设计中的基本要素，通过在建筑内种植绿色植物，既可以为室内提供良好的空气条件，又可以发挥绿色植物遮阳的功能，调节室内温度，降低空调使用频率，达到绿色节能的目的。一般而言，建筑节能绿化设计可分为屋顶绿化、外墙垂直绿化和室内绿化3 种。外墙垂直绿化可以很好地发挥遮阳的功能，而通过室内绿化可以达到净化室内空气的目的，提升室内环境的居住质量。

3.5 合理利用水资源

在绿色建筑节能设计中，科学利用水资源也是节能环保设计的重要内容。第一，合理利用自然水资源。在节能设计中，可以在建筑中设计流径以收集雨水或者雪水，也可以利用净水装置过滤雨水或者雪水，以达到有效利用的目的。第二，合理利用其他水资源，满足除饮用水之外的用水需求。例如，储存的雨水可以用于浇花、洗车。第三，在建筑中设置节约用水装置，有效约束人们减少浪费，实现节约用水的目标。