【摘 要】高層建筑的與日俱增意味著高能耗建筑越來(lái)越多。本文分別從規(guī)劃設(shè)計(jì)層面、建筑單體設(shè)計(jì)層面以及新能源利用等方面闡述了節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)的影響，并探討了節(jié)能條件下高層建筑設(shè)計(jì)理念的新趨勢(shì)，提出存在的問(wèn)題及今后發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】高層建筑節(jié)能；節(jié)能設(shè)計(jì)；太陽(yáng)輻射；圍護(hù)結(jié)構(gòu)

1 引言

在大規(guī)模的城市化進(jìn)程中當(dāng)中，高層建筑可節(jié)約大量的土地，在有限的地面空間之中爭(zhēng)取到更多的使用面積，并且有利于節(jié)約市政設(shè)施，提高效率，同時(shí)因?yàn)楦邔咏ㄖ煨屯Π?，精心設(shè)計(jì)后還可豐富城市的景觀和城市天際輪廓線，成為城市中的標(biāo)志性建筑，因此，在當(dāng)今世界，高層建筑仍是城市中心建筑的首選。

然而統(tǒng)計(jì)表明，高層建筑消耗的能源相當(dāng)巨大，高達(dá)普通建筑的6～8倍?，F(xiàn)代化的設(shè)計(jì)一般采用玻璃幕墻和中央空調(diào)設(shè)備，這就使得高層建筑的能源開(kāi)支更加昂貴。我國(guó)高層建筑有長(zhǎng)達(dá)70年的歷史，她是城市設(shè)計(jì)、規(guī)劃的重要組成部分，而高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)更是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，而是由城市的綜合環(huán)境氣候條件，總體布局，建筑物的體型變化、朝向、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱的性能、門(mén)窗玻璃的選擇等許多綜合性因素組成，因此，高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)為設(shè)計(jì)者所重視。

2 從規(guī)劃層面看高層建筑位置、朝向與環(huán)境的節(jié)能設(shè)計(jì)。

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段高層建筑設(shè)計(jì)就要引起重視，充分考慮建筑朝向，日照間距，空間形態(tài)，以及建筑與周邊環(huán)境的關(guān)系。高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對(duì)城市環(huán)境的影響，容積率過(guò)高很難滿足日照的要求。陽(yáng)光有著巨大的輻射能量，據(jù)有關(guān)資料分析，地球每年接受的能量有60億億千瓦，陽(yáng)光不僅對(duì)人的身體健康有著很大的影響，對(duì)建筑的節(jié)能也有著十分重要的意義。

首先，建筑的朝向應(yīng)迎合當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向，有利于自然通風(fēng)。在夏季，南北朝向的建筑受到太陽(yáng)的輻射比東西向的少很多，可節(jié)省空調(diào)能量的消耗；在冬季時(shí)，情況與夏季相反，從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗，如在北緯40度～50度地區(qū)，冬天建筑的朝向所得到能量幾乎比夏季多兩倍。而在夏天，東西向所得到的能量比南向的多2.5倍。

其次，高層建筑及其組合群體應(yīng)結(jié)合周邊環(huán)境，將現(xiàn)有建筑和擬建建筑作為一個(gè)整體考慮，實(shí)現(xiàn)群體內(nèi)自然通風(fēng)，優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)。高層建筑群的入風(fēng)口和出風(fēng)口應(yīng)結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向合理設(shè)置，使空氣流通；把夏季的主導(dǎo)風(fēng)向作為建筑的主要朝向，按照南小北大的原則排列建筑，使其在夏季能迎合南向季風(fēng)，引導(dǎo)空氣穿越，冬季又能阻擋寒冷北風(fēng)侵襲，適應(yīng)氣候的變化，從而減少了建筑的能源消耗。

3 從建筑單體看高層建筑形體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的設(shè)計(jì)。

建筑的形體變化是建筑外露面積大小的主要控制因素，體系系數(shù)越大耗能越多，并且建筑的形體轉(zhuǎn)折變化不宜過(guò)多，復(fù)雜。

建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括屋面、外墻和外窗三個(gè)部分：

3.1 屋面：屋面的保溫隔熱與防水是其主要功能，常規(guī)的屋面保溫材料與防水材料存在性能單一問(wèn)題。屋頂最好采用高效保溫隔熱屋面，其傳熱系數(shù)，熱惰性指標(biāo)應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有條件的可以種植屋頂綠化，不僅降低夏季太陽(yáng)輻射，還能調(diào)節(jié)小氣候的環(huán)境。

3.2 外墻：高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同與磚石結(jié)構(gòu)房屋，其結(jié)構(gòu)多為鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重，圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料，為了減輕荷載，達(dá)到保溫隔熱要求，采用輕質(zhì)高效保溫材料，常用的有：粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體、粘土實(shí)心磚與空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。圍護(hù)墻體的外保溫材料應(yīng)選用與建筑整體壽命同步的材料。然而對(duì)于輕質(zhì)外保溫復(fù)合墻體，筆者認(rèn)為存在以下不足之處：抗震能力差，易松散，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好，整體性差；不能承受外部裝修荷載，如：貼石材，安裝裝飾構(gòu)件等；不能承受有震動(dòng)的鑿刨的裝修，如：剁斧石面層，預(yù)留洞，槽易出現(xiàn)冷橋，墻體表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外，復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內(nèi)容易造成冷橋。據(jù)測(cè)定，高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個(gè)熱損失的5%～13%，因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者重視。

3.3 外窗：玻璃幕墻以其輕巧美觀，外觀簡(jiǎn)潔，通透明亮，富裕時(shí)代感等優(yōu)點(diǎn)備受設(shè)計(jì)師的青睞，使玻璃幕墻在高層建筑中得到廣泛的應(yīng)用，幾乎成了世界各個(gè)城市高層建筑外立面的普遍選擇。用玻璃幕墻做建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，大大減少了高能耗的鋼筋，混凝土及磚砌體的使用量，這對(duì)于節(jié)能環(huán)保具有現(xiàn)實(shí)的意義。然而，在建筑的三大維護(hù)結(jié)構(gòu)中門(mén)窗及玻璃幕墻的熱工性能最差，是影響室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和建筑能耗的最主要因素之一，窗和玻璃幕墻的能耗約為墻體的3倍，屋面的4倍，約占建筑圍護(hù)總能耗的40%～50%，因此，控制窗墻比，提高窗戶的保溫隔熱性能，是提高建筑外圍護(hù)節(jié)能指標(biāo)的有效途徑。一方面，在保證居室采光通風(fēng)條件的前提下，控制窗墻比，減少外墻傳遞的熱量；另一方面，推廣應(yīng)用新型節(jié)能門(mén)窗，滿足節(jié)能和使用要求。南方地區(qū)還應(yīng)采用適應(yīng)的外遮陽(yáng)措施，結(jié)合外立面的造型，形成整體有效的外遮陽(yáng)系統(tǒng)。

4 影響高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的其他方面

4.1 太陽(yáng)能的利用：在太陽(yáng)能比較豐富的地區(qū)，建筑應(yīng)該用太陽(yáng)能，如果此建筑用熱水的量比較大，就在其屋頂設(shè)置足夠其使用的太陽(yáng)能熱水器，也在相鄰用熱水量不大的建筑屋頂設(shè)置太陽(yáng)能熱水器，以補(bǔ)充用量大的建筑。對(duì)于高層建筑，立面通常面積要比屋頂面積大許多，在這種情況下我們應(yīng)該從設(shè)計(jì)之初就把向陽(yáng)立面的設(shè)計(jì)融入節(jié)能的理念，做出有特色的節(jié)能墻體。

4.2 水能的利用：我國(guó)的人均水資源僅及世界人均水平的1/4強(qiáng)，屬于貧水國(guó)家之列。因此我國(guó)在高層建筑設(shè)計(jì)中必須考慮如何充分利用好水，這樣可以節(jié)約大量的淡水資源。比如對(duì)雨水的利用。在建筑設(shè)計(jì)中我們還要考慮中水系統(tǒng)，可以用中水沖廁所、清洗。這樣可以減緩我國(guó)淡水資源極其缺乏的到來(lái)的時(shí)間。

5 高層建筑設(shè)計(jì)理念在節(jié)能條件下的新趨勢(shì)

近30年來(lái)，從能源危機(jī)向環(huán)境危機(jī)的漸進(jìn)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，人類對(duì)建筑節(jié)能概念的認(rèn)識(shí)大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段:1)“建筑節(jié)能”—節(jié)省能耗，減少能量的輸入。2)“在建筑中保持能源”—保持建筑中的能量，減少建筑的熱工損失。3)“提高建筑中的能源利用效率”—不再是消極被動(dòng)的節(jié)省能源，而是積極的提高能源效率，高效的滿足舒適要求。這三個(gè)階段可以在現(xiàn)在正在建造的建筑和已建的建筑節(jié)能改造上反映。

紐約地標(biāo)性建筑帝國(guó)大廈擬斥資5億美元進(jìn)行翻新，其中1億美元用于綠色改造。據(jù)了解，此次帝國(guó)大廈實(shí)施的綠色環(huán)保工程自始至終突出可持續(xù)特色。1)將改裝6 500扇窗戶，安裝三層隔熱玻璃，以提高能效。2)安裝的新式空調(diào)和取暖系統(tǒng)，可根據(jù)需求調(diào)節(jié)室溫。3)在散熱器與外墻之間鋪設(shè)隔振墊，以防止冷暖氣流失。4)改用節(jié)能照明設(shè)備并配備移動(dòng)傳感器，走廊和公共區(qū)域無(wú)人時(shí)燈光會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。5)更新現(xiàn)有大樓控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)所有系統(tǒng)的能源使用和需求狀況，確?？照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化，并提供詳細(xì)的分?jǐn)傆?jì)量數(shù)據(jù)。6)能源消費(fèi)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化管理，租戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)跟蹤能源使用情況，及時(shí)采取措施提高能效等。

6 結(jié)語(yǔ)

建筑節(jié)能對(duì)國(guó)家來(lái)說(shuō)是緩解能源緊缺的大事，是一項(xiàng)系統(tǒng)的龐大工程，涉及范圍廣泛。如何加大高層建筑節(jié)能已成為當(dāng)務(wù)之急，我們要大力推廣節(jié)能建筑這項(xiàng)造福子孫后代的事業(yè)。

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作者簡(jiǎn)介：

劉童琳，（1979.9-）男，河北省承德市 建筑師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。