一、高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

　　近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的建筑規(guī)模也在迅速擴(kuò)大，在城市中許多高層建筑不斷拔地而起，成為一道道靚麗的風(fēng)景線。但是高層建筑體型龐大，其帶來(lái)的電力及其他能源的消耗也是非常大的，主要表現(xiàn)為：(1)高層建筑外圍護(hù)墻體耗能量較大，體形系數(shù)越大耗能越多;(2)高層建筑的“風(fēng)環(huán)境”是影響建筑耗能因素之一。在冬季，風(fēng)力對(duì)建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內(nèi)熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當(dāng)，墻體內(nèi)部易產(chǎn)生冷凝水。

　　而許多設(shè)計(jì)者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識(shí)淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費(fèi)巨大。

　　所謂建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局;建筑物的形體變化、朝向;外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能;門(mén)窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成，因此，高層建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計(jì)者重視。

　　我國(guó)是資源短缺的國(guó)家，建筑能耗量約占全國(guó)總能耗1/4，居耗能首位。近年來(lái)隨著國(guó)際能源供應(yīng)日趨緊張、社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源緊缺成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。因此，建筑節(jié)能成為緩解能源緊缺矛盾、改善人們生活質(zhì)量、減少環(huán)境污染、實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。筆者總結(jié)近年來(lái)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)和節(jié)能技術(shù)進(jìn)行探討。

　　二、節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該從規(guī)劃入手，以節(jié)能作為指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要原則，充分考慮建筑與外部環(huán)境的關(guān)系，從分析地區(qū)的氣候條件出發(fā)，將設(shè)計(jì)與建筑技術(shù)和能源利用有效地結(jié)合，使建筑在冬季最大限度地利用自然能采暖，多獲熱量，減少熱損失，夏季最大限度地減少得熱和利用自然條件降溫和冷卻。在總體規(guī)劃上為建筑節(jié)能創(chuàng)造良好的先決條件。

　　(一)優(yōu)化建筑位置及朝向設(shè)計(jì)

　　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)高很難滿足日照要求，陽(yáng)光有著巨大輻射能量，在寒冷地區(qū)人們十分珍惜陽(yáng)光帶來(lái)的溫暖。據(jù)有關(guān)資料分析，地球每年接收的能量有60億億千瓦，這么大能量棄之可惜，從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽(yáng)能接收器，陽(yáng)光不僅對(duì)人的身體健康有著很大影響，對(duì)建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。寒冷地區(qū)城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)用日照原理，合理的確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能接收更多的太陽(yáng)輻射熱能，因此，建筑的方位與節(jié)能有著直接關(guān)系。如，在北緯40 ～45 地區(qū)，冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍，而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季節(jié)，建筑物所得到的太陽(yáng)輻射熱能量不同，熱損失也不同，尤其是在冬至前后，由于太陽(yáng)高度角低，房間所接收的太陽(yáng)光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時(shí)首先應(yīng)考慮環(huán)境情況，按其太陽(yáng)高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時(shí)間，建筑南向開(kāi)窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽(yáng)光線，減少熱損失，保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。

　　(二)優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)

　　1.外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重，因此，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，目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有：頁(yè)巖陶粒混凝土空心砌塊;粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體;粘土實(shí)心磚或空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。但存在問(wèn)題較多，節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè)，在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層設(shè)在外側(cè)更為妥些。

　　2.高層建筑高空環(huán)境和一般低層建筑所處的環(huán)境差異較大，設(shè)計(jì)師，必須采取額外的措施來(lái)滿足高空環(huán)境下使用者對(duì)舒適度的需求。一般的高層建筑都投資高昂、能耗巨大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗越來(lái)越大，人們也越來(lái)越意識(shí)節(jié)約能源的重要性，節(jié)約能源、創(chuàng)建一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)同樣是每一個(gè)設(shè)計(jì)師不可逃避的責(zé)任，因此，高層建筑的節(jié)能意義重大。

　　高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂(lè)板、PG板) ，巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對(duì)于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體，筆者認(rèn)為存在以下不足之處：(1)抗震能力差，易松散，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好，整體性能差。(2)不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材，安裝裝飾構(gòu)件等。(3)不能承受有振動(dòng)的鑿、刨的裝修，如：剁斧石面層、予留洞、槽易出現(xiàn)冷橋。(4)墻表面易出現(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，是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。

　　(三)電力系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

　　1.供配電根據(jù)負(fù)荷容量， 供電距離及分布， 用電設(shè)備特點(diǎn)等因素合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)， 做到系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單可靠， 操作方便。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心， 以縮短配電半經(jīng)減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù)， 以適應(yīng)由于季節(jié)性造成的負(fù)荷變化時(shí)能夠靈活投切變壓器， 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行減少由于輕載運(yùn)行造成的不必要電能損耗。

　　2.減少線路損耗。由于配電線路有電阻， 有電流通過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生功率損耗，其公式為：

　　ΔΡ=3I 2R·10-3

　　式中：ΔΡ——三相輸電線路的功率損耗(kW)

　　I——線電流( )

　　R——線路相電阻(Ω)

　　其中“R”線路電阻在通過(guò)電流不變時(shí)， 線路長(zhǎng)度越長(zhǎng)則電阻值越大。如果在一個(gè)工程中由于線路上下縱橫交錯(cuò)， 一般工程線路總的不下萬(wàn)米， 大工程更是不計(jì)其數(shù)， 造成電能損耗是相當(dāng)可觀的， 所以減少線路能耗必須引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。在具體工程中， 線路上電流一般是不變的， 那么要減少線損， 只能盡量減少線路電阻。而線路的電阻R=ρL/S，即與導(dǎo)線電阻率ρ、導(dǎo)線長(zhǎng)度L成正比， 與導(dǎo)線截面S成反比。要減少電阻值應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：(1)盡量選用電阻率ρ較小的導(dǎo)線，如銅芯導(dǎo)線較佳，鋁線次之。(2)盡可能減少導(dǎo)線長(zhǎng)度， 在設(shè)計(jì)中線路應(yīng)盡量走直線少走彎路，另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應(yīng)盡可能地靠近負(fù)荷中心，以減少供電半徑。(3)增大導(dǎo)線截面積，對(duì)于較長(zhǎng)的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)配合及電壓降要求的前提下，在選定線截面時(shí)加大一級(jí)線截面。這樣增加的線路費(fèi)用， 由于節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用， 綜合考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)時(shí)還是合算的。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　大力推廣節(jié)能建筑是我國(guó)建筑業(yè)近年來(lái)一直努力的目標(biāo)。我們要不斷應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)技術(shù)做好高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作，以減少能源消耗，最大化利用資源，為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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