超高层建筑节能设计（精选12篇）
超高层建筑节能设计 篇1
1 概述
随着我国经济的高速增长, 能源消耗及其所带来的污染问题日益突出, 据有关统计数据显示, 目前我国建筑能耗约占全社会总能耗的25%, 其中建筑电器约占14%, 且该比例还有进一步上升的趋势。超高层建筑是建筑能耗中比较典型的大户, 为响应国家倡导的低炭经济, 绿色环保的低炭生活理念, 建设能源节约型社会, 对其进行电气节能设计就显得至关重要。本文探讨了超高层建筑电气节能设计的理论基础和具体的设计措施。
2 建筑电气节能设计的原则
(1) 满足建筑物的功能。即满足建筑物的照明需求, 环境舒适度需求, 通道的畅通无阻和特殊场所用电设备的用电安全性需求等各个方面的要求。
(2) 建筑节能应满足经济性要求。结合建筑物的具体情况, 合理采用节能材料及节能设施, 节能耗费的投资不能过高, 为节能增加的投资以能在短期内通过节能设备节约的费用收回为宜。
(3) 节省无谓的能量消耗。找出建筑物电能浪费的具体地方, 然后采取有针对性的节能措施, 这是建筑电气节能的重点。
(4) 建筑节能应采用先进性的技术原则。
3 供配电系统节能设计
3.1 优先选用节能型变压器
节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等点, 建或改建工程设计时应首选高效低损的节能变压器, 如SL7、S9、SC (B) 9、SGB10及SGB11-R等型号的节能型变压器。与传统产品相比, SL7无励磁调压变压器, 10k V系列的空载损失和短路损失分别降低41.5%和13.9%;S9系列变压器与SL7系列变压器相比, 其空载损失和短路损失又分别降低5.9%和23.3%。SGB11-R系列卷铁芯式变压器比SC (B) 9系列变压器空载损耗降低40%, 空载电流降低70%~85%;比SGB10系列变压器空载损耗降低24%, 负载损耗降低11.7%。S11系统是目前推广应用的低损耗变压器, 空载损耗较S9系列低75%左右, 其负载损耗与S9系列变压器相等。因此, 采用节能变压器, 可以节约能源、减少温室气体的排放, 拥有巨大的节能潜力, 事实证明在设计中选择节能型变压器其节能效果十分理想。
另在对变压器进行选择时, 要合理选择变压器的容量和台数, 注重其容量与电力负荷相适应, 一般而言, 变压器的负荷载率在75%-85%较为适宜, 季节性负荷适合采用单独变压器供电。
3.2 高压线路深入负荷中心
为了节约能源, 降低线路损耗, 设计始终要求变压器深入负荷中心。即变电所应靠近负荷中心, 低压配电间应靠近电气竖井, 合理分布供电网络, 使低压供电半径控制在200 m以内, 供电线路的电压损失已满足规范的允许值, 减少线路电压损失, 提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。其理论依据主要有以下两点。
(1) 输电线路上的损耗功率与电压的关系为
式中P1--输电线上损耗的功率 (KW)
P2--输电线上输送的功率 (KW)
由式 (1) 可知, 输电线路上的损耗功率与电压的平方成反比。所以, 设计时应尽量使10k V高压线路深入负荷中心, 使输电线路上的功率损耗减少, 以利于节能。
(2) 配电线缆的长度与电压偏差的关系为
式中--电压偏差 (V)
L--配电线缆的长度 (mm)
由式 (2) 可知, 配电线缆的长度与电压偏差成正比, 即线缆越长, 电压偏差越大。供给用户端的电压若超过其允许范围, 就会影响到用电设备的正常运行, 严重时会造成用电设备损坏, 给用户带来损失, 故设计时应缩短低压供配电线路的长度, 使其控制在200 m以内。
3.3 功率因数补偿与谐波抑制
(1) 选择用电设备时, 应将其功率因数作为一个重要指标, 优先选用功率因数指标较好的供配电系统及用电设备, 从而保证配电系统有一个较高的自然功率因数值。当系统自然功率因数达不到电网规定要求时, (国家规定值:高压用户0.95, 低压用户0.90.) , 必须采用电力电容器进行补偿, 以减少用电设备无功损耗, 提高用电设备的功率因数或使用静电电容器等进行无功补偿以减少能耗。
(2) 无功补偿设备应适当靠近无功源, 高压用电设备产生的无功功率由高压侧的电容器来补偿, 低压用电设备产生的无功功率宜由低压侧的电容器来进行补偿。
(3) 高次谐波会增加电力系统的无功损耗, 所以设计时要选择谐波指标符合要求的电力、电子设备, 特别是一些容易产生谐波的设备, 如UPS、EPS电源、变频器、软起动器、大型调光装置、医疗检查设备等。当线路谐波比较严重时, 应串联电抗器对电容进行保护。工程上用于抑制3次及以上谐波, 一般采用电抗率为12%的串联电抗器
(4) 设计时应采用多种措施来降低谐波产生的影响。如保护接地采用TN-S制, 可防止谐波引起的中性点电位升高;选择中性线及相同截面的相线可防止谐波引起的中性线电流的增大;变压器绕组采用Dynll接线, 变压器原绕组内可以形成环流, 可抑制3次、5次及以上的高次谐波励磁电流, 防止电流波形畸变。
4 建筑动力系统节能设计
据统计, 建筑动力用电设备消耗的电能约占整个建筑耗电的40%一60%, 如此大容量的动力用电设备, 无疑使我们在节电方面大有做为。动力系统节能应在满足各方面要求的前提下, 尽可能减少电动机电能损耗, 提高电能的有效利用率。其节能措施如下:
4.1 采用高效率节能型电动机
采用高效率节能型电动机 (Y, Y2系列) , 可以减少电动机的负载损耗及空载损耗、提高电动机的效率和功率因数。与普通标准电动机相比, 高效率节能型电动机 (Y, Y2系列) 总损耗可减少20%一30%, 效率可提高3%一6%。
4.2 根据负荷特性合理地选择电动机
根据电机的工作环境及负载特点, 选用合适的电动机, 可提高电动机及其拖动负载的运行效率, 减小损耗。
4.3 选择正确的起动方式
对需要频繁起动的电动机设备, 选择正确的起动方式, 将起到节能的效果。如降压起动有利于节电, 适用于容量较大的电动机;采用变频器起动, 可以根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应, 从而提高电动机的运行效率, 达到省电目的。变频技术应用于风机、泵类设备驱动, 提高了设备效率, 大大减少了设备维护和维修费用, 取得了显著的节能效果, 是一种理想的节能方式。
4.4 根据负载情况对电动机采取就地补偿
对离供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机, 应采取电动机的无功功率就地补偿装置。
4.5 选择合理的控制系统, 提高运转效率
对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备, 可根据系统设计需要, 由程序控制其起动和运行, 同时, 还可通过控制系统的负载来达到节能目的。
5 电气照明系统节能设计
据估计, 我国照明用电量约占总发电量的10%左右, 建筑照明用电量占建筑总耗电的30%左右。对大型写字楼、商业大厦、购物中心等公共建筑, 改善照明控制可大幅度减少照明电耗, 节电潜力巨大。照明节能设计主要可从以下几个方面着手。
(1) 选择合理的照度标准和照明方式
作为照明节能的一个重要环节, 照明设计应根据工作面的分布情况, 选取合理的照度标准值, 正确考虑照度标准的高、中、低3档的照度值;根据视觉作业特点, 选择合适的照明式, 尽量少用一般照明, 可考虑非均匀照明、混光照明以及其他灵活的照明系统, 如设置照度梯度, 使灯光物尽其用, 达到节能的目的。
(2) 进行精确的照度计算
建筑电气照明设计中, 往往对照度计算过于粗略, 仅凭经验估算, 这样估算是不可能把照度值控制在照明标准规定的误差范围内, 会造成实际效果与要求不符, 浪费能源, 所以, 要获得精确的照度, 必须通过较为精确的计算。
(3) 选择高效节能型的光源及灯具
电光源的合理选择是节能的基本要求, 光源的效率与电力消耗最为密切, 常用各类光源中高压钠灯的光效最高, 而荧光灯和金属卤化物灯次之, 高压汞灯不高, 而白炽灯为最低。据有关资料, 采用紧凑型荧光灯比白炽灯省电约75%;T8荧光灯管比T12省电约10%;T5荧光灯管比T8省电约20%;高压钠灯、金属卤化物灯比高压汞灯省电约60%~70%;电子镇流器比传统镇流器省电约60%;采用照明节能控制系统可省电约10%~30%。
因此根据不同的工作场所, 选择相适应的高效光源, 可以降低电能消耗, 节约能源。故在设计中, 应严格控制使用白炽灯 (除了特别需要场所) , 尽量减少高压汞灯的使用量;推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯;大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。高效光源、高效灯具不仅适用于住宅公共部分照明, 在民用建筑中也可大量采用。
(4) 优选启动设备, 改进灯具控制方式
节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能, 采用各种节能型开关或装置是一种行之有效的节电方法。可根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点, 分别控制每盏灯。如在高级客房采用节电钥匙开关, 公共场所及室外照明可采用程序自动控制开关, 走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用触摸式延时开关、声光控制开关、红外线延时开关等, 减少使用时间, 做到“人走灯灭”。超高层住宅电梯前室要采用翘板开关, 保证人员的疏散。
6 建筑电气新技术实现节能
在一般办公楼建筑中风机盘管、加热、暖气片、空调、通风设备等传统的建筑电气设备如果没有先进的电气控制系统对其进行有效的控制, 极易产生大量的能源浪费。例如, 下班后忘记关灯、关空调以至办公室或会议室灯光常亮, 空调常开, 卫生间的灯光24h常亮, 也可能出现一边打开窗户一边开着空调, 夏天将空调的设定温度调至极低的温度等现象, 这些现象都造成了能源的巨大浪费。为解决这些能源浪费的问题, 新一代建筑电气技术正在试图采用各种先进的控制方式对传统建筑电气设备进行有效的控制。例如, 通过光线感应可根据环境光自动控制灯光回路的开闭, 当环境光变亮时, 可自动关闭部分灯光;通过人体感应可自动控制灯光的开关及空调的启停, 可做到有人开灯、开空调, 无人关灯、关空调;当有人将窗户打开时, 可自动将空调关闭;通过光线感应, 在夏天太阳光线强烈时, 可自动将遮阳卷帘放下, 防止室内温度温升过高, 从而最大限度地节能。另外, 通过中控电脑则可监视和控制整个建筑的灯光、遮阳及空调设备, 同时可以看到各区域、各房间的实际温度, 并可设定各房间可调节温度的上下限;通过定时器可对定时上下班场所的灯光、空调、窗帘等进行定时控制。所有这些措施都可以达到节能的目的, 有效地降低建筑电气的能耗。
结语
超高层建筑如大型写字楼、商业大厦、购物中心等结构比较复杂, 其中包括大量的动力设备、电气设备、复杂的照明系统以及完善的消防安全系统, 对电气功能要求比较高。其对电能的消耗量相当大, 节能潜力也很大。所以对其进行电气节能设计是很有必要的, 本文在设计时主要从供配电系统节能、建筑动力系统节能、电气照明节能、建筑电气新技术实现节能四个方面提出了对应的节能设计措施, 对实现超高层建筑电气节能作了有益的探讨。
摘要：从供配电系统节能、建筑动力系统节能、电气照明系统节能、建筑电气新技术实现节能四个方面对实现超高层建筑电气节能作了有益的探讨, 阐述了节能设计的理论基础, 提出了对应的节能设计措施。
关键词：建筑动力系统,建筑电气节能,建筑电气新技术
参考文献
[1]杨小琴.浅析超高层建筑电气节能设计[J].低压电器, 2009 (22) .
[2]李友化.建筑电气节能设计探讨[J].四川建筑科学研究, 2008 (5) .
[3]周向阳.建筑电气节能设计[J].科学时代, 2012 (2) .
[4]张琼芳.新一代建筑电气技术的发展趋势[J].低压电器2006 (9) .
[5]黄敏明.民用建筑电气节能设计探讨[J]。低压电器2009 (2) .
超高层建筑节能设计 篇2
【关键词】 高层建筑 节能 应用研究
一、高层建筑能耗特点分析
1、能耗组成及特点分析
高层建筑容纳人数众多，信息处理量大。为保持正常的运作，高层建筑在电梯、空调、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。主要的能源消耗形式包括电、煤、天然气以及集中供热的蒸汽和热水等。其中供暖空调系统、照明系统、动力系统和办公设备系统是建筑能耗的4个主要系统。供暖空调系统耗电量占到整个建筑能耗的50%以上;照明系统次之，大约为20%;动力系统约为10% ;办公设备系统约为10%。
2、采光和通风的要求
高层建筑基本空间由主要使用房间、交通联系空间(水平交通和垂直交通)、辅助使用房间(餐饮和卫生间)以及设备系统等几部分构成，平面布局与空间组织相对固定，各部分功能空间对自然采光与通风的需求都不容忽视。因此，高层建筑能耗对气候的依赖性较弱，若通过调节建筑与环境的关系来达到节约能耗的目的，效果甚微。高层建筑的节能问题应从建筑自身出发(如平面形式、进深大小、围护构件、设备系统等)，进行节能措施的探讨。
二、高层建筑设计常见问题
高层建筑设计中常出现围护结构保温隔热能力差的问题，建筑的外围护结构包括屋面、外墙、外窗以及地面等部位。对于高层建筑而言，由于其竖向表面面积远大于横向屋面面积，因此，建筑屋顶、建筑外墙及建筑外窗的保温隔热能力成为了衡量其围护结构保温隔热能力的决定性因素。影响建筑外墙节能的主要因素是墙体材料，以及影响墙体材料节能效果的墙体外饰面，东、西外墙遮阳，墙体构造形式等。
在研究中发现，高层建筑外墙应设置保温层，采用双层玻璃。由于西安高新区清扬国际大厦，外墙采用加气混凝土砌块，未设置保温层，使得该办公建筑供暖空调能耗占总能耗的比例高达60.27%。另外，当建筑外墙采用玻璃幕墙配合外挂铝塑板的构造做法时，虽然设置了聚苯板外保温但其供暖空调能耗普遍较高，如旺座现代城B座和D座，供暖空调能耗高达54.62%～56.08%。在窗户类型的选择上，分析可知，供暖空调能耗较高的都采用了单层单玻窗，能耗高达56.8%～60.27%。除此之外，还发现几乎没有高层建筑采取遮阳手段来降低供暖空调能耗，尤其是西向遮阳的问题，值得引起专业人员的重视。
三、设计对策
1、通风设计
关于自然通风的引入，一方面可以对建筑的空间形式进行组织，尽可能形成穿堂风，这一点在条形高层建筑中比较容易实现。对于点式高层，应尽可能组织两垂直墙面窗户之间的通风。自然通风的组织需要更大的窗墙面积比并形成风的通路。另外，还可以结合双层玻璃来实现降温。在国外，建筑利用通风已经成为了一种趋势，很多建筑在设计阶段均考虑了通风的构造体系，例如津巴布韦的Eastgate大楼、英国中部北安普敦近郊的巴克莱卡公司总部大楼等都采用了这种通风构造形式(见图1)。
2、外围护结构设计
(1)外围护结构材料。针对目前高层建筑外围护结构材料以实体围护结构和透明围护结构为主的现状，且基于高层建筑外围护结构并非承重结构，材料选取较为灵活的特点，对于实体围护结构，应尽量选用导热系数小的多孔/空心砌块或加气混凝土砌块等，配合外墙外保温和合理的窗墙面积比，控制由外围护结构保温隔热带来的能耗损失。对于处于寒冷地区与夏热冬冷地区交界的城市，应尽量减少玻璃幕墙的使用。
当实体围护结构达到保温隔热要求后，透明围护结构应遵循以下措施：尽量减少使用玻璃幕墙;控制合理的窗墙面积比，控制可开启面积以组织通风;选用节能的玻璃和窗框材料，注意控制密封性能。
(2)墙体外饰面。建筑外墙饰面是围护结构抵御外界气候影响的第一道防线，其材料的热工性能将直接影响围护结构的热工性能。建筑墙体外饰面对建筑节能设计的影响主要通过围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数表现出来：一是在房间制冷状态下，对房间能耗的影响;二是对墙体传热系数的直接影响;三是房间在自然通风状态下对墙体内表面最高温度的影响。《居住建筑节能设计标准》规定：建筑外墙采用“浅色外饰面(太阳辐射吸收系数<0.6)”节能措施时，计算外墙的总热阻时可附加“隔热措施的当量附加热阻0.2”，当外墙的传热系数由于其构成而不能达到《建筑节能设计标准》要求时，采用“浅色外饰面”的节能措施则可使每种材料包括200mm厚钢筋混凝土的传热系数值均可满足“民用建筑节能设计标准”对传热性能的规定要求。建筑的外墙饰面目前有瓷砖、涂料、石材以及金属幕墙材料等等，最典型的2类外墙饰面是瓷砖及涂料。节能设计中采用浅色外饰面或部分采用浅色外饰面显然是有利的。
(3)墙体外遮阳。除外围护结构材料的选择外，还可增加建筑遮阳，以减少供暖空调能耗。建筑遮阳包括水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳等方式，可结合立面设计意图进行设计，尤其应注意西向遮阳对节约建筑能耗的作用。《居住建筑节能设计标准》规定：建筑的“东、西外墙采用花格构件或爬藤植物遮阳(透射比<0.5)”的节能措施时，计算外墙的总热阻时可附加“隔热措施的当量附加热阻0.3”，节能设计中应考虑“东、西外墙遮阳”，在夏天东、西晒非常严重的地区，东、西外墙遮阳措施有待加强。这方面可以借鉴热带地区城市，如马来西亚和香港等的设计经验。在这些城市，高层建筑遮阳措施的使用在带来较好遮阳效果的同时，也丰富了建筑立面，增加了城市景观。
3、可再生能源的利用
在系统的能源使用方面，应尽量开发可再生能源的利用，如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能等。利用风力发电、太阳能光伏发电、垃圾发电、太阳能热利用、地热利用和沼气发电等，来减少对煤和天然气等不可再生能源和电、蒸汽、热水等二次能源的依赖。例如，使用分体空调的建筑建议增设地源热泵，这样可大大降低空调系统能耗;使用螺杆式水冷机组的建筑建议增加蓄冷装置，冷却塔的废热应予以回收利用;热泵作为一种新型节能技术，也应该在办公建筑中考虑采用;关于太阳能的利用，可以在冬季利用太阳能供暖、夏季采用太阳能制冷系统，全年中都可以使用太阳能光电系统和热水系统。[论文网]
四、结论及建议
由于经济发展的需要，建筑由从前的多层为主改为以中高层为主，建筑的结构形式也发生了较大变化，由过去单纯的框架结构改变为以框剪结构为主，墙体结构形式的改变对墙体节能也提出了新的要求，框架结构中主要以填充墙为主，所以砌块是否节能就显得尤其重要。但在一般性的框剪结构体系中，填充墙往往只占墙体面积的一半，甚至更少，在这种形式下单纯靠改善砌块的热工性能来达到节能的目的可能性大大降低。因此，应加大发展适合于钢筋混凝土结构形式的复合外墙外保温体系的力度。对有利于提高节能效率的措施，如浅色外墙饰面、窗口建筑外遮阳及东西外墙遮阳等，在节能设计时未作考虑;目前68%的建筑节能设计可直接满足《居住建筑节能设计标准》规定的性能指标要求，且各相关参数都优于《节能设计标准》的限值要求。因此，单纯从建筑围护结构上说，完全有条件在现行规范要求的基础上适当提高节能率，提前实现建筑节能的目标。
在信息化、智能化高速发展的时代，高层建筑因节约城市用地、信息处理量大、容纳人数众多而应运而生，但能源消耗巨大。在可持续发展理念大力推行的今天，高层建筑生态化发展的重点是节能问题，可在设计阶段注意组织利于自然采光的平面形式，亦可采取节能灯具节约电能;通过改变空间形式、建筑角度等组织自然通风或改变围护结构构造等蓄存冷量;提高外围护结构保温隔热能力以减少供暖空调能耗;利用太阳能、风能、地热能、水能、生物质能等可再生能源供给设备系统等。以上改进措施，如：组织自然通风、改善围护结构、可再生能源利用等应在节能设计中综合运用，以有利于高层建筑生态化发展。
【参考文献】
[1] 余泳泽：我国节能减排潜力、治理效率与实施路径研究[J].中国工业经济，(5).
[2] 布朗GZ著，常志刚、刘毅军、朱宏涛译：太阳辐射·风·自然光——建筑设计策略[M].中国建筑工业出版社，.
[3] 吴聪慧：生态办公建筑设计的技术理念之初探[J].长春工程学院学报(自然科学版)，，10(1).
节能与高层建筑设计 篇3
【关键词】高层建筑 围护结构 节能 复合墙体
我国的高层建筑有近七十年的历史，东北地区，现代化高层建筑的诞生仅有二十几年的历史，然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分，城市设计是一项十分复杂的工作，我国在这方面的经验不多，而且管理机制尚不健全，往往受一些因素的影响，工作不甚周密和协调，甚至失去控制，有许多的问题等待我们去解决，有待于探索和改进，所以说，今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。
高层建筑体形庞大，如，容积率过高，相邻建筑互相遮挡、不通透，形成大面积阴影区，城市人居环境质量下降，市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，近些年在某些城市建高层建筑已成风气，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。
所谓建筑节能不仅是建筑本身的节能，且由城市的综合环境、气候条件、总体布局；建筑物的形体变化、朝向；外围护结构保温、隔热的性能；门窗质量等许多综合性因素构成，因此，高层建筑的节能首先应为设计者重视。
1、优化建筑位置及朝向设计
高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量，在寒冷地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60 亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理，合理的确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。如，在北纬40 度～45 度地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍，而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5 倍，不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。
2、优化围护结构墙体设计
2.1 外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。
围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更为妥些。
2.2 高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板（舒乐板、PG板），岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体，笔者认为存在以下不足之处：
（1）抗震能力差，易松散，与结构构件结合不好，整体性能差。
（2）不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材，安装装饰构件等。
（3）不能承受有振动的凿、刨的装修，如：剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。
（4）墙表面易出现裂纹。除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。据测定，高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5 %～13 %，因此应引起设计者重视，采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。
2.3 国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温，欧、美各国取得不少先进经验。如：美国研制的TB 型保温隔热复合砌块；波兰的咬合式保温砌块，两块组合成320 厚墙体，在空心砌块内填入高效保温材料，墙体传热系数K= 01209～1100W/ m2 k；芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚胺脂保温材料，300 厚，传热系数K= 0.25～0.28W/ m2 k.某些欧美国家50 %左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好，又具有一定强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。
3、影响建筑节能的其他因素
3.1 高层建筑外围护墙体耗能量较大，占整个建筑耗能的25 %左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53 号办公楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。
3.2 高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。
在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水。因此，建筑保温材料的选用，建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。
超高层建筑节能设计之我见 篇4
首先, 超高层建筑的建筑节能优化设计技术看, 建筑的高度变化导致相关参数的变异, 进而影响建筑能耗的变化是一个不争的事实, 高度超过100米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外, 其它的气象参数都会发生很大的变化。通常根据气象观测资料构建的典型气象年数据中, 地面风速是取自地面高度10米处, 如地面风速为2米/秒时, 则在100米的高空风速会依据指数规律提高到3米/秒, 若高达400~500米时风速可达到5米/秒以上, 温度随高度的变化也会有明显的降低, 通常会有每百米高度的温度下降0.6~1.0℃, 仅这个变化足可以相当于把建筑物移动了一个2级气候区。而依据国内建筑节能的设计能力来看, 大多数设计单位所掌握的用以优化建筑围护结构的建筑能耗模拟软件, 都不能反映气象参数沿高度的变化规律, 也不能够反映建筑围护结构沿高度变化的表面热交换能力的差别, 这就势必无法准确地计算建筑物的能量消耗, 更无从谈及科学合理地设计建筑物制冷、空调、配电等一系列设备系统。
其次, 建筑节能设计标准所能约束的节能技术还不能够完全适用于超高层建筑, 在现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定, 对超高层建筑无法适用, 标准规定的建筑能耗的权衡判断方法也是基于建筑物全楼整体建模的一种评价方法, 而受目前能耗模拟工具的计算能力所限, 超高层建筑中的计算对象 (如房间数量) 规模远远超出了软件的计算能力。从根本上说, 超高层建筑的节能设计问题, 实质是一个在技术上超出了现行国家标准《公共建筑节能设计标准》所能控制的新技术问题, 如果草率地执行现行标准, 则工程设计的技术依据显然不足。
再次, 超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能50%的目标, 不符合国家长远发展要求。应根据当地的技术经济能力, 结合国家建筑节能中长期发展规划确定出工程的实际节能能目标 (即节能率) , 只有以此为前提做出的节能设计才能体现行业进步, 否则, 如此重大工程, 在投入使用后的不远将来, 必然会面临国家节能规划目标的提高而锒铛沦为不节能建筑。
目前, 国内的超高层建筑工程的节能设计问题, 已经受到了中国建筑业协会建筑节能专业委员会、中国建筑学会建筑物理分会建筑热工与建筑节能专业委员会等组织和国内外节能专家的广泛关注, 在2004年10月召开的第九届全国建筑物理学术会议上, 国内建筑物理的专家对目前国内建筑界片面追求地标性, 忽视节能环保的倾向表示了担忧。人们不想看到在技术上超规范的特大型超高层建设项目在我国建成后产生不堪设想的后果。在国家尚未颁布相关法规之前应当及时地针对工程个案采取切实可行的措施把好超高层建筑的节能设计关和审查关。为此建议:由当地建设主管部门牵头组织相关力量对超大体量和超高层建设项目, 进行初步设计前的节能专项论证, 纠正错误, 明确和落实施工图节能设计的节能目标和正确的设计方向。在建筑初步设计和施工图设计阶段进行专项节能审查, 并进行重、特大项目的建筑节能设计审查特别备案。
建筑节能是国家发展的基本国策之一, 超高层建筑又是标志性极强的建筑, 抓好超高层建筑的节能设计, 将会带动国家和地方的建筑节能事业, 促进全社会建筑节能的技术进步。
摘要：目前我国超高层建筑的节能问题, 已引起了国内外建筑节能界的密切关注, 就上述问题而言, 仅凭国内建筑设计单位的设计能力也不可能完全解决好, 国内的研究力量和设计力量联合攻坚的局面尚未形成, 还缺乏政府的政策引导, 于是就有大量的外国咨询公司介入国内的重大项目的节能咨询, 由于对中国建筑节能标准把握不够, 且不了解地区性的气候资源、技术能力、经济水平等, 屡屡导致围护结构选型上出现了不切实际的不合国情的错误设计。
超高层建筑节能设计 篇5
1 建筑节能施工的具体要求
通常情况下，建筑节能的主要目的在于从门窗、屋面、外墙等多方面提升围护结构的热阻值和封闭性，进而实现建筑能耗的节约与降低。
超高层建筑节能设计 篇6
摘要：随着整个国民经济的持续快速发展和城市化水平的不断提高，如何对建筑给水排水设计进行不断优化成为一个不容回避的问题。
关键词：超高建筑 给水排水 节能设计
0 引言
随着整个国民经济的持续快速发展和城市化水平的不断提高，水资源短缺、电力供应短缺和原材料短缺的矛盾日益凸现。因此，对建筑给水排水设计来说，如何对现有设计进行不断优化，以求最大限度的节约每一寸管道、节省每一个阀门、降低每一度电力消耗等，就成为摆在广大给水排水设计者面前的一个不容回避的问题。下面结合笔者在某建筑高度120m的超高层建筑给水排水设计中的一些做法，谈谈笔者在落实贯彻“节能、节材”方面的一些做法，以期和广大国内同行共同探讨。
1 避难层集中设置报警阀，省去减压阀的做法
就建筑高度在120m左右超高层建筑的喷淋系统的报警阀设置来说，通常采用分散设置湿式报警阀的做法：在避难层内设置若干套湿式报警阀，供建筑高区自动喷水灭火系统使用；在地下室内设置若干套湿式报警阀，供避难层以下的低区自动喷水灭火系统使用。同时，根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001-2005）的相关要求，湿式报警阀入口压力不应大于1.2Mpa，在低区湿式报警阀环状供水管道入口设置减压阀组，控制阀前压力不大于1.2Mpa。
在闭式自动喷水灭火系统设计中，根据计算，喷淋水泵扬程需要1.8Mpa.在整个闭式自动喷水灭火系统的各个组成部分中，结合相关喷淋产品所提供的技术参数，湿式报警阀的最大工作压力为1.2Mpa；普通玻璃球下垂型喷头的额定工作压力为1.2Mpa，出厂试验压力为3.0Mpa；一般水流指示器的额定工作压力为1.2Mpa，出厂密封测试压力为2.4Mpa；对夹式安全信号蝶阀的额定工作压力可达1.6Mpa。
此外，根据《自动喷水灭火系统施工及验收规范》（GB50261-2005）6.2.1条的规定：“当系统设计工作压力等于或小于1.0Mpa时，水压强度试验压力应为设计工作压力的1.5倍，并不小于1.4Mpa；当系统设计工作压力大于1.0Mpa时，水压强度试验压力应为该工作压力加0.4Mpa”那么，当系统工作压力较大时，采用无缝钢管以及额定工作压力较大的阀门等材料即可满足系统的设计及施工验收需要。
结合上述压力数据，在整个闭式自动喷水灭火系统设计中，作为整个系统中的重要一环，相比之下，湿式报警阀的最大工作压力只有1.2Mpa，小于整个系统的其他组件。有鉴于此，《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001-2005）才要求湿式报警阀入口压力不应大于1.2Mpa。
在项目设计中，笔者曾作过如下考虑：如果按照常规设计，采取在地下室和避难层分散设置湿式报警阀的做法，在低区报警阀组前的环状管网上分别设置减压阀组。根据设计要求，减压阀组通常采用两组并联，每个报警阀组采用报警阀前后设置控制阀门，并在报警阀前加设过滤器的做法。由于报警阀前后的控制阀门一般采用普通手动阀门，一旦减压阀出现故障的情况下，控制阀门不具备自动关闭功能。因此，两组报警阀组通常不具备故障情况下的自动切换功能，只能手动进行切换。此外，由于报警阀分散设置，从一定程度上增加值班人员的工作强度。
为了克服低区上述不足，进一步确保湿式报警阀的安全，经反复考虑，最终决定把湿式报警阀集中设置在避难层。由于避难层的建筑高度大约在60m左右，由喷淋水泵扬程减去报警阀和喷淋水泵间的高差（喷淋水泵设在地下三层），从而可以确保湿式报警阀阀前压力小于1.2Mpa。相比之下，由于报警阀在避难层集中设置，无需在阀前设置减压阀组即可有效保证报警阀不会发生超压，从而可以充分确保报警阀的安全，进一步提高了整个自动喷水灭火系统的安全程度。同时，由于报警阀集中设置，必然利于系统日后的运行管理。
2 屋面雨水落水管兼作喷淋末端试水排水管道的做法
对于高层框架—核心筒结构的高层建筑，由于高层建筑本身竖向管道较多，必然需要占用标准层有限的建筑面积。那么，就我们给水排水专业来说，能否对现有管道系统进行合理优化，在保证建筑使用功能的前提下，尽可能减少竖向管道数量，既利于节省管材，同时也利于节省建筑空间。
对于高层建筑屋面雨水排水设计，《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第4.9.26条规定：“高层建筑雨水排水管材宜选用承压塑料管或金属管。”同时，笔者也查阅了国内部分超高层建筑的设计实例，屋面雨水排水管道多采用热浸镀锌钢管，也有部分采用钢塑复合管。同时，在超高层建筑的喷淋设计中，结合喷淋末端试水装置的设置位置，需设置专门的喷淋末端试水排水管道。那么，在设计喷淋平面的时候，能否结合屋面雨水排水管道的设置位置（对超高层框架—核心筒结构的建筑，雨水管道通常靠外墙设计），在靠近雨水管道处合理设置喷淋末端试水装置这样设计的话，就可以把屋面雨水管道兼做喷淋末端试水排水管道。从理论上看，这样做应该是可行的。
3 冷却塔的设计及节能运行问题
通常对于有中央空调冷却循环水系统的建筑，结合高层（多层）建筑主楼、裙房和室外场地的关系，合理选择冷却塔的摆放位置，对于节省造价、降低日后运行成本有着重要意义。在冷却塔的设置位置方面，当建筑专业和室外环境允许的情况下，在室外场地上（绿化意内）直接设置冷却塔也是一个不错的选择。显然，冷却塔的位置距离空调制冷机组越近，相比之下更节省冷却循水管道，也必然利于降低冷却循环水系统的造价和建安成本。同时，冷却循环水管道长度越小，系统管路的水头损失必然降低，利于降低冷却循环水泵的扬程，也就降低了系统日后的运行成本。此外，由于日常地面风速比起高空要小的多。当冷却塔设置位置越低的时候，冷却循环水的飘失水量也就越小，利于整个系统的节水。而且，由于冷却塔设置位置较低，那么冷却循环水系统的补水系统可充分利用市政水压完成，避免了冷却塔补水系统的二次加压，势必从一定程度上降低系统日后的运行费用。同时，如果能够在室外地面上直接设置冷却塔没的话，势必减少了冷却塔在屋面上所带来的屋面荷载，节省了结构造价。
在该项目设计中，结合该建筑底层的使用功能，同时，结合该建筑室外场地的情况，把冷却塔设置在该建筑南侧的室外绿地内。考虑美观需要，要求冷却塔厂家对塔体（方形横流式冷却塔）进行适当美化（借鉴电气专业室外箱式变电站的做法：室外箱式变电站经适当美化处理后，其外观效果可作为室外建筑小品）。由于冷却塔设在室外绿地上，为了防止室外落叶进入冷却循环水系统，设计要求在冷却塔的塔顶出风口上设置钢丝网。该系统经过空调季节运转，运行情况良好。同时，根据建成后的实际效果来看，由于室外冷却塔处理得当，相当于一个室外小品，对于丰富建筑环境，起到了不错的效果。
现代高层建筑节能设计 篇7
1. 现代建筑设计上的节能
1.1 建筑朝向的设计
对于高层建筑定位第一要考虑对于环境产生的影响, 容积率高较难实现对日照的要求。据相关的资料可知, 地球每年接收的能量是60亿千瓦。这些阳光对于建筑的节能有重要意义。因此为建筑选择一个合理位置和朝向对与太阳能的吸收及储备很重要, 可以减少建筑自身的能耗。
1.2 体形与平面布置
体形系数是建筑外表面的面积和其包围的体积的比值。对同体积建筑来说, 体形系数越大, 表明单位空间热散失的面积越大。设计师在处理形体和平面的设计时, 要考虑的是功能的要求。
1.3 绿化与节能
近几年以来, 因为城市的绿地不断地减少, 加上对空调的大量使用, 导致了城市“热岛效应”, 空气环境正不断地恶化, 给各种建筑都带来了负效应。一块草地和一块沥青地面的表面温度差可达14摄氏度以上。绿地蒸发大量水分, 带走大量热量, 为建筑物创造了十分有利的周围环境条件, 同时美化了城市, 改善了空气品质。
2. 建筑节能的途径
2.1 建筑围护结构体系
1) 建筑外墙
多年以来, 我国建筑都采用烧结粘上砖作为外墙主要材料, 由烧结粘土砖的生产造成了上地资源的人量损耗, 国家已逐步禁止使用烧结粘上实心砖。复合墙体将是大势所趋, 这种墙体很好地发挥了两种材料的长处, 既不会使墙体过厚, 保温效果又好, 且能承重。
2) 建筑的外门窗
建筑外门窗是冬季冷风侵入及夏季阳光进入的重要通道。为确保建筑节能, 要求外窗以及阳台门有良好气密性。节能的门窗可是中层窗或双层窗。高纬度的严寒地区可以用二层窗。窗户保温和隔热性能的保持主要从两种方式。第一是玻璃, 玻璃导热系数较大。薄薄的一层热量极容易流出或者流入。故设计时可以采用双层玻璃和低辐射玻璃等保温性能好的玻璃或者采用镀膜玻璃来反射掉一部分洒至玻璃上的阳光;其次要考虑窗户框材料, 若是铝型材料或者钢型材料的窗框, 必须对材料做断热处理。
3) 窗墙比的确定
确定门窗、窗体的做法之后, 适当的窗墙比是节能设计的重要部分。窗墙的面积比对于建筑的能耗影响取决于窗和外墙间热工性能差异, 差异越大, 其影响就越明星。窗墙比不只影响到能耗, 同时还影响建筑的立面的效果、室内的采光及通风等。把开窗率保持在适当水平, 尽量防止东、西向开窗, 是节能设计中要遵循的基本原则。
2.2 建筑细部
1) 遮阳板设置
遮阳板的设置在节能设计过程中通常起到意外效果。适当的开窗率、良好的遮阳才是节能的佳作。设计师要注重合理设置遮阳板, 在立面的遮阳设计时不但要考虑构造的设计, 还要综合地利用外廊、阳台等构件及垂直绿化实现综合的遮阳效果。使得遮阳设计和形态处理结合到一起。
2) 立体绿化
城市的规划与建设发展历程中的绿化对于建筑的节能作用将会越来越明显。例如:福冈县立国际中心, 其北面面临金融区, 因此北立面用典型建筑立面, 主入口位于其上;南面沿线由公园延伸出一系列逐层升高的退台, 退台的檐口全部种上了灌木形成立体绿化空间。这一方案调和了开发商的利益和都市空间的要求。
2.3 建筑节能设计对于太阳能的利用
太阳能作为一种典型的可再生能源, 其具备洁净、长期、安全的特性, 所以太阳能已在建筑的节能设计中得到广泛的应用。例如:我国首座全太阳能建筑已在北京落成, 其占地8000平方米。该全太阳能建筑, 主体建筑室内的洗浴、供热、供电等所有能源都由太阳能来提供。太阳能新村建筑南墙、屋顶坡面等位置都安装着数个太阳能集热器。这些集热器在夏季可为空调设备提供驱动热源, 在冬季可为采暖提供保障。此外, 建筑内还安装了全国最大的太阳能发电系统, 投入运营后可提供50千瓦的电力, 满足日常用电所需。该工程之前是奥运场馆的试验性建筑。
3. 结语
建筑节能设计对于一个国家来说是解决和缓解能源缺少问题的大事, 是一项系统而庞大的工程, 它涉及的范围十分广泛。近几年以来, 高层建筑大量兴建, 加大高层建筑的节能设计已经成为了一项重大任务。只有我们齐心协力, 才可以将大力推广节能建筑这项造福子孙后代的事业做好。
参考文献
[1]胡文昭.浅析现代高层建筑的结构与设计[J].中国建筑金属结构, 2013.
优化高层及住宅建筑节能设计 篇8
1. 优化高层建筑位置及朝向设计
建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响, 容积率过高很难满足日照要求, 阳光有着巨大辐射能量。据有关资料分析, 地球每年接收的能量有60亿亿千瓦, 阳光不仅对人的身体健康有着很大影响, 对建筑的节能也有着十分重要意义。城市规划应注重应用日照原理, 合理的确定建筑位置与朝向, 使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能, 因此, 建筑的方位与节能有着直接关系。如, 在北纬40°~45°度地区, 冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍, 而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5倍, 不同朝向, 不同季节, 建筑物所得到的太阳辐射热能量不同, 热损失也不同, 尤其是在冬至前后, 由于太阳高度角低, 房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况, 按其太阳高度角做出日影响图, 以确定冬季每天的日照时间, 建筑南向开窗面积尽可能大些, 在满足采光条件下, 北向、东向窗尽可能小些, 从而获得更多的太阳光线, 减少热损失, 保持室内舒适的温度环境。
2. 优化高层围护结构墙体设计
(1) 外墙是围护结构的主体部分, 高层建筑的围护结构是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重, 因此, 围护结构属于填充材料, 为了减轻荷载, 达到保温、隔热要求, 采用轻质高效保温材料, 目前常用的墙体做法有:页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。通过实践比较与保温材料设在内侧相比, 围护结构的保温材料设在外侧节能效果较好。
(2) 高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板 (舒乐板、PG板) , 岩棉板等轻质保温材料。一幢料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体, 笔者认为存在以下不足之处:1) 抗震能力差, 易松散, 与结构构件结合不好, 整体性能差。2) 不能承受外部装修贴、挂荷载, 如:贴石材, 安装装饰构件等。3) 不能承受有振动的凿、刨的装修, 如:剁斧石面层、预留洞、槽易出现冷桥。4) 墙表面易出现裂纹。除此之外, 复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入, 墙体内容易造成冷桥, 是保温、隔热的薄弱环节。据测定, 建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%~13%, 因此应引起设计者重视, 采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。 (3) 国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温, 欧、美各国取得不少先进经验。如:美国研制的TB型保温隔热复合砌块;波兰的咬合式保温砌块, 两块组合成320厚墙体, 在空心砌块内填入高效保温材料, 墙体传热系数K=0.1 209W/m2·k~1 100W/m2·k;芬兰研制的一种空心砌块, 空隙之间填入聚氨酯保温材料, 300厚, 传热系数K=0.25W/m 2·k~0.2 8 W/m 2·k。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好, 又具有一定强度, 避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。
3. 利用自然通风取得建筑节能的效果
(1) 建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时, 应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致;然而对于建筑群体, 若风沿着法线吹向建筑, 会在背风面形成很大的漩涡区, 对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊, 根据风向投射角 (风向与房屋外墙面法线的夹角) 对室内风速的影响来决定合理的建筑间距, 同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响, 因此在单体设计中还应该结度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
(2) 围护结构开口的设计
建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式, 窗墙面积比等的合理设计, 直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测定, 当开口宽度为开间宽度的1/3~2/3时, 开口大小为地板总面积的15%~25%时, 通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开布置, 这样可以使气流在室内改变方向, 使室内气流更均匀, 通风效果更好。
4. 影响建筑节能的其他因素
建筑外围护墙体耗能量较大, 占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一, 体形系数越大耗能越多, 国外的一些高层建筑造成圆塔形, 比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53号办公楼都是圆形或椭圆形, 我们知道, 相同的面积, 圆的周长最短, 这样使建筑外露面积较小。因此, 基于能量损耗的考虑, 建筑的形体变化不宜过多、复杂。
最后本人结合所处的长江中下游地区如何做好住宅建筑节能的设计, 为适应长江中下游地区的气候特征, 必然要产生一系列适应性的空间形态。
1) 、围护结构的隔热性能
对于夏季高温时间长的长江中下游地区建筑外墙体通常采用白色粉刷或浅色饰面来达到外墙反射隔热的效果。要使得传向室内的热量少还应该减少建筑外围护结构的传热系数, 即在外围护结构中设置隔热层, 隔离室外热量向室内传递, 这样一来建筑外表吸收的热量将大量聚集在外表面, 促使建筑外表面温度升高, 进一步提高了建筑外表面与环境之间的温差, 有利于向室外散热。
2) 、窗户的隔热性能问题一直是外围护结构设计中最为重要的一个因素主要是怎样改善及防止空气渗透。对于长江中下游地区而言, 要解决的是窗户隔热的问题。在夏季满足自然采光的同时, 能够尽可能的使阳光滞留在户外, 目前最常用的方法是采用双层玻璃窗, 使用中空、隔热和反射玻璃等, 但空气间层一般只在2 0 m m左右, 并不能有效的达到隔热的目的, 要达到40mm才有一定的效果, 这就使得空气间层的压力变得更小, 采用的玻璃就必须有更大的强度, 这就势必提高造价。如果在空气间层填充反光材料, 会达到更好的效果。
3) 、建筑布局及内部空间的组织与划分
在长江中下游地区, 为舒缓夏季酷热的气温。建筑的总体布局上就应该紧密的围绕这一问题展开。在建筑的布局上应舒展开敞, 有较大的窗洞开口, 有利于自然通风。采用较深的门廊和遮阳板有助于导风与降温。
4) 、构造设计学在长江中下游地区住宅建筑设计中的运用
根据不同的地域气候特征, 构建一套相应的建筑构造设计, 是建筑领域在不断追求的目标。其基本的思想是:不依赖耗能设备, 而在建筑形式、空间布局和构造上采取措施, 以改善建筑环境, 实现微气候建构。根据冬季与夏季太阳的不同高度角来制定有效的利用阳光和遮阳措施。在住宅建筑中设置阳光间和中心温室, 冬季阳光间和中心温室可以充分吸收太阳辐射热量, 为住宅提供一定的热量, 此时将遮阳百叶拉起, 通风屋顶进风口和出风口封闭。夏季阳光间和中心温室的百叶都是开放的可以遮挡阳光, 双层屋顶的进风口和出风口的百叶在夜间和白天某些时刻是开启的, 以带走空气间层中受热的空气, 避免室内温度过高。此外, 利用地下风管系统, 冷却室外空气, 并将其导入中心庭院。
结束语
对人居环境的探讨, 一直以来都是建筑界所关注的问题。无论在建筑节能, 降低建筑能耗, 还是在提高人居舒适度, 创造新型的节能建筑, 都取得了很大的成效。但是面对这个庞大的建筑领域, 建筑能耗是显而易见的, 微小的能耗变化, 都将决定对能源的如何分配。
本文所提到的几点建议, 是微不足道的一小部分, 要想实现建筑领域真正节能, 还需要建筑界同仁们不懈的努力。
摘要：文中叙述了建筑节能与气候、地理条件的关系。同时分析了高层建筑位置、朝向与接受太阳辐射热能的关系、自然通风及围护结构墙体的保温、隔热存在的问题及结合作者所处长江中下游地区对住宅建筑节能设计的几点意见。
超高层建筑节能设计 篇9
关键词：超高层办公楼,建筑电气节能设计,研究
随着我国人口的增长和国民经济的发展, 资源开始日渐枯竭, 国家已经开始大力倡导甚至在某些相关方面做出了明确规定。因此, 在资源日益匮乏的今天开发并施行节能技术是非常有必要的。在我国, 电力设备与工业、交通业并成为“耗能大户”, 其中电力设备的消耗大户一般都在建筑物, 尤其是超高层建筑物中, 例如繁杂的照明装置、电梯用量、空调用电等。因此, 超高型建筑物的电气节能设施的研究就显得尤为重要了。
1 电气节约应秉持的传统理念
对于超高层建筑物来说, 电气节能设计首先要节约, 但是不能一味节约, 我们要讲究开源节流, 增加电的产生效益, 同时加强人们对于电气的节约意识;其次, 电气的节能设备一定要在保证人们日常生活工作用电合理、足够的情况下展开;最后, 节能技术应尽量选用先进、稳定的技术, 保证超高层建筑物电力系统使用的同时, 保障人们的用电足够性, 是节约更容易的进行。
2 超高层建筑节能设计的实施方案
超高层建筑物节能设计应该从电气系统所需设施、配电系统的节能设施以及供电的电压和电源入手, 在保证电力系统安全, 电力照明、电梯以及消防警报等需要用电的基本设备可以正常运转的前提下进行。
2.1 建筑物里的各项设备要具有节能性
在超高层建筑物中电气系统一般采用低压配电屏、应急发电组、高压开关柜以及电力变压器这四部分。其中, 国外的低压配电屏结构一般为抽屉式, 大容量出线一般为手车式, 我国可以做相应的效仿, 降低空间占有率。国外应急发电组的发电机采用燃气发电, 替代了不可再生的柴油, 一方面可以节约环保, 另一方面对于超高层建筑的防火安全也有一定的保障。
2.2 保证日常的电器使用
由于超高层建筑物的建筑特殊性, 其对电力也有很大的依赖性, 因此, 为了避免因为紧急停电等突发情况, 超高层建筑物的供电模式采用的是独立电源供电模式, 为了保证电路的正常运行也会设置两个独立电路以及相应的应急发电机组。
在供电设计时还要充分考虑电力的负载, 保证电力系统的荷载可以保证用电设备的正常运行。同时, 电力系统的设计还要考虑防雷和接地的问题。由于现代超高层建筑物普遍采用将钢筋砼剪力墙和建筑物楼板紧密连接的建筑方案, 因此在对电力系统的设计时要做好金属管线的接地措施。相应的避雷措施多是安装避雷针和避雷带。
而对于超高型建筑物最常用到的电梯, 建筑设计师和相应的节能设计人员应从电梯的性能、安全以及节能的角度出发, 在保证电梯正常运行的同时多注重电梯的节能效果。最后, 关于超高层建筑物的消防灭火和安全报警装置, 这些装置最好采用先进性能强而且效果好的装置, 在火灾发生时可以给人们提供正确而有效的预报。
2.3 电气系统的节能设计
电气系统的节能设计一般在配电系统和照明系统上实现节能。
(1) 独立电源的节能设计。超高层建筑物所采用的独立电源分为两路, 照明系统一路, 动力系统一路, 他们所使用的电力资源也是分开计费的。同时也对低压区和高压区的用电分开计费, 高压区供电高收费也高, 低压区用电量少则安装计费电度表计算收费, 从一定程度上抑制电力资源浪费。这是一个非常好的节约电气的方法。
(2) 配电的节能设计。在超高层建筑物的配电设备中, 干线采用放射式系统配电, 各楼层内部采用混合式配电系统。而相应的配电变压器则爱用可以节能环保的变压器, 这样使用一方面可以最大限度的延长变压器的使用寿命, 另一方面还可以减少配电变压器在配电的过程中消耗的资源。
(3) 电气照明系统的节能设计。据统计, 建筑照明用电量占建筑总用电量的30%左右。因此对大型建筑物, 如写字楼、商业大厦等建筑, 改善照明控制可以大幅度减少照明消耗。首先, 相关工作人员可以根据工作对相关的照明面积及强度有个大致的计算, 根据计算结果设置高中低三个不同梯度的照明梯度, 使灯光物尽其用;然后, 要选择高效节能型的照明灯具, 设计者要根据不同的照明需要设置不同的灯具, 以期达到照明有效, 不浪费电力的标准。
(4) 采用高效率节能性电动机。高效率节能性电动机可以减少电动机负载损耗, 还可以提高电动机的效率和功率因数。这样来说, 选择高效率节能性电动机就显得非常必要了。首先, 要根据电机的工作环境选择合适的电动机;其次, 对于需要频繁启动的电动机, 要选择正确的启动方式;最后, 对于离供电点较远的大中型电动机, 采取无功率的就地补偿。
(5) 对于节约用电的宣传。电气的节约还是要从身边做起, 加强对节约的宣传教育也是节约的一种有效方法。在先天以及冬天的用电高峰时段, 离开办公室或者作业区时, 随手关灯, 随手关空调, 在室内早明亮度足够时, 关闭部分电灯, 夏天太阳照射室内温度过高时, 可以放下窗帘, 减少温度的升高, 以上这些都是可以节约电气的方法, 只要加强相关的宣传教育, 就可以有效的达到减少电气能源的消耗。
3 电气节能中应注意的问题
电气节能的实施中也要注意相应的安全问题。例如在设置接地装置时, 要使用独立的金属外壳包装, 防止安全事故的发生;防雷措施也要做好;设计电气系统时, 校正好电气系统的灵敏度, 做好防雷和接地项目的保护措施, 尽量避免不安全因素;最重要的是要考虑安全用电, 要规范合理的设计, 对于漏电等要及时排查, 保证漏电开关级数符合系统规定。
4 结束语
超高型建筑物的结构比较复杂, 人员众多, 需要的资源也比较多, 对于电气资源的应用更是消耗巨大。本文对于这类建筑物的电气节约方面做了一些探讨, 提出了相关建议。这种超高型建筑物中包括大量的动力、电力设备, 只要设计得当, 电力的节约量是非常可观的。
参考文献
[1]周向阳.建筑电气节能设计[J].科学时代, 2012, (2) .
高层建筑节能设计的应用研究 篇10
1、能耗组成及特点分析
高层建筑容纳人数众多, 信息处理量大。为保持正常的运作, 高层建筑在电梯、空调、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。主要的能源消耗形式包括电、煤、天然气以及集中供热的蒸汽和热水等。其中供暖空调系统、照明系统、动力系统和办公设备系统是建筑能耗的4个主要系统。供暖空调系统耗电量占到整个建筑能耗的50%以上;照明系统次之, 大约为20%;动力系统约为10%;办公设备系统约为10%。
2、采光和通风的要求
高层建筑基本空间由主要使用房间、交通联系空间 (水平交通和垂直交通) 、辅助使用房间 (餐饮和卫生间) 以及设备系统等几部分构成, 平面布局与空间组织相对固定, 各部分功能空间对自然采光与通风的需求都不容忽视。因此, 高层建筑能耗对气候的依赖性较弱, 若通过调节建筑与环境的关系来达到节约能耗的目的, 效果甚微。高层建筑的节能问题应从建筑自身出发 (如平面形式、进深大小、围护构件、设备系统等) , 进行节能措施的探讨。
二、高层建筑设计常见问题
高层建筑设计中常出现围护结构保温隔热能力差的问题, 建筑的外围护结构包括屋面、外墙、外窗以及地面等部位。对于高层建筑而言, 由于其竖向表面面积远大于横向屋面面积, 因此, 建筑屋顶、建筑外墙及建筑外窗的保温隔热能力成为了衡量其围护结构保温隔热能力的决定性因素。影响建筑外墙节能的主要因素是墙体材料, 以及影响墙体材料节能效果的墙体外饰面, 东、西外墙遮阳, 墙体构造形式等。
在研究中发现, 高层建筑外墙应设置保温层, 采用双层玻璃。由于西安高新区清扬国际大厦, 外墙采用加气混凝土砌块, 未设置保温层, 使得该办公建筑供暖空调能耗占总能耗的比例高达60.27%。另外, 当建筑外墙采用玻璃幕墙配合外挂铝塑板的构造做法时, 虽然设置了聚苯板外保温但其供暖空调能耗普遍较高, 如旺座现代城B座和D座, 供暖空调能耗高达54.62%~56.08%。在窗户类型的选择上, 分析可知, 供暖空调能耗较高的都采用了单层单玻窗, 能耗高达56.8%~60.27%。除此之外, 还发现几乎没有高层建筑采取遮阳手段来降低供暖空调能耗, 尤其是西向遮阳的问题, 值得引起专业人员的重视。
三、设计对策
1、通风设计
关于自然通风的引入, 一方面可以对建筑的空间形式进行组织, 尽可能形成穿堂风, 这一点在条形高层建筑中比较容易实现。对于点式高层, 应尽可能组织两垂直墙面窗户之间的通风。自然通风的组织需要更大的窗墙面积比并形成风的通路。另外, 还可以结合双层玻璃来实现降温。在国外, 建筑利用通风已经成为了一种趋势, 很多建筑在设计阶段均考虑了通风的构造体系, 例如津巴布韦的Eastgate大楼、英国中部北安普敦近郊的巴克莱卡公司总部大楼等都采用了这种通风构造形式 (见图1) 。
2、外围护结构设计
(1) 外围护结构材料。针对目前高层建筑外围护结构材料以实体围护结构和透明围护结构为主的现状, 且基于高层建筑外围护结构并非承重结构, 材料选取较为灵活的特点, 对于实体围护结构, 应尽量选用导热系数小的多孔/空心砌块或加气混凝土砌块等, 配合外墙外保温和合理的窗墙面积比, 控制由外围护结构保温隔热带来的能耗损失。对于处于寒冷地区与夏热冬冷地区交界的城市, 应尽量减少玻璃幕墙的使用。
当实体围护结构达到保温隔热要求后, 透明围护结构应遵循以下措施:尽量减少使用玻璃幕墙;控制合理的窗墙面积比, 控制可开启面积以组织通风;选用节能的玻璃和窗框材料, 注意控制密封性能。
(2) 墙体外饰面。建筑外墙饰面是围护结构抵御外界气候影响的第一道防线, 其材料的热工性能将直接影响围护结构的热工性能。建筑墙体外饰面对建筑节能设计的影响主要通过围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数表现出来:一是在房间制冷状态下, 对房间能耗的影响;二是对墙体传热系数的直接影响;三是房间在自然通风状态下对墙体内表面最高温度的影响。《居住建筑节能设计标准》规定:建筑外墙采用“浅色外饰面 (太阳辐射吸收系数<0.6) ”节能措施时, 计算外墙的总热阻时可附加“隔热措施的当量附加热阻0.2”, 当外墙的传热系数由于其构成而不能达到《建筑节能设计标准》要求时, 采用“浅色外饰面”的节能措施则可使每种材料包括200mm厚钢筋混凝土的传热系数值均可满足“民用建筑节能设计标准”对传热性能的规定要求。建筑的外墙饰面目前有瓷砖、涂料、石材以及金属幕墙材料等等, 最典型的2类外墙饰面是瓷砖及涂料。节能设计中采用浅色外饰面或部分采用浅色外饰面显然是有利的。
(3) 墙体外遮阳。除外围护结构材料的选择外, 还可增加建筑遮阳, 以减少供暖空调能耗。建筑遮阳包括水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳等方式, 可结合立面设计意图进行设计, 尤其应注意西向遮阳对节约建筑能耗的作用。《居住建筑节能设计标准》规定:建筑的“东、西外墙采用花格构件或爬藤植物遮阳 (透射比<0.5) ”的节能措施时, 计算外墙的总热阻时可附加“隔热措施的当量附加热阻0.3”, 节能设计中应考虑“东、西外墙遮阳”, 在夏天东、西晒非常严重的地区, 东、西外墙遮阳措施有待加强。这方面可以借鉴热带地区城市, 如马来西亚和香港等的设计经验。在这些城市, 高层建筑遮阳措施的使用在带来较好遮阳效果的同时, 也丰富了建筑立面, 增加了城市景观。
3、可再生能源的利用
在系统的能源使用方面, 应尽量开发可再生能源的利用, 如太阳能、地热能、风能、水能、生物质能等。利用风力发电、太阳能光伏发电、垃圾发电、太阳能热利用、地热利用和沼气发电等, 来减少对煤和天然气等不可再生能源和电、蒸汽、热水等二次能源的依赖。例如, 使用分体空调的建筑建议增设地源热泵, 这样可大大降低空调系统能耗;使用螺杆式水冷机组的建筑建议增加蓄冷装置, 冷却塔的废热应予以回收利用;热泵作为一种新型节能技术, 也应该在办公建筑中考虑采用;关于太阳能的利用, 可以在冬季利用太阳能供暖、夏季采用太阳能制冷系统, 全年中都可以使用太阳能光电系统和热水系统。
四、结论及建议
由于经济发展的需要, 建筑由从前的多层为主改为以中高层为主, 建筑的结构形式也发生了较大变化, 由过去单纯的框架结构改变为以框剪结构为主, 墙体结构形式的改变对墙体节能也提出了新的要求, 框架结构中主要以填充墙为主, 所以砌块是否节能就显得尤其重要。但在一般性的框剪结构体系中, 填充墙往往只占墙体面积的一半, 甚至更少, 在这种形式下单纯靠改善砌块的热工性能来达到节能的目的可能性大大降低。因此, 应加大发展适合于钢筋混凝土结构形式的复合外墙外保温体系的力度。对有利于提高节能效率的措施, 如浅色外墙饰面、窗口建筑外遮阳及东西外墙遮阳等, 在节能设计时未作考虑;目前68%的建筑节能设计可直接满足《居住建筑节能设计标准》规定的性能指标要求, 且各相关参数都优于《节能设计标准》的限值要求。因此, 单纯从建筑围护结构上说, 完全有条件在现行规范要求的基础上适当提高节能率, 提前实现建筑节能的目标。
在信息化、智能化高速发展的时代, 高层建筑因节约城市用地、信息处理量大、容纳人数众多而应运而生, 但能源消耗巨大。在可持续发展理念大力推行的今天, 高层建筑生态化发展的重点是节能问题, 可在设计阶段注意组织利于自然采光的平面形式, 亦可采取节能灯具节约电能;通过改变空间形式、建筑角度等组织自然通风或改变围护结构构造等蓄存冷量;提高外围护结构保温隔热能力以减少供暖空调能耗;利用太阳能、风能、地热能、水能、生物质能等可再生能源供给设备系统等。以上改进措施, 如:组织自然通风、改善围护结构、可再生能源利用等应在节能设计中综合运用, 以有利于高层建筑生态化发展。
参考文献
[1]余泳泽:我国节能减排潜力、治理效率与实施路径研究[J].中国工业经济, 2011 (5) .
[2]布朗GZ著, 常志刚、刘毅军、朱宏涛译:太阳辐射·风·自然光——建筑设计策略[M].中国建筑工业出版社, 2008.
[3]吴聪慧:生态办公建筑设计的技术理念之初探[J].长春工程学院学报 (自然科学版) , 2009, 10 (1) .
超高层建筑节能设计 篇11
关键词：高层综合建筑；暖通系统设计；节能
1高层综合建筑暖通空调系统设计原则
（1）生活舒适原则
具有舒适的生活环境，是人们选择建筑的主要因素之一，同时，光、色、声也是选择生活环境的重要因素。为此，设计人员在设计暖通空调系统的时候，必须予以充分考虑，让人们可以在心理上感觉到舒适，增加一些暖色设计，适当降低室内温度，减少能耗。
（2）整体局部原则
一般而言，集体供暖效应要远远大于个人供暖。集体供暖不仅可以有效提升每个房间的温度，还可以实现能源节约。为此，在选择建筑的时候，集体供暖也是一项重要的考虑因素。然而，需要注意的是，每个房间的温度是能够自由调配与控制，不可以出现“一把抓”的现象。
（3）节能原则
随着社会经济的快速发展，能源、环境问题越来越突出，建筑暖通空调系统设计受到了人们的高度重视。所以，在设计暖通空调系统的时候，设计人员必须重视管路系统的设计，达到简单化、科学化的标准，减少管材使用量，降低设计成本。除此之外，设计人员也可以加强对湿度、温度、风速、劳动强度等方面的控制，制定适合的比例，实现环保节能目标。
（4）合理利用室内通风量原则
在暖通空调系统设计中，合理利用室内通风量，是改善室内空气品质的重要手段。室内通风不仅可以净化室内空气，还可以排出空气中存在的尘埃、杂质等，有效改善了人们的生活环境，对环保节能目标的实现有着积极意义。
2高层综合暖通空调设计的难点
高层综合暖通空调设计需要考虑多方面的影响因素，其主要的技术难点如下：
2.1在建筑居住环境中，供暖供热等方面的需求是必不可少，因此必须采用单独的热源来满足多方面的需求。同时，由于空间分配紧張，需要在屋顶或者地下室中建设锅炉房，这样就需要仔细考虑建筑环境中热源的布局问题。
2.2通常情况下，高层综合建筑对高度要求较高，这也加大了供暖体系在纵向上的设计难度。并且整个供暖系统不同于多层建筑的设计方式，系统的水静压力更大，需要重新部署室外管网的施工设计，加大了设计难度。
2.3由于高层综合建筑空间高大，室内空气上下温度差别较大，应结合建筑的装修布局方式对送风方式进行合理设计，通过调节空调风速和送风量，确保室内温度适宜。
3空调系统优化设计
近年来，随着经济建设的快速发展，综合高层建筑的需求越来越大，而对建筑中空调系统的优化设计也越来越重要。空调系统产热能力高，如果无法及时将产生的热量排出到建筑外，就会严重影响到空调系统的运行。因此应对空调系统进行合理设计，通常的做法是利用水环热泵空气调节系统将热量转移，这种方法成本低且散热效果好。此外，空调系统分为开式系统和闭式系统两种，开式系统中水与外界环境有接触，容易造成热量流失，并且造价费用高；闭式系统不与外界空气接触，不会让外界释放能量，在设计空调系统时充分考虑二者的利弊与自身需求，选择合适的系统。并且，由于大空间建筑面积大，空调系统的覆盖面积也相应增大，对空调系统管径回路的设计直接决定了运行成本，因此可以采用双级泵系统降低系统成本。
4高层综合建筑暖通空调设计与节能
在节能型建筑中，空调的自身耗能在建筑耗能中的比例是比较大的，使空调的自身能耗降低是建筑暖通设计中重要的环节。由于在较大面积的建筑主体中，空调和空调系统的服务半径相对较大，因此，减少空调自身能耗对于节能的作用是十分大的。由于空调系统可以分为冷热源、空调风系统和水系统三个方面。因此，空调的节能降耗可以从这三个方面入手。
4.1冷源和热源方案。在空调系统中，冷热源的选取主要是根据建筑的自身结构和所处的地理位置来确定的。在高层综合建筑中，冷热源一般采用电力型或是燃气型压缩式的制冷机，或者是吸收式以及直燃式冷热水机组。对冷热源方案进行确定时，需要充分考虑建筑周围的环境，若建筑所在的地区已经有足够多的供冷或供热设施时，就需要相应的减少冷热源的建设数量，保证冷热源建设的经济性。此外，还需要对建筑自身的结构特点进行分析，保使冷热源的建设不会对建筑的整体造成损害，保证冷热源方案的安全性。
4.2空调风系统。由于在冬季，空调服务内外分区的冷热温度一般差别较大，针对此问题，可以将空调的服务区域划分为供冷的内区和进行供热的周边区两个区域。充分利用冬天室外温度较低，可以很好地作为冷源来给内区供冷，在保证空调供冷效果的同时，节省了空调的运行费用和能源消耗。另一方面，针对空调风系统的特点，可以采用变频风机来减少电能的损耗。通过变频风机将风门完全开启，使空调的运行转速降低，减少运转速度过快对设备的冲击。从而在减少电费支出的同时，可以减少空调的损耗和维修费用。同时变频风机的应用还可以很好地满足空调机组对于风机高稳定性和安全性的要求，增强空调使用的安全性和持久性。空调系统的优化和节能除了上述两个方面以外，还可以采用独立送新风系统，在过渡季节对自然风进行充分的利用。由于自然风具有较高的空气品质，同时自然风送风系统的应用还可以减少空调主机运行时间，延长空调寿命。在过渡季节，制冷主机不开启情况下，调节风阀，控制新风量，控制加湿量使用户得到舒适的环境，降低过渡季节空调系统运行费用。
4.3空调水系统。针对空调水系统，首先要将水系统进行分区，一般情况下分区的方式有两种，一种是根据水系统承受的压力来分区，另一种是按照按承压能力分区来进行的水系统分区。在对水系统进行分区时，需要综合考虑空调制冷设备以及管道和附件的承载能力，避免系统压力超过了承载范围，而导致系统泄漏现象的发生。此外，为了进一步减少空调自身耗能，可以采用变频技术，使空调水系统根据动态负荷变化规律来对水量进行调节。由于在空调系统中，水泵的耗能占到了总耗能的百分之二十，因此，采取变频技术可以大大降低水泵的耗能，从而减少空调的整体耗能，达到节约资源的目的。
4.4其他措施。由于暖通空调的能耗中有很大的比例是由空调冷热负荷以及系统配置所决定的，因此，对空调的负荷进行确定是暖通空调节能的关键环节。针对此问题，需要在大空间建筑中对建筑的位置以及内部的墙面、门窗等进行良好的布置，包括建筑材料等。同时对建筑围护结构热工相关的性能进行提升，将建筑物和周围环境作为一个整体进行综合考虑。在空调系统线路设计方面要做到简便科学，在保证空调系统性能的同时，尽量的减少材料损耗，以达到节约能源的目的。
5结语
总之，高层综合建筑暖通设计直接关系到建筑设计的成败，也直接影响建筑暖通空调系统建设的质量。因此，在设计暖通空调系统过程中，一定要对建筑使用功能进行充分考虑，并采取有效的设计、管理措施，实现暖通空调系统设计的合理性、科学性，提高建筑使用的社会、经济效益，并进一步实现节能工作。
参考文献：
[1]陈静娟.高层智能化建筑办公楼暖通空调系统设计[J].城市建设理论研究（电子版），2011（32）
南方地区高层建筑的节能设计 篇12
1 建筑体形、朝向、平面形式设计
1.1 合适的体形系数
建筑的体形系数是建筑体形设计的重要参数。体形系数是指建筑物的外表面积与外表面积所包的体积之比, 体形系数越小, 单位建筑面积对应的外表面积越小, 外围护结构的传热损失越小。但是, 体形系数不只是影响外围护结构的传热损失, 它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关。依据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 (JGJ134-2001) 》, 条式居住建筑物的体形系数不应超过0.35, 点式居住建筑物的体形系数不应超过0.40;在《公共建筑节能设计标准 (GB50189-2005) 》中, 严寒、寒冷地区公共建筑的体形系数应小于0.40, 而对夏热冬冷地区公共建筑的体形系数未做强制性规定。
1.2 合理的朝向
建筑物的朝向合理能使建筑在被动式和主动式太阳能系统中充分利用太阳能, 对于建筑节能有着很大的影响, 这一点已成为人们的共识。例如, 长方形建筑物南北向时空调冷负荷较少, 而且在面积相等的情况下, 主朝向的面积越大, 这种倾向越明显。
建筑师杨经文在设计马来西亚的雪兰羲IBM公司大厦时, 充分考虑了湿热地区气候特点, 将核心体布置在建筑东侧, 其西侧布置边庭及次要空间, 办公室等主要使用空间则布置在南北向, 且各部分都具有良好的自然采光和通风。建筑物的朝向受到许多其他因素影响, 在设计时应根据建设场地所处的具体情况加以确定。根据本地区太阳高度角和方位角的变化规律, 南北向或接近南北朝向的建筑在夏季可以减少太阳辐射热, 冬季可以增加太阳辐射热, 并有利于组织自然通风, 是最有利的建筑朝向。
1.3 合理的建筑平面形式
根据当地纬度的太阳运动轨迹, 合理选择建筑平面形式也是降低建筑能耗的设计措施。德国埃森RWE办公大楼采用圆形的平面形式, 不仅有利于面积的使用, 而且圆柱状的外形既能降低风压, 减少热能的流失和结构的消耗, 又能优化光线的射入。
研究表明, 圆形平面具有最小的表面积, 热耗最小, 空调负荷也相对较小, 但尽管如此, 矩形形状却更有利于对太阳能的利用;矩形平面的长宽比不同, 建筑的能耗有很大区别, 在设计时应根据具体方案加以推敲, 尽量使建筑北墙热能损失达到最小, 在住人的地方减少玻璃的使用面积以防止热能损失。
对于南方地区的高层建筑来说, 确定合理的平面进深也是一种有效的被动式节能设计方法。平面进深小 (房间进深一般以小于14m为宜) , 一方面有利于在建筑内部形成穿堂风, 带走多余的热量和污浊的空气;另一方面, 可以减少人工采光, 充分利用自然光线。当然, 在节省人工采光与由于自然采光引起的少量增热之间, 需要做一种能量的平衡, 以取得最佳的节能效果。
2 围护结构设计
2.1 单层维护结构
从高层建筑运行能耗角度看, 提高建筑物围护结构的保温隔热性能, 是节能设计最重要的措施。高层建筑的围护结构不仅是室内外空间的分隔部分, 同时还必须满足许多其它功能:视线、采光、自然通风、防雨水、保温隔热、遮阳、防眩光等。因此可以通过以下措施来改善和提高围护结构的各方面性能。
2.1.1 使围护结构智能化、机械化
立面设计应尽可能地满足使用者各种要求, 从长远发展来看, 高层建筑的围护结构应当向智能化、生态化的方向发展, 如同人的皮肤一样, 建筑的外围护材料能对室内外变化灵敏地做出反应, 能感觉周围环境的冷暖并进行能量交换, 这就要求其具有高度的创造性和革新性。目前大多数高层建筑的围护结构只注重外观效果, 很少考虑对立面用材和立面结构进行创新设计, 造成室内环境较差。因此, 在建筑设计中必须探索如何提高外立面的灵活性, 为高层建筑能耗达到最小值奠定基础。位于瑞士巴塞尔、由建筑师赫尔佐格和德梅龙设计的SUVA办公楼立面力图一方面充分利用日光, 另一方面满足建筑师的一个随四季变化的立面的设想。建筑外立面每层均由3部分组成, 由上至下分别为旧光调节系统、手控通风窗扇、依温度调节的集热板, 它们分别起到折射光线、通风和利用太阳能的作用。立面的变化受到日照强度、室外温度、时间、风力和降雨等因素的影响。通过计算机控制, 立面的条形玻璃可根据光线和热量的变化而转动, 有时打开, 有时关闭, 以便合理利用太阳能。通过立面可在调节光照强度的同时, 使得光线在室内均匀分布, 这样既可以减少人工照明, 又能保证操作微机时的视觉效果。
2.1.2 采用隔热墙或“双层”通风空间
南方地区夏季炎热, 外围护结构的采用应满足既可获得日照, 同时又能隔绝热量。直接被太阳照射的外墙面应该是隔热的, 并且要注意其时间延迟的影响。外墙材料应该是有效的隔热构件, 或设计成“双层的”通风空间。对建筑外墙所受热辐射的有效防护措施, 是选择某些在炎热条件下具有吸收和辐射性能的材料。这些材料首先要对热辐射的反射大于吸收, 而吸收的热量又能迅速地以热辐射方式释放出去, 以降低室内温度。外立面色调应该越浅越好。
2.1.3 采用适当的遮阳
夏季, 太阳辐射往往成为建筑环境十分不利的作用因素, 尤其是通过玻璃进入室内的热量, 会造成大量的空调冷负荷。根据美国研究人员对墙体 (木板) 与玻璃的太阳辐射热量通过情况进行的比较, 通过玻璃进入室内的太阳辐射量是墙体的30倍以上。但如果附加了一定的遮阳措施, 这种热通过量则明显减少, 大约只占原先的1/3左右。由此可见, 适当的遮阳设计对减少太阳辐射进入建筑内部是十分必要和有效的。很多建筑采用有色玻璃来遮阳, 这是一个认识上的误区。目前, 在国外一些比较先进的办公建筑中使用了可自动调节的遮阳装置, 可以根据天气变化、季节不同, 调整对太阳能量的获得。但实践中这类设备往往难于维护, 并且造价十分昂贵。因此, 我们在设计中应考虑其性价比, 采用适宜技术, 如:非机械的固定遮阳板设计、手动遮阳板设计等等。
2.2 双层 (或三层) 围护结构