淺談節能技術在高層建筑中的應用
論文關鍵詞：新形勢 高層建筑 節能設計
論文摘要：針對現在能源消耗巨大的現狀，從節能建筑的角度出發，在建筑設計，圍護結構設計等方面對目前的建筑節能技術和今后的發展進行初步探討。
進入21世紀，世界范圍內出現了一系列重大危機，在“經濟危機”“能源危機”席卷世界的今天，能源消費正以驚人的速度增長。而高層建筑節能(包括結構構造、材料選型、設備系統、自動控制等)一直是我國節能工作的重要組成部分，高層節能建筑投入少、產出多，因此，重視和研究高層建筑物的節能設計問題已成為建筑節能的當務之急!
近些年在某些城市建高層建筑已成風氣，設計者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生態環境的保護、建筑設計節能意識淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費巨大。所謂高層建筑節能不僅是建筑本身的節能，且由城市的綜合環境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護結構保溫。隔熱的性能；門窗質量等許多綜合性因素構成，因此，高層建筑的節能首先應為設計者重視。
1 優化建筑位置朝向設計及體形設計
高層建筑的定位首先應考慮對城市環境的影響容積率過高很難滿足日照要求，陽光有著巨大輻射能量。在寒冷地區人們十分珍惜陽光帶來的溫暖。據有關資料分析，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能接收器，陽光不僅對人的身體健康有著很大影響，對建筑的節能也有著十分重要意義。寒冷地區城市規劃應注重應用日照原理。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輻射熱能，因此，建筑的方位與節能有著直接關系。
如在北緯40度－45度地區，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，建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同，熱損失也不同，尤其是在冬至前后，由于太陽高度角低，房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應考慮環境情況，按其太陽高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時間，建筑南向開窗面積盡可能大些，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光線，減少熱損失，保持室內舒適的溫度環境。
合理的建筑體形能夠減少高層建筑物與外界的熱量交換，在其他條件相同時，體型系數(建筑物外圍護面積與其所包圍體積之比)越大，單位面積散熱量也越大，對節能不利。因此，正確處理建筑形式多樣化和節能的關系，是高層建筑設計中應當引起重視的問題。
另外，高層建筑物的外形越簡單，其外殼的表面積越小，熱交換量亦越少。因此，高層建筑物的造型宜簡潔、完整，盡量避免復雜的輪廓線。
2 優化圍護結構墻體設計
2.1外墻是圍護結構的主體部分，高層建筑的圍護結構不同于磚石結構房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重，因此，圍護結構屬于填充材料，為了減輕荷載，達到保溫、隔熱要求，采用輕質高效保溫材料，目前在寒冷地區常用的墻體做法有、頁巖陶�；炷量招钠鰤K；粘土空心磚與實心磚復合墻體；粘土實心磚或空心磚巖棉夾心復合墻體等。但存在問題較多，節能的效果仍達不到標準的要求。圍護結構的材料布置分外側和內側，在寒冷地區的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內產生冷凝水，保溫層設在外側更為妥些。
2.2高層建筑的圍護墻體不宜采用外側保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂板、PG板)，巖棉板等輕質保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應用與建筑整體的壽命應同步。對于輕質的外保溫復合墻體，筆者認為存在以下不足之處：
(1)抗震能力差，易松散，與結構構件結合不好，整體性能差。
(2)不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材，安裝裝飾構件等。
(3)不能承受有振動的鑿、刨的裝修，如：剁斧石面層、予留洞。槽易出現冷橋。
(4)墻表面易出現裂紋。除此之外，復合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環節。據測定，高層建筑所出現的冷橋約占整個熱損失的5％－13％，因此應引起設計者重視，采取有效構造措施盡可能避免產生冷橋。
2.3國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護結構保溫，歐、美各國取得不少先進經驗。某些歐美國50％左右的建筑已應用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好，又具有一定強度，避免了輕質復合材料墻體的一些弊端。
2.4受陽光照射的高層建筑物屋頂，表面溫度比其他圍護結構高得多，對室內溫度影響很大，頂層住房冬冷夏熱現象十分明顯。對此，除必須考慮屋面隔熱保溫措施以外，還可從建筑設計角度考慮在頂屋設置通風隔熱層或將頂層做為設備間等，形成2次隔熱，減少屋面溫度的影響；在炎熱地區的屋面可通過蓄水(如屋頂游泳池)和屋面定時噴水系統使屋面顯著降溫。
3 圍護結構的節能
①外墻的節能技術。外墻的節能措施，目前主要是使用環保節能型建筑材料，可以有效減少通過圍護結構的傳熱，從而減少各主要設備的容量，達到顯著的節能效果。采用新型墻體材料與復合墻體圍護結構。復合墻板構造復雜一些，但它將材料區別使用，可采用高效的隔熱材料，能充分發揮各種材料的特長，板體較輕，熱工性能較好，適用于住宅、醫院、辦公樓等高層建筑的外墻。在進行經濟性、可行性分析的前提下，在墻體內外側敷設保溫隔熱的新材料。另外，目前還有可調節的外墻，即采用多向、多層、可開、可閉的外墻，以適應不同的氣候，減少空調，采暖的時間，降低能耗。
②窗的節能技術。玻璃窗不僅傳熱量大，而且由于其熱阻遠小于其他圍護結構，造成冬季窗戶表面溫度過低，對靠近窗口的人體進行冷輻射，形成“輻射吹風感”，嚴重地影響室內熱環境的舒適。目前，就窗的節能措施，主要是從以下幾個方面考慮：
首先，控制窗墻面積比。窗戶既有引進太陽輻射熱的有利方面，又有因傳熱損失和冷風滲透損失都比較大的不利方面。就其總效果而言，窗戶仍是保溫能力最低的構件。由于通過窗戶的熱損失比例較大，因此我國規定：南向的窗墻比≤0.35，東西朝向的窗墻比≤0.25(單側窗)、≤0.30(雙側窗)，北向的窗墻比≤0.20。
其次，提高氣密性，減少冷風滲透。
最后，提高窗戶的保溫能力。包括改善窗框的保溫性能以及使用中空玻璃來改善窗玻璃部分的保溫能力。
中空玻璃是由兩片(或兩片以上)平行的玻璃板粘合而成的玻璃組件。其兩片玻璃板間通過間隔條(注滿專用干燥劑一高效分子篩吸附劑)隔出一定寬度的空間，并使用高強度密封膠沿著玻璃的四周邊部進行密封。由于中空玻璃在構造上存在空氣夾層，從而有效地降低了傳熱系數，達到節能的目的，同時隔聲性能也很好。根據玻璃構造不同，中空玻璃又有PET雙中空玻璃、LOW－E中空玻璃等多個品種。若中空玻璃中充裝氬氣等惰性氣體，將進一步增大中空玻璃的熱阻；若采用熱反射鍍膜玻璃或低發射率鍍膜玻璃組成的中空玻璃，更可以顯著提高外窗的保溫性能。關于使用中空玻璃的實例，紅谷灘的紅谷大廈就是一個例子。它使用的是LOW－E玻璃，這樣可以減少每天的運行成本，減少能源消耗，降低環境污染。
4 結語
節約能源是我國的基本國策，建筑節能是國家節能工作的重要組成部分，我們要接見節能建筑的成功經驗，加強國內的技術研發力度，引進先進的設計方法，使我國的建筑設計逐漸走節能化的可持續發展的道路。
參考文獻
[1]楊臣彪，高層建筑暖通空調系統節能技術的應用，《建材與裝飾》2007年第08Z期
[2]王焱煒淺談節能技術在高層建筑設計中的應用甘肅冶金，2009年2期
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