浅谈建筑节能的重要性及建筑的节能设计
建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用,缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾;有利于加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展;有利于长远的保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。建筑设计是其中一个很重要的环节。本文从建筑节能的基础出发,对建筑节能设计方面进行了探索。
一、建筑节能的重要性
目前世界范围内石油、煤炭、天然气三种传统能源日趋枯竭,人类将不得不转向成本较高的生物能、水利、地热、风力、太阳能、核能,而我国的能源问题更加严重。
我国能源发展主要存在四大问题:①人均能源拥有量低、储备量低;②能源结构依然以煤为主,约占75%,全国年耗煤量已超过13亿t;③能源资源分布不均,主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足,造成北煤南运、西气东送、西电东送;④能源利用效率低,能源终端利用效率仅为33%,比发达国家低10%。
随着城市建设的高速发展,我国的建筑能耗逐年大幅度上升,已达全社会能源消耗量的32%,加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%,建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400多亿m2,绝大部分为高能耗建筑, 且每年新建建筑近20亿m2,其中95%以上仍是高能耗建筑。如果继续执行节能水平较低的设计标准,将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗,已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。 二、建筑节能设计的一些方法
(一)整体及外部环境的节能设计
建筑整体及外部环境设计是在分析建筑周围气候环境条件的基础上,通过选址、规划、外部环境和体型朝向等设计,使建筑获得一个良好的外部微气候环境,达到节能的目的。 1 合理选址
建筑选址主要是根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。建筑设计中,既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境,为建筑节能创造条件, 同时又要不破坏整体生态环境的平衡。
2 合理的外部环境设计
在建筑位址确定之后,应研究其微气候特征。根据建筑功能的需求,应通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境,创造建筑节能的有利环境,主要方法为:①在建筑周围布置树木、植被,既能有效地遮挡风沙、净化空气,还能遮阳、降噪;②创造人工自然环境,如在建筑附近设置水面,利用水来平衡环境温度、降风沙及收集雨水等。
3 合理的规划和体型设计
合理的建筑规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。像蒙古包的圆形平面,圆锥形屋顶能有效地适应草原的恶劣气候,起到减少建筑的散热面积、抵抗风沙的效果;对于沿海湿热地区,引入自然通风对节能非常重要,在规划布局上, 可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压,即使在无风时也能形成通风,在建筑体型设计上形成风洞,使自然风在其中回旋,得到良好的通风效果,从而达到节能的目的。日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并尽量减少太阳辐射。然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面的设计应考虑多方面的因素,建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约,要想使建筑物的朝向同时满足夏季防热和冬季保温通常是困难的,因此, 只能权衡各个因素之间的得失,找到一个平衡点,选择出适合这一地区气候环境的最佳
朝向和较好朝向。
（二)单体的节能设计
单体的节能设计,主要是通过对建筑各部分的节能构造设计、建筑内部空间的合理分隔设计,以及一些新型建筑节能材料和设备的设计与选择等,来更好地利用既有的建筑外部气候环境条件,以达到节能和改善室内微气候环境的效果。
1、建筑各部位的节能构造设计
建筑各部位的节能构造设计,主要是在满足其作为建筑的基本组成部分功能的同时,通过对各部位(屋顶、楼板、墙体、门窗等)的造型、结构、材料等方面加以进一步设计,充分利用建筑外部气候环境条件,达到节能和改善室内微气候环境的效果。
2、合理的建筑空间设计
合理的空间设计是在充分满足建筑使用功能要求的前提下,对建筑空间进行合理分隔(平面分隔和竖向分隔),以改善室内保温、通风、采光等微气候条件, 达到节能目的。
3、选用建筑节能材料
合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面,随着科技的发展,大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去,更好地起到节能效果。如新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中的应用,达到了更好的保温防潮效果;新型透光隔热玻璃(如 Low-E玻璃等)在门窗中的应用,起到了更好的透光隔热效果;采用可调节的铝材遮阳板,达到遮阳的目的。
三、下面举一些建筑节能设计的例子：
1.舒适节能的暖通空调、通风与照明系统
实例一：英国BRE办公楼建筑
英国BRE办公楼建筑正面安设有智能型太阳能集成系统，外置百叶窗，使用者可自己调节百叶，管理系统完全自动控制。此系统最大限度地减少眩光和夏季太阳热量，同时不限制日光进入室内，还能见到室外景色。太阳能集成系统还为建筑的冬季采暖提供热源，大大降低了采暖能耗。
在建筑背面，设计有太阳能风道，室内设计有通风吊顶，太阳的热量温暖了风道里的空气，使热空气由于“烟囱效应”而上升，带动在建筑物内部产生自然通风。风量的大小，可以根据窗口及吊顶通风道开启的大小来掌握，窗口及通风道的开启均由使用者用遥控器控制。太阳能光伏电池板和太阳能集热板产生的能源，也直接为室内照明服务。
此建筑的供热及制冷系统、恒温控制均安置在地板下面，除太阳能集热装置外，还有地源热泵为室内以及大型会议中心提供采暖及制冷需求，当然，地下水还有回灌功能。 实例二：英国智能绿色住宅示范建筑
英国BRE内的一座智能绿色住宅，突出的一点是在房屋南面的太阳房。太阳房利用坡屋面，将建筑的整个南面包容在内，其立面设计有外门供人出入。屋面部分有太阳能光伏采集装置，为室内采暖和采光提供能源；中间部分为室内采光提供照明，又可以在伦敦多雨的季节提供“室外”活动空间，这里还种植了多种花木，除四季观赏外，还为人们提供有湿度调节作用的舒适环境。
太阳房在冬季为居住其间的人们提供“户外”活动的同时，还有保温作用，等于建筑物又多了一层外保温；在夏季，还可避免太阳直晒，在太阳房上设置的智能型遮阳帘，可根据阳光的强弱自动调节遮阳幅度，节省采暖及制冷能耗。
实例三：美国匹兹堡CCI绿色节能建筑匹兹堡CCI绿色节能建筑的天窗采光，是在室内中央部位设计有采光井，采光井贯穿建筑内部所有的三层，建筑物内部使用玻璃隔断和开敞式办公室，室内人员与窗户的最远距离不超过6.5米，在自然光线下，可通过外窗和内部天井采光，不需照明设备。外窗设有可调式百叶窗，室内人员可根据自己的需要调节百叶窗采
光或遮阳。
2.旧建材在围护结构中的再利用
实例：美国匹兹堡节约资源顾问中心（简称CCI）
美国CCI中心是匹兹堡重要的绿色建筑，是当地可持续发展计划的典型，也是一座既有公共建筑节能改造的实例。
建筑物坐落在匹兹堡老区南部，这里交通便利，社区服务设施齐全。根据可持续发展原则，CCI改建了19世纪建造的三层砖石建筑，改造时保留了原来的石砌结构。尽量减少拆除既有建筑的废料，并充分利用拆下的材料改建时再用。建筑未拆除的石砌结构外面又增加了保温层，使用了加气混凝土和利于环保的密实的纤维板。
屋顶采用了有利于环保的农副产品制成的板材。这些板材是用麦草定向编束并挤压密制成的结构保温板，材料可以再生，又增加了屋面的保温厚度。使用秸杆类农副产品加工成建筑物的保温隔热材料，是国外保温材料的特色。
内墙依然使用拆下的旧砖加厚并作为新面层的素砖装饰。经测试，墙体、吊顶和屋面系统的热阻分别为R24、R38和R70，满足当时当地的节能标准要求。
室内的木质门窗是旧建筑拆下的，门窗贴面、窗玻璃采用的也是重复使用的木料，用环保型水基涂料涂刷后，光亮如新。
3.除了以上的一些实例之外，今年世博会的建筑节能技术也让世博场馆更加“绿色”。 本次的世博会建筑节能技术融入了世界最新、最流行的节能环保理念，如雨水回收利用、太阳能风能提供电力、江水和地热作为空调动力源、墙体保温隔热等等新技术。在世博园区内，场馆建筑使用的节能环保技术可谓五花八门。一些场馆利用最传统的建筑方式，在材质和空间利用上做文章，还有的运用最新的材料学技术、环境控制技术让建筑自身可以呼吸。如下面一些例子：
（1）、 世博文化中心
世博文化中心（使用南玻低辐射节能中空玻璃，3000平米）
上海世博文化中心，是世界一流水准的现代文化演艺综合场馆；集综合演艺、艺术展示、时尚娱乐于一体的文化集聚中心区。世博期间，世博园区将上演约2万场世界各地文化演艺活动，世博文化中心将承担其中的大型演出和活动。同时，中心着眼于长远持续发展，3000平米低碳节能玻璃的应用完美体现了其可持续性，使其成为“上海文化娱乐的新地标”及“永不落幕的城市舞台”。
比利时展馆（使用南玻低辐射节能中空玻璃，1200平米）
（2）、比利时展馆
比利时展馆主体将采用“脑细胞”的结构。据悉，“脑细胞”同时寓意比利时作为欧洲三大传统文化——拉丁、日耳曼和盎格鲁-撒克逊文化——的汇聚地和交汇点所扮演的重要角色。
（3）、 世博中心：
作为中国公共建筑节能科技的典范，世博中心创造性地解决了国内外大型公共建筑节能、环保和减排的世界性难题，在绿色建筑的专项技术研究、应用、创新和集成方面，世博中心拥有自主知识产权，标志着中国在大型公共建筑的绿色低碳建筑技术集成方面达到国际领先水平。世博中心建设过程中采用大量节能技术。外立面石材和玻璃幕墙实现了自然通风和采光，屋顶太阳能总装机容量达1.0兆瓦，还采用了LED照明、江水源、冰蓄冷、水蓄冷和雨水收集等多项节能环保技术。
（4）、 芬兰馆：
芬兰馆设计成冰川时代的“冰壶”模样，是一座100％的绿色建筑，外立面首次全部采用生态回收材料，由塑料、泡沫和纸张构成，完全能回收再利用，丝毫不会污染环境。场馆外部16米高的红色帷幕主要由大豆纤维发酵制成，既能发电，还能天然降解。这种纯天然的蛋白质材料，形状可以随意塑造，无毒抗磨损，是世界领先的环保材料。
（5）、 美国馆
作为上海世博会42个自建展馆的国家之一，美国在世博会展馆建设上颇费了一番心思。世博会提供了一个绝佳平台，美国将利用这一平台展示其对节能环保可持续发展理念的重视。美国馆由加拿大设计师克莱夫·格劳特公司负责设计。据说，由于美国馆位于一个有总体设计的参展园区内，因此设计上也必须考虑到周边环境。而且，美国展馆预计每小时将要接待2500名参观者，还需要向他们提供全方位的多媒体展示。功率强大的冷却系统和电子系统意味着展馆将是一个高能耗的建筑，但建筑师们运用了多种手段来降低展馆能耗、确保建筑环保，将它对周边环境的负面影响降到最低。在建设上，展馆采用了先进的垃圾处理系统，尽可能多地实现垃圾回收，降低垃圾丢弃量；尽可能使用可回收材料制成的建材；内部装饰采用环保材料。除此之外，建筑方还尽可能降低展馆建设对展区土地与地下水的影响，
在建筑中加入绿地，用植物降低展馆的“热岛”效应，同时收集雨水。
（6）、西班牙馆
西班牙馆是一座复古而创新的“藤条篮子”建筑，上海世博会西班牙总代表哈维尔·贡德表示，西班牙馆是一座有艺术性、有吸引力的建筑，建筑材料是最环保、最传统的，建筑手段却是最先进、最先锋的。藤条设计是建筑的一种趋势，在防湿、防火方面都没有问题。
西班牙馆外墙都由藤条装饰，通过钢结构支架来完成，线条呈流线型。阳光透过藤条的缝隙，洒在展馆的内部，大大降低了照明能耗。
（7）、 世博中国馆：“节能”无处不在
世博中国馆雄伟壮观！
2010世博会万众瞩目，上海世博会标志性建筑、有着“东方之冠”之称的中国馆更是吸引了全世界的目光。继2008北京奥运会引入“绿色奥运”概念后，上海世博会也围绕绿色、环保主题大做文章，中国馆当然更不例外。作为上海世博会的“绿色地标”，中国馆在古典大气的外部造型下，隐藏着许多环保新技术。而这些技术都是以“节能”二字为核心要求。
首先，中国国家馆造型层叠出挑，在夏季上层形成对下层的自然遮阳，减少了降温所需的能耗。地区馆外廊为半室外玻璃廊，用被动式节能技术为地区馆提供冬季保温和夏季通风。地区馆屋顶“中国馆园”还将运用生态农业景观等技术措施有效实现隔热。在建筑形体的设计层面，设计者力争实现单体建筑自身的减排降耗。所有的窗户都是使用低耗能的双层玻璃。此外，中国馆的制冰技术的应用将大大降低用电负荷，建筑的节能系统将使能耗比传统模式降低25%以上。其次，中国馆在智能化与太阳能设备应用方面也很好的体现了建筑节能。楼宇自控设备方面，配备西门子楼宇自控系统的中国馆，其能耗预计将比传统同规模楼宇降低25%，并保证参观者能享受到和户外一样的清新空气。此外，西门子欧司朗提供的绿色节能照明产品，在实现节能80%的基础上，使用寿命可以分别达到传统灯泡的15倍和50倍。
中国馆不仅通风性能良好，还采用了许多太阳能技术。中国馆的顶部、外墙上会装有太阳能电池，以确保提供强大的能源，有望使中国馆实现照明用电全部自给。在景观设计层面，加入循环自洁要素。在国家馆屋顶上设计的雨水收集系统，可以实现雨水的循环利用，利用天然的雨水进行绿化浇灌、道路冲洗。在地区馆南侧大台阶水景观和南面的园林设计中，引入小规模人工湿地技术，利用人工湿地的自洁能力，在不需要大量用地的前提下，为城市局部环境提供生态化的景观。中国馆所采用优秀的节能设计与设施也将为未来场馆建设提供很好的借鉴。中国馆也是世博会中永久建筑之一，我们也翘首期盼世博会的到来，中国馆将向世界展现东方无穷的魅力。
四．结语
节约能源是中国的基本国策，建筑节能是国家节能工作的重要组成部分，也是贯彻可持续发展战略的重要举措。全面推进建筑节能，有利于保证国民经济持续稳定快速发展，减少温室气体排放，减轻大气污染，改善人民生活和工作环境的重要依据。