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摘 要：近年来，社会经济的迅速发展，伴随着工业的增长、居民消费结构的升级，特别是中国城镇化进程的快速发展，与此同时，对能源、经济资源的需求将更加迫切。因此,中国要走可持续发展道路，发展绿色建筑与节能建筑的历史任务刻不容缓。
关键词：建筑节能 建筑设计
近年来，我国政府对建筑节能十分重视，制定和颁布了一系列新标准、新规范，旨在加强建筑节能工作的开展。业内工程技术人员为此做了大量的工作并取得了一定的科技成果，积累了一些经验。建筑节能工作有许多环节，建筑设计则是其中重要环节。
1 优化建筑规划设计
在建筑规划阶段，要慎重考虑建筑选址、建筑布局、建筑体型、间距、朝向、季风风向、水面和绿化配置等因素对建筑节能的影响，改善热环境。在规划设计中，分析形成气候的决定因素 (辐射因素、大气因素、环境因素、地理因素)的利弊，从改善城市环境和区域环境出发，根据不同地区的地形及小气候，合理布置建筑群，尽量避免不利因素的影响。另外还要考虑对太阳能、季风风向、地形等自然因素的利用，以达到节能的目的。
1．1 建筑选址、建筑布局、季风风向节能设计
建筑物尽量布置在向阳和避风的地方，向阳有利于建筑物充分利用太阳能，避风可尽量减少建筑物的热损失。建筑布局时，一方面要控制城市规模，并在规划设计中，注意避免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密度。另一方面，在北方寒冷地区，尽可能使道路走向平行于当地冬季主导风向，这样可避免积雪；在南方炎热地区，要考虑一定数量的街道与当地夏季主导风向基本一致，这样可以加强市区和郊区之间的热交换，促使城市中心区多余的热量迅速转移到郊外。
1．2 建筑体型、朝向、间距节能设计
(1)建筑体型与建筑节能：在建筑设计中，要适当控制建筑体型系数 。有研究表明，体型系数每增大0．01，耗热量指标约增加2．5％ 。建筑体型系数一般宜控制在0．30以下。在建筑设计中，应注意最低耗能体型的选择，即建筑的各方面尺寸与其有效传热系数相对应的最佳节能体型。一般来讲，当各面的平均有效传热系数不同时，传热系数相对较小的面具有相应较大面积的体型是最佳体型；而当各面的平均传热系数相同时，体型系数最小的体型是最佳体型。
(2)建筑朝向与节能：建筑物的朝向对于建筑节能有很大的影响。当建筑物为南北朝向时，耗能较少。近年来，设计实践中的一种现象是：越来越多地出现偏轴方位的建筑朝向，这种做法，可在活跃建筑群体、节约用地、处理建筑外形等方面带来一些益处，但从长远角度看，我们还是要强调正南朝向(包括南偏东、偏西15度以内朝向)的节能意义。因此，从节能的角度出发，如果总平面布置允许自由考虑建筑物的形状和朝向，则应首先选择长方形体型，朝向尽可能朝南，避免东西向。在确定朝向时，另一个必须注意的问题是要处理好建筑朝向与季风风向的关系 。在北方寒冷地区，主要使用房间的朝向应尽可能避免对着冬季主导风向，在南方炎热地区，建筑的朝向宜与夏季主导风向入射角保持在30度到60度范围内。
1．3 水面、绿化配置
城市规划中应考虑到足够的水面和绿地，而且应该分布合理 。水池、喷泉等水面的配置，是良好的降温措施。绿地的配置，可以通过植被的光合作用及蒸腾作用使太阳辐射热能转化，降低环境温度。根据不同地区的地形及小气候情况在规划中注意合理布置不同高度和种类的树木植被，可以在夏季使建筑群内产生有阴影遮蔽的效果，并疏导通风气流，而冬季则有防寒风和最大限度的减少遮阳效果。在设计中，注意广植树木花草，减少周围硬质地面；对于低层、多层房屋墙壁，栽种爬墙虎之类的攀藤植物，进行垂直绿化；屋顶也可种植，形成空中花园。这样，能缓解曝晒及骤雨造成建筑物表面的温差变化，使绝大部分辐射热不致于进入围护结构向室内传递，从而改善了生态和室内环境。
2 围护结构节能设计
建筑围护结构主要由墙、屋顶和门窗构成。建筑物的能耗主要取决于围护结构的热传导和冷风渗透。住宅围护结构的散热量要占采暖热耗的1／3以上，显然，如果建筑围护结构具有良好的保温隔热性能，便可减少室内、室外的热量交换，从而减少所需要提供的采暖和制冷能量。
2．1 墙体节能设计
外墙是建筑围护结构的主体，因而外墙体的保温设计相当重要，必须改变以往的外墙设计，采用新的节能墙体材料。在禁止使用黏土砖以后，应该把外墙的节能构造列为重要课题。墙体节能是采用高效保温隔热材料附着或填入墙体内，以提高墙体的热阻。复合墙体越来越成为当代节能墙体的主流。其一般做法是用砖或钢筋混凝土作承重墙并与绝热材料复合。某些单一材料墙体也可以起到减少能耗的作用。
2．2 窗节能
窗在建筑中的主要作用是采光、通风，同时也起围护作用。有资料表明，窗既是耗热构件，设计合理也可成为得热构件，因此，设法减少窗耗热和提高窗得热是建筑节能的重点工作之一。影响窗的热损失的因素有以下几种：
(1)窗的尺寸。窗大小与空调负荷关系甚大，窗墙比宜适当控制。在窗墙比的选择上，应区别不同的朝向。对南向窗，在选择合适玻璃层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积，充分利用太阳辐射热；而对其他朝向的窗，应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。
(2)窗材料热阻方面 。① 窗框：对金属窗框进行断热处理，用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间，加大窗框的热阻，或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时，选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。② 玻璃：选用合适的玻璃品种，适当选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃或中空玻璃。可在普通玻璃上贴隔热膜代替节能玻璃。③ 加强窗的气密性，采用气密条，提高外窗气密水平，提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好。当然，加强窗的气密性减少窗渗透耗热量的同时应保证室内空气质量达到基本的卫生要求。
2．3 屋顶节能
由于太阳辐射强烈引起顶层房间过热，是一个十分普遍的问题，必须认真对待。应加强隔热层，可以设架空通风层，还可设倒置式屋面；采用种植隔热屋顶 ，改善生态环境；另外还可采用坡屋顶，利用阁楼通风散热。
(1)隔热屋顶：屋顶构造中设置的隔热层阻挡了屋面吸收的太阳辐射热向室内传导，迫使屋面温度升高以增大屋面与环境和空气的温差，使其有利于屋面将吸收的太阳辐射热向环境和空气散发。高效保温材料的应用，提高了屋顶的隔热性能。
(2)倒置式屋顶：采用倒铺法，保温材料设在防水层以上，使防水层不直接接受日光暴晒，保护防水层以延缓其老化，使之耐久。
(3)架空型保温屋顶：屋顶最外层是遮阳板，下带通风空气间层，遮阳板拦截了直接照射到屋顶的太阳辐射热，并通过遮阳板与空气接触的上下两个表面把所吸收的太阳辐射热转移到空气随风带走，风速越大，带走的热量越多，隔热效果也越好。
3 利用可再生能源的节能设计
太阳能是常被建筑利用的可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能与建筑结合为我们有效利用可再生能源提供了一个理想途径。建筑物利用太阳能的方式有被动式和主动式两种。被动式利用太阳能是指建筑物直接利用太阳辐射的能量使其室内冬季最低温度升高、夏季最高温度降低。主动式利用太阳能是指通过一定的装置将太阳能转化为人们日常生活所需的热能和电能。目前，已有很多利用太阳能的建筑实例，值得进一步推广。太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源，更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明，最终实现绿色能源的建筑，是世界上许多发达国家的热门研究课题，也是2l世纪一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题。这是太阳能利用的一个引人注目的发展趋势。
4 工程实例
某工程,总长40. 10 m ,单侧宽9. 80 + 1. 80 (楼梯间凸出) = 11. 60 m ,三单元六层,一梯两户,共36 户,总建筑面积2 474. 52 m2 (不含阳台面积) ,建筑高度17. 00 m(不含女儿墙、室内外高差)。主要結构做法:楼板与屋顶均为钢筋混凝土板,外墙与楼梯间隔墙分别为370 厚和240 厚承重粘土空心砖。屋面与楼梯间隔墙采用模塑聚苯板作保温材料。建筑外窗用单框双玻塑钢窗,气密性等级为Ⅳ级。为了达到节能50 %的标准,并且使节能设计经济和实用,根据经验:
1) 在确定住宅方案时首先控制体型系数。
2) 合理设计门窗。外门窗是建筑能耗较薄弱部位,首先,经过调整外墙开窗洞口尺寸,将各朝向的窗墙比控制在限值内,使窗墙比满足《民用建筑节能设计标准》的数值;其次,将惯用的单层窗改为单框双玻塑钢窗: 双玻窗中间夹有12 mm 厚空心层,可以改善门窗的保温性能;再者,外窗形式采用大窗扇,可以扩大单块玻璃的面积并且减少窗芯,从而合理减少了可开启的窗扇面积,因此减少了空气渗透,提高了外窗的气密性;然后,将户门及阳台门的空腹内,填充一定厚度的聚苯板,以
增加其绝热性能。
3) 主材选用节能环保建筑材料:承重粘土多孔砖。
4) 减少围护结构“热桥”部位的热损失。由于围护结构中钢筋混凝土窗过梁、圈梁、构造柱等部位传热系数远大于主体部位的传热系数,在冬季采暖期间,该部位会形成热流密集通道(即“热桥”) ,并且产生结露现象。于是,预先经过多次抗震验算调整,将圈梁及抗震柱断面设计为全部不外露,进而减少围护结构“热桥”部位的传热损失。
5) 设置“温度阻尼区”,即在室内与室外之间设有一中间层次, 这一层象热闸一样,可以阻止室外冷风的直接渗透,从而减少外窗与外墙的热损耗。如:阳台全部封闭,防止冷风倒灌;同理,楼梯间也设计成全封闭形式。
5 结语
我国煤、石油、水能等不可再生能源的储量与世界上许多国家相比较少，开发利用率比较低。我国在建筑节能设计与绿色建筑设计方面与世界发达国家存在一定差距，但我们可以通过屋顶节能设计、外墙节能设计、门窗节能设计及太阳能、风能、水能的利用来降低建筑能耗，提高建筑的智能化程度，以保证尽可能的为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作、学习和活动的绿色建筑。
关键词：建筑节能 建筑设计
近年来，我国政府对建筑节能十分重视，制定和颁布了一系列新标准、新规范，旨在加强建筑节能工作的开展。业内工程技术人员为此做了大量的工作并取得了一定的科技成果，积累了一些经验。建筑节能工作有许多环节，建筑设计则是其中重要环节。
1 优化建筑规划设计
在建筑规划阶段，要慎重考虑建筑选址、建筑布局、建筑体型、间距、朝向、季风风向、水面和绿化配置等因素对建筑节能的影响，改善热环境。在规划设计中，分析形成气候的决定因素 (辐射因素、大气因素、环境因素、地理因素)的利弊，从改善城市环境和区域环境出发，根据不同地区的地形及小气候，合理布置建筑群，尽量避免不利因素的影响。另外还要考虑对太阳能、季风风向、地形等自然因素的利用，以达到节能的目的。
1．1 建筑选址、建筑布局、季风风向节能设计
建筑物尽量布置在向阳和避风的地方，向阳有利于建筑物充分利用太阳能，避风可尽量减少建筑物的热损失。建筑布局时，一方面要控制城市规模，并在规划设计中，注意避免人口密度与建筑密度较高的功能区连片布置，控制区域密度。另一方面，在北方寒冷地区，尽可能使道路走向平行于当地冬季主导风向，这样可避免积雪；在南方炎热地区，要考虑一定数量的街道与当地夏季主导风向基本一致，这样可以加强市区和郊区之间的热交换，促使城市中心区多余的热量迅速转移到郊外。
1．2 建筑体型、朝向、间距节能设计
(1)建筑体型与建筑节能：在建筑设计中，要适当控制建筑体型系数 。有研究表明，体型系数每增大0．01，耗热量指标约增加2．5％ 。建筑体型系数一般宜控制在0．30以下。在建筑设计中，应注意最低耗能体型的选择，即建筑的各方面尺寸与其有效传热系数相对应的最佳节能体型。一般来讲，当各面的平均有效传热系数不同时，传热系数相对较小的面具有相应较大面积的体型是最佳体型；而当各面的平均传热系数相同时，体型系数最小的体型是最佳体型。
(2)建筑朝向与节能：建筑物的朝向对于建筑节能有很大的影响。当建筑物为南北朝向时，耗能较少。近年来，设计实践中的一种现象是：越来越多地出现偏轴方位的建筑朝向，这种做法，可在活跃建筑群体、节约用地、处理建筑外形等方面带来一些益处，但从长远角度看，我们还是要强调正南朝向(包括南偏东、偏西15度以内朝向)的节能意义。因此，从节能的角度出发，如果总平面布置允许自由考虑建筑物的形状和朝向，则应首先选择长方形体型，朝向尽可能朝南，避免东西向。在确定朝向时，另一个必须注意的问题是要处理好建筑朝向与季风风向的关系 。在北方寒冷地区，主要使用房间的朝向应尽可能避免对着冬季主导风向，在南方炎热地区，建筑的朝向宜与夏季主导风向入射角保持在30度到60度范围内。
1．3 水面、绿化配置
城市规划中应考虑到足够的水面和绿地，而且应该分布合理 。水池、喷泉等水面的配置，是良好的降温措施。绿地的配置，可以通过植被的光合作用及蒸腾作用使太阳辐射热能转化，降低环境温度。根据不同地区的地形及小气候情况在规划中注意合理布置不同高度和种类的树木植被，可以在夏季使建筑群内产生有阴影遮蔽的效果，并疏导通风气流，而冬季则有防寒风和最大限度的减少遮阳效果。在设计中，注意广植树木花草，减少周围硬质地面；对于低层、多层房屋墙壁，栽种爬墙虎之类的攀藤植物，进行垂直绿化；屋顶也可种植，形成空中花园。这样，能缓解曝晒及骤雨造成建筑物表面的温差变化，使绝大部分辐射热不致于进入围护结构向室内传递，从而改善了生态和室内环境。
2 围护结构节能设计
建筑围护结构主要由墙、屋顶和门窗构成。建筑物的能耗主要取决于围护结构的热传导和冷风渗透。住宅围护结构的散热量要占采暖热耗的1／3以上，显然，如果建筑围护结构具有良好的保温隔热性能，便可减少室内、室外的热量交换，从而减少所需要提供的采暖和制冷能量。
2．1 墙体节能设计
外墙是建筑围护结构的主体，因而外墙体的保温设计相当重要，必须改变以往的外墙设计，采用新的节能墙体材料。在禁止使用黏土砖以后，应该把外墙的节能构造列为重要课题。墙体节能是采用高效保温隔热材料附着或填入墙体内，以提高墙体的热阻。复合墙体越来越成为当代节能墙体的主流。其一般做法是用砖或钢筋混凝土作承重墙并与绝热材料复合。某些单一材料墙体也可以起到减少能耗的作用。
2．2 窗节能
窗在建筑中的主要作用是采光、通风，同时也起围护作用。有资料表明，窗既是耗热构件，设计合理也可成为得热构件，因此，设法减少窗耗热和提高窗得热是建筑节能的重点工作之一。影响窗的热损失的因素有以下几种：
(1)窗的尺寸。窗大小与空调负荷关系甚大，窗墙比宜适当控制。在窗墙比的选择上，应区别不同的朝向。对南向窗，在选择合适玻璃层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积，充分利用太阳辐射热；而对其他朝向的窗，应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。
(2)窗材料热阻方面 。① 窗框：对金属窗框进行断热处理，用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间，加大窗框的热阻，或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时，选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。② 玻璃：选用合适的玻璃品种，适当选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃或中空玻璃。可在普通玻璃上贴隔热膜代替节能玻璃。③ 加强窗的气密性，采用气密条，提高外窗气密水平，提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好。当然，加强窗的气密性减少窗渗透耗热量的同时应保证室内空气质量达到基本的卫生要求。
2．3 屋顶节能
由于太阳辐射强烈引起顶层房间过热，是一个十分普遍的问题，必须认真对待。应加强隔热层，可以设架空通风层，还可设倒置式屋面；采用种植隔热屋顶 ，改善生态环境；另外还可采用坡屋顶，利用阁楼通风散热。
(1)隔热屋顶：屋顶构造中设置的隔热层阻挡了屋面吸收的太阳辐射热向室内传导，迫使屋面温度升高以增大屋面与环境和空气的温差，使其有利于屋面将吸收的太阳辐射热向环境和空气散发。高效保温材料的应用，提高了屋顶的隔热性能。
(2)倒置式屋顶：采用倒铺法，保温材料设在防水层以上，使防水层不直接接受日光暴晒，保护防水层以延缓其老化，使之耐久。
(3)架空型保温屋顶：屋顶最外层是遮阳板，下带通风空气间层，遮阳板拦截了直接照射到屋顶的太阳辐射热，并通过遮阳板与空气接触的上下两个表面把所吸收的太阳辐射热转移到空气随风带走，风速越大，带走的热量越多，隔热效果也越好。
3 利用可再生能源的节能设计
太阳能是常被建筑利用的可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能与建筑结合为我们有效利用可再生能源提供了一个理想途径。建筑物利用太阳能的方式有被动式和主动式两种。被动式利用太阳能是指建筑物直接利用太阳辐射的能量使其室内冬季最低温度升高、夏季最高温度降低。主动式利用太阳能是指通过一定的装置将太阳能转化为人们日常生活所需的热能和电能。目前，已有很多利用太阳能的建筑实例，值得进一步推广。太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源，更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明，最终实现绿色能源的建筑，是世界上许多发达国家的热门研究课题，也是2l世纪一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题。这是太阳能利用的一个引人注目的发展趋势。
4 工程实例
某工程,总长40. 10 m ,单侧宽9. 80 + 1. 80 (楼梯间凸出) = 11. 60 m ,三单元六层,一梯两户,共36 户,总建筑面积2 474. 52 m2 (不含阳台面积) ,建筑高度17. 00 m(不含女儿墙、室内外高差)。主要結构做法:楼板与屋顶均为钢筋混凝土板,外墙与楼梯间隔墙分别为370 厚和240 厚承重粘土空心砖。屋面与楼梯间隔墙采用模塑聚苯板作保温材料。建筑外窗用单框双玻塑钢窗,气密性等级为Ⅳ级。为了达到节能50 %的标准,并且使节能设计经济和实用,根据经验:
1) 在确定住宅方案时首先控制体型系数。
2) 合理设计门窗。外门窗是建筑能耗较薄弱部位,首先,经过调整外墙开窗洞口尺寸,将各朝向的窗墙比控制在限值内,使窗墙比满足《民用建筑节能设计标准》的数值;其次,将惯用的单层窗改为单框双玻塑钢窗: 双玻窗中间夹有12 mm 厚空心层,可以改善门窗的保温性能;再者,外窗形式采用大窗扇,可以扩大单块玻璃的面积并且减少窗芯,从而合理减少了可开启的窗扇面积,因此减少了空气渗透,提高了外窗的气密性;然后,将户门及阳台门的空腹内,填充一定厚度的聚苯板,以
增加其绝热性能。
3) 主材选用节能环保建筑材料:承重粘土多孔砖。
4) 减少围护结构“热桥”部位的热损失。由于围护结构中钢筋混凝土窗过梁、圈梁、构造柱等部位传热系数远大于主体部位的传热系数,在冬季采暖期间,该部位会形成热流密集通道(即“热桥”) ,并且产生结露现象。于是,预先经过多次抗震验算调整,将圈梁及抗震柱断面设计为全部不外露,进而减少围护结构“热桥”部位的传热损失。
5) 设置“温度阻尼区”,即在室内与室外之间设有一中间层次, 这一层象热闸一样,可以阻止室外冷风的直接渗透,从而减少外窗与外墙的热损耗。如:阳台全部封闭,防止冷风倒灌;同理,楼梯间也设计成全封闭形式。
5 结语
我国煤、石油、水能等不可再生能源的储量与世界上许多国家相比较少，开发利用率比较低。我国在建筑节能设计与绿色建筑设计方面与世界发达国家存在一定差距，但我们可以通过屋顶节能设计、外墙节能设计、门窗节能设计及太阳能、风能、水能的利用来降低建筑能耗，提高建筑的智能化程度，以保证尽可能的为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作、学习和活动的绿色建筑。