广义建筑节能：太阳能与建筑一体化设计

【学员问题】建筑节能的重要性及建筑节能设计？

【解答】一、引言

建筑节能是整个建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和。是指建筑在选址、规划、设计、建造和使用过程中，通过合理的规划设计，采用节能型的建筑材料、产品和设备，执行建筑节能标准，加强建筑物节能设备的运行管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源。

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㎡，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿㎡，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。

三、建筑节能设计的重要性

建筑节能设计是全面的建筑节能中一个很重要的环节，有利于从源头上杜绝能源的浪费。

（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。

屋顶的节能设计。屋顶是建筑物与室外大气接触的一个重要部分，主要节能措施为：①采用坡屋顶；②加强屋面保温措施；③根据需要，设置保温隔热屋面（架空隔热屋面、蓄水屋面、种植屋面等）。

楼板层的节能设计。主要是利用其结构中空空间，以及对楼板吊顶造型加以设计。如将循环水管布置在其中，夏季可以利用冷水循环降低室内温度，冬季利用热水循环取暖。

建筑外围护墙体的节能设计。墙体的节能设计除了适应气候条件做好保温、防潮、隔热等措施以外，还应体现在能够改善微气候环境条件的特殊构造上，如寒冷地区的夹心墙体设计、被动式太阳房中各种蓄热墙体（如水墙）设计、巴格达地区为了适应当地干热气候条件在墙体中的风口设计等；而在马来西亚，杨经文设计的槟榔屿州MennaruUmno大厦外墙中，则外加了一种“捕风墙”的特殊构造设计，在建筑两侧设阳台开口，开口两侧外墙上布置两片挡风墙，使两通风墙形成喇叭状的口袋，将风捕捉到阳台内，然后通过阳台门的开口大小控制进风量，形成“空气锁”，可以有效地控制室内通风。

建筑门窗的节能设计。据统计资料，在我国既有的高耗能建筑有40%的耗能是通过门窗散失的。因此，解决好门窗节能的问题相当重要。

建筑物围护结构细部的节能设计。细部的节能设计对于建筑物的整体节能也非常重要，应从以下各部位着手：①热桥部位应采取可靠的保温与“断桥”措施；②外墙出挑构件及附墙部件，如阳台、雨罩、靠外墙阳台栏板、空调室外机搁板、附壁柱、凸窗、装饰线等均应采取隔断热桥和保温措施；③窗口外侧四周墙面，应进行保温处理；④门、窗框与墙体之间的缝隙，应采用高效保温材料填堵；⑤门、窗框四周与抹灰层之间的缝隙，宜采用保温材料和嵌缝密封膏密封，避免不同材料界面开裂，影响门、窗的热工性能；⑥采用全玻璃幕墙时，隔墙、楼板或梁与幕墙之间的间隙，应填充保温材料。

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。

结语

全面的建筑节能是一项系统工程。目前，国家已制定了《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》等行业标准，对建筑节能做出了明确的政策规定；在具体实践中还必须由设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节，按照国家的节能政策和节能标准的规定，全面地、严格地采取节能措施，让每一位公民真正树立起全面的建筑节能观，将建筑节能真正落到实处。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。

现今社会，几乎所有行业都提倡节能环保，对于建筑行业也不例外。太阳能与建筑一体化是未来太阳能发展和利用的趋势,也是促进建筑节能的关键手段。

近年来,国家发展和改革委员会、财政部与住房城乡建设部出台了多项加快推进太阳能在建筑中规模化应用的政策,组织实施了一批太阳能与建筑应用一体化的示范工程,取得了良好的节能效果和工程经验,太阳能与建筑一体化的应用技术水平不断提升。但是在具体的实施过程中也暴露出了相关企业对政策理解不充分,项目设计、施工单位与太阳能生产企业各自为战、配合不够紧密、项目协作能力不强等各种各样的问题。

　　“十二五”期间,我国计划新建保障性住房3600万套,而不少省市要求保障性住房必须安装太阳能热水系统。这意味着,太阳能在推动建筑节能上将发挥重要作用,也意味着如何实现太阳能与建筑的一体化、如何解决当前存在的问题,将是未来很长一段时间业内关注的焦点。

　　关于太阳能与建筑一体化的问题,并非是一个新的话题,但却是一个常说常新的话题。随着实践的不断深入和应用越来越广泛,将会不断出现各种有待业界思考和探讨的问题。近日,北京市节能环保中心、中国建筑节能协会太阳能建筑一体化专业委员会联合举办了“太阳能热利用与建筑一体化政策技术论坛”,来自政府、科研单位、企业等的代表对太阳能与建筑一体化进行了探讨和交流。

　　二者并非简单相加

　　从太阳能生产企业的角度,北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司副总经理朱宁认为,太阳能建筑一体化包含两个层面的含义。首先是功能层面的一体化,即尽可能满足建筑的热水需求。其次是外观层面的一体化,即不能使建筑安装了太阳能以后越来越丑了。

　　朱宁指出,太阳能建筑一体化不是太阳能和建筑的简单“相加”,而是需要将二者整合起来。也就是说,应该从建筑设计的时候,就将太阳能热水系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑,巧妙地将太阳能热水系统的各个部件融入建筑之中。这种“相融设计”是要让太阳能热水系统成为建筑不可分割的一部分,而不是让太阳能成为建筑的附加构件。太阳能企业要为设计师提供标准的、可靠的、满足各种设计需求的产品。这样才能实现太阳能与建筑同步设计、同步施工、同步验收、同步使用。

　　然而,在现实中,建筑师在设计的时候往往不重视将太阳能的安装与建筑设计相融合。朱宁说：“这与前几年空调的情况非常相似。原来的设计都没有考虑空调室外机的位置和进出管线孔洞,各种各样的室外机随意安装在建筑外墙上造成立面的混乱。现在几乎所有的建筑都预留了安装位置。所以,我们也期待将来所有的居民住宅都能为安装太阳能预留位置。”

　　天普新能源技术公司的副总经理杨金良也有同感。他指出,太阳能与建筑一体化在外形、色泽、质感和协调性方面比十年前有了很大进步,但还远远不能满足建筑师的要求。让太阳能成为建筑构件的一部分,为建筑增色,是今后建筑设计和太阳能厂家共同的努力方向。

　　高层应用问题亟待解决

　　随着城镇化的快速发展,城市里的高层建筑越来越多,这也为城市里推广太阳能与建筑一体化带来了难题。以北京为例,2000年以前竣工的居住建筑中以多层建筑居多,在2001年以后竣工的居住建筑中,中高层和高层建筑面积占该时段竣工总居住建筑面积的比例达59.23%,而同期多层建筑仅占38.33%。有限的土地资源使中高层建筑已经成为城市建设中的主要建筑类型,如何在中高层建筑中很好地推广和应用太阳能热水系统,将是业内面临的一大难题。

　　北京九阳实业公司的技术人员赵国华指出,太阳能热水系统的设计应遵守安全性、耐久性、经济性和适用性4个基本原则。产品的选择、系统的设计、材料的选取及工程的安装质量控制等均要以“安全为第一”原则进行。太阳能热水系统在住宅中应用,应保证选择的产品长寿命,产品及系统的设计应具有耐久特性。从最终用户使用角度考虑,太阳能热水系统在满足高质量供水特性的前提下,其初期投资尽量降低,运行费用需低于其他常规能源形式,系统有良好的性价比。太阳能产品及系统应具有低故障率、便于维护、管理等特性,以满足物业公司在管理上的便捷性,包括维修、取费、计量等。

　　中高层建筑越来越多给太阳能在城市中的规模应用带来了诸多障碍,如建筑产权分离造成屋顶安装困难、集热器安装受到屋顶面积制约、低层用户管线较长、阳台安装热水器易受阳光遮挡、开发商安装积极性不高等。对此,北京市太阳能研究所有限公司总工程师朱敦智指出,太阳能在中高层建筑应用时应考虑6大问题。一是一体化设计,即太阳能热水系统设计与建筑工程同步设计、同步施工、同步验收,二是合理系统选型,即应根据投资、运行、维护成本的差异性以及后期管理的不同而合理选择太阳能的型号,三是系统参数优化,即选择合理的太阳能保证率、水箱配比、运行控制方式,四是降低辅助热源的运行成本,真正实现“辅助功能”,五是降低管网损失,即合理布置管网、缩短管道长度,六是建立适宜收费体系。