淺談北方地區(qū)節(jié)能與高層建筑設(shè)計

摘要：敘述了高層建筑節(jié)能與氣候、地理條件的關(guān)系。建筑位置、朝向是接受太陽輻射熱能的關(guān)系及高層圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的保溫、隔熱存在的問題及今后發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：高層建筑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；節(jié)能；復(fù)合墻體

        0  引言
        我國的高層建筑有近七十年的歷史，東北地區(qū)，現(xiàn)代化 高層建筑的誕生僅有二十幾年的歷史，然而城市中任何建筑都是城市設(shè)計、規(guī)劃的一部分，城市設(shè)計是一項十分復(fù)雜的工作，我國在這方面的經(jīng)驗不多，而且管理機(jī) 制尚不健全，往往受一些因素的影響，工作不甚周密和協(xié)調(diào)，甚至失去控制，有許多的問題等待我們?nèi)ソ鉀Q，有待于探索和改進(jìn)，所以說，今天的高層建筑設(shè)計仍處 在一個不太成熟的階段。
        高層建筑體形龐大，如容積率過高，相鄰建筑互相遮擋、不通透，形成大面積陰影區(qū)，城市人居環(huán)境質(zhì)量下降，市中心人口膨脹、交通擁擠。
        除此之外，近些年在某些城市建高層建筑已成風(fēng)氣，設(shè)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(tài)環(huán)境的保護(hù)、建筑設(shè)計節(jié)能意識淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費(fèi)巨大。
        所謂建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能；門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成，因此，高層建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計者重視。
        1  優(yōu)化建筑位置及朝向設(shè)計
        高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對城市環(huán)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(qū)人們十分珍惜陽光帶來的溫暖。
        據(jù)有關(guān)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很大影響，對建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。
        寒冷地區(qū)城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)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(jié)能有著直接關(guān)系。
        如， 在北緯40～45度地區(qū)，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(jié)，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(yīng)考 慮環(huán)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(nèi)舒適的溫度環(huán)境。
        2  優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計
        2.1 外墻是 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料，為了減輕荷載，達(dá)到保 溫、隔熱要求，采用輕質(zhì)高效保溫材料，目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有：頁巖陶粒混凝土空心砌塊；粘土空心磚與實心磚復(fù)合墻體；粘土實心磚或空心磚巖棉夾 心復(fù)合墻體等。
  但存在問題較多，節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè)，在寒冷地區(qū)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(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層設(shè)在外側(cè)更穩(wěn)妥些。
        2.2 高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板（舒樂板、pg板），巖棉板等輕質(zhì)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(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體，筆者認(rèn)為存在以下不足之處：
        ①抗震能力差，易松散，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)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(gòu)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(xiàn)冷橋。
        ④墻表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外，復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內(nèi)容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)測定，高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個熱損失的5%～13%，因此應(yīng)引起設(shè)計者重視，采取有效構(gòu)造措施盡可能避免產(chǎn)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(hù)結(jié)構(gòu)保溫，歐、美各國取得不少先進(jìn)經(jīng)驗。如：美國研制的tb型保溫隔熱復(fù)合砌塊；波蘭的咬合式保溫砌塊，兩 塊組合成320厚墻體，在空心砌塊內(nèi)填入高效保溫材料，墻體傳熱系數(shù)k=01209～1100w/m2k；芬蘭研制的一種空心砌塊，空隙之間填入聚胺脂保 溫材料，300厚，傳熱系數(shù)k=0.25～0.28w/m2k。某些歐美國家50%左右的建筑已應(yīng)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(qiáng)度，避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些弊端。
        3  影響建筑節(jié)能的其他因素
        3.1 高層建筑外圍護(hù)墻體耗能量較大，占整個建筑耗能的25%左右。
        建 筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一，體形系數(shù)越大耗能越多，國外的一些高層建筑造成圓塔形，比如美國洛杉磯的好運(yùn)飯店、法國戴高樂機(jī)場候機(jī)樓、紐 約第三大街53號辦公樓都是圓型或橢圓形，我們知道，相同的面積，圓的周長最短，這樣使建筑外露面積較小。因此，基于能量損耗的考慮，高層建筑的形體變化 不宜過多、復(fù)雜。
        3.2 高層建筑的“風(fēng)環(huán)境”是影響建筑耗能因素之一。
        在冬季，風(fēng)力對建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內(nèi)熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當(dāng)，墻體內(nèi)部易產(chǎn)生冷凝水。因此，建筑保溫材料的選用，建筑構(gòu)造的合理性應(yīng)建立在科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)上。