建筑節(jié)能設(shè)計(jì)隨著人們生活、生產(chǎn)水平的提高，人們對建筑舒適性、功能性的要求也越來越高，但與此同時(shí)，和建筑使用有關(guān)的各種能耗也越來越大。在國家建設(shè)節(jié)約型社會的過程中，建筑節(jié)能已成為城市建筑水平和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要標(biāo)志。建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及到建筑群的規(guī)劃布局，建筑空間體量，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)等諸多方面。第一節(jié) 規(guī)劃布局的節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)劃布局的節(jié)能設(shè)計(jì)是從分析地區(qū)的氣候條件出發(fā)，將設(shè)計(jì)與建筑技術(shù)和能源利用有效的結(jié)合，使建筑在冬季最大限度的利用自然能源來采暖，多獲得熱量和減少熱量損失，夏季最大限度的減少得熱和利用自然條件來降溫冷卻。規(guī)劃布局節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該從建筑選址、建筑組團(tuán)布局及道路走向、建筑朝向、建筑間距與日照關(guān)系、建筑自然通風(fēng)等方面考慮，以優(yōu)化建筑的微氣候環(huán)境，利于節(jié)能，充分利用太陽能。1. 1建筑選址1.1.1 地形條件對建筑能耗的影響建筑的選址應(yīng)根據(jù)氣候分區(qū)進(jìn)行選擇。對于嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)，選址時(shí)不宜布置在山谷、洼地等凹形地域。主要是考慮冬季冷氣流在下凹地里形成對建筑物的“霜洞”效應(yīng)，位于凹地的底層建筑需要保持所需室內(nèi)溫度會多消耗一部分采暖能量（圖1-1）。圖1-1 低洼地區(qū)對建筑物的“霜凍”效應(yīng)對于夏季炎熱的地區(qū)而言，建筑布置在下凹地卻是相對有利的，這些地方往往容易實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，尤其是到了晚上，高處涼爽氣流會流向凹地，把室內(nèi)熱量帶走。在江河湖泊豐富的地區(qū)，易產(chǎn)生水陸風(fēng)而形成氣流運(yùn)動，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，充分利用水陸風(fēng)以取得穿堂風(fēng)的效果，對改善夏季熱環(huán)境，節(jié)約空調(diào)能耗是非常有利的。在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮建筑物周圍的微氣候環(huán)境，應(yīng)該有足夠的綠地和水體，嚴(yán)格控制建筑密度，盡量減少硬化地面面積，并利用植被和水域減弱城市熱島效應(yīng)，改善微氣候環(huán)境。1.1.2 爭取良好的朝向，宜向陽避風(fēng) （1）居住建筑的基地應(yīng)選擇在向陽避風(fēng)的地段上冷空氣對建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓和冷風(fēng)滲透均對建筑物冬季防寒保溫帶來不利影響，尤其嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)冬季室外氣候?qū)ㄖ锏挠绊懞艽?，居住建筑影選擇避風(fēng)地段建造。（2）爭取選擇建筑物的最佳朝向?qū)?yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑朝向應(yīng)以南北位置，這樣可以使每戶均有主要房間朝南，對爭取日照有利。同時(shí)，建筑朝向可以在不同地區(qū)的最佳建筑朝向范圍內(nèi)做一定的調(diào)整，以爭取更多的太陽輻射。（3）選擇滿足日照要求，不受周圍其他建筑嚴(yán)重遮擋的基地。1.2 建筑組團(tuán)布局影響建筑規(guī)劃布局的主要?dú)夂蛴腥照?、風(fēng)向、氣溫等。在我國嚴(yán)寒地區(qū)及寒冷地區(qū)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可利用建筑的布局，形成優(yōu)化微氣候的良好界面，建立氣候防護(hù)單元，對節(jié)能很有利。建筑群的布局可以從平面和空間兩個(gè)方面考慮，一般的建筑組團(tuán)平面布局有行列式、錯(cuò)列式、周邊式、混合式、自由式等，他們都有各自的特點(diǎn)（圖1-2）：圖1-2 建筑組團(tuán)形式（a） 行列式 （b）周邊式 （c） 自由式行列式建筑物成排成行的布置，能夠爭取最好的建筑朝向，使大多數(shù)居住房間得到良好的日照，并有利于通風(fēng)。錯(cuò)列式可以避免“風(fēng)影效應(yīng)”，同時(shí)利用山墻空間爭取日照。周邊式建筑沿街道周邊布置，雖然可以使街道內(nèi)空間集中，但是很多居住房間沒有良好的日照，對自然通風(fēng)也不利。這種布置僅適用于北方嚴(yán)寒地區(qū)。混合式行列式和周邊式組合的形式，同時(shí)具有兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，可以靈活組合。自由式當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜時(shí)，密切結(jié)合地形構(gòu)成自由變化的布置形式，這種方式可以充分利用地形特點(diǎn)，便于采用多種平面形式和體型的組合?？梢员苊饣ハ嗾趽蹶柟?，對日照和自然通風(fēng)有利。在規(guī)劃布局中，應(yīng)注意點(diǎn)、條組合布置，將點(diǎn)式住宅布置在好朝向的位置，條狀住宅布置在其后，有利用利用空隙爭取日照。1.3 建筑朝向建筑物的朝向?qū)ㄖ牟晒馀c節(jié)能有很大的影響，朝向的選擇原則是冬季能獲得足夠的日照并避開主導(dǎo)風(fēng)向，夏季能利用自然通風(fēng)并防止太陽輻射。由于在建筑朝向在規(guī)劃設(shè)計(jì)中受多種因素的影響，要想兼顧夏季防熱、冬季保溫都很理想是有困難的，因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)通過多方面的因素分析、優(yōu)化建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)，采用本地區(qū)最佳朝向或適宜的朝向，盡量避免東西向日曬。朝向選擇需要考慮以下幾個(gè)方面的因素：（1）冬季有適量的并有一定質(zhì)量的陽光入射室內(nèi)。（2）炎熱夏季盡量減少太陽直射室內(nèi)。（3）夏季有良好的通風(fēng)，冬季避免冷風(fēng)吹襲。（4）充分利用地形并注意節(jié)約用地，照顧居住建筑組合的需要。1.4 建筑間距 在確定好建筑朝向之后，還要注意建筑物之間應(yīng)該有合理的間距，以保證建筑能夠獲得充足的日照。建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑日照標(biāo)準(zhǔn)、建筑節(jié)能節(jié)地原則，綜合考慮各種因素來確定日照間距。 居住建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)一般由日照時(shí)間和日照時(shí)間來衡量。 日照時(shí)間：我國地處北半球溫帶地區(qū)，居住建筑應(yīng)該在夏季能夠避免較強(qiáng)的日照，而冬季又能夠獲得充分的直接陽光直射，以滿足建筑采光得熱的要求。居住建筑的常規(guī)布置為行列式，考慮到前排建筑的遮擋，為了使居室能得到最低限度的日照，一般以底層居室獲得的日照為標(biāo)準(zhǔn)。北半球太陽高度角在全年最小值是冬至日。因此，選擇居住建筑日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)通常取冬至日正午前后有兩小時(shí)日照為下限。日照質(zhì)量：居住建筑的日照質(zhì)量是通過日照時(shí)間內(nèi)日照面積的累計(jì)而達(dá)到的。根據(jù)各地的具體測定，在日照時(shí)間內(nèi)居室內(nèi)每小時(shí)地面上陽光投射面積的積累來計(jì)算。日照面積對于北方居住建筑冬季提供室溫有顯著作用。1.5風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)1.5.1 冬季防風(fēng)的設(shè)計(jì)方法我國北方嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)冬季主要受來自西伯利亞的寒冷空氣影響，形成以西北風(fēng)為主要風(fēng)向的冬季寒流。從節(jié)能的需要出發(fā)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)可以采取以下具體措施：（1）建筑主要朝向應(yīng)注意避開不利風(fēng)向。 建筑在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避開不利風(fēng)向，減輕寒冷氣候產(chǎn)生的建筑熱損失，對朝向冬季主導(dǎo)風(fēng)向的立面應(yīng)多選擇封閉設(shè)計(jì)。在我國北方城市中，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，因此在建筑規(guī)劃中，應(yīng)封閉西北向，合理選擇封閉或半封閉周邊式布局的開口方向和位置，使建筑群的組合有利于避風(fēng)節(jié)能。（2）利用建筑的組團(tuán)防御冷風(fēng)。通過合理的布置建筑物，降低寒冷氣流的風(fēng)速，可以減少建筑物和周圍場地外表面的熱損失，節(jié)約能源。迎風(fēng)建筑物的背后會產(chǎn)生一個(gè)背風(fēng)渦流區(qū)(也稱風(fēng)影區(qū))，這部分區(qū)域風(fēng)力弱，風(fēng)向也不穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)風(fēng)向投射角為30時(shí)建筑背后的風(fēng)影區(qū)為3H（H為建筑高度），45投射角時(shí)，風(fēng)影區(qū)為1.5H。所以在規(guī)劃時(shí)，使建筑物布局緊湊，使建筑間距在2H以內(nèi)，可以充分發(fā)揮風(fēng)影的效果，使后排建筑避開冷風(fēng)的侵襲。除此之外，還應(yīng)利用建筑組合，將較高層建筑背向冬季主導(dǎo)風(fēng)，減少寒風(fēng)對中、低層建筑群的影響。（3）設(shè)置防風(fēng)屏障阻隔冷風(fēng)侵襲?？梢酝ㄟ^設(shè)置防風(fēng)墻、防風(fēng)帶等擋風(fēng)措施來阻隔冷風(fēng)。以實(shí)體墻作為阻風(fēng)措施時(shí)，應(yīng)注意防止在背后形成渦流，這時(shí)應(yīng)該在墻體上做引導(dǎo)氣流向上穿透的百葉式孔洞，使小部分風(fēng)由此流過，大部分的氣流在墻頂以上的空間流過。（4）減少建筑物的冷風(fēng)滲透耗能。建筑物的門窗縫隙是冬季寒冷氣流的主要入侵部位，冷空氣滲透量與風(fēng)壓有關(guān)，建筑在受風(fēng)面上，由于建筑表面阻擋，會產(chǎn)生風(fēng)的正壓區(qū)，當(dāng)氣流從建筑上方或兩側(cè)繞過建筑時(shí)，在其背后會產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)。1.5.2 夏季通風(fēng)的設(shè)計(jì)方法在炎熱的夏季，不要設(shè)備和能源驅(qū)動的被動式通風(fēng)降溫是最主要的降溫方法，夜間的通風(fēng)使建筑物預(yù)先冷卻，為第二天的酷熱預(yù)先準(zhǔn)備。所以，規(guī)劃布局中良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)，對降低建筑物夏季空調(diào)能耗十分重要。（1）合理的建筑布局引導(dǎo)氣流我國南方特別是夏熱冬暖地區(qū)地處沿海，4-9月大多盛行東南風(fēng)和西南風(fēng)，建筑物南北向或接近南北向布局，有利于自然通風(fēng)，增加舒適度。在滿足合理朝向的基礎(chǔ)上，還應(yīng)合理規(guī)劃整個(gè)建筑群的布局和間距，才能獲得較好的室內(nèi)通風(fēng)。如果一個(gè)建筑物處在前面建筑的渦流區(qū)內(nèi)，是很難利用風(fēng)壓組織有效的通風(fēng)。（2）建筑物尺寸和風(fēng)向投射角的影響（ 圖1-3、圖1-4、圖1-5）影響渦流區(qū)長度的主要因素是建筑物的尺寸和風(fēng)向投射角，單個(gè)建筑物的三維尺度會對其周圍的風(fēng)環(huán)境帶來較大的影響。建筑物越長、越高、進(jìn)深越小，其背面產(chǎn)生的渦流區(qū)越大，流場越紊亂，建筑物的布局和間距應(yīng)適當(dāng)避開這些渦流區(qū)。圖1-3不同入射角情況下的氣流狀況圖1-4建筑物高度對氣流的影響 圖1-5 建筑物進(jìn)深對氣流的影響 （3）利用綠化進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)中還可以利用建筑周圍綠化進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)的方法，可以沿來流方向在單體建筑兩側(cè)的前、后方設(shè)置綠化屏障，使得來流風(fēng)受到阻擋后可以進(jìn)入室內(nèi)（圖1-6-a）；也可以利用低矮灌木頂部較高空氣溫度盒高大喬木樹蔭下較低空氣溫度形成的熱壓差，將自然風(fēng)導(dǎo)向室內(nèi)的方法（圖1-6-b）。但是對于寒冷地區(qū)的建筑，需要綜合考慮夏季、過渡季及冬季通風(fēng)的矛盾。 圖1-6 綠化的導(dǎo)風(fēng)作用（4）利用地理?xiàng)l件組織自然通風(fēng) 利用地理?xiàng)l件組織通風(fēng)也是非常有效的方法，位于山谷、海濱、沿河地區(qū)的建筑，就可以利用“水陸風(fēng)”、“山谷風(fēng)”提高建筑內(nèi)的通風(fēng)（圖1-7）。圖1-7 水陸風(fēng)、山谷風(fēng)的形成水陸風(fēng)在海濱等具有大水體的地區(qū)，因?yàn)樗w溫度的升降要比陸地上氣溫的升降變化慢，白天陸地上空氣被加熱后上升使海濱水面上的涼風(fēng)吹向陸地，到晚上，陸地上的氣溫比海濱水面上的空氣冷卻的快，風(fēng)又從陸地吹向海濱，形成水陸風(fēng)。山谷風(fēng)在山谷地區(qū)，當(dāng)空氣在白天變得溫暖后，會沿著山坡往上流動；而在晚上，變涼了的空氣又會順著山坡往下吹，這就形成了山谷風(fēng)。1.5.3 風(fēng)環(huán)境的輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，建筑布局往往比較復(fù)雜，特別如果需要兼顧冬夏通風(fēng)的特點(diǎn)，以及考慮地形的不規(guī)整、植物綠化等存在的時(shí)候，簡單的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)做法，已經(jīng)很難指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化室外風(fēng)環(huán)境。這時(shí)候需要采取風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)或者計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法進(jìn)行預(yù)測。但由于前者的運(yùn)行周期比較長、成本比較高，通常采取計(jì)算機(jī)模擬的方法進(jìn)行預(yù)測。計(jì)算機(jī)模擬是利用流體力學(xué)軟件（CFD）對建筑物周圍風(fēng)流動所遵循的動力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值求解，并可借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)將模擬結(jié)果形象的表示出來，使模擬結(jié)果直觀易理解。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)模擬不受實(shí)際條件限制，可以對多種形式的建筑布局，建筑物形狀，不同邊界條件的情況進(jìn)行模擬分析，以便于優(yōu)化設(shè)計(jì)。第二節(jié) 建筑空間體量的節(jié)能設(shè)計(jì)當(dāng)建筑的位置、朝向、間距等總體布局確定后，就意味著建筑外部微氣候環(huán)境已經(jīng)基本確定。因此，在對建筑進(jìn)行單體設(shè)計(jì)時(shí)，就要通過建筑內(nèi)部空間和體量的合理設(shè)計(jì)更好的利用外部氣候環(huán)境。合理的空間和體量設(shè)計(jì)是在滿足建筑功能要求下，對建筑內(nèi)部空間進(jìn)行合理的劃分和設(shè)計(jì)以達(dá)到更高的節(jié)能要求，改善室內(nèi)的保溫、采光、通風(fēng)等微氣候條件，為人們創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境。建筑的體型、平面和剖面都會對節(jié)能效果產(chǎn)生影響。2.1 建筑體型設(shè)計(jì)建筑的體型是基地形狀、內(nèi)部功能、氣候條件等多種因素綜合的結(jié)果，建筑體型控制主要是通過對體形系數(shù)的控制來進(jìn)行的，體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積F0（不包括地面）和其包圍的體積V0之比。體型系數(shù)越大，表明單位建筑空間所分擔(dān)的散熱面積越大，能耗就越多。 對于建筑節(jié)能來講，在同樣體積的建筑內(nèi)部空間，外表面面積越小，能量的流失途徑越少，所以控制體型系數(shù)，對于減少夏季得熱、冬季得熱都是有利的。但并不是體形系數(shù)越小越好，例如夏熱冬冷地區(qū)濕熱的夏季，通風(fēng)要求高，而體形系數(shù)小的建筑會造成通風(fēng)和散熱不利，反而會造成能源的浪費(fèi)。例如，飄窗的應(yīng)用是目前住宅建筑設(shè)計(jì)中十分流行的一個(gè)處理手法，一般突出外墻面0.5 m左右，而且衛(wèi)生間、廚房均設(shè)置飄窗，作用并不很大。但飄窗至少有上、下2個(gè)面作為外墻面進(jìn)入體形系數(shù)計(jì)算，毫無疑問，會使體形系數(shù)增大。設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格控制飄窗數(shù)量和飄出尺寸，減小體型系數(shù)，提高自身節(jié)能效果。研究資料表明：體型系數(shù)每增加0.01，耗熱量指標(biāo)增加2.5%。對于居住建筑體型系數(shù)宜控制在0.30以下。對公共建筑，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)建筑的體型系數(shù)應(yīng)小于或等于0.40。建筑物體型系數(shù)常受多種因素影響，而且在設(shè)計(jì)時(shí)常常追求建筑形體的變換，不滿足于僅采用簡單的幾何形體，一般來說，可以采取以下幾種方法來控制建筑物的體系系數(shù)：（1）加大建筑物的體量，即加大建筑的基地面積，增加建筑物的長度和進(jìn)深尺寸。（2）外形變化盡可能地減至最低限度。（3）合理提高層數(shù)。（4）對于體型系數(shù)不易控制的點(diǎn)式建筑，可采用群樓連接多個(gè)點(diǎn)式的組合體形式。2.2 建筑平面設(shè)計(jì)2.2.1 平面形狀設(shè)計(jì)建筑物的平面形狀主要取決于建筑物用地地塊形狀與建筑的功能，從建筑熱工的角度來看，平面形狀復(fù)雜會增加建筑物的外表面積，并帶來熱損失的大幅度增加。從建筑節(jié)能的角度出發(fā)，適宜的平面形式是控制體型系數(shù)的關(guān)鍵，例如高度一定的建筑，其平面形式就是影響其體形系數(shù)的唯一因素。而同樣大小的建筑面積，由于其內(nèi)部空間的布局不同，其外漏面積也會有所不同，會對建筑節(jié)能造成影響。所以在滿足設(shè)計(jì)構(gòu)思和通風(fēng)采光功能要求的基礎(chǔ)上，盡可能減少平面形式上不必要的曲折和凸凹，凸凹多的建筑面積較大，與室外的熱交換量也大。如表2-1所示，每個(gè)平面形狀的面積相同，但其長度、寬度、周長各異，會導(dǎo)致體型系數(shù)的不同，因而對建筑能耗會產(chǎn)生一定的影響。表2-1 建筑的平面形狀與體形系數(shù)之間的關(guān)系形狀周長體型系數(shù)增量例如在住宅設(shè)計(jì)中，大面寬、小進(jìn)深住宅雖然有利于通風(fēng)、采光和室內(nèi)景觀設(shè)計(jì)，但其外表面積太大，體形系數(shù)相應(yīng)很大，不利于節(jié)能和節(jié)地，應(yīng)加以限制。在同樣滿足采光、通風(fēng)及一定室內(nèi)景觀要求的情況下，進(jìn)深適當(dāng)增大到12.6 m左右，能大大改善室內(nèi)熱環(huán)境，降低體形系數(shù)，并且與小進(jìn)深住宅相比，節(jié)能節(jié)地，還可以降低建筑造價(jià)。2.2.2 平面布局設(shè)計(jì)合理的建筑平面布局使建筑在使用上帶來極大的方便，同時(shí)也能有效的提高室內(nèi)熱舒適度和有利于節(jié)能。在熱工環(huán)境中，主要從合理的熱工環(huán)境分區(qū)及溫度阻尼區(qū)的設(shè)置兩個(gè)方面來考慮建筑平面布局。根據(jù)各個(gè)房間使用要求的不同，其室內(nèi)熱環(huán)境也各異。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)房間對熱環(huán)境的需求進(jìn)行合理的分區(qū)，即將熱環(huán)境質(zhì)量要求相近的房間相對集中布置。有高溫需求的房間設(shè)于溫度較高區(qū)域，從而最大限度的利用太陽輻射，對熱環(huán)境質(zhì)量要求較低的區(qū)域設(shè)于溫度相對較低的區(qū)域，以減少供熱能耗。為了保證主要使用房間的熱環(huán)境質(zhì)量，可在該熱環(huán)境區(qū)與溫度很低的室外空間之間，設(shè)置所需的溫度阻尼區(qū)，不但可以使房間外墻減少熱損失，而且大大的減少了房間的冷風(fēng)滲透，從而減少建筑物的滲透熱損失。設(shè)于南向的日光間、封閉陽臺等都具有溫度阻尼區(qū)作用，是冬季減少能耗的一個(gè)有效措施。2.3建筑剖面設(shè)計(jì)剖面是對空間認(rèn)知的另一種途徑，和平面設(shè)計(jì)一樣，剖面設(shè)計(jì)同樣會對建筑的節(jié)能產(chǎn)生影響。進(jìn)行合理的剖面設(shè)計(jì)主要是可以對室內(nèi)氣流進(jìn)行控制，引導(dǎo)風(fēng)的流動，促進(jìn)自然通風(fēng)，改善室內(nèi)熱環(huán)境，降低空調(diào)能耗。2.3.1 風(fēng)壓和熱壓的自然通風(fēng)建筑內(nèi)部自然通風(fēng)的動力主要有風(fēng)壓和熱壓兩種方式，當(dāng)入風(fēng)口與出風(fēng)口水平高度相同時(shí)，自然通風(fēng)的動力主要是風(fēng)壓。例如，我國居住建筑大部分為南北朝向，且一個(gè)單元的設(shè)計(jì)有南、北兩個(gè)朝向的外窗，夏季室內(nèi)容易獲得“穿堂風(fēng)”利用熱壓的作用(即“煙囪效應(yīng)”)組織室內(nèi)的自然通風(fēng)是一項(xiàng)更能體現(xiàn)設(shè)計(jì)手法的方式，如果設(shè)計(jì)的恰當(dāng)，能起到良好的通風(fēng)效果。熱壓的形成需要入風(fēng)口與出風(fēng)口具有一定的高度差和空氣密度差。并且兩個(gè)豎直通風(fēng)口之間的溫差大于兩個(gè)通風(fēng)口之間的室外溫差時(shí)，煙囪效應(yīng)才會把內(nèi)部空氣排出室外。除此之外，剖面設(shè)計(jì)中不應(yīng)忽視的一個(gè)問題就是頂部熱池，頂部的熱量排不出去，會使內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度大幅度提高，在設(shè)計(jì)中，利用頂部開口利用熱壓的方式將熱氣排出或在高處設(shè)置通風(fēng)口利用風(fēng)壓的方式排出熱量。2.3.2 利用伯努利效應(yīng)伯努利效應(yīng)的原理是：氣流速度的增大，會使它的靜壓力減小。由于這種現(xiàn)象，所以在文丘里管的細(xì)腰處，就會出現(xiàn)負(fù)壓（圖2-1-a）；飛機(jī)機(jī)翼的橫截面就像是半個(gè)文丘里管（圖2-1-b）。建筑設(shè)計(jì)中可以利用之一原理，制造出局部的負(fù)壓，加強(qiáng)建筑內(nèi)部的通風(fēng)。圖2-1文丘里管和飛機(jī)機(jī)翼的產(chǎn)生負(fù)壓的示意圖（a）文丘里管反映了伯努利效應(yīng)，隨著氣流速度的增大，他的靜壓力也在減?。╞）飛機(jī)的機(jī)翼就像半個(gè)文丘里管，機(jī)翼上方的負(fù)壓也被稱為升力雙坡的屋頂就像是半個(gè)文丘里管，因此，在屋脊附近任何形式的開口，都會使空氣被吸出室內(nèi)（圖2-2）。如果把屋頂設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的文丘里管的形式，伯努利效就會表現(xiàn)的更為強(qiáng)烈，其通風(fēng)的效果會顯著增強(qiáng)（圖2-3）。圖2-2 文丘里效應(yīng)使空氣經(jīng)過屋頂脊部的通風(fēng)口排到室外圖2-3利用文丘里管狀的屋頂充當(dāng)屋頂?shù)耐L(fēng)機(jī)第三節(jié) 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑物室內(nèi)和室外的界限，承載著多種功能，如遮風(fēng)避雨、遮陽通風(fēng)、保溫隔熱等，包括墻體、屋頂、門窗、樓地面等部分。圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅能夠保護(hù)使用者免受不利自然環(huán)境的影響，而且在調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境方面起著重要作用，控制著建筑內(nèi)部和外部之間的能量流動，其熱工性能直接影響建筑采暖和空調(diào)的負(fù)荷與能耗。3.1 外墻節(jié)能設(shè)計(jì)外墻在穩(wěn)定傳熱條件下防止室內(nèi)熱損失的主要措施是提高墻體的熱阻，即降低墻體的傳熱系數(shù)。不同的氣候區(qū)外墻傳熱系數(shù)及熱阻是不同的，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各氣候區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理設(shè)置。從控制室內(nèi)熱環(huán)境和建筑節(jié)能方面，外墻的節(jié)能設(shè)計(jì)主要包括普通墻體的保溫隔熱、集熱蓄熱墻的應(yīng)用、玻璃幕墻的節(jié)能。3.1.1 普通墻體的保溫隔熱外墻按保溫層的所在的位置，可以分為外墻內(nèi)保溫、外墻外保溫、夾芯保溫三種方式。此外新材料新技術(shù)的發(fā)展，也為外墻的節(jié)能技術(shù)增添了新的方式。 （1）外墻內(nèi)保溫外墻內(nèi)保溫是在外墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部加作保溫層的建筑墻體保溫隔熱技術(shù)。例如鋼絲網(wǎng)架聚苯復(fù)合板外墻內(nèi)保溫、增強(qiáng)水泥聚苯復(fù)合板外墻內(nèi)保溫。優(yōu)點(diǎn)：施工較簡便，受氣候影響??；造價(jià)相對低，外飾面自由度大，技術(shù)較成熟。缺點(diǎn)：飾面層易開裂、不便二次裝修、占用室內(nèi)使用空間較大、熱損失相對較大。 （2）外墻外保溫外保溫是將高效保溫材料置于外墻主體結(jié)構(gòu)外側(cè)的建筑墻體保溫隔熱技術(shù)，經(jīng)過長期的實(shí)際應(yīng)用和在不同氣候條件下的應(yīng)用，采用該類保溫系統(tǒng)的建筑，無論從建筑外裝飾還是居住的舒適度，都是一項(xiàng)比較實(shí)用的節(jié)能技術(shù)。雖然無論外保溫、內(nèi)保溫、夾芯保溫都能夠使冷天外墻內(nèi)表面的溫度提高，使室內(nèi)環(huán)境有所改善。但是，采用外保溫的效果更好。優(yōu)點(diǎn)：外保溫可以避免產(chǎn)生熱橋；有利于使建筑冬暖夏涼；通過外保溫提高外墻內(nèi)表面溫度，即使室內(nèi)的空氣溫度有所降低，也能得到舒適的環(huán)境；保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，使內(nèi)部的主體墻冬季溫度提高，濕度降低，溫度變化較為平緩，熱應(yīng)力減少，延長了使用壽命；不占室內(nèi)使用面積、不影響室內(nèi)裝修、綜合經(jīng)濟(jì)效益高。缺點(diǎn)：易開裂、易脫落、耐久性差、施工操作控制方法不確定、控制措施不到位等。 （3）外墻夾芯保溫 夾芯保溫是將絕熱材料設(shè)置在外墻中間，有利于較好的發(fā)揮墻體材料本身對外界環(huán)境的防護(hù)作用，從而降低造價(jià)。在磚砌體或砌塊墻體中間留出空氣層，在此中間層內(nèi)布置巖棉板、礦棉板等，可以取得良好的保溫效果。但要填充嚴(yán)密，避免內(nèi)部形成空氣對流，并做好內(nèi)外墻體間的拉結(jié)，在抗震地區(qū)要尤為重視。 （4）新材料新技術(shù)：自調(diào)溫相變蓄能技術(shù)相變節(jié)能材料是近些年開發(fā)的一種新材料，是將優(yōu)秀的傳統(tǒng)保溫材料與相變材料，通過新工藝復(fù)合而成，具有潛熱蓄能、調(diào)溫、控溫的功能，能夠大大提高室內(nèi)的熱穩(wěn)定性和舒適性。3.1.2 集熱蓄熱墻的應(yīng)用 （1）特朗勃墻特朗勃墻是一種運(yùn)用重質(zhì)磚石材料做主要蓄熱媒介的集熱蓄熱墻。通常外表面涂以高吸收系數(shù)的無光黑色涂料，并以密封的玻璃框覆蓋而成，可以分為有風(fēng)口（圖3-1）和無風(fēng)口（圖3-2）兩大類。圖3-1 有風(fēng)口集熱蓄熱墻圖3-2無風(fēng)口集熱蓄熱墻當(dāng)冬天白天有日照時(shí)，照射到玻璃表面的陽光一部分被玻璃吸收，一部分透過玻璃照射到墻體表面。透過玻璃的太陽輻射絕大部分被涂有高吸收系列涂料的墻表面吸收，表面溫度升高，一方面向間層空氣放熱，一方面通過墻體向室內(nèi)傳導(dǎo)。傳導(dǎo)過程中部分熱量蓄存于墻體內(nèi)，部分傳向室內(nèi), 室內(nèi)獲得的這部分熱量即集熱蓄熱墻的傳導(dǎo)供熱。間層中空氣被加熱后溫度上升，通過上、下風(fēng)口與室內(nèi)空氣形成自然循環(huán)。熱空氣不斷由上風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，并向室內(nèi)傳熱，這部分熱量即集熱蓄熱墻的對流供熱。夜間蓄熱墻放出白天蓄存的熱量，室內(nèi)繼續(xù)得熱，間層中空氣溫度則不斷下降。當(dāng)間層中空氣溫度低于室內(nèi)溫度時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉風(fēng)口的風(fēng)門，否則會形成空氣的倒流，加大室內(nèi)的熱損失。夏天為避免熱風(fēng)從上風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，應(yīng)關(guān)閉上風(fēng)門，打開空氣間層通向室外的風(fēng)門，使間層中熱空氣排入大氣，并可輔之以遮陽板遮擋陽光的直射，但必須合理地設(shè)計(jì)，以避免其冬天對集熱墻的遮擋。此外，特朗勃墻是否設(shè)置通風(fēng)口，對于集熱效率有很大的影響。有通風(fēng)口的特朗勃墻集熱效率比無通風(fēng)口時(shí)高很多，是否設(shè)置通風(fēng)口需結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件及太陽能的集熱措施進(jìn)行綜合考慮。如果設(shè)置集熱墻的主要目的是抵消白天的采暖負(fù)荷，有通風(fēng)口的特朗勃墻更有利，其集熱效率高，節(jié)能效果更好；對于較溫暖地區(qū)或太陽輻射資源好、氣溫日夜差較大的地區(qū)，通過直接受益窗，白天有日照時(shí)室內(nèi)已有足夠的熱量，采用無風(fēng)口集熱蓄熱墻既可避免白天房間過熱，又可提高夜間室溫，減少室溫的波動。 （2）呼吸式太陽能集熱墻圖3-3 呼吸式太陽能集熱墻呼吸式太陽能集熱墻可以在空氣進(jìn)入室內(nèi)前對其進(jìn)行有效的預(yù)熱，適合于白天需要大量通風(fēng)的建筑，如商店。它由深色的穿孔金屬板構(gòu)成即熱表面，安裝在南向墻壁上，和墻壁之間留有一定的間隙。太陽照在深色集熱表面上，熱量傳入后面的間層，間層內(nèi)空氣被加熱上升，頂部的風(fēng)扇促使其進(jìn)入建筑內(nèi)循環(huán)，然后室外空氣從小孔進(jìn)入空間補(bǔ)充（圖3-3）。3.1.3 玻璃幕墻的節(jié)能玻璃幕墻節(jié)能主要應(yīng)用于公共建筑, 在整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，通過玻璃傳遞的熱量遠(yuǎn)高于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)。如何正確合理的選擇和設(shè)計(jì)玻璃，對于減少室內(nèi)外傳熱是很重要的。目前提高玻璃幕墻隔熱保溫性能的措施有：采用鍍膜玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等技術(shù)。另外，可以利用新技術(shù)，通過玻璃吸收太陽能進(jìn)行發(fā)電，既節(jié)約空調(diào)耗能，又環(huán)保。3.2 屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)屋頂作為一種外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其造成的室內(nèi)外溫差耗熱量，比任何一面外墻或地面的耗熱量都要大。所以對屋頂采取節(jié)能設(shè)計(jì)顯得尤其重要。因?yàn)槲覈幵趤啛釒У貐^(qū)，在夏季，日照時(shí)間長，太陽輻射強(qiáng)度大，頂層室內(nèi)溫度比下層室內(nèi)溫度一般要高出24。因此提高屋面的保溫隔熱性能，可抵抗夏季室外熱作用的影響，減少建筑的空調(diào)耗能。屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)主要以輕質(zhì)高效、吸水率低或不吸水的，可長期使用，性能穩(wěn)定的保溫材料作為保溫隔熱層，以及改進(jìn)屋面構(gòu)造，使之有利于排除濕氣等措施為主。3.2.1屋面保溫目前寒冷地區(qū)，建筑物的屋頂保溫構(gòu)造形式主要有：（1）按屋頂型式分，主要有平屋頂和坡屋頂兩種形式。（2）按保溫層和防水層的位置不同，主要有普通保溫屋面和倒置式屋面兩種形式。1）普通保溫屋面普通保溫屋面的保溫層設(shè)在防水層下，構(gòu)造層次從上至下為：防水層、保溫層、結(jié)構(gòu)層，即保溫層包覆在結(jié)構(gòu)層的上面，見圖4-6（a）。這種作法能有效減小外界溫度變化對結(jié)構(gòu)的影響，而且結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便。由于室內(nèi)水蒸汽能透過結(jié)構(gòu)層進(jìn)入保溫層，產(chǎn)生凝結(jié)水，從而降低保溫材料的保溫性能。另外凝結(jié)水受熱膨脹還可使防水層起鼓破壞，導(dǎo)致防水層失效。為防止這種現(xiàn)象產(chǎn)生，在防水層鋪設(shè)時(shí)采用花鋪法之外，還應(yīng)采用在保溫層下做隔汽層的方法，一般用和橡膠卷材配套的防水涂料涂刷2mm厚；或采用在保溫層上加一層礫石或陶粒作為透氣層，在其上做找平層和卷材防水；也可在保溫層中間做排氣通道。保溫層中設(shè)透氣層并要留通風(fēng)口，通風(fēng)口一般留在檐口和屋脊處。后兩種方法因構(gòu)造復(fù)雜，很少采用。2）倒置式屋面倒置屋面是將保溫層設(shè)在防水層之上的構(gòu)造。構(gòu)造層次為：保溫層、防水層、結(jié)構(gòu)層見圖4-6(b)。由于保溫層的位置和通常的設(shè)置相反，所以也叫倒鋪保溫屋面。這種作法必須采用吸濕低、耐氣候性強(qiáng)的憎水保溫材料，如：聚氨脂和聚苯乙烯泡沫材料等，而且上面須用較重的覆蓋層壓住。如混凝土塊、磚、混凝土等。a) 普通保溫屋面 b) 倒置式屋面a) Ordinary heatproof roof of flat b) Iverting heatproof roof of flat圖 4-6 平屋頂保溫屋面Fig.4-6 Heatproof roof of flat倒置式屋面與普通保溫屋面相比較，主要有如下優(yōu)點(diǎn)：防水層不受外界氣候的影響，受到保溫層的保護(hù)，且避免熱應(yīng)力、紫外線以及其他因素對防水層的破壞；如采用擠塑聚苯乙烯保溫板能保持較長久的保溫隔熱功能，耐久性與建筑物的壽命等同； 不必設(shè)置屋面排汽系統(tǒng)； 施工快捷、簡便，檢修不損材料，方便簡單； 可見，倒置式屋面雖然造價(jià)較貴，但優(yōu)越性顯而易見，只是保溫材料選擇受限，是一種有發(fā)展前途的構(gòu)造方式。3.2.2屋面隔熱 （1）架空層屋面 架空層宜在通風(fēng)較好的建筑上采用，不宜在寒冷地區(qū)采用，高層建筑林立的城市地區(qū)，空氣流動較差，嚴(yán)重影響架空屋面的隔熱效果。架空通風(fēng)隔熱間層設(shè)于屋面防水層上，其隔熱原理是：一方面利用架空的面層遮擋直射陽光，另一方面利用間層通風(fēng)散發(fā)一部分層內(nèi)的熱量，將層內(nèi)的熱量不間斷的排除，不僅夏季有利于達(dá)到降低室內(nèi)溫度的目的，而且增加空氣層對屋面的保溫效果也起到一定的作用。 （2）蓄水屋面（圖3-4）蓄水屋面是在剛性防水屋面上設(shè)置蓄水層，是一種較好的隔熱措施。其優(yōu)點(diǎn)是可以利用水蒸發(fā)時(shí)帶走水層中的熱量，消耗曬到屋面的太陽輻射熱，從而有效減少了屋面的傳熱量、降低屋面溫度，是一種較好的隔熱措施。但蓄水屋面不易在寒冷地區(qū)、地震地區(qū)和震動較大的建筑物上采用。 （3）反射屋面（圖3-5）利用表面材料的顏色和光滑度對熱輻射的反射作用，對平屋頂?shù)母魺峤禍匾灿幸欢ǖ男Ч?。例如屋面采用淡色礫石屋面或用石灰水刷白對反射降溫都有一定的效果，適用于炎熱地區(qū)。如果在通風(fēng)屋面中的基層加一層鋁箔，則可以利用其第二次反射作用，對屋頂?shù)母魺嵝Ч麑⒂羞M(jìn)一步的改善。圖3-4蓄水屋面散熱原理圖3-5鋁箔屋頂反射降溫示意 （4）種植屋面 種植屋面是利用屋面上種植的植物來阻隔太陽光照射，能夠防止房間過熱，隔熱主要通過以下三個(gè)方面來控制熱量：一是植物的莖葉的遮陽作用，可以有效地降低屋面的室外綜合溫度，減少屋面的溫差傳熱量；二是植物的光合作用消耗太陽能用于自身的蒸騰；三是植被基層的土壤或水體的蒸發(fā)消耗太陽能。因此，種植屋面是一種十分有效的隔熱節(jié)能屋面。此外，種植屋面還可以調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)匚夂颍栈覊m和噪聲，吸收周圍有害氣體，殺滅空氣中的各種細(xì)菌，使得空氣清潔，增進(jìn)人體健康?？紤]到屋面荷載，屋面需種植耐熱、抗旱、耐貧瘠、抗風(fēng)類植被，以淺根系的多年生草本匍匐類、矮生灌木植物為宜。3.3 門窗節(jié)能設(shè)計(jì)對于建筑節(jié)能來說，門窗往往是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此門窗的構(gòu)造是否合理，極大的影響到建筑的節(jié)能效果。3.3.1窗戶窗戶是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開口部分，是阻隔外界氣候侵?jǐn)_的基本屏障。窗戶除了要滿足視覺的聯(lián)系、采光、通風(fēng)、日照及建筑造型等功能要求外，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分應(yīng)該同樣具有保溫隔熱，得熱或散熱的作用。因此外窗的大小、形式、材料和構(gòu)造就要兼顧各方面的要求，以取得整體的最佳效果。從圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫節(jié)能性能來看，窗戶是建筑保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。窗戶不僅有與其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)所共有的溫差傳熱問題，還有通過窗戶縫隙的空氣滲透傳熱帶來的熱能消耗。在不同區(qū)域、氣候條件下，不同的建筑功能對窗戶的要求是有差別的，但是其基本原則都是在保證一定的采光、通風(fēng)條件下，圍繞著控制窗戶的得熱和失熱進(jìn)行的，可以通過以下措施使窗戶到節(jié)能要求。 （1）控制建筑各朝向的窗墻面積比 窗墻面積比是影響建筑能耗的重要因素，窗墻面積比的確定要綜合考慮多方面的因素，最主要的是不同地區(qū)冬、夏季日照情況，季風(fēng)影響，室外空氣溫度，室內(nèi)采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通風(fēng)要求等因素。一般普通窗戶的保溫性能比外墻差很多，而且窗的四周與墻相交之處也容易出現(xiàn)熱橋，窗越大，溫差傳熱量也越大。因此，從降低建筑能耗的角度出發(fā)，必須限制窗墻面積比。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中對窗的設(shè)計(jì)原則就是在滿足功能要求基礎(chǔ)上盡量減少窗戶的面積。由于我國幅員遼闊，有不同的氣候分區(qū)，每個(gè)分區(qū)有自己特有的氣候特征，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同氣候區(qū)的窗墻面積比標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行控制。例如嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的冬季比較長，建筑的采暖用能較大，窗墻面積比的要求要有一定的限制。從節(jié)能角度上看，在受冬季寒冷氣流影響的北向及接近北向的墻面上應(yīng)盡量減少窗戶的面積。東、西向的取值，主要考慮夏季防曬和冬季防冷風(fēng)滲透的影響。而南向外窗可以獲得大量的太陽輻射熱，有利于節(jié)能，因此南向窗墻面積比相對較大。 （2）改善窗框的保溫性能窗框及窗體材料的導(dǎo)熱系數(shù)直接影響到外窗的保溫性能，過去，絕大部分窗框是木制的，保溫性能比較好。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，金屬窗框越來越多，但這些窗框的傳熱系數(shù)很大，熱損失比較大，應(yīng)采取保溫措施。首先，將薄壁實(shí)腹型材改為空心型材，內(nèi)部形成封閉的空氣層，提高保溫能力。其次，開發(fā)塑料構(gòu)件，已獲得良好的保溫效果。目前工程中應(yīng)用較多的是斷熱