(内蒙古蒙房建筑设计有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010050)
摘 要： 文章提出建筑设计、细部构造设计和环境控 制设备及系统设计等三种节能设计策略。充分利用自然能，降低不可再生能源消耗，促进我 国建筑的可持续发展。
关键词：建筑与气候； 建筑能耗； 节能设计； 应变策略
中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)15—0080—02
建筑作为人工自然产品，是人类自身应变自然环境气候的一种延伸手段。建筑发挥着气 候“过滤器”的角色，通过利用和防御自然界各种气候因素，为人类创造出良好的室内气候 条 件。我国古代的传统民居，如北京的四合院、西南的吊脚楼、陕北的窑洞、闽南的土楼等， 虽然建筑形式和材料各不相同，但都是长期气候选择和建筑不断应变的结果。随着现代技术 水平的提高，人类有时过分地依赖人工设备技术力量，以期实现更高的室内热舒适度要求， 结果导致高能耗和自然生态的破坏。我国是能源短缺的国家，但建筑能耗却是同等气候条件 下发达国家的2~3倍。高能耗不利于建筑可持续性发展，需要我们重新研究节能设计策略， 充分挖掘建筑节能的潜能。
1 设计应变策略
建筑节能设计就是从分析地区的气候条件出发，将建筑设计与建筑微气候，建筑技术和 能源的有效利用相结合的一种建筑设计方法，也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖 ，多获得热量和减少热损失；夏季最大限度地利用自然能来降温冷却。
1.1 从建筑设计入手，综合分析地区气候特征，充分利用有利的气候条件和防御 不利气候因素影响
地区气候特征包括太阳能辐射强度、最热（冷）月平均气温及空气湿度、夏（冬）季主 导风与平均风压、雨雪量等要素。这些要素是我们节能设计需要注意的“气候条件”。此外 ， 还需注意区域的“微环境”，如地形条件、地表环境、地表土壤和环境植被等。只有这样， 才能权衡利弊、趋利避害，统筹运用气候因素。
1.1.1 合理群体规划布局。设计中要充分考虑夏季有利的主导风向（通风致凉）和避免 冬季不利的主导风向（避风保暖），综合考虑采光、通风、保温和防晒等因素，合理安排群 体布局和建筑朝向。如南京属典型的夏热冬冷地区，又具有大陆性气候特征，夏季炎热多东 南风、冬季寒冷多西北风，在进行小区群体布局时，一般将小体量的低层、独立式住宅放在 南面，大体量的高层住宅放在最北面，可以最大限度地满足夏季自然通风和冬季阻挡不利的 西北风的需要。
1.1.2 合理控制体形系数。体形系数就是指建筑物与室外大气接触的外表面积F0（m2 ）和其所包围的体积V0（m3）之比值。也就是说，单位建筑空间的外表面积越大，体形 系数越大，能耗就越高，反之亦然。因此，在考虑节能设计时，建筑平面外形不宜凹凸太多 ，力求完整，避免因凹凸太多增大而提高体形系数。在所有几何形体中，球面体体形系数最 小，同 等条件下能耗最低。
1.1.3 合理控制窗墙比。窗墙比就是建筑外窗总面积与外围护墙体总面积之比值。由于 外围护墙体的热工性能比玻璃窗户要好。尽管外窗面积比外墙面积要小得多，但通过外窗得 失热量却占外围护结构得失热量的40%左右，因此需根据不同地区气候特征合理控制窗墙比 。如在炎热干燥的新疆，白天太阳辐射强度大，夜间温度低，建筑外墙体比较封闭，窗墙比 小，可以减少白天透过窗户的太阳辐射热和夜间室内热量的散失，同时保持室内空气的湿润 。在呼和浩特市地区，建筑的窗墙比则较大，夏季利用较大的南向窗户进行自然通风，冬季 则可以获得较多的太阳辐射热。
1.2 从细部构造设计入手，有效利用隔热保温、遮阳和自然通风等被动式节能技术 ，改善建筑室内微环境
1.2.1 外墙体的隔热保温与遮阳。目前，我国正提倡新型复合墙体自保温系统和外隔热 保温技术，外保温的优点：建筑室内温度受室外温度波动影响小，有利于主体结构保护和避 免热（冷）桥的产生。常用的建筑外墙保温材料有保温砂浆、聚苯板、聚氨酯（EPS、XPS） 和墙体自保温四大体系。其中，保温砂浆和聚苯板市场占有率较大，但保温性能较差；聚氨 脂保温性能较好，但传统的聚氨酯硬泡板材不适用于复杂立面墙体保温。市场新出现的聚氨 酯现场发泡喷涂保温材料，具有良好的保温性和憎水性，方便施工，适用于设计各种复杂外 墙体保温和无接缝施工。外墙体遮阳，主要用于热工性能要求更高的墙面，在保温层外侧设 计钢结构支撑体系，干挂板材（如陶土板），可以遮挡夏季阳光直接辐射到墙体，同时后侧 流动的空气层能迅速带走热量，起到很好的遮阳隔热效果。
1.2.2 玻璃门窗的隔热保温与遮阳。外墙玻璃门窗是阻挡夏季太阳辐射热进入室内和冬 季室内热量散失的最薄弱环节，其能耗是同面积墙体的4倍，屋顶的5倍，对建筑能耗影响较 大。除控制窗墙比外，需增加玻璃门窗的热工性能：①设计选用单层或多层中空或低辐射 玻璃（如Low－E镀膜玻璃）和经热断桥处理的门窗型材，同时加强窗墙间、框扇间的接缝气 密性设计。②增加外墙玻璃门窗遮阳设计，防止夏季太阳辐射热透过玻璃门窗直接进入室 内而耗能。由于遮阳位置和方式不同，主要有:①水平式外遮阳，适用于接近南向外窗，遮 挡高度角较大、从窗口上方射来的阳光。②垂直式外遮阳，适用于东北 向、西北向外窗，遮挡高度角较小、从窗口两侧斜射过来的阳光。为克服传统固定式遮阳在采光、自然通风、视 野等方面的矛盾，上述两种遮阳方式在生态节能建筑中较多地采用活动百叶遮阳，可根据光 线变化自动调节百页角度遮阳，不影响自然采光和通风。③活动内遮阳，主要有遮阳卷帘和 遮阳百页等。相比外遮阳，更灵活，更便于用户根据季节天气变化调节使用。但内遮阳有较 大的缺点，除部分热量被反射出窗外，其余热量留在了室内而增大空调制冷能耗。
1.2.3 “可呼吸”玻璃幕墙。它一般由双层玻璃幕墙构成（外层通常为单层玻璃，内层为 绝热的双层玻璃），在两层幕墙间形成一定宽度的空气夹层，并配有可调节的百页。在冬季 ，双层幕墙间的空气夹层形成一个利用太阳能的玻璃温室，有利于建筑的保温采暖；在夏季 ，则利用热压通风和百页遮阳，达到降温的目的。
1.2.4 屋面隔热保温与遮阳。屋面是建筑物上部与外界直接接触的重点部位，其保温与 隔热对建筑节能具有重要意义。在夏季，屋面日照时间长，太阳辐射强度大，屋顶外表面温 度最高达到60～80℃，顶层室内温度受其影响会提高2～4℃。在冬季，屋顶对外散失热量， 又增加了室内的空调热负荷。为达到节能目的，屋面可设置隔汽层和封闭的空气间层，可选 择有憎水性膨胀珍珠岩板、水泥聚苯板、聚苯板等多种保温材料.屋面外表面采用柔性防水 时，应使用反阳光辐射的材料。覆土和植草屋面的保温隔热效果很明显，用“建筑夹层防排 组合”消除水压力。在一般的防水层上加塑料凹凸板、盖土工布，起到防水、排水、挡土、 滤 水的作用，既是绿化的基层，又是屋面的防排基层，解决了屋面渗漏和种植中排水透气问题 .用轻质合成土，草坪厚20～30cm，荷载约100kgPm2，增加热阻，达到建设部节能标准。 据报 道，美国芝加哥市政厅屋顶1 840m2屋顶花园示范工程，每年可节省4 000美元的降温费， 屋顶 花园比传统屋面结构寿命长，此隔热层能使室内温度下降2～3℃，是一种值得推广的隔热层 。屋面遮阳，主要采用遮阳构架、遮阳百页、膜结构、飘板等，有效遮挡太阳直接辐射屋面 ，同时也能结合立面造型，创造出有性格的建筑形象。印度建筑师柯里亚就善于利用屋面遮 阳构架丰富形体，同时对屋面有良好的遮阳作用。
1.2.5 自然通风。风压与热压是实现自然通风的两种手段，二者互为补充、密不可分。 风压通风是利用建筑的迎风面与具有良好外部风环境的地区，选择有利通风的建筑朝向、控 制建筑进深、“引导”自然通风等，可实现良好的风压通风效果。印度建筑师柯里亚设计的 干城章嘉公寓楼，建筑平面东西向打开，“引导”东西向的海风形成“穿堂风”，是利用风 压解决夏季通风散热的例子。热压通风（即“烟囱效应”），是利用热空气上升，从建筑上 部排风口排出污浊的热空气，从建筑底部吸入新鲜的冷空气，实现建筑内部的自然通风。一 般在不良的外部风环境地区，或进深较大的建筑，多利用热压或热压风压兼用，实现自然通 风。在设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空间（如楼梯间、中庭），结合拔风井、 风塔等构造，创造出满足热压式自然通风进出风口的高差。福斯特设计的德国议会大厦玻璃 穹顶，既是采光的“光庭”，更是热压式自然通风的“风塔”。
1.3 从环境控制技术入手，合理利用太阳能、地源热泵、夜间通风等主动式节能技 术，开发运用可再生能源
1.3.1 太阳能技术。太阳能是我们取之不尽、用之不竭的可再生能源。我国的太阳能资 源丰富，大部分地区太阳辐射量大，具有开发利用太阳能的优良条件。目前主要的太阳能利 用方式有：①被动式太阳能热水系统，利用太阳能集热器或真空管吸收太阳辐射热，为用户 提供生活热水。此系统结构简单、经济适用，在我国的城市与农村得到了广泛的运用。②主 动式太阳能系统，在太阳能居室采暖方面具有更大的选择性，但需要外在能源启动运行，并 需借助电扇或泵等装置来转换和传递太阳能，以此获得生活热水或提供居室供暖。③太阳能 光伏发电系统，是利用太阳能光伏电池板吸收太阳能，并将太阳能转化为电能，提供室内设 备用电或接入市政电网送电。与被动式太阳能热水系统相比，主动式太阳能系统和太阳能光 伏发电系统在生态节能建筑中使用较多，但建设成本较高。
1.3.2 地源热泵技术设计。利用地下水、深层土壤和水库、湖泊等深水层受自然季节气 候影响小、温度相对保持稳定的特点，通过水作为媒介，与地能（地下水、土壤或地表水） 进行冷热交换提供热泵的冷热源。冬季地能作为“热源”，从地下或水中“取”出来，供给 室内采暖。夏季作为“冷源”，供室内致冷，同时将室内热量释放到地下水、土壤或地表水 中，贮存起来作为冬天采暖的“热源”。地源热泵系统根据换热方式的不同分为：土壤源热 泵系统、地下水热泵系统、地表水热泵系统等。因不同工程的地质条件、地表环境、地表土 壤、场地状况等有所不同，需因地制宜地选择设计不同的换热方式。如南京工程学院新建的 图书馆， 就利用基地200m处天印湖这个有利条件作为冷热源，设计地表水热泵系统为图书馆提供制冷 和采暖所需的能量，具有良好的生态节能效果。
在生态建筑和低能耗建筑中，太阳能技术和地源热泵技术往往采用联合运行的方式，可 以克服自身技术存在的局限性，提高资源利用效率。
1.3.３ 夜间通风技术。夜间通风方法的原理是在夜间引入室外的冷空气，通过冷空气与作为蓄热材料的建筑维护结 构接触换热，冷却建筑材料，达到蓄冷目的。在夏季，为了获得舒适的室内环境，则需要空 调供冷系统。而此时，因为夜间的室外空气温度比白天低得多，所以夜间室外冷空气则可以 作为一种很好的自然冷源加以利用。严格地说，只要室外空气温度低于室内空气温度，此时 的室外冷空气就可视为可利用的自然冷源。
2 结束语
建筑节能研究是建筑可持续发展的重要研究课题。在我国现阶段，主要提倡运用与经济 发展水平相适应的简单节能技术为主，切不可为片面追求低能耗目标而不顾经济成本，大量 使用节能新技术。同时注重太阳能、风能、地能等可再生自然能技术的研究和开发，降低可 再生能源的利用成本，逐步从大城市与经济比较发达地区向全国推广运用，实现我国建筑节 能的既定目标。
［参考文献］
［1］ 宋德萱.节能建筑设计与技术［M］.上海：同济大学出版社.
［2］ 中华人民共和国建设部建筑节能办公室［M］.夏热冬冷地区建筑节能技术.北 京：中国建筑工业出版社.
［3］ 汪芳.查尔斯.柯里亚［M］.北京：中国建筑工业出版社.