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节能设计在民用建筑设计中的有效应用阐述陈洋洋

发表时间：2021/7/12 来源：《基层建设》2021年第12期作者：陈洋洋

[导读] 在民用建筑设计中，有必要将节能设计理念融入其中，实现对建筑空间及功能的科学管控

        双鸭山市建筑设计院黑龙江双鸭山 155100
        摘要：在民用建筑设计中，有必要将节能设计理念融入其中，实现对建筑空间及功能的科学管控，加大自然资源利用率，解决民用建筑存在的能耗问题。但传统的建筑设计不仅能源消耗量大而且容易产生环境污染问题，在人们节能环保意识不断增强的背景下，建筑节能设计得以在民用建筑设计中应用。现阶段，节能建筑是建筑行业设计的主要发展趋势，节能建筑不但可以节省大量的不可再生资源，而且有利于环境的改善。基于此，本文以节能设计的特点和原则为依托，阐述了节能设计在民用建筑设计中的有效应用。
        关键词：节能设计；民用建筑；围护结构

        引言
        民用建筑关系到人们的日常生活，做好建筑的节能设计，不仅可以提高人们的生活质量，营造舒适的活动空间，还可降低能源损耗，缓解我国现存的能源危机问题，最终推动建筑行业的可持续发展。我国作为人口大国，对能源的需求量较大，再加上不合理开发，导致能源储量明显低于同等级的其他国家。建筑业虽然是我国的支柱型产业，但带来的能耗问题确是无法忽视的，如果不能实行科学处理和控制，一方面会增加工程建设中的资金成本，降低企业效益；另一方面也会对生态环境带来破坏，增加环境污染。尤其是民用建筑，作为城市建设及生活的重要媒介，能耗问题的产生会直接降低人们的生活质量。
        1 节能设计的特点和原则
        1.1 节能设计的特点和优势
        建筑节能设计是遵循高效节能、环保安全、经济实用、宜居的原则进行设计的，所以设计的方案更加科学合理，不仅可以满足人们基本的生活需求，而且也实现了人和自然和谐共生的目标。在进行节能设计时，首先应控制自然资源，尽量用最少的资源达到理想的设计目标。其次在设计中将充分利用太阳能、风能等自然可再生资源，积极采用高效节能的措施来减少对不可再生能源的利用，同时减少污染物的排放。另外，节能建筑设计可以实现保护地理环境以及人文历史的目的，尽可能地使用当地风格的建筑材料，不仅节约了建筑材料运输的成本，取材便利，而且也体现了地域性特点，更加适合当地人们的居住。
        1.2 建筑节能设计的原则
        建筑节能的设计有4 项原则。1）合理选址。在进行民用建筑设计前，选择合理的场地是关键，要求所选择的场地必须和当地气候、地质和周围环境相适应，保证民用建筑在使用中可以和周围自然气候相协调，和生态环境互相平衡。2）规划和体形设计的合理性。在进行民用建筑设计时必须保证建筑规划和形体设计合理，使其能够更好地适应各种恶劣环境。3）科学选择节能建筑材料，遵循高效、经济和节能的原则，保证各建筑物造价合理。4）本土化和外部环境设计。即建筑设计不仅要在外观上体现本土化，建筑材料以及内部装饰和空间环境等也要体现本土化特征，根据当地实际情况进行设计，打造能凸显本地文化和生活的建筑。同时在外部环境设计时要在满足基本使用功能的基础上合理地进行布局，营造高效的建筑节能环境。
        2 节能设计在民用建筑设计中的有效应用
        2.1 总体布局
        总体布局规划是民用建筑节能设计落实的基础，在总体布局规划中，设计人员需结合周边环境展开综合考量，采用合理方式将天然能源转化成民用建筑所需能源，替换传统的非可再生能源，以达到节约目的，实现建筑与自然和谐共处的目标。在总体布局设计中，要充分考虑自然通风和自然采光等设计问题，按照楼层高度、楼间距等原始参数加以计算和分析，增加自然资源的利用率。总体布局设计中，也可利用被动式节能技术，以提高太阳能、风能的应用效率，满足建筑采光和通风需求，降低能源损耗。设计人员需深度了解建筑当地的地形、气候及人文风俗等，并在建筑设计中分析各类因素优劣势，对建筑物的整体布局加以优化，使建筑物的通风及采光能力达到最佳。在民用建筑节能设计的过程中要注意三点：1）必须选择合适的建筑场地，方向尽量向阳，尤其是北方建筑朝阳的方向可以保证建筑物能充分利用太阳能辐射，同时起到避风的作用，可减少热能的损失。在进行建筑规划时要控制建设规模，尤其要控制高层建筑的建设。2）充分考虑日照因素，尽量选择南北朝向位置，根据每一个房间的功能进行内部房间设计，次要房间一般朝北，楼梯和电梯的设计不能占用主要采光面。3）合理控制气流，减少建筑物热能损失，同时可保证自然通风。一般将底层建筑物布置在迎风面，将多层建筑物放在中间，高层建筑物放在建筑群体后面，采用并列式、平行式布局而避免使用周边布局模式，同时要根据具体地形情况组织建筑群的气流，建筑物内走廊两边的门尽量面对面设置可更加合理地组织建筑物内部的自然通风。
        2.2 节能建筑外观设计
        外观设计也是民用建筑设计的重要内容，且外立面和节能设计之间存在紧密地联系。为了实现节能环保的目标，要求建筑外立面尽可能简洁实用，具有立体感，避免出现凹凸不平的现象。这种设计方式可减少体型系数，同时应将外观设计为圆形或正方形。夏天房屋受到的热量比冬天大很多，因此尽量控制建筑物的长宽比，减少建筑区外墙图面，做好架空楼板设计，坡屋顶尽量设置在坡脚部位的水平位置或降低坡度。此外，加强建筑构造的热工性，严格控制采暖空调的能源消耗。
        2.3 节能建筑外围护结构设计
        如图1 所示，在进行墙体节能设计时，可将墙体结构分成基层墙体、砂浆找平层、保温层、抗裂防护层和饰面层5 个部分，其中保温层由黏结层和膨胀聚苯板构成，抗裂防护层由塑料膨胀锚栓、抗裂胶浆、耐碱玻纤网格布和抗裂胶浆组成，饰面层一般由柔性的耐水腻子和涂料组成。在选择墙体材料时，为了实现节能环保的目标，首先要考虑材料是否安全环保和节能耐用，一般选择保温隔热新型墙体材料，这类材料的强度好且透气性好，能够很好地起到抗腐蚀和抗老化的作用。常见的保温隔热墙体材料有岩棉、聚苯乙烯塑料，也有采用空心砖墙等填充材料的，或者通过外墙外保温的方式来达到保温隔热的效果。在进行门窗节能设计时，除了要求所选材料具有节能环保的特性外，还可以通过增加玻璃层数、粘贴聚酯膜、安装密封条、采用低辐射玻璃材料、隔热保温效果好的塑料窗等形式来改善保温隔热的效果，以此阻止空气热传导。在屋面的节能设计中，首先要重点考虑保温性良好的材料，不可采用密度大且导热系数高的保温材料，否则会导致屋面重量和厚度过大，同时也不要采用吸水率大的材料，否则会在施工中出现大量吸水而降低保温效果，一定要使用吸水性强的材料时必须合理设置排水孔，且排除在保温层内不易被排除的水分。此外应合理设置架空型保温屋面或者倒置型保温屋面等节能屋面。

        图1 民用建筑外围结构墙体的节能设计
        2.4 供配电系统设计
        合理设计、动态控制及管理各个子系统的能量需求，是建筑节能设计的重要工作。供电系统能否安全稳定的运行、设备和线路消耗、损耗能量是否过大等因素都会影响整个建筑工程的节能效果。因此，首先要考虑供电系统中的电力设施，它们的功率、布局和负荷容量是否合适，要求优先考虑节能型供电设施。尤其是对变压器的选择，由于该设备能耗消耗最大，必须根据实际要求合理选择和合理分配变压器的荷载，使其荷载和驱动负载能力保持一致。此外，线路损耗也是供配电系统中能量消耗较大的一部分，在输电中受各种不确定因素的影响，出现线损现象十分正常。因此要对线路进行节能设计，优先选择可以减少热量和电阻的材料作为线路材料，例如常见的有铜铝复合型材料，该材料不仅可以降低能源消耗，而且还能保证线路整体运行的安全稳定性。
        2.5 电梯、通风和供水系统设计
        在电梯的节能设计方面，首先要根据民用建筑工程具体情况，合理地选择规格和数量合适的电梯，尽量减少电梯机房的使用可以有效降低电能消耗。其次应将电梯系统和消防报警系统结合起来设计，对电梯系统进行实时监控，及时发现异常情况，可保证电梯的安全稳定运行。在进行通风系统的设计时，一方面必须满足电力需要，另一方面可选择高效型的通风设备，比如选择合适的空调设备，在保证通风制暖制冷等功能的基础上减少空调数量，可有效减少电能损耗问题。在使用空调设备时，可适当调整温度，减少能源的消耗。在进行供水系统设计时，优先选择无负压供水设备，尽量选择节水型设备，并对供水管道进行优化设计，完善热水供应系统，不但可达到净化水质的作用，还能避免水资源的浪费，实现节能环保的目标。
        2.6 照明系统设计
        照明系统是民用建筑设计的重要内容，也是电力系统中消耗电能较大的一个部分，为满足节能降耗设计理念，要求尽量加大对自然光源的利用，常见的有声感和光感设备，能高效利用自然光，实现对照明设备的自动化开和关控制。其次，要加强对照明设备本身的设计优化，比如在选择照明设备时不仅要满足高效照明的需要，而且应该考虑提升其使用率。此外，需要注意的是，因为不同地区建筑风格、自然地理气候等不同，因此在进行照明系统设计时必须充分考虑当地情况，确定合理的节能设计标准，确定合理的设计方案。最后要根据建筑物朝向、形状等合理设置照明系统，加强对自然光线的使用，尽量采用浅色系的墙面和地面，同时将空调系统和照明系统结合起来，既能实现各自功能，又能利用多光源形式来满足特殊的照度要求。
        2.7 积极利用新能源技术
        民用建筑设计阶段，在节约不可再生资源能源的同时，也要注意加强对各类新能源的积极利用，比较常见的有太阳能和风能，这些清洁能源不但取之不尽用之不竭，而且还不会产生污染，极大地减少了对环境的破坏。但是在开发利用这些能源时，还需要和建筑施工当地的情况合理选择和搭配。以太阳能为例，应建立太阳能技术体系，在建筑设计时了解当地在不同季节的日照情况，然后对建筑的朝向、形状、内部布局等进行合理设置。太阳能技术的利用一方面减少了电能的消耗，另一方面起到保护环境的作用。另外，太阳能技术系统操作简单且需投入的成本较低，在我国南北方差异较大的情况下利用太阳能资源不但满足了人们对节能建筑的要求，而且因为减少了不可再生能源的使用，所以对于民用建筑的可持续发展具有十分重要的意义。
        2.8 水资源优化处理
        水资源在民用建筑中起到非常重要的作用。节能设计中可做到对水资源的管控，也是解决生活中水资源短缺的重要方式。水是人们的生存之本，属于一种不可再生资源。我国现今人均水资源占有量相对较少，再加上人们的肆意浪费，可用淡水资源储量越来越低。在民用建筑的设计中，可以设置污水的回收系统，让生活中的一些污水得到二次利用，将海绵城市的理念在建筑设计中逐步贯穿，以确保水资源发挥出最大利用价值。工作人员可以实行人工湿地的设计，一方面实现对污水的处理，另一方面维持人与自然的和谐统一。
        3 结语
        综上所述，我国目前依旧是能源短缺、环境污染较为严重的国家，为了实现节能环保的目标，在民用建筑设计领域采用节能设计的理念，充分利用可再生能源和节能型建筑材料，同时进行科学合理的房屋布局，可在提高整体工程质量的基础上实现建筑物使用中的节能环保，不仅实现了经济效益，同时也获得了环保和社会效益。
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