一、高層建筑節能設計的必要性
近年來隨著我國經濟的高速發展，我國的建筑規模也在迅速擴大，在城市中許多高層建筑不斷拔地而起，成為一道道靚麗的風景線。但是高層建筑體型龐大，其帶來的電力及其他能源的消耗也是非常大的，主要表現為：(1)高層建筑外圍護墻體耗能量較大，體形系數越大耗能越多;(2)高層建筑的“風環境”是影響建筑耗能因素之一。在冬季，風力對建筑的熱損失很大，增大冷空氣的滲透量，使室內熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當，墻體內部易產生冷凝水。
而許多設計者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生態環境的保護、建筑設計節能意識淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費巨大。
所謂建筑節能不僅是建筑本身的節能，且由城市的綜合環境、氣候條件、總體布局;建筑物的形體變化、朝向;外圍護結構保溫、隔熱的性能;門窗質量等許多綜合性因素構成，因此，高層建筑的節能首先應為設計者重視。
我國是資源短缺的國家，建筑能耗量約占全國總能耗1/4，居耗能首位。近年來隨著國際能源供應日趨緊張、社會經濟快速發展和人民生活水平的不斷提高，能源緊缺成為制約我國經濟發展的主要因素。因此，建筑節能成為緩解能源緊缺矛盾、改善人們生活質量、減少環境污染、實行可持續發展倡議目標的重要環節。筆者總結近年來的設計項目，結合自身設計經驗教訓，對高層建筑節能設計要點和節能技術進行探討。
二、節能設計要點
節能建筑的設計首先應該從規劃入手，以節能作為指導規劃設計的主要原則，充分考慮建筑與外部環境的關系，從分析地區的氣候條件出發，將設計與建筑技術和能源利用有效地結合，使建筑在冬季最大限度地利用自然能采暖，多獲熱量，減少熱損失，夏季最大限度地減少得熱和利用自然條件降溫和冷卻。在總體規劃上為建筑節能創造良好的先決條件。
(一)優化建筑位置及朝向設計
高層建筑的定位首先應考慮對城市環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，在寒冷地區人們十分珍惜陽光帶來的溫暖。據有關資料分析，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著很大影響，對建筑的節能也有著十分重要意義。寒冷地區城市規劃應注重應用日照原理，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，建筑的方位與節能有著直接關系。如，在北緯40 ～45 地區，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，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考慮環境情況，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，保持室內舒適的溫度環境。
(二)優化圍護結構墻體設計
1.外墻是圍護結構的主體部分，高層建筑的圍護結構不同于磚石結構房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重，因此，圍護結構屬于填充材料，為了減輕荷載，達到保溫、隔熱要求，采用輕質高效保溫材料，目前在寒冷地區常用的墻體做法有：頁巖陶粒混凝土空心砌塊;粘土空心磚與實心磚復合墻體;粘土實心磚或空心磚巖棉夾心復合墻體等。但存在問題較多，節能的效果仍達不到標準的要求。 圍護結構的材料布置分外側和內側，在寒冷地區的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內產生冷凝水，保溫層設在外側更為妥些。
2.高層建筑高空環境和一般低層建筑所處的環境差異較大，設計師，必須采取額外的措施來滿足高空環境下使用者對舒適度的需求。一般的高層建筑都投資高昂、能耗巨大。隨著經濟的發展，能源的消耗越來越大，人們也越來越意識節約能源的重要性，節約能源、創建一個可持續發展的未來同樣是每一個設計師不可逃避的責任，因此，高層建筑的節能意義重大。
高層建筑的圍護墻體不宜采用外側保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂板、PG板) ，巖棉板等輕質保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應用與建筑整體的壽命應同步。對于輕質的外保溫復合墻體，筆者認為存在以下不足之處：(1)抗震能力差，易松散，與結構構件結合不好，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、槽易出現冷橋。(4)墻表面易出現裂紋。除此之外，復合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環節。
(三)電力系統的節能設計
1.供配電根據負荷容量， 供電距離及分布， 用電設備特點等因素合理設計供配電系統， 做到系統盡量簡單可靠， 操作方便。變配電所應盡量靠近負荷中心， 以縮短配電半經減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數， 以適應由于季節性造成的負荷變化時能夠靈活投切變壓器， 實現經濟運行減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。
2.減少線路損耗。由于配電線路有電阻， 有電流通過時就會產生功率損耗，其公式為：
ΔΡ=3I 2R·10-3
式中：ΔΡ——三相輸電線路的功率損耗(kW)
I——線電流( )
R——線路相電阻(Ω)
其中“R”線路電阻在通過電流不變時， 線路長度越長則電阻值越大。如果在一個工程中由于線路上下縱橫交錯， 一般工程線路總的不下萬米， 大工程更是不計其數， 造成電能損耗是相當可觀的， 所以減少線路能耗必須引起設計人員的足夠重視。在具體工程中， 線路上電流一般是不變的， 那么要減少線損， 只能盡量減少線路電阻。而線路的電阻R=ρL/S，即與導線電阻率ρ、導線長度L成正比， 與導線截面S成反比。要減少電阻值應從以下幾個方面考慮：(1)盡量選用電阻率ρ較小的導線，如銅芯導線較佳，鋁線次之。(2)盡可能減少導線長度， 在設計中線路應盡量走直線少走彎路，另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應盡可能地靠近負荷中心，以減少供電半徑。(3)增大導線截面積，對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩定、保護配合及電壓降要求的前提下，在選定線截面時加大一級線截面。這樣增加的線路費用， 由于節約能耗而減少了年運行費用， 綜合考慮節能經濟時還是合算的。
三、結束語
大力推廣節能建筑是我國建筑業近年來一直努力的目標。我們要不斷應用先進的節能建筑設計技術做好高層建筑節能設計工作，以減少能源消耗，最大化利用資源，為國家可持續發展計劃作出應有的貢獻。
參考文獻
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