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高层建筑围护结构的节能设计方法研究

作者【佚名】   来源【道义论文网】   发布时间【2018-04-23 22:27:54】   点击量【

  摘 要:建筑工程很重要的一部分组成即围护结构,在建筑节能设计中,其占据的地位非常关键。只有合理的设计维护结构,才能够在一定程度上使建筑能耗得以降低。基于此,本文论述了高层建筑维护结构的节能设计方法。


  关键词:高层建筑 围护结构 节能设计方法


  高层建筑已有七十年左右的历史,但是可以说,不管是什么建筑,其都是城市规划和设计的一部分,城市设计这项工作非常复杂,而我国在这方面没有什么经验,没有健全的管理机制,也易受到某些因素影响。再加上由于工作不协调,很多问题都待于解决。可以说,今日的高层建筑设计阶段仍旧不太成熟。


  一、高層建筑概述


  高层建筑有非常庞大的体形,因此有很多的容积率,相邻的建筑互相遮挡,由于不通透,易形成大面积的阴影区。同时,市中心的人口不断膨胀,致使交通紧张。另外,由于很多城市都建设了高层建筑,很多设计者为了追求自身的利益,只重视其使用功能以及立面形式,却没有重视保护生态环境。再加上,其没有形成一定的建筑设计节能意识,致使高能耗的情况出现,不仅造成了浪费,还对建筑的常年使用产生了一定影响。建筑节能除了建筑自身节能,还有多种因素,包括门窗质量和城市的总体布局、城市的气候条件和综合环境、外围护隔热性能和结构保温、建筑物朝向和形体变化等等。因此设计者在设计的时候,要对这些因素进行考虑。


  二、高层建筑围护结构的节能设计方法


  1.对建筑的朝向设计和建筑位置进行优化。在定位高层建筑的时候,首先要对给城市环境带来的影响进行考虑,假如有很高的容积率,那么很难使日照要求得以满足。阳光的辐射能量巨大,对于寒冷地区的人们来讲,阳光能给他们带来很多的温暖。相关的资料显示,地球每年要接收六十亿千瓦的能量,可以说地球自身就是一种太阳能的接收器,阳光除了会影响到人们的身体健康,还有助于建筑节能。在寒冷地区进行城市规划的时候,要重视对日照原理进行应用。同时由于建筑节能和方位有着莫大的关联,因此科学地将建筑朝向和位置确定下来,尽可能地使建筑收到较多的太阳辐射热能。比方说,在北纬四十度到四十五的地区,相比夏天建筑的朝向,冬天要获得更多的辐射能量。而相比于夏天南向,夏天的西向和东向获得的能量更多。朝向不同,季节不同,建筑物也能够获得不一样的太阳辐射热能。与此同时,热损失也有所差异。特别是在冬至前后,因为太阳有较低的高度角,因此相比于夏天建筑房间接收到的太阳光线面积,其面积要大得多。将方位确定下来之前,要对环境的情况进行考虑,根据太阳高度角,将日影响图做好,从而确定每天的冬季日照时间。另外,要尽量地扩大建筑南向的开窗面积。在使采光条件得以满足的前提下,要尽量地减小东向和北向开窗,这样才能够得到较多的太阳光线,避免热损失,确保温度环境更为舒适。


  2.对围护结构的墙体设计进行优化。围护结构的主体部分即外墙,高层建筑围护结构和砖石结构的房屋不同,高层建筑围护结构是剪力墙结构承重或钢筋混凝土框架。所以,可以说围护结构是填充材料的一种。为了能够使荷载减轻,使隔热和保温的要求得以满足,可对高效轻质的保温材料进行采用。当前寒冷地区有以下几种做法,包括用到空心砖岩棉夹心的复合墙体或粘土实心砖、实心砖复合墙体或粘土空心砖等等。但由于还有很多问题,因此并不能达到理想的节能效果。一般情况下,布置围护结构材料时,分为内侧和外侧,即便气候条件相同,而是不一样的材料层次布置,也会取得不一样的保温效果。为了避免墙体内将出现冷凝水,应在外侧设置保温层。


  3.屋面结构。应对屋面结构实行保温隔热设计,尽可能地使屋面导热给顶层房间室内带来的影响降低,使采暖空调能耗降低。首先,要合理地对保温材料进行选择。要根据实际情况,综合分析建设的防水需求和屋面结构形式以及建设环境,在使经济性效果得以保证的前提下,将屋面结构的保温隔热性能提高。其次,要避免选用过大密度的材料,而应选择大的蓄热系数和小的导热系数的材料。再次,屋面隔热的形式。从本质上来讲,屋面结构优化即改善结构热工性能,避免传递热量,一般有绿化屋面和倒置式屋面、架空通风屋面和保温屋面等隔热形式。比方说,以往的保温隔热屋面,首先要对保温隔热层进行铺设,然后再对保护层和防火层进行铺设。而在屋顶中对通风空气间层进行设置即架空隔热屋面,通过空气间层的流动使部分热量消除,确保屋顶结构的再次传热。


  4.外窗结构。在建筑围护结构当中,有着较差的热工性能的即外窗结构。可以说,其能够决定室内的总体能耗。在实际设计的时候,要确保全部朝向的窗墙面积比低于零点七,假如窗墙面积比低于零点四的时候,要对玻璃可见光透射比进行控制。同时,为了使外窗气密性达到相关的设计要求,要控制好外窗的结构规格尺寸,将组装精准度提高,避免由于过大的安装缝隙和空气渗透影响到室内的环境温度和湿度。另外,还要在玻璃下对密封性的衬垫材料进行安装,利用密封条来处理玻璃两侧。还有,对于一些公共性建筑,在设计外窗的时候,要尽可能地不对大面积的玻璃幕墙进行选择,而应对一些工艺进行处理,包括惰性气体填充和暖边间隔技术以及中空玻璃等等。这样除了可对外窗的导热系数进行控制,还能够使自然透光的需求得以满足。


  三、影响高层建筑结构节能设计的因素


  从某种角度来讲,室外的太阳辐射和风速、湿度和空气温度能够在一定程度上影响到建筑室内的热湿能耗和环境。对于高层建筑围护结构来讲,由于其长期在空气中暴露,因此很容易受到外部环境的一些影响。屋面和外墙并不透光,而这样的话,室外的空气温度就会影响到室内的总换热组。比方说,太阳辐射借助墙体和屋面吸热,就能够让室内升高温度。不管是建筑围护结构的屋面还是外墙,都有其热阻值和热容值,所以要想影响室内温度,还得经历一个过程,在这个时候,就可采取相应措施对其优化和改善,避免外部环境给室内环境造成影响。另外,虽然外窗和外门等结构也有热阻值,但由于受到一些因素的影响,其没有多少蓄热量,所以在短时间内也能够影响到室内环境。


  四、结语


  在高层建筑中,很重要的一部分组成即围护结构,围护结构的最终设计效果能够直接决定运营能耗和工程建设。要想完成绿色建筑的建设,就要彻底的贯彻节能降耗理念,从实际情况出发,站在多个角度分析,选用最佳的节能设计方法。


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