超高层建筑的节能设计

超高层建筑的节能设计
摘要：建筑节能是国家发展的基本国策之一，超高层建筑又是标志性极强的建筑，抓好超高层建筑的节能设计，将会带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能的技术进步。

本文探讨了超高层建筑的节能设计
abstract: the energy conservation of the building is the basic state policy of national development, one of the tall building is the landmark building strong, pays special attention to the tall building energy saving design, will promote national and local building energy saving, promote the whole society building energy saving technical progress. this paper discusses the energy-saving design of tall building.
关键词：超高层；建筑；节能；设计
中图分类号：te08 文献标识码：a 文章编号：
近年来我国经济实力雄厚的地区竣工、在建和拟建的超高层建筑如雨后春笋，建筑新材料等技术的发展更是助长了建筑超高层化态势，高度超过100 米的建筑从1990 年代中期的不足200 栋一跃发展到目前的近900 栋。

超高层建筑的高度增长还会伴随着结构工程技术的不断进步而不会休止。

建筑节能是国家发展的基本国策之一，超高层建筑在城市节地、提升城市形象、拉动社会投资、扩大
旅游和商贸活动等方面有其独特作用，也远非普通建筑可以比拟。

一、我国目前超高层建筑节能设计的现状
目前国内针对超高层建筑工程所探讨的关键技术问题多是结构的安全，而对于所面临的建筑节能问题研究和技术投入不够。

1、超高层建筑的建筑节能优化设计技术看，建筑的高度变化导致相关参数的变异，进而影响建筑能耗的变化是一个不争的事实，高度超过100 米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外，其它的气象参数都会发生很大的变化。

而依据国内建筑节能的设计能力来看，大多数设计单位所掌握的用以优化建筑围护结构的建筑能耗模拟软件，都不能反映气象参数沿高度的变化规律，也不能够反映建筑围护结构沿高度变化的表面热交换能力的差别，这就势必无法准确地计算建筑物的能量消耗，更无从谈及科学合理地设计建筑物制冷、空调、配电等一系列设备系统。

2、建筑节能设计标准所能约束的节能技术还不能够完全适用于超高层建筑，在现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定，对超高层建筑无法适用，标准规定的建筑能耗的权衡判断方法也是基于建筑物全楼整体建模的一种评价方法，而受目前能耗模拟工具的计算能力所限，超高层建筑中的计算对象（如房间数量）规模远远超出了软件的计算能力。

从根本上说，超高层建筑的节能设计问题，实质是一个在技术上超出了现行国家标准《公共建筑节能设计标准》所能控制的新技术问题，如果草率地执行现行标准，
则工程设计的技术依据显然不足。

3、超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能50％的目标，不符合国家长远发展要求。

应根据当地的技术经济能力，结合国家建筑节能中长期发展规划确定出工程的实际节能能目标（即节能率），只有以此为前提做出的节能设计才能体现行业进步，否则，如此重大工程，在投入使用后的不远将来，必然会面临国家节能规划目标的提高而沦为不节能建筑。

二、超高层建筑的节能设计措施
超高层建筑节能是个综合性的课题，从建筑设计角度讲，群体布局、单体设计、造构处理都是节能的关键。

以下根据超高层建筑的特点谈谈节能设计策略。

1、自然通风
高层住宅与多层和低层住宅相比受到的遮挡少，随着层数增加风速更大，利用自然通风致凉具有先天的优势条件，因此如果达到65% 的节能目标，高层住宅自然通风设计的节能作用显得十分重要。

（1）建筑布局的设计
建筑群的布局对自然通风的影响效果很大，但考虑到超高层建筑大多为单体建筑，所以在布局上更多考虑单体建筑的设计问题。

单体建筑中户型的选择与合理设计对超高层建筑的通风影响甚大。

对于单朝向户型，或者进深大、没有南北贯通的厅，实现穿堂风存
在一定困难，可以通过对户型等进行局部调整，可起到一定的改善作用。

但超高层建筑过高的风压会使建筑的门窗难于开启,给建筑室内的使用带来不便,而且不利于冬季保温。

所以在超高层建筑布局设计中应综合考虑，通过合理门窗开启形式，具备一定的可调节性，可以加强不利条件下的通风效果。

（2）形成竖井空间
利用热压原理设置中庭来组织自然通风，而太高的中庭空间则会形成过大的热压,如不能有效控制,则会产生强烈的紊流,甚至在底层进气口产生令人不安的啸叫。

在法兰克福商业银行的设计过程中,针对塔楼60层高度中庭空间的自然通风状况,福斯特及其合作者将每12 层作为一个独立的单元，各自利用热压实现自然通风，取得良好的效果。

（3）玻璃幕墙围护结构
为了减少过高的风压和热压对高层建筑自然通风的不利影
响,1990年英恩霍文在波恩电话大楼的设计中发展了双层玻璃幕墙,这一革命性的设想,在埃森rwe 办公大楼得以实现。

幕墙内外层玻璃间隔500mm,即形成可蓄热的空腔,提供了节能的可能性,又可以
通过内层可开启的玻璃窗实现室内各层间的自然通风。

由于外层的玻璃阻挡了高空的风力,人们第一次可以在高层建筑中打开窗户,
让室外的新鲜空气流入室内。

这一新异的构想使大楼基本上放弃了昂贵的机械空调,使自然通风率达到70% ,节能30%。

2、天然采光
现代超高层写字楼中的建筑照明所消耗的电力占了总电力消耗的30%左右，而且相同照度的自然光比人工照明所产生的热量要小得多，可以减少调节室内热环境所消耗的能源。

因此，采用天然采光解决照明是节能的有效途径之一。

3、超高层双层幕墙的节能技术
（1）节能原理
a) 双层玻璃幕墙在夏季利用“烟囱效应”，通过自然通风换气，降低室内温度；在冬季能产生温室效应，提高保温效果，降低取暖能耗；
b) 双层玻璃幕墙在夏季的阳光照射下，幕墙通道中的空气被加热，使空气自下而上地流动，从而带走通道中的热空气，达到降低房间温度的作用。

同时，可以放下半透明卷帘，通过卷帘反射后除去大部分太阳辐射，降低房间温度，减少降温负荷，起到节约能源的目的；
c) 在冬季，双层玻璃幕墙可关闭外层幕墙的通风口，这样幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高，减少室内和室外的温度差，也减少了室内温度向外界传递，起到房间保温功效，降低房间取暖费用；
d) 通过强化通风降温降低能耗。

幕墙周边的温度往往要比气象观测温度高几度，对于每层隔断的双层玻璃幕墙，幕墙中的换气量
更取决于风速和风向，而不是烟囱效应；在设计中应该将双层玻璃幕墙空间与通风口隔断防止夏季热风倒灌。

（2）节能效果
a) 目前能耗的三大主要来源是建筑能耗、工业能耗、交通能耗，而建筑能耗约占总能耗的30%左右。

从普通窗户中散失的能量一般为实体墙的5 倍～6 倍，传统的单层玻璃幕墙虽然在热工性能上比普通窗户有很大的提高，但它仍然是建筑能耗的一个薄弱环节；
b) 双层幕墙的优点就充分体现于它的双层幕墙结构，在阳光照射、热辐射以及热传导等性能方
面都优于传统的单层玻璃幕墙。

有关资料表明：双层幕墙与传统的单层玻璃幕墙的能源消耗相比，采暖时可节约能源42%～52%，制冷时可节约能源38%～60%。

由此可见，双层幕墙具有非常优异的节能性能；
c) 双层幕墙由于采用的是双层结构，而且有一层幕墙通常采用中空玻璃，其隔声效果也非常显著，可以大大改善相应的办公或者居住条件。

此外双层幕墙通常采用无色玻璃，不仅可以减弱光反射，而且可以保证建筑物内外具有良好的通透性。

总之，超高层建筑是标志性极强的建筑，抓好超高层建筑的节能设计，是国家发展的基本国策之一，这一项目的发展将会极大带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能的技术进步发展。

参考文献：
[1] 李清.浅议建筑节能[j]. 商品与质量. 2009(s1)
[2] 何发祥.浅谈建筑节能设计的重要性[j]. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2011(08)
[3] 孙秀荣,金建勇.浅谈高层与超高层建筑的节能设计[j]. 中国城市经济. 2010(12)。