寒地住區高層建筑設計論文范文

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1節能布局

我們經常說到“寒地建筑要像花朵一樣開向陽光”，其主要是指從高層主體的建筑平面空間布局與朝向選擇、建筑圍護結構材料的布局等兩方面來考慮建筑節能問題。寒地高層建筑的圍護結構本身就應該是一種節能布局形式，主要表現在主體的外圍護結構材料的節能布局方面(簡稱材料的節能布局)、建筑主體空間的節能布局(簡稱空間的節能布局)。

1．1空間的節能布局

太陽擁有巨大的輻射能量?！皳嘘P資料分析，每年地球接收的太陽能量有60億千瓦?！瓘哪撤N意義上講，地球本身就是巨大的太陽能接收器?！庇捎谔柛叨冉堑脑?，寒地住區建筑的南北向室內空間形成明顯的冬暖夏涼的特點，且南北空間室內溫差能夠達到3℃左右。通常情況下，人們希望停留在南向空間中，因南向空間的熱舒適度更加宜人。因此，在寒地住區建筑布局中，人們十分珍惜陽光所帶來的溫暖及舒適度，設計師應關注陽光對于寒地住區建筑節能問題的影響。在寒地住區的住宅建筑規劃中，應充分考慮日照問題，尤其是住宅建筑單體的布局和朝向選擇方面，應使住區建筑單體的布局和朝向能夠實現接收最大量的太陽輻射熱能?！叭绫本?0°～45°地區，冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多2倍。而在夏天，東、西向所得到的能量比南向多2．5倍，不同朝向及不同季節，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?！痹诤刈^建筑單體及群體布局時，首先應考慮環境、氣候等因素，按不同地區的太陽高度角情況進行住區建筑的日照分析，獲得每日冬季日照時間。在圍護結構布置時，建筑南向開窗的面積應盡可能大些，這樣可以充分接納陽光進入室內。在滿足采光條件下，北向和西向的建筑開窗面積可以小些，減少熱損失，保持舒適的室內熱環境。這一點在東北傳統民居中就有充分體現(見圖1)，可以在傳統民居中看到的節能思想主要有:第一方面，傳統房屋南、北向開窗面積的差異顯著，南向開窗面積大，利于獲得更多的陽光，北向開窗面積小，便于防止冬季冷風滲透，減少能量損失;第二方面，居室內設置冬季儲存蔬菜的地下空間(俗稱地窖或菜窖)，它從調節室溫的角度，可以利于冬季室內升溫，夏季室內降溫;第三方面是塑料大棚的圍護墻體設置也考慮了南向光線的獲得及北向冷空氣的防護問題;另外，還有屋頂采用的木屋架及室內頂棚與屋面之間的構造層次的處理等方面，都有利于冬季保溫及夏季隔熱。從以上幾個方面可以看到，東北傳統民居中具有許多樸素的節能思想，這對于寒地住區建筑的節能設計都將產生積極有效的影響。

1．2材料的節能布局

高層建筑主體布局中應考慮建筑的功能需求，哪些空間須布置在較好的朝向，需要接收大量陽光，根據實際需要其圍護構件可以盡量做得通透些，更有利于吸納光線，陽光與景觀都從這一側被引入建筑中。相反，寒地高層建筑有些空間不需要日照，對陽光沒有嚴格要求或不需要布置在有利朝向(南向或東向)，根據實際需要其建筑圍護構件可以盡量做得厚重些，可以更有利于抵御冷風滲透，具有足夠的保溫能力，后者就涉及到材料的節能布局問題。材料節能布局是指高層建筑的圍護結構在設置時通透與厚重問題的思考。要把建筑中好的朝向盡量安排適宜接收陽光、視線無遮擋、私密性不嚴格的空間，如寒地住區高層住宅的起居室、書房、健身房等，就比較適合，它需要選擇通透性的材料，其節能原理如同花房一樣，氣密性、保溫性和隔聲性等均較好的玻璃材料便成為設計師的首選，將其做成幕墻，不僅可將陽光全部接收進入，也可以起到一定的屏擋、圍護作用。

2平面及體型的節能選擇

在寒地住區高層建筑中，建筑單體的外圍護墻體的耗能基本上占建筑整體耗能的1/4左右，也就是說，通過墻體、樓面、門窗等渠道，將能量從室內源源不斷地運送到了室外。筆者認為，在建筑形體設計時，一定注意減少形體變化，盡量讓平面做到“抱團”“緊湊”。當采用這樣的平面形式后，建筑單體的外露墻體與樓板的面積會大量減少，同時，很好地控制了建筑的體形系數，建筑耗能也會相應地隨之減少，如某些建筑的圓形、橢圓形、六邊形等平面就是比較理想的形式。因此，基于寒地住區高層建筑的節能考慮，在住區高層建筑的形體設計時，應注意不宜復雜，減少變化與分支，盡量“抱團”處理。高層建筑的平面形狀千姿百態，最基本的是正方形、矩形、三角形、圓形、菱形等，或是上述形式的變體和組合體，選用哪種平面主要取決于總體構思、設計對象的功能、技術條件和自然氣候與環境等因素。作為建筑師應努力創造出新穎別致、與眾不同的建筑形象，采取功能與內在性格相一致的形式，并與周圍多種環境要素相協調，給建筑和城市帶來生機。通常情況，寒地高層建筑平面選型要像一個“熨斗”形，它是一種節能型平面?！办俣贰毙问侨切闻c圓形的結合形，銳角形成兩條豎棱線鋒刃尖利，其銳角多做切角處理，形成三短邊的折面小山墻，在空間占地和體形變化上產生奇特的視覺效果。圓形是最完美的圖形，以最少外墻長度得到較大面積，比同面積的方形平面的外墻長度減少10%。在體積相等時，比正方體體形的建筑外墻面積減少約8%，所受風力比類似矩形或方形少30%左右。“熨斗”形平面集中了圓、三角形的優點，具有奇特的視覺藝術效果，所受風力比其他平面形狀少、外墻比同面積(或同體積)的方形或矩形的長度少。

3圍護墻體的節能設計

3．1外墻采用輕質高效保溫的外保溫設計

寒地住區高層建筑的主體結構常采用框架或剪力墻結構，有時短肢剪力墻也應用于小高層住宅中。為減少主體結構荷載及滿足保溫、隔熱需要，圍護結構填充墻多使用輕質高效保溫材料。常用做法包括:粘土多孔磚及粘土實心磚的復合墻體、陶?；炷量招钠鰤K、空心磚巖棉夾心復合墻體等。住區建筑的圍護結構墻體保溫可分外保溫和內保溫等兩種方式，存在的問題較多，如冷凝水、節能效果并未達到設計要求等。

3．2減少輕質保溫材料的使用

寒地住區高層建筑的圍護墻體不宜采用輕質保溫材料，主要是指外保溫的聚苯乙烯泡沫板及巖棉板等。究其原因是輕質保溫材料的壽命與強度同建筑主體結構的壽命不能達到同步，一棟多層住宅壽命可以是50年，小高層、高層少則70年，多則上百年。在使用年限及強度方面，筆者認為輕質保溫復合墻體存在不足:首先是抗震性能及整體性差，與建筑主體結構構件的連接不好;第二方面是飾面材料受限，因其不能承受外部裝修貼、掛，材料本身不能承受較大荷載，在外墻上實現不了貼掛石材、粘外墻磚及安裝裝飾構件，像鐵藝護桿等;第三方面是加工、裝修受限，有振動的鑿、刨等裝修施工不能承受;第四方面是外飾面效果較差，在飾面施工不精細時，從外觀上甚至能夠看到保溫材料的輪廓形狀，很不美觀，不及外墻磚及石材等的飾面效果，有時墻表面易出現裂紋，安裝不好會出現大片剝落;第五方面是出現冷橋，在復合墻體中，由于鋼筋混凝土的框架梁柱、剪力墻等部分構件的嵌入，墻體內容易造成冷橋，致使出現保溫、隔熱的薄弱環節，這部分熱損失約占整個建筑的5%～13%;第六方面是安全性差，這些復合保溫材料分布于建筑外墻的外保溫的位置，甚至窗臺外側，在室內裝修施工作業時，容易誤認為是墻體的實體部分，存在不安全隱患。因此，寒地住區建筑外墻材料若采用輕質保溫材料時，則上述內容應得到關注，采取有效的構造措施加以克服。

3．3采用的混凝土空心砌塊

該類材料保溫效果好，又具有一定強度，彌補了輕質復合材料墻體的一些缺陷，在歐、美各國采用混凝土空心砌塊方面取得了不少研究成果。美國的TB型保溫隔熱復合砌塊將砌塊分成內、外兩塊，中間夾有1in～2in厚的高效保溫材料;“芬蘭研制的一種空心砌塊，空隙之間填入聚氨酯保溫材料，300mm厚，傳熱系數K=0．25W/(m2•K)～0．28W/(m2•K)，某些歐美國家50%左右的建筑已應用多種形式的混凝土空心砌塊?！?/p>

4新技術的節能運用

太陽能、風能等作為一種清潔的綠色能源，在建筑領域具有非常廣泛的應用前景。在寒地住區的高層建筑設計中，也要嘗試這些能源的應用，如被動式、主動式太陽能的利用，還有零能耗技術、地源熱泵技術、生物質能技術、水資源的循環利用、屋面植被化與自然綠化等，這些新技術的應用既可以推動可持續戰略走向實施，又是時代與社會發展、節能減排的必然結果。

5結語

從寒地住區高層建筑主體的空間布局、體型選擇、圍護結構設計、新技術運用等方面來嘗試解決寒地住區高層建筑的節能問題，希望能夠深刻認識高層建筑的未來節能設計方向，指導我們今后的建筑設計及工程實踐。

作者：牟曉梅戴路濱孫清軍單位：黑龍江科技大學建工院哈爾濱工業大學建筑學院