建筑立面节能设计策略探析

建筑立面节能设计策略探析

陈廷好

广东博意建筑设计院有限公司

摘要：建筑立面的节能设计，需要充分考虑该地区的实际天气情况，才能科学合理地做好立面节能设计。本文主要以湿热地区气候情况对建筑立面节能设计的策略进行分析，以期同行借鉴参考。

关键词：建筑节能；建筑立面；节能设计

一、湿热气候特点及设计原则

湿热气候主要是气温高、湿度高、雨量大、日温差小、无风或少风的气候，年平常湿度在60%以上，经常多云及太阳散射量增加等特点。其立面设计应遵循以下原则：①通过各种方式有效抑制建筑在白天得热，并同时增强建筑在夜间的散热能力。②以当地气候和小气候条件为参照对建筑的朝向进行调整，并针对朝向对每个建筑立面进行适应性的调整。其中需要特别注意太阳的照射角度以及当地的主导风向。③改善建筑外围护结构的热工性能，使用适宜的建筑隔热材料以及安装方式。④根据室内环境需求以及城市需求选择建筑外立面材质，确保适宜的建筑外立面反射率。⑤通过技术手段对太阳光进行控制，要保障太阳光线有足够的照射深度，为尽可能多的室内空间提供自然采光。同时，还要使得室内自然采光均匀分布，并在满足室内自然采光的前提下，做到对太阳辐射传热的有效控制。⑥优化室内风环境，确保室内风环境具有稳定适宜的风速，同时还要尽量扩大室内通风的覆盖面。

二、建筑立面的节能策略

（一）提高墙体本身的隔热性能

选择适合的隔热材料作为隔热层，可以很大程度上改善建筑立面的热工性能，提高能源使用效率。在湿热气候条件下，建筑围护结构所使用的隔热措施直接影响到建筑整体的节能效果，其影响因素主要包括隔热材料、材料厚度以及安装方式的选择等。隔热材料厚度的增加有助于提升墙体的隔热性能，然而当隔热材料厚度增加到一定程度的时候，继续增加材料厚度对于隔热能力的提升并不显著。通常情况下，使用外保温可以有效避免热桥，综合保温效果优于内保温。隔热材料除了传统的岩棉、聚苯乙烯之外，近年来也出现了各种新型隔热材料，例如多孔隔热材料SiO2气凝胶等。对于传统建筑立面节能设计而言，隔热层的设置以及墙体材料和构造方式的选择，对于提高整体建筑节能效果和提高建筑室内空间热舒适条件有着重要意义。建筑材料的热质量是评价建筑材料热工性能的重要指标，热质量有时被称为热飞轮效应。一般情况下，选择使用具有高热质量的材料作为建筑立面材料，能够为建筑提供更加稳定的热舒适环境，达到建筑节能的效果。

（二）适宜的外墙反射率

外立面墙体部分的反射率对于建筑室内的热环境有着重要的影响。在针对湿热气候条件下的建筑立面节能设计中，推荐使用具有一定反射效果的外部涂层，或是使用颜色相对较浅的外部涂料，从而减少对于太阳辐射的吸收并将其反射到大气中去。这种方式很适用于老旧

房屋的节能改造。需要指出的是，当墙体本身热阻增加到一定程度时，提高外表面反射率对于改善室内热舒适条件的作用就变得相对有限，同时，墙体反射率的增加会在一定程度上导致建筑周围温度的升高，需要在设计过程中对于反射率的度进行准确的拿捏。

（三）双层通风玻璃幕墙

玻璃幕墙是由金属构架与玻璃板材组成的幕墙体系，是一种透明的不承担主体结构荷载与作用的建筑外围护结构。目前玻璃幕墙的种类有很多，可以根据不同的使用情况进行选择，例如，就使用的玻璃种类可以分为安全玻璃、夹层玻璃、中空玻璃等等。而每一个玻璃种类还可以进行细分，例如，中空玻璃为了适应不同的用途，可以在其中充入不同的气体并以此来进行细分等等。由于玻璃幕墙施工简单快捷，外形美观，同时又能够为室内空间提供良好的自然采光，目前中国大多数的高层办公建筑会选择使用玻璃幕墙体系。但是正如之前所说的，虽然玻璃幕墙能为室内环境提供良好的室内采光，大幅度降低室内照明能耗，但同时也会增加太阳辐射，使得室内的热负荷升高。仅仅依靠对于玻璃和遮阳体系的研究还远远不能保证玻璃幕墙实现真正意义上的节能，结合目前的建筑技术的发展水平以及建筑施工水平，最适宜在湿热气候环境下进行普及的节能立面形式为双层通风玻璃幕墙。外界热量在进入室内之前首先到达两层玻璃之间的空气间层，随着空气间层中的空气温度升高，可以很大程度上改善表皮之间的通风效率，配合有效的通风技术手段，实现与外界空气之间的循环。通过这种方式可以阻挡大量的热量直接进入室内。

在针对双层玻璃幕墙（DSF）进行设计的时候需要考虑到诸多因素，玻璃的类型、厚度、层数的不同会衍生出各种不同的双层幕墙组合形式。经过大量的研究和实验发现，对于双层玻璃幕墙，外层使用双层反射玻璃，内层使用单层白片玻璃效果相对较好，相较于单层的玻璃幕墙，其对于能源的需求可以降低26%。

遮阳系统可以结合一定的控制技术实现可变遮阳。在调查研究中发现，可变遮阳对于建筑节能而言意义重大。一方面，可变遮阳降低了夏季间隙温度，减少了传统双层立面中由于间隙过热而导致的室内温度升高；另一方面，可以在冬季通过调整遮阳角度有效利用太阳直射为室内空气升温。在条件允许的前提下，将可控遮阳与双层立面实现合理的结合，可以大幅降低全年的建筑能耗。

除了双层通风玻璃幕墙之外，还可以使用其他类型的板材替代玻璃面板，形成其他类型的“双层立面”体系，同样也可以实现良好的节能效果。我们对于使用双层非玻璃建筑立面进行了模拟分析，结果显示，使用双层立面，窗墙比为0.911的建筑能耗与窗墙比为0.32的单层立面的能耗相当。换言之，在传统立面的基础上加设双层立面，可以在保持能耗不变的前提下将窗墙比提高三倍。

（四）慎用垂直绿化

在建筑立面设计中应用垂直绿化越来越受到建筑师们的青睐，在建筑立面外侧使用垂直绿化，一方面,可以为建筑提供良好的隔热，通过绿色植物自身的蒸腾作用可以大大增加潜热交换量，缓解城市热岛效应；另一方面，垂直绿化的应用也能够很好地满足现今城市生态修复的要求，可谓一举多得。但是研究表明，相对于湿热气候而言，垂直绿化更加适用于干热气候环境条件。首先，在湿热气候条件下，除湿是与降温同等重要的，而垂直绿化的蒸腾作用，在降低空气温度的同时，也使得空气湿度相应增高，同样会造成舒适度的下降；其次，与干热气候条件下的建筑致凉策略不同，湿热气候条件下的致凉策略是以加强建筑自然通风为主，而垂直绿化的铺设，在很大程度上对建筑自然通风效率以及建筑本身的夜间散热造成负面影响。例如，有资料显示，在曼谷的湿热气候区，一些建筑的西侧立面应用当地的一种藤曼植物作为垂直绿化，以降低西晒对于室内热环境的影响。经过实验测试得知，建筑内部与外部的日间最高温差达到6.78K，平均温差为2.27K，但是导致相对湿度接近最高值，使得实际舒适度并没有大幅度的提高。不仅如此，由于外立面的垂直绿化的存在，一定程度上影响了建筑的夜间散热，实验结果显示，夜间室内空气温度竟然远高于室外温度。所以，建筑师在湿热气候条件下对于垂直绿化的应用应当保持一定的谨慎态度。

三、结语

作为城市应对气候变化可持续发展战略的一部分，人们对于提高建筑物节能性能的意识不断提高，节能建筑设计也受到来自社会各界的关注。研究表明，建筑外立面作为城市建筑环境的基本组成部分之一，在改善建筑以及城市的能耗方面发挥着关键作用。建筑外立面节能设计策略研究的目的，不仅是为了实现能源消耗的可持续性，同时也是为了营造更加适宜的热舒适环境，进一步提高人们的满意度。