寒地住区高层建筑设计论文范文

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1节能布局

我们经常说到“寒地建筑要像花朵一样开向阳光”，其主要是指从高层主体的建筑平面空间布局与朝向选择、建筑围护结构材料的布局等两方面来考虑建筑节能问题。寒地高层建筑的围护结构本身就应该是一种节能布局形式，主要表现在主体的外围护结构材料的节能布局方面(简称材料的节能布局)、建筑主体空间的节能布局(简称空间的节能布局)。

1．1空间的节能布局

太阳拥有巨大的辐射能量。“据有关资料分析，每年地球接收的太阳能量有60亿千瓦。……从某种意义上讲，地球本身就是巨大的太阳能接收器。”由于太阳高度角的原因，寒地住区建筑的南北向室内空间形成明显的冬暖夏凉的特点，且南北空间室内温差能够达到3℃左右。通常情况下，人们希望停留在南向空间中，因南向空间的热舒适度更加宜人。因此，在寒地住区建筑布局中，人们十分珍惜阳光所带来的温暖及舒适度，设计师应关注阳光对于寒地住区建筑节能问题的影响。在寒地住区的住宅建筑规划中，应充分考虑日照问题，尤其是住宅建筑单体的布局和朝向选择方面，应使住区建筑单体的布局和朝向能够实现接收最大量的太阳辐射热能。“如北纬40°～45°地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多2倍。而在夏天，东、西向所得到的能量比南向多2．5倍，不同朝向及不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。”在寒地住区建筑单体及群体布局时，首先应考虑环境、气候等因素，按不同地区的太阳高度角情况进行住区建筑的日照分析，获得每日冬季日照时间。在围护结构布置时，建筑南向开窗的面积应尽可能大些，这样可以充分接纳阳光进入室内。在满足采光条件下，北向和西向的建筑开窗面积可以小些，减少热损失，保持舒适的室内热环境。这一点在东北传统民居中就有充分体现(见图1)，可以在传统民居中看到的节能思想主要有:第一方面，传统房屋南、北向开窗面积的差异显著，南向开窗面积大，利于获得更多的阳光，北向开窗面积小，便于防止冬季冷风渗透，减少能量损失;第二方面，居室内设置冬季储存蔬菜的地下空间(俗称地窖或菜窖)，它从调节室温的角度，可以利于冬季室内升温，夏季室内降温;第三方面是塑料大棚的围护墙体设置也考虑了南向光线的获得及北向冷空气的防护问题;另外，还有屋顶采用的木屋架及室内顶棚与屋面之间的构造层次的处理等方面，都有利于冬季保温及夏季隔热。从以上几个方面可以看到，东北传统民居中具有许多朴素的节能思想，这对于寒地住区建筑的节能设计都将产生积极有效的影响。

1．2材料的节能布局

高层建筑主体布局中应考虑建筑的功能需求，哪些空间须布置在较好的朝向，需要接收大量阳光，根据实际需要其围护构件可以尽量做得通透些，更有利于吸纳光线，阳光与景观都从这一侧被引入建筑中。相反，寒地高层建筑有些空间不需要日照，对阳光没有严格要求或不需要布置在有利朝向(南向或东向)，根据实际需要其建筑围护构件可以尽量做得厚重些，可以更有利于抵御冷风渗透，具有足够的保温能力，后者就涉及到材料的节能布局问题。材料节能布局是指高层建筑的围护结构在设置时通透与厚重问题的思考。要把建筑中好的朝向尽量安排适宜接收阳光、视线无遮挡、私密性不严格的空间，如寒地住区高层住宅的起居室、书房、健身房等，就比较适合，它需要选择通透性的材料，其节能原理如同花房一样，气密性、保温性和隔声性等均较好的玻璃材料便成为设计师的首选，将其做成幕墙，不仅可将阳光全部接收进入，也可以起到一定的屏挡、围护作用。

2平面及体型的节能选择

在寒地住区高层建筑中，建筑单体的外围护墙体的耗能基本上占建筑整体耗能的1/4左右，也就是说，通过墙体、楼面、门窗等渠道，将能量从室内源源不断地运送到了室外。笔者认为，在建筑形体设计时，一定注意减少形体变化，尽量让平面做到“抱团”“紧凑”。当采用这样的平面形式后，建筑单体的外露墙体与楼板的面积会大量减少，同时，很好地控制了建筑的体形系数，建筑耗能也会相应地随之减少，如某些建筑的圆形、椭圆形、六边形等平面就是比较理想的形式。因此，基于寒地住区高层建筑的节能考虑，在住区高层建筑的形体设计时，应注意不宜复杂，减少变化与分支，尽量“抱团”处理。高层建筑的平面形状千姿百态，最基本的是正方形、矩形、三角形、圆形、菱形等，或是上述形式的变体和组合体，选用哪种平面主要取决于总体构思、设计对象的功能、技术条件和自然气候与环境等因素。作为建筑师应努力创造出新颖别致、与众不同的建筑形象，采取功能与内在性格相一致的形式，并与周围多种环境要素相协调，给建筑和城市带来生机。通常情况，寒地高层建筑平面选型要像一个“熨斗”形，它是一种节能型平面。“熨斗”形是三角形与圆形的结合形，锐角形成两条竖棱线锋刃尖利，其锐角多做切角处理，形成三短边的折面小山墙，在空间占地和体形变化上产生奇特的视觉效果。圆形是最完美的图形，以最少外墙长度得到较大面积，比同面积的方形平面的外墙长度减少10%。在体积相等时，比正方体体形的建筑外墙面积减少约8%，所受风力比类似矩形或方形少30%左右。“熨斗”形平面集中了圆、三角形的优点，具有奇特的视觉艺术效果，所受风力比其他平面形状少、外墙比同面积(或同体积)的方形或矩形的长度少。

3围护墙体的节能设计

3．1外墙采用轻质高效保温的外保温设计

寒地住区高层建筑的主体结构常采用框架或剪力墙结构，有时短肢剪力墙也应用于小高层住宅中。为减少主体结构荷载及满足保温、隔热需要，围护结构填充墙多使用轻质高效保温材料。常用做法包括:粘土多孔砖及粘土实心砖的复合墙体、陶粒混凝土空心砌块、空心砖岩棉夹心复合墙体等。住区建筑的围护结构墙体保温可分外保温和内保温等两种方式，存在的问题较多，如冷凝水、节能效果并未达到设计要求等。

3．2减少轻质保温材料的使用

寒地住区高层建筑的围护墙体不宜采用轻质保温材料，主要是指外保温的聚苯乙烯泡沫板及岩棉板等。究其原因是轻质保温材料的寿命与强度同建筑主体结构的寿命不能达到同步，一栋多层住宅寿命可以是50年，小高层、高层少则70年，多则上百年。在使用年限及强度方面，笔者认为轻质保温复合墙体存在不足:首先是抗震性能及整体性差，与建筑主体结构构件的连接不好;第二方面是饰面材料受限，因其不能承受外部装修贴、挂，材料本身不能承受较大荷载，在外墙上实现不了贴挂石材、粘外墙砖及安装装饰构件，像铁艺护杆等;第三方面是加工、装修受限，有振动的凿、刨等装修施工不能承受;第四方面是外饰面效果较差，在饰面施工不精细时，从外观上甚至能够看到保温材料的轮廓形状，很不美观，不及外墙砖及石材等的饰面效果，有时墙表面易出现裂纹，安装不好会出现大片剥落;第五方面是出现冷桥，在复合墙体中，由于钢筋混凝土的框架梁柱、剪力墙等部分构件的嵌入，墙体内容易造成冷桥，致使出现保温、隔热的薄弱环节，这部分热损失约占整个建筑的5%～13%;第六方面是安全性差，这些复合保温材料分布于建筑外墙的外保温的位置，甚至窗台外侧，在室内装修施工作业时，容易误认为是墙体的实体部分，存在不安全隐患。因此，寒地住区建筑外墙材料若采用轻质保温材料时，则上述内容应得到关注，采取有效的构造措施加以克服。

3．3采用的混凝土空心砌块

该类材料保温效果好，又具有一定强度，弥补了轻质复合材料墙体的一些缺陷，在欧、美各国采用混凝土空心砌块方面取得了不少研究成果。美国的TB型保温隔热复合砌块将砌块分成内、外两块，中间夹有1in～2in厚的高效保温材料;“芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚氨酯保温材料，300mm厚，传热系数K=0．25W/(m2•K)～0．28W/(m2•K)，某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。”

4新技术的节能运用

太阳能、风能等作为一种清洁的绿色能源，在建筑领域具有非常广泛的应用前景。在寒地住区的高层建筑设计中，也要尝试这些能源的应用，如被动式、主动式太阳能的利用，还有零能耗技术、地源热泵技术、生物质能技术、水资源的循环利用、屋面植被化与自然绿化等，这些新技术的应用既可以推动可持续战略走向实施，又是时代与社会发展、节能减排的必然结果。

5结语

从寒地住区高层建筑主体的空间布局、体型选择、围护结构设计、新技术运用等方面来尝试解决寒地住区高层建筑的节能问题，希望能够深刻认识高层建筑的未来节能设计方向，指导我们今后的建筑设计及工程实践。

作者：牟晓梅戴路滨孙清军单位：黑龙江科技大学建工院哈尔滨工业大学建筑学院