高層建築圍護結構的節能設計方法研究論文
摘 要：建築工程很重要的一部分組成即圍護結構，在建築節能設計中，其佔據的地位非常關鍵。只有合理的設計維護結構，才能夠在一定程度上使建築能耗得以降低。基於此，本文論述了高層建築維護結構的節能設計方法。
關鍵詞：高層建築 圍護結構 節能設計方法
高層建築已有七十年左右的歷史，但是可以說，不管是什麼建築，其都是城市規劃和設計的一部分，城市設計這項工作非常複雜，而我國在這方面沒有什麼經驗，沒有健全的管理機制，也易受到某些因素影響。再加上由於工作不協調，很多問題都待於解決。可以說，今日的高層建築設計階段仍舊不太成熟。
一、高層建築概述
高層建築有非常龐大的體形，因此有很多的容積率，相鄰的建築互相遮擋，由於不通透，易形成大面積的陰影區。同時，市中心的人口不斷膨脹，致使交通緊張。另外，由於很多城市都建設了高層建築，很多設計者為了追求自身的利益，只重視其使用功能以及立面形式，卻沒有重視保護生態環境。再加上，其沒有形成一定的建築設計節能意識，致使高能耗的情況出現，不僅造成了浪費，還對建築的常年使用產生了一定影響。建築節能除了建築自身節能，還有多種因素，包括門窗質量和城市的總體佈局、城市的氣候條件和綜合環境、外圍護隔熱效能和結構保溫、建築物朝向和形體變化等等。因此設計者在設計的時候，要對這些因素進行考慮。
二、高層建築圍護結構的節能設計方法
1.對建築的朝向設計和建築位置進行最佳化。在定位高層建築的時候，首先要對給城市環境帶來的影響進行考慮，假如有很高的容積率，那麼很難使日照要求得以滿足。陽光的輻射能量巨大，對於寒冷地區的人們來講，陽光能給他們帶來很多的溫暖。相關的資料顯示，地球每年要接收六十億千瓦的能量，可以說地球自身就是一種太陽能的接收器，陽光除了會影響到人們的身體健康，還有助於建築節能。在寒冷地區進行城市規劃的時候，要重視對日照原理進行應用。同時由於建築節能和方位有著莫大的關聯，因此科學地將建築朝向和位置確定下來，儘可能地使建築收到較多的太陽輻射熱能。比方說，在北緯四十度到四十五的地區，相比夏天建築的朝向，冬天要獲得更多的輻射能量。而相比於夏天南向，夏天的西向和東向獲得的能量更多。朝向不同，季節不同，建築物也能夠獲得不一樣的太陽輻射熱能。與此同時，熱損失也有所差異。特別是在冬至前後，因為太陽有較低的高度角，因此相比於夏天建築房間接收到的太陽光線面積，其面積要大得多。將方位確定下來之前，要對環境的情況進行考慮，根據太陽高度角，將日影響圖做好，從而確定每天的冬季日照時間。另外，要儘量地擴大建築南向的開窗面積。在使採光條件得以滿足的前提下，要儘量地減小東向和北向開窗，這樣才能夠得到較多的'太陽光線，避免熱損失，確保溫度環境更為舒適。
2.對圍護結構的牆體設計進行最佳化。圍護結構的主體部分即外牆，高層建築圍護結構和磚石結構的房屋不同，高層建築圍護結構是剪力牆結構承重或鋼筋混凝土框架。所以，可以說圍護結構是填充材料的一種。為了能夠使荷載減輕，使隔熱和保溫的要求得以滿足，可對高效輕質的保溫材料進行採用。當前寒冷地區有以下幾種做法，包括用到空心磚岩棉夾心的複合牆體或粘土實心磚、實心磚複合牆體或粘土空心磚等等。但由於還有很多問題，因此並不能達到理想的節能效果。一般情況下，佈置圍護結構材料時，分為內側和外側，即便氣候條件相同，而是不一樣的材料層次佈置，也會取得不一樣的保溫效果。為了避免牆體內將出現冷凝水，應在外側設定保溫層。
3.屋面結構。應對屋面結構實行保溫隔熱設計，儘可能地使屋面導熱給頂層房間室內帶來的影響降低，使採暖空調能耗降低。首先，要合理地對保溫材料進行選擇。要根據實際情況，綜合分析建設的防水需求和屋面結構形式以及建設環境，在使經濟性效果得以保證的前提下，將屋面結構的保溫隔熱效能提高。其次，要避免選用過大密度的材料，而應選擇大的蓄熱係數和小的導熱係數的材料。再次，屋面隔熱的形式。從本質上來講，屋面結構最佳化即改善結構熱工效能，避免傳遞熱量，一般有綠化屋面和倒置式屋面、架空通風屋面和保溫屋面等隔熱形式。比方說，以往的保溫隔熱屋面，首先要對保溫隔熱層進行鋪設，然後再對保護層和防火層進行鋪設。而在屋頂中對通風空氣間層進行設定即架空隔熱屋面，透過空氣間層的流動使部分熱量消除，確保屋頂結構的再次傳熱。
4.外窗結構。在建築圍護結構當中，有著較差的熱工效能的即外窗結構。可以說，其能夠決定室內的總體能耗。在實際設計的時候，要確保全部朝向的窗牆面積比低於零點七，假如窗牆面積比低於零點四的時候，要對玻璃可見光透射比進行控制。同時，為了使外窗氣密性達到相關的設計要求，要控制好外窗的結構規格尺寸，將組裝精準度提高，避免由於過大的安裝縫隙和空氣滲透影響到室內的環境溫度和溼度。另外，還要在玻璃下對密封性的襯墊材料進行安裝，利用密封條來處理玻璃兩側。還有，對於一些公共性建築，在設計外窗的時候，要儘可能地不對大面積的玻璃幕牆進行選擇，而應對一些工藝進行處理，包括惰性氣體填充和暖邊間隔技術以及中空玻璃等等。這樣除了可對外窗的導熱係數進行控制，還能夠使自然透光的需求得以滿足。
三、影響高層建築結構節能設計的因素
從某種角度來講，室外的太陽輻射和風速、溼度和空氣溫度能夠在一定程度上影響到建築室內的熱溼能耗和環境。對於高層建築圍護結構來講，由於其長期在空氣中暴露，因此很容易受到外部環境的一些影響。屋面和外牆並不透光，而這樣的話，室外的空氣溫度就會影響到室內的總換熱組。比方說，太陽輻射藉助牆體和屋面吸熱，就能夠讓室內升高溫度。不管是建築圍護結構的屋面還是外牆，都有其熱阻值和熱容值，所以要想影響室內溫度，還得經歷一個過程，在這個時候，就可採取相應措施對其最佳化和改善，避免外部環境給室內環境造成影響。另外，雖然外窗和外門等結構也有熱阻值，但由於受到一些因素的影響，其沒有多少蓄熱量，所以在短時間內也能夠影響到室內環境。
四、結語
在高層建築中，很重要的一部分組成即圍護結構，圍護結構的最終設計效果能夠直接決定運營能耗和工程建設。要想完成綠色建築的建設，就要徹底的貫徹節能降耗理念，從實際情況出發，站在多個角度分析，選用最佳的節能設計方法。
參考文獻：
[1]沈婷，軒德軍.高層建築節能設計研究[J].湖南城市學院學報（自然科學版），2016，25（1）：82-83.
[2]崔剛.高層建築節能施工技術簡析[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（27）：2414.
[3]黃安柳.對低能耗的高層建築節能設計探討[J].低碳地產，2016，2（5）：116-116.
[4]牟曉豔.節能技術在高層建築中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（28）：4928-4929.
[5]陳茜.低碳城市發展下的高層建築設計趨勢初探--解讀廣州珠江大廈的節能創作[J].貴州大學學報（自然科學版），2011，28（2）：107-110.
[6]李書俊.“建築節能”與“防火安全”如何協調發展--中國近期高層建築火災啟示[J].建築設計管理，2011，28（7）：29-31，40.
[7]陳立勝，劉佳男.淺談高層建築電氣節能技術[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（33）：545-546.