所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:505
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浅谈高速公路服务区的建筑节能优化设计
傅浩
（江苏省交通规划设计院有限公司，江苏南京210005）
摘要：我国正积极倡导节约能源，可持续发展。但从建筑节能设计的实际情况分析，特别是高速公路服务区，仍存在一些容易被忽视的问题有待进一步深化认识。本文结合服务区的特点，探讨节能设计，以加深共识、完善设计。
关键词：建筑节能；优化设计；材料；技术
一、前言
目前，我国正积极倡导节约能源，可持续发展。建设节能型建筑已被国家纳入今后城市建设的重点发展方向，相关的指引、标准和法规也相继出台，建筑节能设计已成为今后建筑设计的重要组成部分。
高速公路沿线服务区随着高速公路的建设得到较快发展，在使用功能、建筑造型方面有了较大提高，但由于规模不大，地处郊外，对节能问题普遍考虑得还不够，节能强制标准执行率不高，特别是地处夏热冬冷地区的，冬夏两季，空调建筑的空调能耗一般占整个建筑能耗的50%以上，造成用能浪费严重的现象，节能问题不容忽视。
建筑节能就是保证和提高建筑舒适性的前提下，通过合理优化设计，充分利用自然能源，提高建筑维护结构的保温隔热性能，达到节约能源，保护环境的目的。[1]优化设计不仅影响工程建造直接能源消耗，而且影响建成后使用的能耗。本文结合服务区的实际设计，就以下五个方面谈谈节能的优化设计：
二、建筑规划设计
服务区地处城市之外的广阔地区，遮挡较少，通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果是规划节能的主要方向。由此，在规划设计阶段就要充分考虑建筑与外部环境的关系，充分利用自然资源，从总体上为建筑节能创造先决条件。于是建筑朝向以及建筑的空间组合关系就是规划节能设计的重点。而服务区建筑一般规模不大，相互组合关系不复杂，建筑朝向便是设计考虑的重中之重。建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向，以南北向或接近南北向布局为宜，减少东西向，利于自然通风，同时南北朝向的建筑物在夏季所受到的太阳辐射也相对东西朝向建筑要少很多，可以节省夏季空调的用量；而在冬季时，建筑受到太阳辐射的情况刚好与夏季相反，从而节约了建筑保温所需的能耗。
当然，服务区建筑多数还是沿高速公路走向布置，有时由于客观条件限制而无法达到以上要求的，那就需要从其它方面进行处理。规划阶段可以采取合理的外部环境设计，如结合原有地势地形，在建筑周围布置树木、植被、水面等，就是比较合适的方法之一。
服务区设计为满足停车休息的需要，一般室外场地较大，（图1）因此，根据此特点和实际情况，建议在保证停车需要的前提下，以大面积的草坪间以灌木为主，道路两侧及广场周边以乔木为主，形成室外场地的立体绿化景观。研究表明：相同时刻水泥地表面的温度大于草坪地表面的温度，该差值在下午16：00时达到最大值，约为10℃，两者之差的最小值出现在4：00左右，差值也在2℃以上。[2]建筑周边绿化对抵御夏季太阳辐射，改善空气品质和美化环境都有重要作用。
三、建筑单体设计
在建筑单体设计中，其建筑和结构方案的选择对建筑的直接能耗有较大影响。
合理的建筑形体设计是充分利用建筑室外微环境来改善建筑室内微环境的关键部分。优化建筑外形，控制层高和层数，减少不必要的形体变化，以最小的建筑外表面积包容最大的建筑空间即减轻墙外表面积的影响。建筑体形系数（外表面积和体积之比）推荐值为0.3，每增加0.01，建筑能耗将增加2.5%左右。[3]
服务区建筑多是大空间，平面设计时应有效控制进深，避免建筑体型过于臃肿。房间的门窗位置应合理安排，窗户的朝向应有利于形成穿堂风，同时增大进风口和出风口，从而增加房间内的空气流动，利于室内换气。还要注意窗户的开启形式对通风面积和气#p#副标题#e#流的流场也产生较大的影响。如推拉窗与平开窗比较（相同窗户面积），平开窗的最大通风面积是推拉窗的两倍，通风效果明显优胜。
建筑立面设计时要结合建筑物朝向，纬度，合理的控制窗墙比，特别是东西朝向，尽量少开窗，做遮阳处理。还可以结合整体效果，适当设计门厅、外廊、挑檐，在室内与室外之间设有一中间层次，可阻止室外的直接渗透，减少外墙、外窗的热耗损。
四、建筑构造的设计
在实际设计中，服务区建筑经常使用大面积玻璃以达到造型美观新颖的效果，为减少阳光直接辐射，这时设计师就可以结合遮阳需要和立面设计，采用遮阳板、热反射窗帘等遮阳设施，能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的外围结构，特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内，从而有效降低室内温度，达到造型和节能效果的统一，有时能减少日射热量的70%~80%。[4]
遮阳板作为有功能的装饰构件，构造设计尤为重要。设计中要注意1、建筑外遮阳的设置与太阳的位置、建筑物的朝向都有着密切的关系：水平遮阳能遮挡高度角较大、从上方入射的太阳光，适用于南向的窗户；垂直遮阳能遮挡高度角较小、从侧面斜入射的太阳光，适用于东北向、西北向和正北向的窗户；综合遮阳（或称栅格遮阳）则综合了水平与垂直遮阳的优点，适用于东南向、西南向和正南向的窗户。[5]2、在水平遮阳构件的选择上采用通透性的构件，如金属百叶、混凝土栅格板等，使上升的热空气能有效地散失，减少对室内的影响。3、在实体板与墙体间增加空隙，或在遮阳板上部的墙体流出通风口，又或将遮阳板设在高于窗顶一段距离的位置，都能使得气流的方向得到有效的调节，使房间中部和下部均得到良好的通风，提高室内环境的舒适性。
除此之外，通过对门窗构造的细化，如门窗框与墙、框与扇、扇与扇、扇与玻璃的缝隙可用弹性密闭型材料、密封膏、密封条、压条等，提高气密性，减少能耗。
五、建筑材料的选用
建筑围护结构对建筑保温起到决定性的作用，主要组成部分是墙体、门窗、屋顶。一般增大围护结构的费用仅为总投资的3％～6％，而节能却可达20％～40％。通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。
墙体：复合墙体现在越来越成为墙体的主流。复合墙体一般使块体材料或钢筋混凝土等结构材料用于承重受力，轻质材料用于保温隔热，饰面材料用于装修。例如，传统的普通粘土砖砌体的导热系数高达0.76w／(m•K)以上，而近期迅速发展的、能够工业化大生产的泡沫聚苯乙烯板、岩棉板、玻璃棉板等高效保温材料，则可到0.05w／(m•K)以下，也就是说，其保温效能可以高出15倍。[6]
门窗：一般情况下，建筑物的热交换，70%通过门窗，30%通过墙体和屋面。服务区建筑作为公用建筑，为了增大采光通风面积或表现现代建筑的性格特征，建筑物的门窗面积越来越大，更有全玻璃的幕墙建筑，最容易造成能量损失。这就需要采用具有更好保温隔热性能的材料，如铝合金断热型材、铝木复合型材、钢塑整体挤出型材、塑木复合型材、UPVC塑料型材及中空玻璃，镀膜玻璃(包括反射玻璃、吸热玻璃)、高强度LOW-E防火玻璃(高强度低辐射镀膜防火玻璃等一些技术含量较高的节能产品。
屋顶：在寒冷的地区屋顶设保温层，以阻止室内热量散失；在炎热的地区屋顶设置隔热降温层以阻止太阳的辐射热传至室内；而在冬冷夏热地区(黄河至长江流域)，建筑节能则要冬、夏兼顾。保温常用的技术措施是在屋顶防水层下设置导热系数小的轻质材料用作保温，如膨胀珍珠岩、玻璃棉等；也可在屋面防水层以上设置聚苯乙烯泡沫。
高速公路多是高路堤方案，服务区建筑屋顶往往直接暴露在路人眼下，处理得#p#副标题#e#不好就影响整体效果。因此，条件允许的话，设计师还可利用水生植物遮阳，反射和吸收太阳辐射，利用蓄水的蒸发来提高隔热效果，以及在屋顶上覆土，做植被屋面，上面种密叶植物，利用植物遮阳，覆土作为隔热层提高隔热性能。既满足了建筑美观需要，也起到节能效果，一举两得。
六、可再生技术的利用
可再生应用技术应该作为一项专业技术进入到工程设计的范畴，就像其他建筑部件、构件一样，最终也会成为建筑的一个部件。
太阳能源是最好的可持续利用的再生能源。服务区地处广阔的郊外地区，对大自然中的太阳和雨水的利用是可行的，但目前利用率还很低。现阶段设计中应优先选用被动式太阳能技术，如在地面、屋顶安装一些装置直接利用太阳能采暖、供热水，构造简单、造价低，但节能效果很好，甚至可以减少80%以上的电消耗。[7]而主动式太阳能技术的采用则只能作为补充。
还有就是对雨水的利用。雨水可以收集起来，引入蓄水池中，适度净化后用于浇灌花园、清洗和卫生间冲水等。还可以利用蒸发效应冷却建筑外结构或建筑构成元素，与自然通风协同作用，清洁环保地达到保证室内空间热舒适的程度。但现在利用较少，以后可以在雨水较多地区试施。
其实，建筑节能涉及了建筑技术、材料技术、能源技术等，也涉及设计、施工、管理、政策法规等诸多部门，是一项全方位的、综合性的系统工程。
七、结束语
总体来说，作为设计师应首选优化设计，在设计中多研究、多尝试、多积累、多总结，在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合，尽量适应环境的特点，依靠自然力来满足舒适性要求，使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则，努力创造低成本、高效率的节能建筑。
参考文献：
1、张旭亮黄继昌，节能减排基础知识，中国电力出版社，2009，279页
2、王威等，不同地表状况下的温度分布比较研究，《北方园艺》2001年第4期，26页。
3、方利国，节能技术应用与评价，化学工业出版社2008.6，143页
4、方利国，节能技术应用与评价，化学工业出版社2008.6，149页
5、赵键，建筑节能工程设计手册，经济科学出版社，2005.7，31~32页
6、朱盈豹，保温材料在建筑墙体节能中的应用，中国建材工业出版社，2003.6，247页
7、苏亚欣等，新能源与可再生能源概论，化学工业出版社，2006.2，39页