超高层建筑节能设计的重要性

超高层建筑节能设计不容忽视

刘发军

摘要：应该清醒地看到，目前业界所探讨和关心的超高层建筑，大多为建筑结构的安全问题，而对建筑节能问题研究还不够。在2005年《公共建筑节能设计标准》颁布之前，超高层建筑基本没有开展工程建筑节能的设计和审查，虽然标准颁布后，一些地区对照建筑节能标准约束了工程设计，但节能目标的“短视”问题依然没有得到解决。

一方面，超高层建筑是城市现代化发展的时尚标志；另一方面，它在城市节地、提升城市形象、拉动社会投资、扩大商业活动等方面具有无可比拟的作用。正因以上两大发展趋势，近年来，我国经济实力雄厚地区超高层建筑如雨后春笋，飞速耸立，加上钢结构技术的发展，更是助推超高层建筑的热度。

据不完全统计，我国高度超过100米的建筑，已经从1990年代中期的不足200栋，一跃发展到今天的近900栋。中国建筑科学研究院提供的一组数字显示，1996年年底，全国高度在200米以上的超高层建筑物为8栋，到1998年年底，200米以上的超高层建筑物增至20栋，最高达420米，其中高度超过300米以上的有：深圳地王大厦（325米，列世界高楼第十一位）、广州中信广场（322米，列世界高楼第十二位）、上海金茂大厦（420.5米，列世界高楼第三位）。另外，一批在建的超高层建筑，如广州珠江新城西塔工程（塔身高度432米）、上海环球金融中心工程（建筑主体高度492米）、广州新电视塔工程（塔身高度454米，总高度610米）也独领风骚，引起了国际工程界的赞叹和关注。

然而，面对国内超高层建筑的层出不穷，我们也应该清醒地看到，目前业界所探讨和关心的，大多为建筑结构的安全问题，而对所面临的建筑节能问题研究不够。在2005年《公共建筑节能设计标准》颁布之前，包括超高层建筑在内的公共建筑，基本没有开展工程建筑节能的设计和审查，虽然标准颁布后，一些地区对照建筑节能标准约束了工程设计，但节能目标的“短视”问题依然没有得到很好解决。具体概括为：

能量消耗无法精确计算

从超高层建筑的建筑节能优化设计看，建筑的高度变化导致相关参数的变异，进而影响建筑能耗的变化是一个不争的事实，高度超过100米以上除太阳辐射可认为基本不变以外，其他的气象参数都会发生很大变化。通常，根据气象观测资料构建的典型气象年数据中，地面风速是取自地面高度10米处，如地面风速为2米/秒时，则在100米的高空风速会依据指数规律提高到3米/秒，若高达400～500米时风速可达到5米/秒以上，温度随高度的变化也会有明显降低，通常会有每百米高度的温度下降0.6℃～1.0℃，仅这个变化足可以把建筑物移动了一个2级气候区。而依据国内建筑节能的设计能力看，大多数设计单位所掌握的建筑能耗模拟软件，都无法反映气象参数沿高度的变化规律，也不能反映建筑围护结构沿高度变化的表面热交换能力的差别，这就无法准确地计算出建筑物的能量消耗，更无从谈及科学合理地设计建筑物制冷、空调、配电等一系列设备系统。

工程设计技术依据不足(www.xing528.com)

建筑节能设计标准所能约束的节能技术还不能完全适用于超高层建筑。在现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定，目前对超高层建筑还无法适用，标准规定的建筑能耗的权衡判断方法，也只是基于建筑物全楼整体建模的一种评价方法，而受目前能耗模拟工具计算能力所限，超高层建筑中的计算对象远远超出了软件的计算能力。从本质上说，超高层建筑的节能设计问题，实质上是一个在技术上超出了现行国标《公共建筑节能设计标准》所能控制的新技术问题，如果草率地执行现行标准，则工程设计的技术依据就显得苍白无力。另外，超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能50%的目标，不符合国家长远发展要求。应根据当地的技术经济能力，结合国家建筑节能中长期发展规划确定出工程的实际节能目标。否则，一些重大工程在投入使用后的不久将来，必将面临国家节能规划的目标约束而沦为“不节能建筑”。

现有外国设计不合国情

令人担忧的是，由于技术所限，国内的研究力量和设计力量目前尚不成熟，加上缺乏政府的科学引导，于是就有大量的外国咨询公司介入国内重大的超高层建筑项目，由于对我国国情掌握不够，对建筑节能的标准把握不够，大多数“洋节能”咨询，几乎都不甚了解地区性的气候资源、技术能力、经济水平等，屡屡导致围护结构选型上出现了不切实际的错误设计。如在我国南方地区超高层建筑设计时，片面推介欧美等高纬度寒冷地区所流行的双层通风玻璃幕墙系统、外墙外保温系统、智能化内遮阳系统等，这样的照搬照抄，显然会留下隐患。极有可能的是，工程完工之时也就是面临节能改造之日，这无疑将浪费大量的建筑资源，并在国际上产生不佳的影响。

目前，国内的超高层建筑工程的节能设计问题，已经受到中国建筑业协会建筑节能专业委员会、中国建筑学会建筑物理分会建筑热工与建筑节能专业委员会的关注，在2004年10月召开的第九届全国建筑物理学术会议上，国内建筑物理专家对目前业界片面追求地标性建筑，忽视节能环保的倾向表示了深切担忧。为此，笔者结合近年来的学术观察和查阅相关资料，大胆提出如下建议：

一是应由当地建设主管部门牵头组织相关力量，对超大体量和超高层建设项目，进行初步设计前的节能专项论证，明确和落实施工图节能设计的节能目标和环保设计方向，以期在建筑初步设计和施工图设计阶段就展开前期的专项节能审查。与此同时，重、特大高层建筑项目的建筑节能设计，应呈送两大专业委员会审查并特别备案。

二是对超大体量和超高层建设项目所涉及到的节能关键技术，如超高层建筑（在超过100米高空的气象条件下）基于能耗动态模拟的围护结构、节能优化选型等一些针对性强的关键技术，应由建设主管部门设立专项课题招标研究。

总之，建筑节能是国家发展的基本国策之一，超高层建筑又是标志性极强的建筑，做好超高层建筑节能设计这篇文章，将会带动国家和地方建筑节能事业的发展，促进全社会建筑节能的技术和工艺进步。

作者简介：刘发军，国家一级项目经理，现任中建二局第二建筑工程公司项目经理。由他主持的河南省工商局培训楼工程外墙面砖粘贴技术获中建二局QC成果二等奖；天下城二期工程获郑州市级文明工地、郑州市重点观摩工地；金淮花园工程获郑州市级文明工地；河南黄河河务局工程获河南省级文明工地、“中州平安杯”。本人先后获中建总公司优秀项目经理、郑州市优秀项目经理、河南省工程建设优秀项目经理等荣誉称号。