孟庆林:超高层建筑节能设计

   超高层建筑在城市节地、提升城市形象、拉动社会投资、扩大旅游和商贸活动等方面有其独特作用，也远非普通建筑可以比拟，因此近年来我国经济实力雄厚的地区竣工、在建和拟建的超高层建筑如雨后春笋，钢结构技术的发展更是助长了建筑超高层化态势，高度超过100米的建筑从1990年代中期的不足200栋一跃发展到目前的近900栋。据中国建筑科学研究院的不完全统计，在1996年底，全国超高层建筑物中高度在200米以上的只有8栋，而到1998年底，全国200米以上的建筑增加到了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，世界高楼第十一位)、广州中信广场〔322米，世界高楼第十二位)和上海金茂大厦〔420.5米，世界高楼第三位)。从目前在建的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(建筑主体高度达492米)、广州新电视塔工程(塔身高度454米，总高度610米)等一批工程项目来看，超高层建筑的高度增长还会伴随着结构工程技术的不断进步而不会休止。


    但目前国内针对超高层建筑工程所探讨的关键技术问题多是结构的安全，而对于所面临的建筑节能问题研究和技术投入不够。在2005年《公共建筑节能设计标准》领布之前，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，标准领布之后，尽管一些地区对照建筑节能标准约束了工程设计，但还存在诸如建筑节能模拟优化设计技术障碍、现行建筑节能设计标准约束不及、工程设计依据的节能目标短视等一些关键间题没有得到很好解决。


   首先，超高层建筑的建筑节能优化设计技术看，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以认为基本不变以外，其它的气象参数都会发生很大的变化。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400一500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的降低，通常会有每百米高度的温度下降0.6一1.0℃，仅这个变化足可以相当于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来看，大多数设计单位所掌握的用以优化建筑围护结构的建筑能耗模拟软件，都不能反映气象参数沿高度的变化规律，也不能够反映建筑围护结构沿高度变化的表面热交换能力的差别，这就势必无法准确地计算建筑物的能量消耗，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。


    其次，建筑节能设计标准所能约束的节能技术还不能够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，对超高层建筑无法适用，标准规定的建筑能耗的权衡判断方法也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的计算能力所限，超高层建筑中的计算对象(如房间数量)规模远远超出了软件的计算能力。从根本上说，超高层建筑的节能设计问题，实质是一个在技术上超出了现行国家标准《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显然不足。


    再次，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(即节能率)，只有以此为前提做出的节能设计才能体现行业进步，否则，如此重大工程，在投入使用后的不远将来，必然会面临国家节能规划目标的提高而银档沦为不节能建筑。


    目前我国超高层建筑的节能问题，已引起了国内外建筑节能界的密切关注，就上述问题而言，仅凭国内建筑设计单位的设计能力也不可能完全解决好，国内的研究力量和设计力量联合攻坚的局面尚来形成，还缺乏政府的政策引导，于是就有大量的外国咨询公司介入国内的重大项目的节能咨询，由于对中国建筑节能标准把握不够，且不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不合国情的错误设计，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，如果对此不进行建筑节能的专项技术论证，照搬国外技术必然要存在大量建成后的隐患，那么工程完工之时也就是它们面临节能改造之日，这将在国内乃至国际上对国家的建设形象造成极坏的长期性影响。

    目前，国内的超高层建筑工程的节能设计问题，已经受到了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等组织和国内外节能专家的广泛关注，在2004年10月召开的第九届全国建筑物理学术会议上，国内建筑物理的专家对目前国内建筑界片面追求地标性，忽视节能环保的倾向表示了担忧。人们不想看到在技术上超规范的特大型超高层建设项目在我国建成后产生不堪设想的后果。在国家尚未颁布相关法规之前应当及时地针对工程个案采取切实可行的措施把好超高层建筑的节能设计关和审查关。为此建议:1、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，纠正错误，明确和落实施工图节能设计的节能目标和正确的设计方向。在建筑初步设计和施工图设计阶段进行专项节能审查，并进行重、特大项目的建筑节能设计审查特别备案;2、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。


    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，抓好超高层建筑的节能设计，将会带动国家和地方的建筑节能事业，促进全社会建筑节能的技术进步。

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