摘要
能源是所有国家创造财富、经济增长和社会发展的最重要催化剂之一。建筑在全球能源消耗总量中占有相当大的份额;因此，它们对环境有深远的影响。能源在建筑生命周期的每个阶段(这些阶段包括地点选择、建筑设计、结构系统和材料选择、建筑建造、使用和维护、拆除、再利用-回收-再利用和废物处理)都被使用。根据世界观察研究所的数据，建筑物每年消耗全球40%的能源。在建筑生命周期的每一个阶段，建筑物的能耗都可以显著降低。本研究探讨建筑生命周期的节能方法。在此背景下，我们提供有关建筑生命周期的信息，并解释生命周期各阶段的节能指导原则。
1. 概述
建筑在其生命周期的各个阶段都有不同程度的能源消耗。人类消耗的所有不可再生资源(水、能源和原材料)中，大约有一半用于建筑。当代人类文明依赖于建筑及其所包含的物质来维持其持续存在，然而我们的星球无法承受与之相关的当前资源消耗水平。
建筑在消耗能源方面也对环境产生重大影响。例如，建筑材料占据了这一消费的很大份额。大量使用的材料在运输过程中消耗了大量的能源。
人们越来越关注建筑物的能源消耗及其对环境可能产生的不利影响。这些都是全世界建筑行业必须解决的问题。
由于人口的增长和城市化，能源消耗正在迅速增加。住宅能源需求因地区而异，取决于气候、住宅类型和发展水平。建筑活动每年消耗全球38%的能源。人们越来越关注建筑物的能源消耗及其对环境可能产生的不利影响。这些都是全世界建筑行业必须解决的问题。
建筑在生命周期的每个阶段都有不同的能耗水平和不同的目标。在一个运营阶段，一个至少有50年寿命的建筑，用于生产材料、运输和建筑的能源，“至少是”能源使用量和运营阶段所需的5倍。在这一阶段，很大一部分能源(35-60%)用于供暖、空调、通风和人工照明。高效节能的方法有可能带来巨大的能源经济效益，如果你的寿命超过50年，大部分的建筑都是如此。即使只关注使用和操作阶段也是非常重要的。
2. 保障建筑物节能的方法
并不能提出以应对所有建筑的保障节能的解决方案的建议。随着建筑的功能、系统、位置和重要性的变化，提供节能的解决方案的方式也会发生变化。因此，需要开发一种有意识的方法，以便通过启用必要的数据在体系结构设计阶段达到正确的解决方案。最后，要获得的产品必须具有更高效率的品质，换句话说，在更长的时间内花费更少的资源来执行相同的操作。
在降低建筑能耗方面有非常不同的应用。通过对建筑生命周期的分析，实现了对结构各阶段能耗的考虑。
在这方面，我们需要了解建筑的生命周期。建筑生命周期分为三个主要阶段，即建筑前阶段、建筑阶段和建筑后阶段。这些阶段有一些过程。建筑前阶段包括适当的选址、场地规划、建筑形式、建筑平面和适当的空间组织、建筑表皮设计、选择节能建筑材料、节能景观设计、获取建筑材料原材料、制造和运输。建筑阶段包括建筑的建造和使用过程。建筑后阶段是建筑使用完成后的阶段。在这一阶段，我们将拆除、回收和清除建筑物。
所采用的方法能够满足建筑不同生命周期阶段的节能要求。
2.1. 建筑前期的节能设计方法
建筑前阶段包括建筑空间的选择、建筑的设计、建筑材料的选择、建筑材料原材料的获取、制造和运输。在此过程中，阐述了合理的选址、场地规划、建筑形式、建筑平面与空间组织、建筑表皮设计、建筑材料的选择、景观设计、利用可再生能源等在建筑生命周期中具有显著节能效果的策略。下面将解释这些策略。
2.1.1. 适当的选址
半球、坡度和坡向的位置是重要的设计参数。建筑的位置决定了小气候条件，这对建筑的节能有非常重要的作用，因为它对学习，气候值，如太阳辐射，空气温度，空气循环和湿度，影响能源成本是很重要的。
建筑物的选址和建筑物之间的距离是影响建筑物周围太阳辐射量和空气流通速度的重要设计参数之一。因此，该地区的建筑选址应考虑利用和保护可再生能源，如太阳能和风能。
为了提供足够的保护免受盛行的风和太阳，建筑物在土地上的朝向需要与该地区的气候条件相适应。在寒冷地区，夜间较低的温度会导致更冷、密度更大的空气聚集在山谷和山谷中。因此，在寒冷地区最好把建筑物建在山坡上，而不是山谷里。这样的倾斜区域不像山谷那样受冷风的影响，而且受益于更直接的风，如图1所示。
建筑位置的地形很重要，因为太阳辐射的入射角、坡度和土地的朝向在日光和自然通风、太阳辐射的使用方面的影响。沉降倾斜时，夏季获得的太阳辐射能减少，冬季获得的太阳辐射能增加。因此，土地的坡度、入射太阳辐射量和纬度是非常重要的参数。
众所周知，在北半球，南坡较为温暖，生长季节最长。在可供选择的地点上，对于大多数建筑类型来说，南坡仍然是最佳选择。在冬季，南坡是最温暖的土地，这有两个原因:南坡每平方英尺土地上接收到的太阳能最多，因为它最直接面对冬季的太阳。南坡的阴影也最少，因为物体在南坡投下的阴影最短。
图2a显示了不同坡向下小气候的变化。南坡得到的阳光最多，在冬天是最温暖的，而西坡是夏天最热的。北坡是最阴冷的，而山顶是风最大的地方。低的地区往往比斜坡更冷，因为冷空气进入他们并聚集在那里。
图1： 建筑物周围气候条件的变化取决于建筑物的位置
图2: 根据不同的气候区，适宜聚居的土地。(a)山丘周围的小气候;以及(b)对围护型建筑的气候响应的偏好的建筑地点
山地建筑的最佳选址取决于气候和建筑类型。对于以表皮为主的建筑，如住宅和小型办公楼，气候建议选址如图2b所示。
例如，在寒冷的气候条件下，南坡可以最大限度地收集太阳能，并屏蔽寒冷的北风。避免多风的山顶和低洼地区，因为那里聚集了大量冷空气。在炎热和干燥的气候条件下，在低洼地区建造可以收集冷空气。如果冬天很冷，可以建在南坡的底部。如果冬季气候温和，可以在北面或东面的斜坡上建造，但无论如何都要避免在西面的斜坡上建造。在炎热潮湿的气候下，最好在山顶上建造建筑物，以最大限度地提高自然通风，但要避免山顶的西侧，因为下午的太阳很热。此外，凉爽的低洼地区尤其适合于山的北部。对于内部主导的建筑，如大型写字楼，几乎不需要太阳能供暖，北坡和东北坡是最好的。
在图2中，根据上述信息，根据不同的气候区，在一个理论地形上显示出合适的居住区。就气候效应而言，每个坡面质量最温和的部分被定义为“热带”。
建筑高度导致太阳辐射值的差异。当我们上升到海平面以上时，太阳辐射值就会增加。这一增加的原因是大气条件、大气清晰度和所拍摄距离的缩短。作为回报，当我们上升到海平面以上时，太阳辐射值的增加会导致气温的下降。随着海拔高度的增加，大风强度也随之增大，导致建筑物内热量损失增加。
2.1.2. 场地规划
在建筑设计中，建筑间距是影响太阳能利用、风向、人工环境风速的重要设计参数。在设计过程中，应将建筑与其环境作为一个整体来处理。建筑物之间的距离对建筑物使用阶段的能源性能有很大影响。建筑物处于其他建筑物的遮阳空间内，会影响太阳光的利用，并会增加能源的消耗。为了利用太阳辐射，建筑空间不得低于其他建筑的最高遮阳高度。另外，其他建筑物的位置和距离会影响建筑物上的风的速度和方向，从而影响建筑物的节能。
建筑朝向影响建筑两侧的太阳辐射增益比，进而影响建筑的总太阳辐射增益。此外，建筑侧面影响风量，从而影响自然通风的可能性和热量损失的对流和空气缺乏。因此，根据该地区的需要，建筑的朝向必须根据条件避免或受益于太阳和风。
由于建筑相互连接的定位将降低建筑表皮/容积率，减少热量损失和通过建筑表皮获得的热量。此外，将其定位为南、东南、西南方向的外弯新月，使其更能利用太阳光。
在伦敦的Bedzed定居点，独立的房子有自己的花园被设计。为了减少建筑的热损失，采用了两种紧凑的形式，并将施工小组聚集在一起，尽量降低外表面的空间/容积率，如图3所示。
图3: 伦敦- Bedzed生态居民点平面图。
2.1.3. 建筑形式
建筑物的形式是影响热损益的一个重要因素，可以通过构成建筑物的几何变量来确定，如平面图中建筑物长度与建筑物深度的比例、建筑物高度、屋顶类型、坡度、前坡度和顶角等。建筑的热损失量随构成环境的表面与体积的比例而增加或减少。
建筑的形态、体面率和正面运动等因素影响着建筑的节能。建筑的几何形状与节能有直接关系。
在进行的研究中，我们观察到体积相同但形式不同的体块的节能得到了不同的结果。经计算，体块的表面积具有相同的体积但不同的形式。立方体的表面被取为100作为参考(图4)。
在气候条件不同的地区，建筑的形状很重要。在寒冷的气候地区，应使用紧凑的形式，以减少热量损失部分。在炎热干燥的气候地区，应该使用紧凑的形式和庭院，以减少热量的增加，并有助于提供阴凉和凉爽的生活空间。在湿热气候地区，长而薄的形式，其长侧朝向盛行风的方向，可以实现最大的交叉通风。在温和的气候中，应该使用紧凑的形式，它比寒冷气候地区使用的形式更灵活。
图4: 建筑形式-表面关系
2.1.4. 建筑规划和合适的空间组织
建筑平面和形状应有效地节约能源。因此，建筑应确保在温暖季节获得最小的热量，在寒冷季节获得最大的热量。由于简单的平面类型，如方形或矩形，其表面积减少，它们的热损失和热增益也减少了。小型建筑的内部空间得到了有效利用，因此能耗更低，因为它们比大型建筑更有效地加热、冷却和照明。
根据德国研究和技术部进行的“建筑与能源”研究的结果，在能源消耗方面，空间在规划组织中的位置比空间的定位更有效。建筑的能源需求可以通过设计的内部布局来降低。通过充分利用太阳辐射，可以减少对热能的需求。这些公共区域需要更多的供暖，而对供暖要求较低的空间，如食品储藏室、浴室和厕所，可以用作缓冲区，通过将这些放置在热损失区域，减少热量传递到外部。像太阳房这样的空间，如果位于建筑的立面以南，也有助于建筑的供暖和节能，通过储存太阳辐射。
在建筑设计中，分层可以根据缓冲区、卫生空间、噪声水平、照明水平和供暖需求进行分区。因此，有很多用户和全天使用的区域应该朝南。热分区和室内沉降可以以提高相互空气流动的方式进行设计(图5)。深度规划和使用过多的划分元素可能会限制环境中的空气流动。
2.1.5. 建筑表皮
建筑表皮是墙、天花板、地面、窗户、门等将建筑(条件空间)与室外隔开，使热能传递到室内外的构件。作为一种室内外试剂，对能耗有着至关重要的影响。虽然建筑表皮的建造成本占总建筑成本的15-40，但它对生命周期成本特别是能源成本的贡献约为60%。建筑的表皮在室内外条件之间起着过滤器的作用，控制空气、热、冷和光的进入。建筑表皮应尽量减少冬季的热量损失和夏季的热量获得。
图5: 空间分区
建筑构件的物理和结构规格，如墙壁、窗户、地板和门，构成了建筑的外壳，对建筑的能源消耗有重大影响。在这些组件中使用的材料的热性能、厚度和颜色在调节建筑的热损失和热获得方面起着重要的作用。所分析的建筑构件的节能特性如下所述。
外墙:外墙的热特性和质量特性与构成其的建筑材料、建筑元素层的特性以及它们的排序方式有关。将热量损失和增益最小化的墙是具有高储热能力的隔离良好的块状墙。
应根据气候带的特点，处理能获得最多太阳辐射或在获得热量方面不受辐射影响的外表面的形成。为了在冬季尽可能多地保持阳光，在暴露在阳光下的部分使用深色和高密度材料，要求墙窗比不超过15%。
屋顶:在商业和机构建筑中，屋顶一般是平的，绝缘可以放在吊顶上。在不使用阁楼的山墙屋顶建筑中，隔热层一般在天花板上。屋顶的形状、材料、坡度、朝向、外表面颜色和绝缘质量决定了建筑的热性能。因此，屋顶的设计需要适应气候条件。
屋面保温质量、屋面坡度、屋面外立面应根据气候特点进行合理选择，屋面外表面颜色和分层顺序应综合考虑热量的增减。在温带干湿气候带和温带冷气候带，应优先采用隔离良好的梯度屋面。在炎热和干燥的气候地区，应优先选择平屋顶，以减少太阳辐射的影响;在允许空气流动的湿热气候条件下，应布置升高或倾斜的屋顶。
窗户:窗户通过热量的损失或获得、自然通风和照明影响建筑的能源效率。就获得热量而言，最合适的方向是南面，其次是东面和西面。大窗户减少了对人工照明的需求，同时改善了白天的光线。
窗户应设计成足以提供自然采光的大小。例如，窗户的大小应该至少是房间地板面积的15%。
在确定建筑表皮透明度时，应事先确定建筑所处的气候区。由于在炎热和干旱的气候区，防止太阳辐射和风是基本目的，所以应该使用小而少的窗户。在湿热气候区，通过采取必要的预防措施，应使用大开口，以提高室内空气循环。在寒冷的气候区，为了尽量减少由窗户产生的热量损失，同样应该使用小而少的窗户。但是，为了充分利用太阳辐射的有利作用，南锋的开窗量要比其他锋面多。然而，在温带气候区，应该给它的开口，使充分的空气流通。
窗户的使用也有许多重要的用途，如通风、自然采光和通往风景的通道;它不会给建筑成本带来太大的负担。在冬季寒冷的气候区，不应优先将窗户开在北方，因为从太阳获得的热量太少，无法考虑，由于冬季风通常从北方吹来，空气穿透增加，因此热量损失增加。从东西两侧的开口中可以获得一定数量的阳光，即使在冬天比南锋要少。然而，由于夏季的太阳在上午和下午水平照射，很难保护这些开口，我们可能会面临过热的问题。然而，朝南的窗户可以利用冬季水平照射的太阳光几乎一整天;在夏天，它们可以很容易地免受来自垂直方向的射线的伤害。
由于所有这些组成部分，南窗是在被动利用阳光方面非常常用的系统。然而，与墙相比，由于它们较弱的隔离性能，它们更容易热损失和热获得;因此，冬季和夏季都需要做好预防措施。在这种情况下，双层玻璃的应用就显得尤为重要。然而，夜间隔离应用是必要的，以消除日落后可能发生的热损失。这些隔离元件可以是百叶窗、百叶窗或从内部或外部固定的百叶窗。或者，至少应该严格拉下窗帘来减少损失。在夏天，借助屋檐、遮阳伞或窗帘，窗户可以很容易地得到保护。
在前面，应根据气候、太阳的方向和建筑的使用目的，使用具有最合适的热和透光系数的高性能玻璃。由于独立的细木工、低辐射膜覆盖的玻璃、氩气或氪气填充的双层玻璃和透气的细节和蒙太奇，可以有效地利用能源。
门:外部门的位置应该考虑到风的影响，热量的获得和损失。在寒冷的气候区，建议防风林，以保护免受风的影响，增加热量损失。在炎热干旱和温带气候区，由于风对舒适度没有恢复影响，应优先选择不透风的表面。
地板:接地在土壤上的地板应以一种能在热和湿方面实现所需性能的方式布置。在寒冷和温带气候区，应优先采用隔离良好的地板。然而，在暖湿气候区，可以首选加高地板，因为气流变得重要。在获得阳光的体量中，地面铺设可以用作热储。地板铺设时，应优先选用蓄热能力高的深色材料。不把地毯铺在地板上，让地板敞开，增加了它的吸热能力。
2.1.6. 选择节能建筑材料
在生产阶段的建筑材料在使用阶段都应具有节能的特点。节能建筑材料的性能描述如下。
当地材料:在建筑的总能源消耗中，建筑材料运输到施工现场的能源消耗是相当大的，也影响着建筑的能源效率和经济成本。因此，如果建筑材料是当地的材料，尽可能在施工现场附近的地方生产，运输中的能源消耗就会减少，交通的节省将使建筑具有重要的生态品质。
回收资源:大量的能源被用于制造许多建筑材料。在制造建筑材料时，使用再生资源而不是新加工的材料，既可节省相当多的原材料，又可节省相当多的能源。回收建筑材料对于减少建筑能耗至关重要;例如，与自然资源生产的材料相比，使用回收金属可节省40%到90%的能源。
通过低密度工业过程制造的材料:建筑材料在建筑物的能源效率方面发挥着重要作用。在建筑生命周期中使用的总能量的很大一部分是在建筑材料的生产过程中消耗的(特别是包含能量)。建筑材料制造过程中消耗的能量占一个使用年限为50年的建筑在其生命周期过程中消耗的总能量的比例在6%到20%之间变化，这取决于建筑方法、气候和类似条件。在第一个阶段，生产建筑物及其构件的能源消耗强度随着工业化而增加。制造过程中不存在重工序，能耗少，为材料提供了能源效率。在工业过程中使用已开发的技术，如热回收方法，可减少能源消耗。例如，在水泥生产技术中，使用竖炉代替传统的旋转炉可以节约10%到40%的能源。同样地，在钢铁工业中使用电弧炉代替旋转炉可节省约50%的能源。
天然材料可以从可再生资源中快速获得:一般来说，天然材料的能量含量比人工材料低，因为制造这些材料所需的能量和人工成本更低。这种容易在当地获得的材料一般都属于可再生资源。建筑中使用的植物材料，如木材、竹子、芦苇、稻草、黑麦秆、向日葵秆、蘑菇等，都是从可再生资源中迅速获得的天然材料。
劳动密集型材料:使用高质量的人力生产材料，将减少以工业为基础的工序，从而降低能源消耗。利用可再生能源生产的材料:特别是可再生能源(太阳能、风能等)在生产过程中应优先作为一次能源供应商，而不是化石燃料。例如，土坯砖在成型后利用太阳能进行干燥。
现场过程能耗少的材料:现场的管理、电能的需求、作业、采暖、照明的机器等都会影响到现场的能耗。由于工地机械化程度的提高，耗电量也大大增加了。
使用耐用的建筑材料:在建筑中使用耐用的材料使其对各种因素具有更强的抵抗力和耐久性。这推迟或消除了由于损伤和老化而需要更新材料或维护。这样，就节省了用于维护或更新的材料所消耗的能量。
保温能力高的建筑材料:选择保温能力高的建筑材料，会降低建筑在使用阶段消耗的能量。如前所述的例子有不透明和半透明的绝缘材料。
2.1.7. 节能景观设计
通过精确和有意识的节能景观设计，有可能减少夏季和冬季供暖和制冷的能源成本30%。
室外地面和草坪通过蒸腾作用产生降温效果。沥青等体内储存热量的物质在太阳照射后会继续扩大热量，增加夜间辐射。为了减少冷却成本，要采取的预防措施包括使用这种储存热量和很少反射光线的材料，或者遮挡直射的太阳射线。
景观节能策略因地区而异。这些景观美化策略按区域和重要性顺序列出，如图6所示。
图6: 绿化技术适合四种不同的气候(温带，非常冷，炎热和干燥，炎热和潮湿)。(a)大多数国家的一般植树逻辑，(b)温带气候的景观美化技术。建筑物北侧的防风林距离不应超过其高度的四倍，(c)非常寒冷气候的景观美化技术，(d)炎热和干燥气候的景观美化技术，(e)炎热和潮湿气候的景观美化技术。
温带气候:冬季应使阳光的增温效应最大化，夏季应使遮阳效果最大化。建筑物应被保护起来不受冬季风的侵袭。夏天的微风应该吹向建筑物。北侧应采用枝条低矮的常绿乔木，以抵御寒冬的寒风，南侧应采用低矮的灌木或不高的乔木，东侧和西侧应放置高体落叶乔木，以遮挡阳光，使自然通风。
炎热干旱的气候:它为屋顶、墙壁和窗户提供阴凉。允许夏季风进入自然冷却的住宅和街区，或转移风从空调住宅。南北两侧应避免造林，而东西方向(定位研究可替代)，墙壁上应放置灌木、藤蔓和落叶乔木。
湿热气候:夏季的微风吹向家中。尽量增加夏季遮阳的树木，让冬季低角度的阳光穿透。如果需要经常浇水，就不要把苗床放在离家很近的地方。南线应避免造林，北线应在夏季进行遮阴造林。东西方向，墙壁上已放置灌木和藤蔓，落叶乔木应落实。
凉爽的气候:使用密集的防风林来保护建筑物免受寒冷的冬季风的侵袭。让冬天的阳光照到朝南的窗户上。如果夏季过热是一个问题，遮阳南面和西面的窗户和墙壁，避免夏季阳光直射。北方立面是有用的在寒冷气候地区部分提高土地应用。北、东、西三线前缘常绿灌木和绿意盎然、枝干较低的乔木应优先。在南风破碎机，应采用低矮灌木和草。在远离建筑物的东南、西南方向，宜采用落叶乔木。
地被物也可用于建筑物的节能。建筑完全或部分埋地，可以调节建筑温度，节约能源，并保留建筑上方的开放空间和景观。如果墙壁和屋顶被一层足够厚的土覆盖，足以在热和声学上隔离住宅，并减少所需的能量，即使在空气极热或极冷的情况下，也要保持建筑内部的居住者舒适。
2.1.8. 使用可再生能源
可再生能源(太阳、风、生物质能、沼气、地热能、水力、木材、海洋热能、潮涨潮落、海浪、海流)是地球上所有生物都可以利用的能源资源，由于它们的不断更新，被认为是取之不尽用之不竭的。从可再生能源中获益的方法有被动和主动两种。
利用可再生能源与被动式技术:
被动式供暖:被动式太阳能供暖系统是根据太阳能系统和建筑之间的关系进行分类的。被动式太阳能加热系统分为三类:直接增益系统、间接增益系统和孤立增益系统。在被动式太阳能供暖系统中，建筑构件(窗户、墙壁、地板等)收集和储存热量，然后分配室内空间。
直接增益系统:直接增益被动式太阳能建筑有窗户，允许冬季的阳光直接进入占用的空间。这些太阳能收益要么满足建筑当前的部分供暖需求，要么储存在热质量中，以满足以后出现的供暖需求。大多数直接增益建筑包括:(1)大的，朝南的窗户(面向北半球)，以吸收冬季的阳光;(2)保温围护内部的热质量，以减少温度波动;(3)计算南玻璃上方的悬垂(或其他策略)，在夏季遮阳玻璃，同时允许冬季较低角度的日照;(4)减少夜间热量损失的方法。在直接增益建筑中，阳光通过玻璃直接进入室内。它击中大量的室内表面(通常是混凝土地板和砖石墙表面)，被吸收，并转化为热量。一些来自表面的热量立即被释放回房间内部。吸收的剩余热量被传导到热质量中，热质量慢慢升温;晚些时候，储存的热量被释放回室内，如图7和8所示。
图7: 直接增益示意图
图8: 直接增益以及存储原理图。
间接增益系统:间接增益被动式太阳能系统在立面和室内空间之间储存热量。热量被收集和储存在建筑物的外墙或屋顶(有水或砖/混凝土)，并分配到室内，如图9所示。
隔离增益系统:隔离增益被动式太阳能概念包含太阳能收集和储存，与建筑的室内空间热隔离。在孤立增益系统中最常见的用途是太阳空间。收集和存储与占用的空间是分开的，但直接热连接。太阳空间是附属于或与建筑外部整合在一起的房间，其中的室内温度可以在热舒适区之外上升或下降，如图10所示。
图9: 间接增益示意图。
图10: 阳光房示意图。
被动式制冷通风:被动式太阳能采暖按应用配置分为几类。另一方面，被动冷却被更好地理解为以基本散热器为中心的一系列研究领域。虽然这个组织对科学家和发明家很有帮助，但它却让设计师和决策者感到沮丧，因为许多可行的系统都涉及多个散热器。尽管如此，下面将描述被动冷却的这种特性。
通风冷却:加热室内空气，用较冷的室外空气代替。通过对流和蒸发的结合，引导流动的空气穿过居住者的皮肤来冷却。在被动应用中，所需的空气运动由风或堆栈效应提供。在混合应用中，可通过风扇辅助运动，如图11-13所示。
辐射冷却:所有建筑物体都辐射和吸收辐射能。如果空气向外流动，建筑物就会因辐射而冷却。在夜晚，来自晴朗天空的长波红外辐射比来自建筑物的长波红外辐射要小得多。因此，有一个净流向天空，如图14所示。
蒸发冷却:水已被用于提高建筑的温度舒适度。因为当水蒸发时，能量从空气中流失，温度降低。当水蒸发时，它从周围吸收大量的感热，并将这种热转化为水蒸气的形式。当感热转化为潜热时，温度下降。这种现象用两种不同的方式来冷却建筑物。如果水在建筑物内或新风进气口蒸发，空气不但不会冷却，反而会加湿。这种方法被称为直接蒸发冷却。然而，如果建筑物或室内空气是通过蒸发冷却而不加湿室内空气，这种方法称为间接蒸发冷却，如图15所示。
图11: 使用门窗进行交叉通风。
图12: 全屋风扇。
图13: 烟囱通风中的空气运动。
图14: 来自天花板的辐射冷却。
除湿: 用干燥的空气稀释、冷凝或干燥的方法去除室内空气中的水蒸气。在凝结和干燥的情况下，除湿是空气中的潜热与表面水滴的感热的交换:两者都是蒸发冷却的反面，因此是绝热加热过程。
图15: 蒸发冷却。
质量效应冷却:利用储热装置在一个周期温度循环中最温暖的部分吸收热量，然后在较冷的部分释放热量。夜间冲洗(夜间冷空气通过建筑物排出白天储存在大面积地板和墙壁上的热量)是日循环质量效应冷却的一个例子，如图16所示。
图16: Eastgate中心办公楼的空气流动。
积极利用可再生能源:
在建筑中积极使用太阳能系统:在建筑中使用诸如太阳能集热器、光伏(PV)板和建筑集成光伏(BIPV)等设备，可以利用太阳能产生热和电。由于相邻建筑较高，高层建筑的应用潜力大于低层建筑;它为太阳直接辐射提供了更多的可能性。对大量光伏电池板的监管要求是最重要的问题。因为在建筑中保持美观和光伏电池板的生产力是必要的。
使用太阳能的主动系统是由机械和/或电子组件聚合而成的系统，它们将通过为此目的生产的收集器吸收的太阳辐射转换为所需形式的能量，并允许在建筑中使用。通过这些系统，太阳辐射可以转化为热能和电能。这些将太阳辐射转化为能量的系统根据其产生的能量被分为两种:产生热能的太阳能热系统和产生电能的热电(光伏)系统。下面简要介绍这些系统
太阳能热系统:太阳能热系统(有效的太阳能热系统)是机械和/或电子组件的集合，通过集热器将太阳辐射转化为热能，使这种能量能够与水、空气和类似的流体直接使用，或通过在存储单元中评估使其可用。采用太阳能节能型热系统对泳池水进行加热，对气候化空气和采暖环境进行预热。热力系统的一般工作原理是通过集热器收集热量，储存热能以便在需要时使用，并将其分配到相关领域。
太阳能水加热系统:这些系统由将太阳辐射转化为热能的元素组成，并将热能保存和分布在水生环境中。与系统根据复杂性和必要性的大小而显示差异的事实相反，所有的太阳能热水系统都是基于加热水、储存水和分配水。太阳能转化后产生的热水可根据系统的特点直接用于洗澡、洗衣、洗碗等，也可用于配套传统供暖系统。
光伏系统:通过太阳能辐射的集热器产生电能并使这种能量可用的组件的集合称为光伏系统。由于结构简单或复杂，PV系统被用于大量不同领域的发电，如道路照明、灯塔、车辆、建筑和发电厂。光伏系统产生电能，为必要条件储存所产生的能量，并安全地将这种能量转移到使用区域。光伏电池被放置在建筑物的正面和屋顶上，将到达这些表面的太阳能转化为电能，如图17所示。
在建筑中积极使用风能系统:风能是世界上增长最快的可再生能源。风能是一种清洁的燃料来源，不会产生导致酸雨或温室气体的大气排放。风能是取之不尽用之不竭的能源。该技术的最新发展使得风力涡轮机可以用于建筑设计。与建筑设计的高性能方法一致，高层建筑上的风力涡轮机的使用通过与建筑结构的集成而显著增强。
图17: 光伏板集成到建筑中。
当结构的高度增加风而不中断与结构的直接接触时，风速随高度线性增加，利用具有这一特点的高层建筑的涡轮机有可能产生大量的电力。在高层建筑中实施风力发电机的设计阶段需要考虑这些参数:场地平面布局、建筑形式中的风空气动力学、局部风型、风速密度、风速分布频率和盛行风向。
必须在设计时考虑到盛行风向，该建筑的质量形式和放置在风力涡轮机，如图18所示。以往的研究表明，为了获得最大的效率，确定了盛行风向与风力机之间的最佳角度为45°。
地热能在建筑物中的使用:地热能用于房屋的供暖和制冷、温室栽培和农业。地热能系统根据应用方式的不同可分为热泵、井下热交换器和热管三种不同的应用方式。它们在建筑物中的常用形式是热管。
利用地热能的另一种形式是利用地温的方法。在地下一点的地方，根据纬度的不同，温度总是在45到75华氏度(7.22到23.88°C)之间。地球的这种温度可以通过空气或水来获得。通过在地下不同深度挖掘的漏斗吸入的空气被输送到建筑中，使室内达到与地面温度相同的水平。这种应用保证了冬暖夏凉的方向。类似的应用也被用于利用地下水的温度，通过管道在建筑物内循环的水将其热量扩大到内部体积。图19给出了显示这些应用程序的示意图。
图18: 风力涡轮机与建筑融为一体。
氢能在建筑中的应用:氢能可用于房屋供暖、提供热水、烹饪和满足电力需求。为了在这里使用氢，我们首先需要生产它，然后储存和转移它。氢可以通过太阳能、水力发电、风能和地热等可再生能源生产。
目前，在可再生能源中，太阳能-氢混合动力系统是效率最高的系统。在这样的系统中，需要光伏板、电解槽、燃料电池、氢(H2)存储槽、电池组和逆变器等组件。在太阳能-氢屋能源机制中，系统工作原理如下:
-使用光伏电池板，电能来自太阳能，
-用电解槽，产生H2和O2，
-气体进入储罐，用于加热场所和水，
-在冬天，通过使用催化氢打火机(1.5千瓦)“无焰”燃烧氢气，加热通风系统中的空气，
-如果需要额外的电力，燃料电池运行，
-燃料电池产生的热量的一部分是用来加热水的。
生物质能在建筑中的应用:生物质能是一种战略能源，它是可再生的，对环境友好，可以在任何地方种植，可以促进社会经济的改善，可以用于发电和获取汽车燃料。生物质通过直接燃烧或通过各种过程提高其燃料质量，从而获得与现有燃料相同的替代生物燃料(易于移动、储存和使用的燃料)，从而用于能源部门。
图19: 地热管的使用形式
通过物理过程(缩小破碎和研磨、干燥、过滤、提取和成型)和转化过程(生物质和热化学过程)，从生物质中生产燃料。在住宅中，生物质采用无空气增量法进行沼气发电，乙醇加热采用热解法，氢水加热采用直接燃烧法。
自然采光:建筑物的自然采光是通过最基本的窗户和天窗进行的。选择窗户和屋顶照明的方向很重要。最适合的自然采光方向是南和北。北方方向不受辐射，但总是能得到同样质量的日光。在东西方向，太阳水平辐射，很难控制。在南方向，太阳的影响是永久性的，与东西方向相比，太阳以一个直角升起。因此，它很容易控制。
为了增加进入建筑的日光，在引导光线的窗户翼和光架上应该使用浅色。此外，用于反射光的元素必须在一个位置上反射光到天花板。墙壁和天花板表面必须是浅色的，这样光线才能扩散。根据照明工程协会的建议，理想的反射率:天花板>80%;墙壁50-70%(如果墙壁有窗户则更高);地板20 – 40%;家具占25-45%。
适当的设计和选择采光系统，有助提高能源效益和减少环境污染。如果设计得当，窗户、天窗和屋顶监视器可以提供所需的照明，而不会产生不必要的热量和眩光。因此，在白天照明的空间中，当通过采光达到目标照度时，电灯可以关闭或调暗。只有通过为白天照明空间的照明系统实施光控制、传感器和调光器，才能实现节能。日光在建筑中的使用减少了电能消耗。例如，有数据显示，非住宅建筑的人工照明占欧洲能源消耗的50%。研究还表明，通过结合使用人工和自然照明，可以将这种消耗减少30 – 70%。潜在的节约取决于朝向，窗户的大小和形状，以及房间的形状和表面反射率。
自然照明在建筑中的另一个用途是采光系统的使用。日光被定义为“来自天空的漫射光和阳光的结合。”采光系统的首选功能是重定向大量入射自然光通量，以改善室内照明条件，因此位于建筑围护结构的开口附近或开口内。采光系统分为两类:侧采光和顶采光。光线可以来自多种类型的玻璃配置，要么是垂直的，要么是水平的，要么是从侧面，要么是从顶部。侧光，更常见的观察，只是一个窗口的打开。顶部照明是建筑天花板或屋顶部分的开口。下面讨论日光系统的应用，如图20所示。
2.2. 建筑阶段的节能设计方法
建筑阶段包括建筑的建造和使用过程。建筑阶段是可能的，选择建筑技术消耗较少的能源和使用节能设备。建筑中使用的能源根据建筑系统的不同而变化。例如，在
土耳其的hozatl和Günerhan进行的一项研究中，确定了框架结构在其生命周期中比钢筋混凝土框架结构消耗更少的能源。随着不同材料建造的建筑能耗的变化，同样材料建造的建筑能耗也发生变化。针对常用的钢筋混凝土框架建筑体系，按以下三种不同的建筑方法进行能耗分析:
1.传统框架建筑体系:传统框架建筑体系最大的特点是整个生产过程在建筑现场进行，人力密集。从能耗方面分析，由于混凝土生产和混凝土浇筑阶段使用的设备(混凝土搅拌机、屋顶起重机)的特点，常规系统的能耗处于较低水平。
2.隧道型混凝土砌体体系:隧道型砌体体系需要一定的前期投资。该系统适用于大规模和永久性生产。由于起重起重机是用来搬运又大又重的形式，耗能很大。混凝土设备和隧道内加热器的养护任务增加了系统的能耗。
3.预制建筑系统:由于其他系统中在建筑区域实现的大部分过程都是在制造工厂中完成的，因此能源消耗非常高。在这些系统中，组件从运输车辆下载到工地，它们的存储和安装由起重起重机完成。由于这个原因，在这些阶段也会消耗大量的能量。重型车辆将现成的建筑构件从制造厂运送到建筑工地，这不仅造成了交通问题，还增加了能源消耗。
因此，可以强调的是，在隧道形式、预制框架和预制面板建筑系统中，制造过程在很大程度上造成了能源消耗和排放的负面影响，与这些系统相比，传统系统的能源消耗要少得多，但在固体废物的形成方面更消极。从钢筋混凝土建筑体系中可以了解到，在建筑施工中，对于同一种材料有不同的方法。起重机、混凝土泵和混凝土运输搅拌机等重型车辆消耗大量的能源。因此，在不降低建筑质量的前提下，应优先采用能耗较低的建筑方法。
使用过程是建筑物中消耗能源最多的过程。根据世界可持续发展商业理事会(WBCSD)的报告，88%的建筑能耗是在使用和维护期间消耗的。设计过程中所提到的应用，在使用期间提高了建筑的能效。除此之外，以下的应用在使用期间也有可能获得可观的能源节约。
支持多用途改善:可持续发展倡导住宅住区、商业区、办公区、零售区相结合。因此，人们有机会住在他们工作和购物的地方附近。这使得社区的形成有别于传统的郊区。24小时活动的潜力也使土地安全。
设计与公共交通的结合:城市尺度的可持续建筑设计应该以支持公共交通的方式进行。在每天的工作压力下，成千上万的车辆进出土地，造成空气污染和交通堵塞，他们需要停车位。
使用节能灯泡和节能电器:例如，发光二极管(LED)是当今最节能和发展最快的照明技术之一。
照明控制:照明要求响应建筑设计。在白天，照明的需要取决于窗户的大小和位置，以及建筑物的位置。自动控制装置的使用减少了照明的需要，这取决于建筑窗户的朝向、日光的供应和房间的使用情况。
图20: 使用直接阳光的采光系统。
高效的采暖、通风和制冷设备:采暖、通风空调(HVAC)系统极大地影响着建筑物的能源消耗。建筑规格和暖通空调系统之间的关系是:高效的建筑围护结构减少了对供暖和制冷系统的需求。良好和智能设计的建筑可以减少对暖通空调系统的需求。提高暖通空调系统的效率可以节省大量资金。例如，如果加热锅炉或空调的能源效率得到提高，那么节省的总金额将取决于建筑物供暖或制冷的总需求。在隔热良好的建筑围护结构中，HVAC系统的能源需求减少。建筑可以按适当的尺寸划分为不同的热区，通过精心的建筑规划，减少了加热、冷却和通风的需要。
2.3. 建筑后阶段的节能方法
后构建阶段是使用阶段完成后的阶段。这一阶段包括建筑物的拆除、回收和销毁。在这一阶段，重要的是回收建筑中使用的建筑材料和组合物，并重新使用建筑。建筑物的功能用途完成后，对其进行其他功能的再利用而不是拆除，保护了原材料、水、能源等资源。应能重新利用已作出拆卸决定的建筑物的建筑构件，例如屋架、木制品等。在节约适当的建筑成分之后，需要分离可回收的建筑材料。这样既为再生的建筑材料提供了原材料保护，又节省了加工原材料时所消耗的能源。
拆除建筑物时要尽量少使用机器设备，选择节能的设备进行拆除。
3. 总结
建筑在提高能源效率方面有着巨大的潜力。为了获得这些巨大的潜力，有必要采取一些法规和措施来提高建筑的效率。建筑的能源消耗发生在建筑生命周期的每个阶段。但是，在建筑的生命周期范围内，能源消耗最多的建筑的使用和维护过程是重要的阶段。在建筑的生命周期中，最高的能耗发生在使用阶段。这是因为这一阶段的持续时间比其他阶段长得多，在这一阶段需要为人类健康和工作效率提供必要的舒适水平。因此，在节能建筑设计中，特别是在使用阶段应加以考虑。为了减少建筑使用过程中的能源消耗，应优先使用可再生能源而不是化石基能源。应该重视使用可再生能源。特别要注意主动和被动系统的使用。在建筑设计中应采用能量模拟程序。
在本研究范围内，在建筑前期沉降选择、规划沉降、建筑形式、建筑组织与规划、建筑围护结构、建筑材料选择、景观设计、可再生能源利用等标题下所描述的节能策略，是针对在建筑使用过程中使用更少的能源或更清洁的能源。考察这些策略，很明显，需要非常不同的学科(建筑、机械工程、土木工程、景观设计、城市和区域规划和室内建筑)的合作。因此，通过多学科的研究来设计节能建筑是可能的，这一研究从建造建筑的想法出现开始，一直持续到建筑使用期限结束时拆除。
