淺談建筑節能與建筑規劃設計

鄧愛英

淺談建筑節能與建筑規劃設計

鄧愛英

針對目前能源短缺問題和建筑耗能逐年上升的現狀,探討了建筑節能的必要性及建筑規劃設計對建筑節能的影響,并簡要介紹了建筑規劃設計中建筑節能的一些方法,以期將建筑功能與技術更好地結合,創造低成本、高效率的節能建筑。

建筑節能,建筑能耗,規劃設計,節能設計

目前,能源短缺問題已成為世界經濟發展的主要制約因素之一。建筑在其建設和使用過程中不可避免的消耗掉大量的能源,并且隨著我國經濟的發展和人民住房水平的提高,建筑耗能占我國能源總消耗量的比例也呈逐年上升的趨勢。建筑能耗的總量在能源總消費量中所占的比例已從 20世紀 70年代末的 10%,上升到近年的 27.45%,隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善,我國建筑耗能比例最終還將上升至 35%左右,而國際上發達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的 30%。如此龐大的比重,建筑耗能已經成為我國經濟發展的軟肋。因此,建筑節能已迫在眉睫,要把節能建筑工作放到貫徹科學發展觀、全面建設小康社會、保證國家能源安全、實施可持續發展的戰略高度來認識。

1 建筑規劃設計對建筑節能的影響

1.1 設計方案影響工程建造直接能源消耗

在工程設計中,其建筑和結構方案的選擇對建筑的直接能耗有較大影響,如建筑方案中的平面布置為內廊式還是外廊式、進深與開間的確定、立面形式的選擇、層高與層數的確定、基礎類型選用、結構形式選擇等都存在著技術、經濟、分析問題。中國住宅建設用鋼平均每平方米55 kg,比發達國家高出 10%～25%,水泥用量為 221.5 kg,每立方米混凝土比發達國家要多消耗 80 kg水泥。據統計,在滿足同樣功能的條件下,技術經濟合理的設計,可降低工程建造直接能源消耗5%～10%,甚至可達 10%～20%。

1.2 設計方案影響建成后使用的能耗

建筑是牽涉到很多專業的復合體,并且完整的建筑節能工作包括了從最初的規劃、方案到設計、施工,以及多年的運營使用,直至最后拆除重建的全生命周期過程。但以往只注重直接建造成本的降低,輕運營階段能耗的使用情況。從住宅使用過程中的資源消耗看,與發達國家相比,我國住宅使用能耗為相同技術條件下發達國家的 2倍～3倍?，F在,我們必須用全壽命周期的節能理念對建筑進行優化設計,即以較低的壽命周期能耗實現必要的功能,獲得豐厚的壽命周期經濟效益。在方案設計當中,建筑師需要對建筑的方位、體形、朝向進行優化,必須要為充分利用自然風、陽光等自然資源創造條件。同時,也必須對建筑材料優化;外墻、樓板、分戶墻、屋面、玻璃、窗框的設計等都需要量化與優化;窗墻比需要以節能和居住舒適度為前提進行優化。從方案設計開始到初步設計,工程師需要根據不斷調整的設計方案模擬量化建筑的能耗情況、計算空調和采暖設備的裝機功率,比對各種影響因素,最后向客戶提供最佳的設計方案。例如,在空調與采暖設備的市場上,各種品牌、各種型號使消費者眼花繚亂?？照{設備有空氣源熱泵、地源熱泵、風機盤管、地板采暖、輻射制冷、采暖系統、戶室中央空調、變頻機組、水系統、冷媒系統等等。這些空調系統的初投資和運行費用大不相同,那么通過模擬量化,計算出初投資的費用、每年的耗能量、能源費用,消費者或者項目開發者就可以很容易地作出正確的決定。例如北京的一些奧運場館中,為減少能耗,設計者沒有采用普通的新風系統和空調系統,而是經過多次優化設計,尋找最佳節能方案。為實現自然通風和改善室內環境,采用了智能電動窗,很好的解決了新風問題;在場館空調設計中(包括“水立方”和“鳥巢”)都采用了由美國聯合技術開發公司設計的節能空調系統。該系統通過熱回收技術在空調系統中的應用,節能率為 10%。該系統在冷水機組上加裝了熱回收裝置,在空氣處理機中采用了新型熱管熱回收裝置,可以回收場館排放總熱量的 50%,回收的熱能一部分用于加熱游泳池水和生活用水,另一部分用于加熱新風。

2 建筑規劃設計中建筑節能的一些方法

2.1 整體及外部環境的節能設計

整體及外部環境的節能設計是建筑師從整體綜合設計概念出發,堅持與能源分析專家、環境專家、設備師和結構師緊密配合,在建筑規劃和設計時,充分利用自然環境,同時創造良好的人工環境,按照使用要求對人工環境與自然環境進行調節控制。如根據大范圍的氣候條件影響,針對建筑自身所處的具體環境氣候特征,重視利用自然環境創造良好的建筑室內微氣候,以盡量減少對建筑設備的依賴。

提倡建筑節能首先應該重視規劃節能。規劃節能是指在規劃設計當中充分考慮建筑與外部環境的關系,以節能作為指導規劃設計的主要原則,充分利用自然資源,實現從總體上為建筑節能創造先決條件的設計方法。其中,規劃節能對于居住建筑尤為重要。

影響居住區氣候環境及建筑舒適性的最主要的兩個因素是太陽輻射和空氣流動(即風流)。因此,通過降低太陽輻射、增強建筑的自然通風效果是規劃節能的主要方向。由此,建筑朝向、建筑間距以及建筑的相互組合關系將是規劃節能設計的重點。首先,建筑的主要朝向應迎合當地夏季的主導風向(我國大部分地區以南北向或接近南北向布局為宜),利于自然通風,提高居住的舒適度。同時,南北朝向的建筑物在夏季所受到的太陽輻射也相對東西朝向建筑要少很多,可以節省夏季空調的用量;而在冬季時,建筑受到太陽輻射的情況剛好與夏季相反,從而節約了建筑保溫所需的能耗。第二,居住建筑的間距應在滿足當地規劃部門的日照間距要求上適當加大。增加建筑物的間距有利于居住區內的空氣流動——風量增大、風速提高,從而使建筑物與空氣的熱交換增加,有效降低建筑物的溫度,從而降低建筑能耗。這需要規劃師在節約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點,優化節能設計。第三,居住建筑群的組合應充分考慮整體的節能效果,以有利于居住區內的自然通風。

2.2 單體的節能設計

合理的建筑朝向、體形、空間設計。

建筑設計朝向對建筑能耗的影響也十分重大。太陽的輻射得熱在夏季會增加制冷負荷,在冬季則能降低采暖負荷。朝向選擇時應從當地氣象條件,地理環境,建筑用地等全面考慮,從節約用地的前提出發,優先采用本地區的最佳或接近最佳朝向,滿足冬季能爭取較多的日照,夏季避免過多的得熱,還應有利于自然通風,從長期實踐經驗來看,南向是我國各地區較為適宜的建筑朝向,但在建筑設計時會受到各方面因素的制約,不可能都采用南向,就應因地制宜合理確定建筑朝向,以滿足節能與舒適的要求。

建筑體形系數是節能建筑設計特別要重視的問題。體形系數就是指建筑物的外表面積與外表面積所包圍的體積之比。建筑體形的變化,直接影響建筑采暖空調的能耗大小,因此,在具體的設計過程中,須權衡利弊,合理確定建筑造型,凹凸面不要過多,盡可能減少建筑的外圍護面積,避免體形變化過多而使體形系數增大,應將體形系數定在一個標準規定的范圍內,以減少建筑能耗。

合理的空間設計是在充分滿足使用功能要求的前提下,對建筑空間進行合理的分隔,以改善室內保溫、通風、采光等微氣候條件,達到節能的目的。合理的空間設計要從平面和剖面兩方面考慮。平面設計盡可能按有利于空氣的貫穿進行考慮;剖面設計可在大進深的建筑物中部設置若干貫穿的垂直空間,此空間高于建筑物屋面,并設置相應數量的出風口。

2.3 建筑各部位的節能構造設計及選用建筑節能材料

建筑各部位的節能構造設計主要是在滿足其作為建筑的基本組成部分功能的同時,通過對各部位(屋頂、樓板、墻體、門窗等)的造型結構、材料等方面加以進一步設計,充分利用建筑外部氣候條件,達到節能和改善室內微氣候環境的效果。

建筑節能材料的選用也是全面建筑節能的一個重要方面。建筑材料的選用應遵循健康、高效、經濟、節能的原則。隨著科技的發展,大量的新型高效材料不斷被研制并應用到建筑設計中去,更好地起到節能的效果。如新型保溫材料、防水材料在墻體、屋頂中的應用,達到更好的保溫防潮效果。新型透光玻璃(如Low-E玻璃等)在門窗中的應用,起到了更好的透光隔熱效果。采用可調節的鋁材遮陽板,達到遮陽的目的。

3 結語

建筑節能是一項復雜的、全方位的、綜合性的系統工程,也是一項長期而艱巨的任務。為了從根源上降低能耗,設計師應在設計中多研究、多嘗試、多積累、多總結,在有限的條件下將建筑功能與藝術和技術更好地結合,使建筑設計的各個方面都能體現節能的原則,努力創造低成本、高效率的節能建筑。

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Shallow talking about building energy conservation and building p lanning design

DENG A i-ying

In view of currentenergy shortage and growing building energy consumption,this article discusses the necessity of energy conservation and impacts of building p lanning design on building energy conservation,and briefly introduces some building energy conservation methods in building planning design,with a view to better combinebuilding function with techniques,and to create energy-saving building with low costand high efficiency.

building energy conservation,building energy consumption,planning and design,energy-saving design

TU201.5

A

1009-6825(2011)03-0188-02

2010-10-08

鄧愛英(1978-),女,工程師,中國煤炭科工集團武漢設計研究院,湖北武漢 430070