淺談建筑節(jié)能與建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)

鄧愛英

淺談建筑節(jié)能與建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)

鄧愛英

針對(duì)目前能源短缺問題和建筑耗能逐年上升的現(xiàn)狀,探討了建筑節(jié)能的必要性及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)建筑節(jié)能的影響,并簡(jiǎn)要介紹了建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中建筑節(jié)能的一些方法,以期將建筑功能與技術(shù)更好地結(jié)合,創(chuàng)造低成本、高效率的節(jié)能建筑。

建筑節(jié)能,建筑能耗,規(guī)劃設(shè)計(jì),節(jié)能設(shè)計(jì)

目前,能源短缺問題已成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素之一。建筑在其建設(shè)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(jīng)濟(jì)的發(fā)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(shì)。建筑能耗的總量在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從 20世紀(jì) 70年代末的 10%,上升到近年的 27.45%,隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)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(fā)達(dá)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(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋。因此,建筑節(jié)能已迫在眉睫,要把節(jié)能建筑工作放到貫徹科學(xué)發(fā)展觀、全面建設(shè)小康社會(huì)、保證國家能源安全、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度來認(rèn)識(shí)。

1 建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)建筑節(jié)能的影響

1.1 設(shè)計(jì)方案影響工程建造直接能源消耗

在工程設(shè)計(jì)中,其建筑和結(jié)構(gòu)方案的選擇對(duì)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(nèi)廊式還是外廊式、進(jìn)深與開間的確定、立面形式的選擇、層高與層數(shù)的確定、基礎(chǔ)類型選用、結(jié)構(gòu)形式選擇等都存在著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、分析問題。中國住宅建設(shè)用鋼平均每平方米55 kg,比發(fā)達(dá)國家高出 10%～25%,水泥用量為 221.5 kg,每立方米混凝土比發(fā)達(dá)國家要多消耗 80 kg水泥。據(jù)統(tǒng)計(jì),在滿足同樣功能的條件下,技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì),可降低工程建造直接能源消耗5%～10%,甚至可達(dá) 10%～20%。

1.2 設(shè)計(jì)方案影響建成后使用的能耗

建筑是牽涉到很多專業(yè)的復(fù)合體,并且完整的建筑節(jié)能工作包括了從最初的規(guī)劃、方案到設(shè)計(jì)、施工,以及多年的運(yùn)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(yùn)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(fā)達(dá)國家相比,我國住宅使用能耗為相同技術(shù)條件下發(fā)達(dá)國家的 2倍～3倍。現(xiàn)在,我們必須用全壽命周期的節(jié)能理念對(duì)建筑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),即以較低的壽命周期能耗實(shí)現(xiàn)必要的功能,獲得豐厚的壽命周期經(jīng)濟(jì)效益。在方案設(shè)計(jì)當(dāng)中,建筑師需要對(duì)建筑的方位、體形、朝向進(jìn)行優(yōu)化,必須要為充分利用自然風(fēng)、陽光等自然資源創(chuàng)造條件。同時(shí),也必須對(duì)建筑材料優(yōu)化;外墻、樓板、分戶墻、屋面、玻璃、窗框的設(shè)計(jì)等都需要量化與優(yōu)化;窗墻比需要以節(jié)能和居住舒適度為前提進(jìn)行優(yōu)化。從方案設(shè)計(jì)開始到初步設(shè)計(jì),工程師需要根據(jù)不斷調(diào)整的設(shè)計(jì)方案模擬量化建筑的能耗情況、計(jì)算空調(diào)和采暖設(shè)備的裝機(jī)功率,比對(duì)各種影響因素,最后向客戶提供最佳的設(shè)計(jì)方案。例如,在空調(diào)與采暖設(shè)備的市場(chǎng)上,各種品牌、各種型號(hào)使消費(fèi)者眼花繚亂?？照{(diào)設(shè)備有空氣源熱泵、地源熱泵、風(fēng)機(jī)盤管、地板采暖、輻射制冷、采暖系統(tǒng)、戶室中央空調(diào)、變頻機(jī)組、水系統(tǒng)、冷媒系統(tǒng)等等。這些空調(diào)系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用大不相同,那么通過模擬量化,計(jì)算出初投資的費(fèi)用、每年的耗能量、能源費(fèi)用,消費(fèi)者或者項(xiàng)目開發(fā)者就可以很容易地作出正確的決定。例如北京的一些奧運(yùn)場(chǎng)館中,為減少能耗,設(shè)計(jì)者沒有采用普通的新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng),而是經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì),尋找最佳節(jié)能方案。為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)和改善室內(nèi)環(huán)境,采用了智能電動(dòng)窗,很好的解決了新風(fēng)問題;在場(chǎng)館空調(diào)設(shè)計(jì)中(包括“水立方”和“鳥巢”)都采用了由美國聯(lián)合技術(shù)開發(fā)公司設(shè)計(jì)的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過熱回收技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用,節(jié)能率為 10%。該系統(tǒng)在冷水機(jī)組上加裝了熱回收裝置,在空氣處理機(jī)中采用了新型熱管熱回收裝置,可以回收?qǐng)鲳^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(fēng)。

2 建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中建筑節(jié)能的一些方法

2.1 整體及外部環(huán)境的節(jié)能設(shè)計(jì)

整體及外部環(huán)境的節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑師從整體綜合設(shè)計(jì)概念出發(fā),堅(jiān)持與能源分析專家、環(huán)境專家、設(shè)備師和結(jié)構(gòu)師緊密配合,在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí),充分利用自然環(huán)境,同時(shí)創(chuàng)造良好的人工環(huán)境,按照使用要求對(duì)人工環(huán)境與自然環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。如根據(jù)大范圍的氣候條件影響,針對(duì)建筑自身所處的具體環(huán)境氣候特征,重視利用自然環(huán)境創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)微氣候,以盡量減少對(duì)建筑設(shè)備的依賴。

提倡建筑節(jié)能首先應(yīng)該重視規(guī)劃節(jié)能。規(guī)劃節(jié)能是指在規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中充分考慮建筑與外部環(huán)境的關(guān)系,以節(jié)能作為指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要原則,充分利用自然資源,實(shí)現(xiàn)從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造先決條件的設(shè)計(jì)方法。其中,規(guī)劃節(jié)能對(duì)于居住建筑尤為重要。

影響居住區(qū)氣候環(huán)境及建筑舒適性的最主要的兩個(gè)因素是太陽輻射和空氣流動(dòng)(即風(fēng)流)。因此,通過降低太陽輻射、增強(qiáng)建筑的自然通風(fēng)效果是規(guī)劃節(jié)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(guān)系將是規(guī)劃節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先,建筑的主要朝向應(yīng)迎合當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向(我國大部分地區(qū)以南北向或接近南北向布局為宜),利于自然通風(fēng),提高居住的舒適度。同時(shí),南北朝向的建筑物在夏季所受到的太陽輻射也相對(duì)東西朝向建筑要少很多,可以節(jié)省夏季空調(diào)的用量;而在冬季時(shí),建筑受到太陽輻射的情況剛好與夏季相反,從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗。第二,居住建筑的間距應(yīng)在滿足當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門的日照間距要求上適當(dāng)加大。增加建筑物的間距有利于居住區(qū)內(nèi)的空氣流動(dòng)——風(fēng)量增大、風(fēng)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(guī)劃師在節(jié)約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點(diǎn),優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)。第三,居住建筑群的組合應(yīng)充分考慮整體的節(jié)能效果,以有利于居住區(qū)內(nèi)的自然通風(fēng)。

2.2 單體的節(jié)能設(shè)計(jì)

合理的建筑朝向、體形、空間設(shè)計(jì)。

建筑設(shè)計(jì)朝向?qū)ㄖ芎牡挠绊懸彩种卮蟆Ｌ柕妮椛涞脽嵩谙募緯?huì)增加制冷負(fù)荷,在冬季則能降低采暖負(fù)荷。朝向選擇時(shí)應(yīng)從當(dāng)?shù)貧庀髼l件,地理環(huán)境,建筑用地等全面考慮,從節(jié)約用地的前提出發(fā),優(yōu)先采用本地區(qū)的最佳或接近最佳朝向,滿足冬季能爭(zhēng)取較多的日照,夏季避免過多的得熱,還應(yīng)有利于自然通風(fēng),從長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看,南向是我國各地區(qū)較為適宜的建筑朝向,但在建筑設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)受到各方面因素的制約,不可能都采用南向,就應(yīng)因地制宜合理確定建筑朝向,以滿足節(jié)能與舒適的要求。

建筑體形系數(shù)是節(jié)能建筑設(shè)計(jì)特別要重視的問題。體形系數(shù)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(diào)的能耗大小,因此,在具體的設(shè)計(jì)過程中,須權(quán)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(hù)面積,避免體形變化過多而使體形系數(shù)增大,應(yīng)將體形系數(shù)定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),以減少建筑能耗。

合理的空間設(shè)計(jì)是在充分滿足使用功能要求的前提下,對(duì)建筑空間進(jìn)行合理的分隔,以改善室內(nèi)保溫、通風(fēng)、采光等微氣候條件,達(dá)到節(jié)能的目的。合理的空間設(shè)計(jì)要從平面和剖面兩方面考慮。平面設(shè)計(jì)盡可能按有利于空氣的貫穿進(jìn)行考慮;剖面設(shè)計(jì)可在大進(jìn)深的建筑物中部設(shè)置若干貫穿的垂直空間,此空間高于建筑物屋面,并設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的出風(fēng)口。

2.3 建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)及選用建筑節(jié)能材料

建筑各部位的節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)主要是在滿足其作為建筑的基本組成部分功能的同時(shí),通過對(duì)各部位(屋頂、樓板、墻體、門窗等)的造型結(jié)構(gòu)、材料等方面加以進(jìn)一步設(shè)計(jì),充分利用建筑外部氣候條件,達(dá)到節(jié)能和改善室內(nèi)微氣候環(huán)境的效果。

建筑節(jié)能材料的選用也是全面建筑節(jié)能的一個(gè)重要方面。建筑材料的選用應(yīng)遵循健康、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的原則。隨著科技的發(fā)展,大量的新型高效材料不斷被研制并應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中去,更好地起到節(jié)能的效果。如新型保溫材料、防水材料在墻體、屋頂中的應(yīng)用,達(dá)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(yīng)用,起到了更好的透光隔熱效果。采用可調(diào)節(jié)的鋁材遮陽板,達(dá)到遮陽的目的。

3 結(jié)語

建筑節(jié)能是一項(xiàng)復(fù)雜的、全方位的、綜合性的系統(tǒng)工程,也是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。為了從根源上降低能耗,設(shè)計(jì)師應(yīng)在設(shè)計(jì)中多研究、多嘗試、多積累、多總結(jié),在有限的條件下將建筑功能與藝術(shù)和技術(shù)更好地結(jié)合,使建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都能體現(xiàn)節(jié)能的原則,努力創(chuàng)造低成本、高效率的節(jié)能建筑。

[1]呂愛民.應(yīng)變建筑——大陸性氣候的生態(tài)策略[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2003：121-126.

[2]劉念雄,秦佑國.建筑熱環(huán)境[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005：172-176.

[3]株式會(huì)社建筑畫報(bào)社.日本綠色校園建筑[M].韓蘭靈,譯.大連：大連理工大學(xué)出版社,2005：72-77.

[4]沈致和.住宅節(jié)能原理與設(shè)計(jì)[M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社,2006：65-70.

[5]李德英.建筑節(jié)能技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006：55-60.

[6]崔希駿,廖建峰.節(jié)能 65%后建筑外窗的配置建議[J].建筑節(jié)能,2006(45)：167-173.

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(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院,湖北武漢 430070