能效建筑規(guī)劃設(shè)計方法

羅楊

【摘要】近年來，隨著全球氣溫變暖，為了保障室內(nèi)舒適的熱濕環(huán)境以及光環(huán)境，建筑物必須用大量的資源進(jìn)行采暖、空調(diào)以及照明。本文結(jié)合能效建筑規(guī)劃設(shè)計方法，對能效建筑設(shè)計原理以及能效建筑區(qū)域規(guī)劃進(jìn)行了簡要的探究和分析。

【關(guān)鍵字】能效建筑；區(qū)域規(guī)劃；設(shè)計原理

根據(jù)實際調(diào)查顯示：發(fā)達(dá)國家在建筑能耗消耗的比例較大，約占總能耗的40%左右，我國建筑能耗占總能耗相對較低，2010已經(jīng)提高到35%左右。隨著建筑業(yè)快速發(fā)展，建筑工業(yè)以及相關(guān)部門越來越重視可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因此，能效規(guī)劃建設(shè)越來越重要，并且逐漸成為可持續(xù)發(fā)展的重要方法。具體的能效規(guī)劃設(shè)計，就是根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特征，在自然資源的基礎(chǔ)上，充分利用技術(shù)、設(shè)計方法，降低對有機(jī)能源的依靠，不斷滿足室內(nèi)建設(shè)要求。當(dāng)前，我國建筑設(shè)計更傾向于建筑功能以及外觀設(shè)計，從而忽略了建筑能效和初始階段建設(shè)要求，進(jìn)行建筑能效設(shè)計規(guī)劃。根據(jù)實際應(yīng)用結(jié)果來看：能效設(shè)計難以設(shè)施的原因是多種的，最主要的原因是，在建筑初始規(guī)劃設(shè)計中，缺乏建筑師使用或者接受的計算軟件和方法。本文結(jié)合英國馬丁建筑以及城市研究設(shè)計所提供的熱能、照明計算方法，對能效建筑規(guī)劃進(jìn)行了探討。

一、能效建筑規(guī)劃設(shè)計原理

（一）被動式建筑

在建筑設(shè)計中，被動式建筑主要是通過建筑設(shè)計，在冬季時，讓各個建筑物能夠充分利用太陽輻射進(jìn)行取暖，進(jìn)而不斷減少通風(fēng)滲透以及維護(hù)過程造成的熱量損失；在夏季時，盡量減少由于室內(nèi)生活、太陽輻射以及設(shè)備散熱造成的熱量。從設(shè)計概念來看，我們可以將整個建筑物分成非被動區(qū)和被動區(qū)。被動區(qū)，會受周邊建筑環(huán)境以及氣候因素影響，例如：照明、通風(fēng)、太陽輻射、建筑物遮擋等，進(jìn)深通常為整個建筑層高度的2倍；非被動區(qū)，只受散熱設(shè)備以及室內(nèi)生活影響，通常不受外界氣候影響，白天也需要照明設(shè)施。

在建筑規(guī)劃設(shè)計中，LT方法就是根據(jù)這一原理，計算為維持室內(nèi)生活的熱、光、濕環(huán)境要求的能量，進(jìn)而建立起對應(yīng)的能量方案。和目前廣泛利用的建筑熱模擬不同的是，LT方法能有效簡化數(shù)學(xué)模型，根據(jù)建筑設(shè)計中的矛盾進(jìn)行探討；因此，建筑規(guī)劃所需的數(shù)據(jù)被局限在了很小的區(qū)域，在方案比較中，更加簡便、靈活。同時，在建筑設(shè)計完畢后，由于自身因素限制，要對建筑設(shè)備選擇以及熱過程分析進(jìn)行細(xì)致的分析，就會受到局限。

（二）設(shè)計參數(shù)

在能效建筑設(shè)計中，設(shè)計規(guī)劃的主要目的是，通過優(yōu)化建筑參數(shù)，在既滿足室內(nèi)設(shè)計要求的同時，又能達(dá)到節(jié)能的目的。設(shè)計參數(shù)主要包括：建筑、設(shè)備、照明、維護(hù)結(jié)構(gòu)以及熱工參數(shù)。

在建筑參數(shù)地點(diǎn)選擇中，為了保障氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必須將逐小的輻射值、氣溫值集中到對應(yīng)的軟件中，通過確定地點(diǎn)，讓氣象數(shù)據(jù)及時存儲到相關(guān)程序中。對于建筑尺寸，通?？梢灾苯訉D像從屏幕中進(jìn)行輸入。建筑方位，當(dāng)圖像存儲時，方位也被確定。在建筑結(jié)構(gòu)類型中，通常分為：輕型、中型、重型三種形式。在建筑功能劃分中，可以分成辦公室、學(xué)校、住宅等，只要建筑功能明確，作息時間也就確定，它是影響建筑能耗的重要因素之一。

在設(shè)備參數(shù)中，供熱效率，主要指鍋爐熱效率；制冷效率，則是相關(guān)設(shè)備制冷的效率；室內(nèi)散熱，既包括設(shè)備散熱，也有人體散熱；冬季換氣數(shù)量，主要是根據(jù)健康需求，為用戶提供的新鮮空氣；夏季通風(fēng)，主要包括：大風(fēng)量、小風(fēng)量的自然通風(fēng)和夜間通風(fēng)。

在照明參數(shù)中，照度設(shè)計主要是根據(jù)房間具體功能，對相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入過程。在圍護(hù)性結(jié)構(gòu)參數(shù)中，外墻傳熱、屋頂傳熱、地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，是根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求，進(jìn)行的數(shù)據(jù)輸入。

（三）應(yīng)用實例

在某建筑樓規(guī)劃設(shè)計中，建筑物使用時間為早上9點(diǎn)到下午6點(diǎn)，鍋爐效率為0.85，建筑結(jié)構(gòu)為中型，制冷效率達(dá)到2.5，計算機(jī)設(shè)備以及人員散熱達(dá)到15W/m2，室內(nèi)照度規(guī)劃為300lux，冬季換氣數(shù)量為每天24次，冬季采暖溫度可以打動19度，夏季空調(diào)溫度為21度，過熱時的溫度為23度（如表一）。

地點(diǎn) 英國南部

建筑功能 辦公樓

建筑結(jié)構(gòu)類型 中型建筑

供熱效率 0.85

制冷效率 2.5

室內(nèi)散熱 15W/m2

冬季換氣次數(shù) 1次/h

設(shè)計照度 300lux

屋頂傳熱系數(shù) 0.25W/m2.K

外墻傳熱系數(shù) 0.45W/m2.K

地面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 0.45W/m2.K

窗戶傳熱系數(shù) 2.9W/m2.K

冬季采暖設(shè)置溫度 19℃

夏季空調(diào)設(shè)置溫度 21℃

夏季過熱溫度設(shè)置 23℃

表一、能耗設(shè)計參數(shù)示意表

1、窗墻比

在能效建筑規(guī)劃設(shè)計中，窗墻比是窗戶面積和圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的比。在LT軟件計算中，可以根據(jù)建筑輸入信息生成不同區(qū)域的窗墻比和能耗關(guān)系曲線。需要注意的是：能耗一般為原能，包括輸送過程、生產(chǎn)過程的損失。照明需要的能量，隨著窗墻比增大而逐漸減小，尤其是當(dāng)穿墻比面積低于35%時，效果尤為明顯；當(dāng)窗戶面積增大時，不僅有利于采光，對降低用電能耗也有很大作用，當(dāng)窗墻比高于40%時，采光對降低照明用電基本上沒有太大作用。

（二）通風(fēng)

在能效建筑規(guī)劃中，夜間以及自然通風(fēng)是排除室內(nèi)散熱，增強(qiáng)內(nèi)部舒適性的重要方法。對于建筑物是否需要自然通風(fēng)，必須通過方案比較結(jié)果而定。在過熱天數(shù)指標(biāo)中，如果一天有連續(xù)2小時大于舒適溫度，就稱為大熱天。在建筑能耗設(shè)計中，設(shè)計因素以相互影響的關(guān)系存在，例如：增加窗戶面積，不僅可以降低用電能耗，還能充分利用的自然光照進(jìn)行照明，尤其是冬季，對降低采暖負(fù)荷、方便太陽輻射接受具有極大的作用，但是窗戶面積增加過大時，就會加大空調(diào)負(fù)荷，不利于夏季散熱。

二、能效建筑區(qū)域規(guī)劃設(shè)計

在建筑能耗規(guī)劃中，不僅受方位、布局、位置等單體建筑參數(shù)影響，同時還受周邊環(huán)境差以及建筑影響。如：一座建筑，街對面的建筑高度和該建筑材料、距離會直接影響建筑采暖、照明以及空調(diào)能耗。因此，在能耗建筑規(guī)劃中，必須綜合考慮建筑規(guī)劃和能效設(shè)計方案。

（一）計算方法

在能耗建筑區(qū)域規(guī)劃中，必須結(jié)合LT計算方法，對整個城市進(jìn)行能耗規(guī)劃。英國劍橋大學(xué)在建筑研究中，通過城市建筑布局，在充分利用Matlab圖像處理中，得到LT能量方位、朝向以及城市高度相關(guān)參數(shù)，再將LT計算的能耗結(jié)果反應(yīng)到規(guī)劃設(shè)計中。在這過程中，建筑師不需要專業(yè)的Matlab處理技術(shù)，只需要在CAD中，根據(jù)顏色進(jìn)行區(qū)別，再以JPG格式輸出。

（二）應(yīng)用實例

1、DEM（城市數(shù)字高度）

在城市建筑區(qū)域規(guī)劃中，通過CAD顏色處理輸出后，Matlab程序根據(jù)自身功能，將該圖像轉(zhuǎn)換成方便分辨的建筑平面圖形，也就是城市數(shù)字高度模型。

2、建筑物參數(shù)圖

在建筑參數(shù)中，數(shù)字高度通過輸入對應(yīng)的Matlab程序，讓計算機(jī)生成建筑物所需的參數(shù)圖。

結(jié)束語：

通過以上分析可以看出，LT方法，在建筑輸入中，具有參數(shù)少、使用方便、靈活、便于比較等特點(diǎn)。目前，Matlab程序和LT方法相結(jié)合的方法在建筑工業(yè)中，已經(jīng)得到了良好的應(yīng)用。因此，在實際工作中，必須充分利用的個能效設(shè)計原理，再結(jié)合實際環(huán)境，讓區(qū)域規(guī)劃獲得最大效益。

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