趙明哲
華南理工大學建筑設(shè)計研究院有限公司 廣東 廣州 510000
現(xiàn)代經(jīng)濟水平的提升,對于生活環(huán)境提出了較高的要求,致使建筑能源消耗持續(xù)增長。建筑是高能耗產(chǎn)業(yè),國家在提出節(jié)能減排戰(zhàn)略后,群眾開始認識到高能耗的危害性,要求建筑行業(yè)深入踐行綠色、節(jié)能的發(fā)展理念。建筑節(jié)能包括主動式、被動式。主動式節(jié)能,即采用現(xiàn)代技術(shù)措施降低能源消耗,所以技術(shù)投入、資金投入比較大,經(jīng)濟效益不佳。被動式節(jié)能,是利用建筑布局、環(huán)保材料等方式,提升建筑的節(jié)能性、舒適度,能夠隔離自然與室內(nèi)空間,通過高效采暖空調(diào)設(shè)備,創(chuàng)設(shè)宜人環(huán)境。所以,被動式節(jié)能充分應(yīng)用自然條件,確保建筑適應(yīng)周邊環(huán)境。
公共建筑的特點,在于質(zhì)量要求高、內(nèi)部空間大,多采用玻璃幕墻作為外圍護結(jié)構(gòu)。公共建筑的主動式設(shè)計,需要采用現(xiàn)代科技、可再生能源代替常規(guī)能源,以滿足建筑節(jié)能的需求。然而在轉(zhuǎn)化能源時,技術(shù)應(yīng)用要求非常高,資金消耗大,還會增加管理難度。所以在現(xiàn)代建筑節(jié)能研究中,多以被動式節(jié)能為主。被動式節(jié)能,優(yōu)化設(shè)計室內(nèi)規(guī)劃、空間布局,配合外部環(huán)境因素,從而實現(xiàn)節(jié)能效果。由于被動式節(jié)能的操作簡單,因此技術(shù)、資金投入量少,多借助建筑設(shè)計實現(xiàn)節(jié)能效果,為使用者提供舒適環(huán)境,全面滿足人們的生活方式。
我國屬于典型的溫帶大陸性氣候,夏季高溫多雨、冬季寒冷干燥,導(dǎo)致建筑隔熱供暖的難度比較大。在建筑設(shè)計中,要深入考慮地區(qū)氣候環(huán)境問題,如果地區(qū)冬季氣候寒冷,則多采用集中供暖方式,雖然解決了取暖問題,但是資源浪費非常大。通過分析全國能耗占比可知,建筑能耗占比約為30%。
在城市現(xiàn)代化發(fā)展中,各地區(qū)建設(shè)大量的高層、超高層建筑。公共建筑設(shè)計的規(guī)模持續(xù)擴大,導(dǎo)致被動式節(jié)能技術(shù)的需求提升。在設(shè)計公共建筑時,為了處理好環(huán)境、采暖問題,要結(jié)合環(huán)保效益、經(jīng)濟效益,加強建筑節(jié)能效果[1]。
公共建筑的被動式節(jié)能設(shè)計,必須高度重視選址問題。由于建筑環(huán)境對居民生活的影響大。所以在建筑選址中,要求設(shè)計人員實地考察地形條件,合理應(yīng)用地形中的有利因素,使建筑遠離濕地、農(nóng)田等區(qū)域。在被動式節(jié)能設(shè)計下,建筑選址要關(guān)注以下問題:
第一,光照影響:光照會影響建筑節(jié)能,太陽光的紅外線,可以為建筑提供外部熱源,建筑接受光照時間、強度不同,所以內(nèi)部環(huán)境也不同。在建筑選址中,要深入分析光照影響。
第二,風的影響:當建筑長時間受到太陽照射,則會增加內(nèi)部溫度,降低室內(nèi)空間的舒適度。傳統(tǒng)設(shè)計中,多采用空調(diào)設(shè)備降溫,然而會增加能源消耗。所以要確保室內(nèi)通風條件的適宜性,才可以降低溫度。在被動式公共建筑設(shè)計中,要參考地區(qū)氣候環(huán)境,合理確定建筑朝向,從而發(fā)揮出自然風的作用。然而要注意的是,建筑選址規(guī)避高粉塵區(qū)域的風口。
在城市規(guī)劃法律中,沒有詳細規(guī)定建筑的間距設(shè)計標準。然而在公共建筑設(shè)計過程中,要求設(shè)計人員高度重視間距問題。為了控制好建筑的間距,要從整體布局入手,確保室內(nèi)采光面積、通風狀態(tài)的良好性。日照間距,即建筑主體外墻間距,會受到季節(jié)、建筑朝向、地形影響。在設(shè)計過程中,設(shè)計人員要深入分析采光時間、采光面積、通風狀態(tài),遵循節(jié)能、節(jié)地原則,合理確定建筑的間距,以提升節(jié)能效果。
公共建筑的規(guī)劃布局,是設(shè)計工作的第一階段內(nèi)容,保證規(guī)劃布局的合理性,可以充分利用太陽光線,在夏季、冬季通風中,確保室內(nèi)溫度的適宜性,改善通風不暢、散熱快問題,提升建筑室內(nèi)的舒適度。被動式節(jié)能策略中,要深入分析建筑朝向,為了充分使用太陽光線,增加室內(nèi)溫度,要參考地區(qū)氣候條件、季節(jié)風向,將建筑設(shè)計為南北向,減少夏季西曬的影響。在建筑規(guī)劃布局中,建筑朝向、夏季主風向角度小于45°,設(shè)計人員要重視公共綠地布局、空間排布,在夏季主風向作用下,可以促進通風通暢。在設(shè)計鄰近建筑的間距時,也要參考地區(qū)氣候條件、能源使用率、建筑安全問題。在設(shè)計建筑朝向時,雖然與冬季主風向分離,但可以降低冬季室內(nèi)熱量損失,實現(xiàn)節(jié)能效果。
體型系數(shù),是建筑與室外接觸的外表面積、建筑體積之比。當建筑體型越大,則建筑分擔的熱損面積越大,消耗的能源越多。在節(jié)能設(shè)計中,對于建筑體型系數(shù)的要求高,要縮小外表面、室外空氣的接觸面積,從而控制散熱。公共建筑的體型系數(shù),與建筑大小、體型相關(guān),所以要分析建筑平面布局,減少凹凸造型的使用,縮小外圍面積,多采用簡單造型[2]。
公共建筑結(jié)構(gòu),涉及屋面、門窗、墻體。在規(guī)劃設(shè)計期間,首先要設(shè)計墻體,①確保墻體材料的保溫性、環(huán)保性,滿足節(jié)能設(shè)計標準,多使用外貼擠塑板材料。當外保溫設(shè)計難度較大時,則要使用其他保溫構(gòu)造,確保構(gòu)造性熱橋的溫度。②在設(shè)計保溫構(gòu)造時,還要確保陽臺欄板、裝飾線、空調(diào)機擱板的保溫設(shè)計。門窗框、墻體縫隙,要使用高效保溫材料填充。針對不同材料的縫隙問題,也要做好防水防滲漏設(shè)計。針對洞口部分,要優(yōu)化構(gòu)造防水設(shè)計。在設(shè)計門窗時,由于門窗的能耗損失大,在確保光照、采光、通風條件后,要控制門窗洞口面積,以提升門窗的氣密性,從而阻擋冷空氣進入,加強門窗的保溫功能。在設(shè)置窗墻面積比時,為了實現(xiàn)節(jié)能效果,不能一味擴大窗墻比,以免增加空調(diào)能耗、采暖能耗。通過數(shù)據(jù)調(diào)查顯示,空調(diào)設(shè)計參數(shù)要達到表1標準,才能夠提升室內(nèi)舒適度。如果設(shè)計人員遵循表1標準設(shè)計空調(diào)系統(tǒng),則會明顯增加室內(nèi)的能耗消耗。此外,屋面設(shè)計中,保溫層不能選用高吸水性材料,防止保溫層吸水過多,對屋面保溫效果產(chǎn)生影響。公共建筑的類型比較多,為了滿足多種功能的需求,需要設(shè)置明亮空間,此時就會增加建筑能耗?;诠?jié)能設(shè)計看,不僅要實現(xiàn)采暖、空調(diào)功能,還要限制屋面透明部分,確保面積小于屋面總面積的25%。設(shè)置雙層坡屋面,合理利用太陽能資源,結(jié)合季節(jié)變化、朝向,保證室內(nèi)光線的均勻性,阻擋雨水滲入。
表1 空調(diào)設(shè)計參數(shù)
建筑設(shè)計要深入考慮建筑室內(nèi)的通風問題,改進建筑機構(gòu)、門窗位置,從而產(chǎn)生不同的氣壓變化。以加強自然風方式,減少電力能源的使用。優(yōu)化室內(nèi)布局、通道,可以促進空氣對流,改變區(qū)域風向,使風流向人體舒適區(qū)域。改變樓梯通道的開口設(shè)計,能夠引導(dǎo)自然風流向室內(nèi)。建筑內(nèi)部使用熱壓原理,可以促進自然風對流,從而實現(xiàn)通風效果。此外,公共建筑通風設(shè)計中,也會采用空間優(yōu)化方式促進室內(nèi)氣流流動,比如中庭設(shè)置。中庭采用頂部天窗導(dǎo)風,連通上下空間,加快局部空氣流通。在中庭設(shè)計中(圖1),如果不考慮自然采光,則中庭面積大小基本不會影響通風效果,只要合理安排風路,設(shè)置天窗,就無須設(shè)置大的集中中庭。通風塔也是公共建筑常用的通風方式,是高出屋面并用作抽拔風的設(shè)計。利用開口設(shè)置,能夠使空氣快速通過并形成負壓,加強風壓對室內(nèi)氣流的抽拔作用。增加通風塔高度,可以加大熱壓效應(yīng),改善建筑通風效果[3]。
圖1 中庭通風設(shè)計
圖2 導(dǎo)光管采光示意圖
人工照明產(chǎn)生的電能消耗大,所以在設(shè)計公共建筑的照明方式時,要綜合考慮天然采光、導(dǎo)光程序。建筑室內(nèi)空間,不能選用大縱深布局法,要確保室內(nèi)光線滿足日間采光需求,同時要控制太陽光的照射強度。所以在規(guī)劃設(shè)計中,要確保室內(nèi)縱深的合理性。在設(shè)計地下空間時,無須考慮大的光線強度,通過采光窗井、導(dǎo)光設(shè)計,提升室內(nèi)亮度。比如在公共建筑采光設(shè)計中,可以應(yīng)用導(dǎo)光管系統(tǒng),利用采光罩采集自然光線,經(jīng)過導(dǎo)光管傳輸之后,利用漫射裝置,將自然光照射到室內(nèi)需光區(qū)域(圖2為導(dǎo)光管采光示意圖)。再比如采光天窗系統(tǒng),多是建筑頂面天窗,設(shè)計人員要按照建筑造型需求開設(shè)天窗。天窗的采光效率高、自然光影變化明顯,并且與外部景觀相連接。在近幾年發(fā)展中,采光彈窗技術(shù)更新速度快,相應(yīng)提升了密封性能。
合理控制室內(nèi)環(huán)境溫度,有助于降低電能損耗。將室內(nèi)溫度控制在合理范圍內(nèi),可以降低室外環(huán)境對溫度的影響,減少制冷、采暖消耗。設(shè)置外墻保溫隔熱層,通過高保溫隔熱材料,可以減少室內(nèi)外的熱量交換,控制額外能耗。優(yōu)化建筑布局、形狀、表面積系數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能效果。同時,積極防控“熱橋”現(xiàn)象,既可以降低熱損失,還可以減少潮濕影響。固定外遮陽設(shè)施,多為不可調(diào)節(jié)的遮陽設(shè)施,比如遮陽板,所以要設(shè)計活動式外遮陽[4]。
綜上所述,公共建筑規(guī)劃色劑中,被動式節(jié)能手段能夠降低能源消耗,無須引入先進設(shè)備,即可實現(xiàn)節(jié)能目標。本文詳細分析被動式節(jié)能在公共建筑設(shè)計中的應(yīng)用,從建筑選址、平面布局、體型構(gòu)造設(shè)計、通風設(shè)計、采光設(shè)計等角度入手,詳細介紹公共建筑被動式節(jié)能,嚴格控制建筑能源消耗,提升公共建筑的綠色、節(jié)能水平,實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。