浅谈建筑节能与建筑规划设计

邓爱英

浅谈建筑节能与建筑规划设计

邓爱英

针对目前能源短缺问题和建筑耗能逐年上升的现状,探讨了建筑节能的必要性及建筑规划设计对建筑节能的影响,并简要介绍了建筑规划设计中建筑节能的一些方法,以期将建筑功能与技术更好地结合,创造低成本、高效率的节能建筑。

建筑节能,建筑能耗,规划设计,节能设计

目前,能源短缺问题已成为世界经济发展的主要制约因素之一。建筑在其建设和使用过程中不可避免的消耗掉大量的能源,并且随着我国经济的发展和人民住房水平的提高,建筑耗能占我国能源总消耗量的比例也呈逐年上升的趋势。建筑能耗的总量在能源总消费量中所占的比例已从 20世纪 70年代末的 10%,上升到近年的 27.45%,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至 35%左右,而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的 30%。如此庞大的比重,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。因此,建筑节能已迫在眉睫,要把节能建筑工作放到贯彻科学发展观、全面建设小康社会、保证国家能源安全、实施可持续发展的战略高度来认识。

1 建筑规划设计对建筑节能的影响

1.1 设计方案影响工程建造直接能源消耗

在工程设计中,其建筑和结构方案的选择对建筑的直接能耗有较大影响,如建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术、经济、分析问题。中国住宅建设用钢平均每平方米55 kg,比发达国家高出 10%～25%,水泥用量为 221.5 kg,每立方米混凝土比发达国家要多消耗 80 kg水泥。据统计,在满足同样功能的条件下,技术经济合理的设计,可降低工程建造直接能源消耗5%～10%,甚至可达 10%～20%。

1.2 设计方案影响建成后使用的能耗

建筑是牵涉到很多专业的复合体,并且完整的建筑节能工作包括了从最初的规划、方案到设计、施工,以及多年的运营使用,直至最后拆除重建的全生命周期过程。但以往只注重直接建造成本的降低,轻运营阶段能耗的使用情况。从住宅使用过程中的资源消耗看,与发达国家相比,我国住宅使用能耗为相同技术条件下发达国家的 2倍～3倍。现在,我们必须用全寿命周期的节能理念对建筑进行优化设计,即以较低的寿命周期能耗实现必要的功能,获得丰厚的寿命周期经济效益。在方案设计当中,建筑师需要对建筑的方位、体形、朝向进行优化,必须要为充分利用自然风、阳光等自然资源创造条件。同时,也必须对建筑材料优化;外墙、楼板、分户墙、屋面、玻璃、窗框的设计等都需要量化与优化;窗墙比需要以节能和居住舒适度为前提进行优化。从方案设计开始到初步设计,工程师需要根据不断调整的设计方案模拟量化建筑的能耗情况、计算空调和采暖设备的装机功率,比对各种影响因素,最后向客户提供最佳的设计方案。例如,在空调与采暖设备的市场上,各种品牌、各种型号使消费者眼花缭乱。空调设备有空气源热泵、地源热泵、风机盘管、地板采暖、辐射制冷、采暖系统、户室中央空调、变频机组、水系统、冷媒系统等等。这些空调系统的初投资和运行费用大不相同,那么通过模拟量化,计算出初投资的费用、每年的耗能量、能源费用,消费者或者项目开发者就可以很容易地作出正确的决定。例如北京的一些奥运场馆中,为减少能耗,设计者没有采用普通的新风系统和空调系统,而是经过多次优化设计,寻找最佳节能方案。为实现自然通风和改善室内环境,采用了智能电动窗,很好的解决了新风问题;在场馆空调设计中(包括“水立方”和“鸟巢”)都采用了由美国联合技术开发公司设计的节能空调系统。该系统通过热回收技术在空调系统中的应用,节能率为 10%。该系统在冷水机组上加装了热回收装置,在空气处理机中采用了新型热管热回收装置,可以回收场馆排放总热量的 50%,回收的热能一部分用于加热游泳池水和生活用水,另一部分用于加热新风。

2 建筑规划设计中建筑节能的一些方法

2.1 整体及外部环境的节能设计

整体及外部环境的节能设计是建筑师从整体综合设计概念出发,坚持与能源分析专家、环境专家、设备师和结构师紧密配合,在建筑规划和设计时,充分利用自然环境,同时创造良好的人工环境,按照使用要求对人工环境与自然环境进行调节控制。如根据大范围的气候条件影响,针对建筑自身所处的具体环境气候特征,重视利用自然环境创造良好的建筑室内微气候,以尽量减少对建筑设备的依赖。

提倡建筑节能首先应该重视规划节能。规划节能是指在规划设计当中充分考虑建筑与外部环境的关系,以节能作为指导规划设计的主要原则,充分利用自然资源,实现从总体上为建筑节能创造先决条件的设计方法。其中,规划节能对于居住建筑尤为重要。

影响居住区气候环境及建筑舒适性的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流动(即风流)。因此,通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果是规划节能的主要方向。由此,建筑朝向、建筑间距以及建筑的相互组合关系将是规划节能设计的重点。首先,建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向(我国大部分地区以南北向或接近南北向布局为宜),利于自然通风,提高居住的舒适度。同时,南北朝向的建筑物在夏季所受到的太阳辐射也相对东西朝向建筑要少很多,可以节省夏季空调的用量;而在冬季时,建筑受到太阳辐射的情况刚好与夏季相反,从而节约了建筑保温所需的能耗。第二,居住建筑的间距应在满足当地规划部门的日照间距要求上适当加大。增加建筑物的间距有利于居住区内的空气流动——风量增大、风速提高,从而使建筑物与空气的热交换增加,有效降低建筑物的温度,从而降低建筑能耗。这需要规划师在节约土地与合理的建筑间距之间找到最佳的平衡点,优化节能设计。第三,居住建筑群的组合应充分考虑整体的节能效果,以有利于居住区内的自然通风。

2.2 单体的节能设计

合理的建筑朝向、体形、空间设计。

建筑设计朝向对建筑能耗的影响也十分重大。太阳的辐射得热在夏季会增加制冷负荷,在冬季则能降低采暖负荷。朝向选择时应从当地气象条件,地理环境,建筑用地等全面考虑,从节约用地的前提出发,优先采用本地区的最佳或接近最佳朝向,满足冬季能争取较多的日照,夏季避免过多的得热,还应有利于自然通风,从长期实践经验来看,南向是我国各地区较为适宜的建筑朝向,但在建筑设计时会受到各方面因素的制约,不可能都采用南向,就应因地制宜合理确定建筑朝向,以满足节能与舒适的要求。

建筑体形系数是节能建筑设计特别要重视的问题。体形系数就是指建筑物的外表面积与外表面积所包围的体积之比。建筑体形的变化,直接影响建筑采暖空调的能耗大小,因此,在具体的设计过程中,须权衡利弊,合理确定建筑造型,凹凸面不要过多,尽可能减少建筑的外围护面积,避免体形变化过多而使体形系数增大,应将体形系数定在一个标准规定的范围内,以减少建筑能耗。

合理的空间设计是在充分满足使用功能要求的前提下,对建筑空间进行合理的分隔,以改善室内保温、通风、采光等微气候条件,达到节能的目的。合理的空间设计要从平面和剖面两方面考虑。平面设计尽可能按有利于空气的贯穿进行考虑;剖面设计可在大进深的建筑物中部设置若干贯穿的垂直空间,此空间高于建筑物屋面,并设置相应数量的出风口。

2.3 建筑各部位的节能构造设计及选用建筑节能材料

建筑各部位的节能构造设计主要是在满足其作为建筑的基本组成部分功能的同时,通过对各部位(屋顶、楼板、墙体、门窗等)的造型结构、材料等方面加以进一步设计,充分利用建筑外部气候条件,达到节能和改善室内微气候环境的效果。

建筑节能材料的选用也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选用应遵循健康、高效、经济、节能的原则。随着科技的发展,大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去,更好地起到节能的效果。如新型保温材料、防水材料在墙体、屋顶中的应用,达到更好的保温防潮效果。新型透光玻璃(如Low-E玻璃等)在门窗中的应用,起到了更好的透光隔热效果。采用可调节的铝材遮阳板,达到遮阳的目的。

3 结语

建筑节能是一项复杂的、全方位的、综合性的系统工程,也是一项长期而艰巨的任务。为了从根源上降低能耗,设计师应在设计中多研究、多尝试、多积累、多总结,在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合,使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则,努力创造低成本、高效率的节能建筑。

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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

邓爱英(1978-),女,工程师,中国煤炭科工集团武汉设计研究院,湖北武汉 430070