浅谈商业中庭的节能设计

孙立军

摘要：随着商业建筑设计理念的不断发展，中庭在商业中的作用越来越重要。它既是商业内部空间的重要元素，也商业建筑调节微气候的重要部分。中庭是商业室内外空间的自然气候交换场所，对商业的整体节能、气候控制等方面能起到积极的作用。

关键词：商业中庭；气候因素；初投资回收期；运营管理

中图分类号：TU834 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-99-02

1.中庭的相关概念

中庭（Atrium），根据《牛津大辞典》的释义：“中庭是指罗马时代的中心庭院，带顶的回廊，主要位于教堂的入口前部”英国皇家地理学会释意为：“在建筑物之内或之间的有顶庭院，通常有几个层次，以用作到达与流通的集中点”，

1.1本文研究的背景和目的

随着商业建筑设计理念的不断发展，中庭在商业中的作用越来越重要。它既是商业内部空间的重要元素，也商业建筑调节微气候的重要部分。中庭是商业室内外空间的自然气候交换场所，对商业的整体节能、气候控制等方面能起到积极的作用。

但是，商业由于其较大的规模和众多的人流，常因设计不当带来巨大的能耗。以国内为例，“据统计目前已经建成大约2000多幢高级宾馆和写字楼，800多家大型商场，设有中央空调系统的建筑面积约1.5亿平方米，根据商业建筑的能耗调查统计，设有空调系统的商业建筑每年的能源消耗费用接近150元/平方米，现有商业建筑的每年的能源消耗费用就高达225亿元人民币。”商业中庭因体积大、玻璃多，其能耗不容忽视，“基于半室内半室外的空间环境特性，中庭是其所在的建筑物中的单位面积耗能最大的部分之一，换而言之，也是节能潜力较大的部分之一。”

2.商业中庭节能设计分析

通过对商业中庭已有研究成果的归纳，主要分为关于商业中庭的特性和节能措施以及关于被动式节能设计两个方面的内容。

2.1商业中庭的特性和节能措施

“中庭是建筑室内外空间的自然气候交换场所，对于建筑的整体节能、气候控制和环境净化等方面能起到积极的作用。”外界环境的变化可首先作用于中庭，通过中庭空间的过渡，再作用于建筑内的使用空间，这样可以减缓室内外的热能交换速度，降低建筑物的热损失，因此中庭可以看作应对气候的缓冲区，它犹如容器一般承载着庞大缓冲介质——空气，产生气候梯度。

中庭对室内环境的调节作用体现在三个方面：采光效应、温室效应、烟囱效应。

（1）采光效应

从中庭的定义分析，采光效应是中庭最原始的作用之一，“中庭在大进深的建筑平面中起到采光口的作用，使大进深建筑的平面最远处有可能获得足够的自然光线，从而减少建筑物内的昼间照明。”商业建筑多为大体量建筑，进深较大，内部采光严重不足，因此，在商业内部设计一定的中庭空间有利于商业内部采光，减少建筑照明产生的能耗。采光量的多少取决于采光窗的方向大小、采光窗的玻璃特性、中庭的高宽比、内部材料的反射系数等。

（2）温室效应

中庭的温室效应离不开屋顶尤其是玻璃的特性。“玻璃通过选择性的方式传递太阳能辐射，普通玻璃允许大部分波长在0.4-2.5微米范围内的太阳短波热辐射投射到室内，辐射被室内物体吸收而提高中庭室内温度，但被加热的物体再次辐射出的长波却不能通过玻璃窗射向室外，这样太阳能就被保留在室内了，被收集的太阳能能使室内升温，这就是中庭的温室效应”。温室效应对中庭的节能具有两面陛，温室效应有时有助于减少采暖能耗，有时却增加制冷能耗。由于商业中庭制冷能耗大多占主导，其温室效应需要予以有效的控制和调节。

（3）烟囱效应

“由于空间高度不同造成空气压力差，从而形成室内气流的运动，这种效应叫做烟囱效应”。烟囱效应主要是侧重于中庭的通风。在现代建筑中尽管可以借助机械设备达到通风的目的，但恰当的利用中庭的烟囱效应，可以有效地促进自然通风并达到节约建筑能耗的目的。商业中庭的空间比较高大，对烟囱效应十分有利，可以为自然通风提供很好的动力。

2.2关于被动式设计

“被动式设计（Passive design）就是应用自然界的阳光、风力、气温、湿度的自然原理，尽量不依赖常规能源的消耗，以规划、设计、环境配置的建筑手法来改善和创造舒适的居住环境。”虽然商业建筑的室内气候环境主要依靠环境设备调控等主动式方法，但是在有些气候条件下完全可以利用被动式设计创造舒适的室内环境。

被动式设计的目的是尽量减少或者不使用制冷、供热及照明设备，并创造高质量的室内环境和室外环境。这一概念的设计策略强调的是：依据当地的气候特征进行设计：遵循建筑环境控制技术的基本原则：考虑建筑功能和形式的要求等。

在对特定商业中庭进行分析时，被动式设计主要包括了自然采光、自然通风、外围护隔热、保温、遮阳等内容。

（1）自然采光

自然采光就是利用中庭的采光效应将光线引入到室内，并以某种分布方式提供比人工光源更理想更优质的照明，减少人工照明以及相关的费用和污染，自然采光大大降低了能源消耗和运行成本。“建筑中用于照明的能源占能耗总量的40-50%，照明产生废热形成的附加冷负荷占能源利用总量的3-5%，适当的自然采光策略可以节省照明能耗的50-80%。”商业建筑外墙一般开窗很少，能节省的照明能耗与其它建筑类型比是比较差的，中庭采光窗的采光效应对商业建筑来讲就格外重要。

（2）自然通风

自然通风是利用中庭的烟囱效应。其作用在于两方面：一是自然通风带来的被动式冷却可以减少能源消耗：二是它可以清除潮湿和污浊的空气，提供新鲜清洁的天然空气。

在湿度较重的条件下，自然气流通风是获得热舒适的非常有效的方法，通过引入自然风到室内并提高室内空气的流速，能够增加人体皮肤表面的汗液蒸发，减少由皮肤潮湿引起的不舒适感觉，并加强人体与环境空气之间的对流，降低温度。

（3）外围护隔热、保温、遮阳

建筑的围护结构，由包围空间并将室内与室外隔开的结構材料和表面装饰材料构成，商业中庭的外围护结构包括采光顶玻璃、屋面、遮阳体系等。外围护结构必须分析其隔热、保温、遮阳等对能耗的综合作用，外围护结构的设计是决定建筑运行过程中能源消耗的主要因素。由于能耗是相对静态的，其效果也是比较好控制的，

（4）气候因素

气候因素对节能设计尤其是被动式节能设计是十分重要的。传统的中庭以及中国的庭院在设计上都很好的响应了当地的气候因素。“在中庭的气候设计中，从传统建筑中汲取生态因素是非常必要的。在不同的气候分区中，利用不同的建筑组织形式的所形成的中庭的微气候环境不同。”

在影响建筑设计的外部因素中气候是一种相对稳定的因素，对于中庭被动式设计来说非常关键。

3.结束语

本文对商业中庭节能设计的现研究成果进行了归纳，通过对商业中庭节能设计理论和实例分析，不难发现在目前在实际设计和研究中普遍存在以下问题：

（1）建筑设计中重空间效果而忽视节能设计。

（2）商业中庭形式与构造没有考虑当地的气候因素。

（3）节能设计仅从某一方面进行分析，缺乏对多种节能设计因素的综合评价。

（4）节能设计模拟对象一般为虚拟建筑，计算结果与实际偏差很大。

但因笔者水平有限，不能对所提问题给予解决。还需要其他同行们不吝赐教，多多提出建议。