淺談節能技術對節能建筑形態的影響

倪韜

（武漢大學城市設計學院，湖北，武漢，430072）

淺談節能技術對節能建筑形態的影響

倪韜

（武漢大學城市設計學院，湖北，武漢，430072）

在大力提倡可持續發展的今天，建筑設計應盡量采用各項節能技術以達到節能環保的目的。節能建筑形態設計應與平面設計、立面設計、形體塑造等各項節能技術相結合考慮。各項節能技術都對節能建筑形態設計產生了深遠影響。

節能建筑；節能技術；平面布局；立面設計；形體塑造

一、引言

縱觀建筑發展史可見，建筑形態及其設計理念隨著技術與人文尤其是技術的發展而不斷更新。一部西方建筑史，就是一部反映不同技術的形式語言不斷產生和運用的歷史。在節能與環保早已成為熱點話題的今天，現代節能技術的發展已經給當代建筑帶來了多方面的影響。下文將著力探討新技術對于節能建筑形態的影響。

二、節能技術成為技術與形態的轉譯中介

建筑的節能性能是由建筑設計、暖通空調設計、水電設計等建筑節能設計組成的，還包括建筑施工、建筑材料、建筑構配件、建筑設備安裝、工程竣工驗收等多個環節。建筑設計是節能的關鍵，采用節能技術提高建筑能源的有效利用率、節約用能、減少浪費，是當前建筑業發展面臨的重大挑戰和機遇。

1、節能技術對于建筑平面形態設計的影響

在節能建筑的平面設計過程中，對于建筑的體形、朝向、布局都要周全考慮。一般來說，在建筑設計中建筑的外形越簡單，建筑物體形系數就越小，熱量交換量也就越少，建筑節能的效果就更好。而且適當的建筑體形還可以節約用地、節約建筑用材，減少營造、維護與使用過程中的消耗。此外，建筑的朝向與節能也有著直接關系，因為不同朝向的建筑物，在不同季節所得到的太陽輻射熱能量不一樣，熱損失也不一樣。科學的建筑朝向可在冬天避開寒風的侵襲并充分利用溫暖的日照，而在夏季又可以獲得良好的自然通風條件，從而保證室內冬暖夏涼的效果。為了利用自然環境來使室內達到最大的舒適度，可以將住戶經常出入的廳、主要臥室設置在日照通風條件最佳的南風位置，從而為住戶節約采暖和空調的能耗。

此外，據研究顯示，建筑體形系數每降低 0.1%，建筑能耗可下降8kWh/(m2.a)，現列舉兩種平面設計形式：明廚明廁式(見圖1)和明廚暗廁式（見圖 2）。在相同建筑面積下，明廚暗廁式建筑的體形系數較明廚明廁式低0.032。顯然，在體形系數上，明廚暗廁式的建筑平面優于明廚明廁式。由此可見，在滿足建筑諸多功能要素的條件下，設計時應盡量減少建筑體形的凹凸或錯落。降低建筑物體形系數，最好控制在0.3以下。但體形系數過小，將制約建筑師的創造性，造成建筑呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。因此要權衡利弊，兩者兼顧。

圖1 明廚明廁式設計圖

圖2 明廚暗廁式設計圖

2、節能技術對于建筑形態造型設計的影響

節能技術向建筑形態轉譯過程中所傳達的信息，是一種抽象的形態結構關系。新節能技術突出以物理學相關知識：流體力學、空氣動力學、熱力學等為形體處理依據。由這些依據決定的建筑多表現為流線化的造型，由此使建筑變形，更具流動、非幾何性的特征。諾曼福斯特設計的倫敦市政廳（圖3）。該建筑提供近17000m2的使用面積，容納議會、委員會辦公室及一些公共設施，以及市長辦公室等。建筑的造型是一個變形的球體，高約50 m，共分10層。這種變形并非隨意而來，而是通過計算和驗證來盡量減小建筑暴露在陽光直射下的面積，以在冬夏季分別增加和減少太陽熱（圖4），從而獲得最優化的能源利用效率。具體做法是通過對全年的陽光照射規律的分析，得出建筑表面的熱量分布圖。利用這一結果確定建筑的外表面形式，以達到用最小面積的建筑表皮促進能源效率最大化的目的。“經過計算的這一類似于球體的形狀比起同體積的長方體，表面積減少了25%。”

福斯特總能以一種超乎尋常的理性方式，根據科學原理和數學公式，“計算”出建筑的表皮形式，而其計算依據則是夏季倫敦酷熱的直射陽光。同時這種建筑的表皮形式也因為“計算”而呈現出流動、非幾何性的特征。

圖3 倫敦市政廳

圖4 根據冬夏季太陽輻射角度“算出”的建筑形體示意圖

3、節能技術對于建筑立面形態設計的影響

圖5 公共建筑節能設計標準規范

在建筑外圍護結構中，墻體所占比重最大，占整個建筑耗能的25%。實踐證明，相對普通外墻而言，使用節能外墻可使室內溫度相差在10℃左右。因此，外墻除了應具有基本的承重、安全圍護等功能外，外墻體的保溫設計相當重要。隨著我國建筑節能技術的不斷完善和發展，目前我國建筑中采用的新型墻體材料主要有加氣混凝土砌塊、粉煤灰空心砌塊、陶粒砌塊和輕集料砌塊等，保溫節能墻板主要有聚苯乙烯板、擠塑板和泡沫玻璃等。

此外，窗戶是建筑外圍護結構中耗熱的薄弱環節，也是薄壁的輕質構體。在建筑能耗方面，建筑外圍護結構總散熱量中，鋁、鋼、塑窗散熱量平均約占50%，所以節能工作的重點就是改善門窗的絕熱性能。方法如下：①合理控制窗墻面積比：據統計，經窗戶傳遞的熱量是同面積墻體傳遞熱量的2～4倍，因此，必須適當地減小窗面積，以減小空調的能量損耗。但設計時要按照不同地區氣候特征來合理控制窗墻比。如在南方地區，為了能在冬季可以獲得較多的太陽輻射熱，在夏季利用較大的南向窗戶進行自然通風，建筑設計中的窗墻比要比北方地區的要大一些。②加強外窗的遮陽措施：冬季室內熱量散失的最薄弱環節之一就是建筑外窗，其能耗是同面積屋頂的5倍、墻體的4倍，對建筑能耗影響較大。因此可增設外陽卷簾、遮陽百葉、遮陽板、遮陽棚。此外，為了達到一定的遮陽效果，可以適當增加南向陽臺的挑出長度。③加強外窗的隔熱性能。可采用保溫隔熱性能好的玻璃，或者采用有很好效果的貼熱反射薄膜，特別是選用對太陽光中紅外線反射能力強的反射材料，如熱反射鍍膜玻璃、低輻射Low-E玻璃、雙銀Low-E玻璃等。④改善外窗的保溫性能。利用空氣間層熱阻大的特點，采用多層玻璃窗或中空玻璃，以減少空氣滲透，最終降低耗能。

在全球范圍內大力倡導節能環保生活的今天，我國在建筑節能方面具有巨大的潛力，只有扎實認真地做好建筑節能設計工作，才可以有效地降低建筑耗能，為中國能源保護工作做出貢獻。當代建筑師應積極關注節能技術的發展應用，在設計過程中，不斷探索節能建筑形態的設計方式，使其平面布局、空間功能、結構體系都能更好的達到節能效果，尋求建筑、環境、能源消耗之間的最佳結合。

[1] 廖東偉、羅耀忠.淺談節能建筑設計要點.廣西城鎮建設.2010.7

[2] 嚴建偉.生態建筑軟化趨勢——解讀生態建筑形態特征.石家莊鐵道學院學報.2006 .19(2)

TU564

1674-3954（2011）03-0302-01