能效建筑規劃設計方法

羅楊

【摘要】近年來，隨著全球氣溫變暖，為了保障室內舒適的熱濕環境以及光環境，建筑物必須用大量的資源進行采暖、空調以及照明。本文結合能效建筑規劃設計方法，對能效建筑設計原理以及能效建筑區域規劃進行了簡要的探究和分析。

【關鍵字】能效建筑；區域規劃；設計原理

根據實際調查顯示：發達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已經提高到35%左右。隨著建筑業快速發展，建筑工業以及相關部門越來越重視可持續發展戰略，因此，能效規劃建設越來越重要，并且逐漸成為可持續發展的重要方法。具體的能效規劃設計，就是根據當地環境特征，在自然資源的基礎上，充分利用技術、設計方法，降低對有機能源的依靠，不斷滿足室內建設要求。當前，我國建筑設計更傾向于建筑功能以及外觀設計，從而忽略了建筑能效和初始階段建設要求，進行建筑能效設計規劃。根據實際應用結果來看：能效設計難以設施的原因是多種的，最主要的原因是，在建筑初始規劃設計中，缺乏建筑師使用或者接受的計算軟件和方法。本文結合英國馬丁建筑以及城市研究設計所提供的熱能、照明計算方法，對能效建筑規劃進行了探討。

一、能效建筑規劃設計原理

（一）被動式建筑

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

在建筑規劃設計中，LT方法就是根據這一原理，計算為維持室內生活的熱、光、濕環境要求的能量，進而建立起對應的能量方案。和目前廣泛利用的建筑熱模擬不同的是，LT方法能有效簡化數學模型，根據建筑設計中的矛盾進行探討；因此，建筑規劃所需的數據被局限在了很小的區域，在方案比較中，更加簡便、靈活。同時，在建筑設計完畢后，由于自身因素限制，要對建筑設備選擇以及熱過程分析進行細致的分析，就會受到局限。

（二）設計參數

在能效建筑設計中，設計規劃的主要目的是，通過優化建筑參數，在既滿足室內設計要求的同時，又能達到節能的目的。設計參數主要包括：建筑、設備、照明、維護結構以及熱工參數。

在建筑參數地點選擇中，為了保障氣象數據的準確性，必須將逐小的輻射值、氣溫值集中到對應的軟件中，通過確定地點，讓氣象數據及時存儲到相關程序中。對于建筑尺寸，通常可以直接將圖像從屏幕中進行輸入。建筑方位，當圖像存儲時，方位也被確定。在建筑結構類型中，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。

在設備參數中，供熱效率，主要指鍋爐熱效率；制冷效率，則是相關設備制冷的效率；室內散熱，既包括設備散熱，也有人體散熱；冬季換氣數量，主要是根據健康需求，為用戶提供的新鮮空氣；夏季通風，主要包括：大風量、小風量的自然通風和夜間通風。

在照明參數中，照度設計主要是根據房間具體功能，對相關數據的輸入過程。在圍護性結構參數中，外墻傳熱、屋頂傳熱、地面傳熱系數，是根據相關設計要求，進行的數據輸入。

（三）應用實例

在某建筑樓規劃設計中，建筑物使用時間為早上9點到下午6點，鍋爐效率為0.85，建筑結構為中型，制冷效率達到2.5，計算機設備以及人員散熱達到15W/m2，室內照度規劃為300lux，冬季換氣數量為每天24次，冬季采暖溫度可以打動19度，夏季空調溫度為21度，過熱時的溫度為23度（如表一）。

地點 英國南部

建筑功能 辦公樓

建筑結構類型 中型建筑

供熱效率 0.85

制冷效率 2.5

室內散熱 15W/m2

冬季換氣次數 1次/h

設計照度 300lux

屋頂傳熱系數 0.25W/m2.K

外墻傳熱系數 0.45W/m2.K

地面傳熱系數 0.45W/m2.K

窗戶傳熱系數 2.9W/m2.K

冬季采暖設置溫度 19℃

夏季空調設置溫度 21℃

夏季過熱溫度設置 23℃

表一、能耗設計參數示意表

1、窗墻比

在能效建筑規劃設計中，窗墻比是窗戶面積和圍護結構面積的比。在LT軟件計算中，可以根據建筑輸入信息生成不同區域的窗墻比和能耗關系曲線。需要注意的是：能耗一般為原能，包括輸送過程、生產過程的損失。照明需要的能量，隨著窗墻比增大而逐漸減小，尤其是當穿墻比面積低于35%時，效果尤為明顯；當窗戶面積增大時，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

在能效建筑規劃中，夜間以及自然通風是排除室內散熱，增強內部舒適性的重要方法。對于建筑物是否需要自然通風，必須通過方案比較結果而定。在過熱天數指標中，如果一天有連續2小時大于舒適溫度，就稱為大熱天。在建筑能耗設計中，設計因素以相互影響的關系存在，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行照明，尤其是冬季，對降低采暖負荷、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，就會加大空調負荷，不利于夏季散熱。

二、能效建筑區域規劃設計

在建筑能耗規劃中，不僅受方位、布局、位置等單體建筑參數影響，同時還受周邊環境差以及建筑影響。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、照明以及空調能耗。因此，在能耗建筑規劃中，必須綜合考慮建筑規劃和能效設計方案。

（一）計算方法

在能耗建筑區域規劃中，必須結合LT計算方法，對整個城市進行能耗規劃。英國劍橋大學在建筑研究中，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參數，再將LT計算的能耗結果反應到規劃設計中。在這過程中，建筑師不需要專業的Matlab處理技術，只需要在CAD中，根據顏色進行區別，再以JPG格式輸出。

（二）應用實例

1、DEM（城市數字高度）

在城市建筑區域規劃中，通過CAD顏色處理輸出后，Matlab程序根據自身功能，將該圖像轉換成方便分辨的建筑平面圖形，也就是城市數字高度模型。

2、建筑物參數圖

在建筑參數中，數字高度通過輸入對應的Matlab程序，讓計算機生成建筑物所需的參數圖。

結束語：

通過以上分析可以看出，LT方法，在建筑輸入中，具有參數少、使用方便、靈活、便于比較等特點。目前，Matlab程序和LT方法相結合的方法在建筑工業中，已經得到了良好的應用。因此，在實際工作中，必須充分利用的個能效設計原理，再結合實際環境，讓區域規劃獲得最大效益。

參考文獻：

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