基于能效的建筑規劃設計分析

譚格輝

[摘要]本文針對目前國民經濟發展對于建筑物的能效要求，強化了項目規劃設計過程中能效意識，分析了基于能效的建筑規劃設計理論，總結新建建筑能效提升線路，結合實際分析能效提升的關鍵問題，并在項目規劃設計工作中重點關注能效優化要點，有效促進了建筑能效管理體系并提升了建筑物整體品質。

[關鍵詞]高層酒店建筑；能效提升體系；規劃設計；整合設計

文章編號：2095-4085（2016）05-0041-02

能源和環境保護問題隨著經濟的高速增長而不斷凸顯其地位，國家已經做出了“至2020年單位GDP減排40%～50%”的重大承諾，大中型建筑物能耗普遍偏高，建筑物的能效因素受到越來越普遍的關注，在建筑規劃優化設計中的節能減排提效迫在眉睫。2014版公用建筑節能設計標準要求新建項目能效提升目標為62%，特別是政府投資項目必須達到綠色建筑一星及以上標準，對建筑規劃能效優化提出了較高的要求。目前建筑能效研究著重于機械設備的開展和多項設備組合，建筑規劃設計的能效優化講求系統的分析建筑能效條件，采取整合設計思路。本文從建筑能效同人體需求關聯著手，遵從有效能量服從人體的原則，以系統整合設計解決單一條件的不足，將建筑體系聯立，達到建筑整體能效優化的目標。

1.項目概況

廣西柳州酒店項目位于柳州市三江侗族自治縣桐鄉大道，東南向毗鄰福祿壽森林公園，西面緊鄰潯江，規劃用地面積為1134.21平方米，綠化率3%，容積率8.58。本項目用地受限制條件較多，建設單位對品質要求較高，提升項目品質、能效優化為本項目建筑規劃設計重要考慮因素。

2.基于能效的建筑規劃設計理論

建筑規劃設計能效優化具有被動式特點。在能源方面，著重于冬季的太陽能輻射采暖、降低圍護結構等損失，夏天則要控制建筑室內的熱量、通過朝向通風組織等方法做到最大限度的自然降溫，南方地區在夏季的能效措施更為重要。在交通組織等方面的規劃設計著重于人體需求能效思路，最順暢化組織整個交通體系。目前有在規劃設計中存在較多的為解決能效優化的冬季與夏季矛盾的問題方案，本項目著重考慮建筑劃分非被動區域與被動區域的方案。非被動區域也就是受周邊環境影響較小甚至不受影響的區域，主要能量來源于人體和設備，需要設置不間斷照明系統。考慮到環境因素條件和周邊建筑條件直接對建筑影響的問題，通常設計被動區域進深在建筑層高兩倍左右。綜合考慮維持建筑內部滿足人體所需光度、濕度、熱度以及敏感度等能量要求，對各項規劃參數統籌分析、精細設計，為本項目能效優化的整體思路。

3.能效提升關鍵問題分析

深入理解建筑規劃能效優化的目標，區分建筑被動區域與非被動區域能效差別，即優化建筑各項參數指標，繼而滿足人體需求、節約能源并與環境和諧共生，基于此系統分析建筑各項參數。

建筑所在位置是能效優化最重點關注參數之一，各項氣象數據對建筑影響至關重要，構思階段進行逐個小時氣溫變化情況和太陽輻射數值均應納入考慮范疇。建筑的方位和尺寸參數很大程度上決定了建筑布局、能量組織、交通組織和流體組織。建筑結構有輕型、中型和重型的區別，能效優化措施差距較大。本項目建筑功能明確，酒店項目作息時間穩定，有利于本項目的能效優化。規劃階段對設備參數的統籌主要從室內散熱、供冷效率、供熱效率、夏季通風方案及冬季換氣方案等方面考慮。南方地區夏季制冷設備使用頻繁，受酒店項目自身條件限制，對其優化難度較大。照明參數要結合住宿房間、會議房間、餐飲區域、商務區域等不同功能考慮照度需求。酒店圍護結構考慮因素較多，其中屋頂傳熱條件、地面傳熱條件、外墻傳熱條件和窗戶傳熱條件在規劃過程中需要重點分析。熱工方面著重分析冬季采暖溫度、夏季空調溫度、夏季過熱溫度，考慮熱能和照度問題。

4.項目能效優化整體規劃設計分析

設計初期進行了大量的運算，并對比了多個方案，整體把握，同時精細化考慮被動區域與非被動區域差異，總結能效優化方面的條件。人體活動對于外界能量在室內的動態及室內溫度影響較為明顯，開關門頻率較高條件下，室內瞬時溫度波動較大。照度分析過程受陽光充足與否影響較大，陽光充足條件下室內照明對人體所需照度基本沒有影響。室內能量較少收到人體活動的影響，外部能量的輸入更容易引起室內能量的突變。

窗墻比是建筑窗戶面積同側外部圍護結構面積比值，對于被動區能耗影響較明顯，通常以基本能量來表示。既有設計結論表明，窗墻比的增加可能減少因照明帶來的建筑能量損失，特別是在低于35%窗墻比條件下，影響結果更為顯著，在此條件下提升窗戶面積可以很好的降低照明能耗，通常高于40%窗墻比條件下，受自然采光充足影響而降低對能耗影響效果。窗墻比影響太陽輻射能量大小，因此對供熱能耗有一定的影響，南向和東西向部分均隨著窗墻比增大而降低能耗，但在北向部分由于受采暖控制能耗，所以窗墻比越大能耗反而也提升。外墻、窗戶和屋頂等圍護結構傳熱系數對于建筑保溫性能影響顯著，提升圍護結構傳熱系數成為能效優化的重點之一。通風是符合人體能量規律的降溫方案，其能夠排除建筑室內的散熱，調節室內溫度。通風又分為自然通風和夜間通風，規劃過程中需要對比方案來決定通風的選取與否以及通風的執行情況。通常每天高于人體舒適溫度時間超過兩個小時即屬于過熱天，項目所在地過熱天數較多，散熱降低空調能耗，利于能效優化。規劃設計過程中對能效優化影響的多項因素需要統籌考慮、綜合設計，各項因素之間也是互相制約或互相促進，需要參數化解決方案，本項目在考慮各項參數過程中均引入被動區域與非被動區域的區別，獨立分析。提高窗墻比能夠更好的應用自然光照明，降低照明能耗，但室內降溫所需的空調能耗提高較大，而在被動區域與非被動區域影響更為復雜，需要對照明、供熱、降溫等能耗結合所在區域進行全面考慮，尋求平衡處理。綜合各項參數分析結論，在建筑場地布置、朝向設置及布局方面引入能效優化思路，精細化設計。建筑遵循最大化的利用項目場地及景觀資源的原則，結合場地原有的形態進行建筑規劃布置，主要朝向為東南方向，結合項目場地形狀布置了“L”型，東南方向面山、西北方向面江。建筑布局方面，底層設置為服務用房，塔樓設置為酒店用房。綜合分析能效優化，總體來講本項目南向和東西向窗墻比宜取25%～30%，北向部分宜取30%～40%，被動區域與非被動區域參數選取差距較大。交通系統對于能效優化作用明顯，本項目遵循適用且高效的交通規劃原則，人行及車行出入口設置于基地西北側道路上。人行人口由道路進入架空過渡性灰空間，繼而介入接待大廳。考慮到項目用地緊張及交通能效因素，車行線路采取穿越架空層進入基地內部方案，形成明確而順暢的功能流線。

5.結語

通過分析、計算和設計流程分析發現，在建筑規劃設計過程中的引入能效提升思路有助于提升建筑品質，為客戶創造更舒適更友好的產品。規劃階段要以人體需求為出發點，細致考慮建筑位置、體型、氣候等，確定能效優化定位；能量路徑、窗墻比、通風形式等參數對于建筑能效優化影響顯著，需精細化分析；建筑規劃設計中的能效優化是系統工作，需要統籌分析、全面考慮、綜合決策。