地下建筑的熱工環境與節能策略

譚佳怡

摘 要：隨著人們生活水平的提升，對于地下建筑也提出了更為嚴格的要求，地下建筑不僅要滿足安全性需求，還要符合節能減排的政策要求。地下建筑的設計與施工有著一些特殊之處，施工難度更高，并受到多種因素的影響，地下建筑的主要能耗分為3部分：采光能耗、空調能耗、動力能耗。該文主要針對地下建筑的能耗問題與節能策略進行分析。

關鍵詞：地下建筑 熱工環境 節能策略

中圖分類號：TU111 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0083-02

隨著我國綜合國力的提高，人們的生活水平不斷提高。人類在地下建筑中的活動日益增加，為了滿足人們的需求，地下建筑不斷得以發展壯大。但是地下建筑又不同于地面建筑，為了讓其和地面建筑有一樣的舒適度標準，不但要改善地下環境，使其正常運行，也要控制成本，并進行節能設計。

1 地下建筑熱工環境分析

地面建筑受地面環境的影響，而地下建筑則受到土壤或巖石的影響，這些物質對維護其結構和熱工性能有著不可或缺的作用。下面將分別介紹室外和室內的雙重熱濕作用對地下建筑的影響。

地下建筑室外熱濕環境：地下建筑受到無限厚巖石或土壤的包圍，就像地面建筑被室外空氣和氣候包圍一樣，這些物質對圍護其結構有著重要影響；土壤或巖石的溫度作用：與地面建筑不同，地下建筑主要靠土壤進行傳熱。熱量對土壤的影響隨土壤深度的增加而增加，還隨晝夜及季節的變化而變化，因而具有局限性。但土壤蓄熱量大、隔熱性好，因此熱穩定性好，這對一些特殊建筑是非常重要的；土壤或巖石的濕度作用：地下建筑的一大特點就是潮濕，造成這個現象的原因有很多，如缺少陽光，通風不暢等，還會受到地下水位和土壤巖石的影響。

2 地下建筑室內濕熱環境

進入室內的陽光、空氣溫濕度、生產和生活所散發的熱量和水分是影響地下建筑結構的氣候因素。

（1）進入室內的陽光。地下建筑處在地面以下，無法像地面建筑那樣通過側窗來獲取陽光，以致采光不足，容易使地下建筑陰暗潮濕。（2）空氣溫濕。地下空氣溫度變化多端，夏季雨季時的潮濕問題尤為嚴重，這是由凝結水造成的。（3）生產和生活所散發的熱量與水。地下建筑的通風效果差，封閉性強，在地下建筑中的生產和生活所產生的熱量和水分散發不出去，使地下空間的溫度和濕度相應提高。

3 地下建筑的主要耗能分析

地下建筑的主要能耗分為3個部分：采光能耗、空調能耗、動力能耗。據研究表明，采光能耗所占比例巨大，其次是空調能耗。因此地下建筑節能主要考慮自然采光和自然通風。

4 地下建筑節能策略

4.1 自然采光

自然采光可以在節約能耗的基礎上改變地下建筑昏暗的狀況，其方式有很多種：

（1）天窗式。這種形式主要適用于工業廠房，展覽建筑等深度較淺，且地面部分無建筑物，多為廣場或草坪的地下建筑。通過這種方式，陽光可直接到達室內；（2）庭院式。這種形式主要適用于占地面積較小的文化娛樂性建筑。大面積的玻璃門窗則設在于庭院相鄰的圍護結構上，由此可以攝取陽光；（3）下沉廣場式。這種形式主要適用于城市中規模較大的開放空間。它會使整體建筑出現空間形態變化，形成多層次的復合空間。另外，在完成其自身采光的目的同時，其周圍的建筑也可以通過它來采光；（4）地下中庭式。這種形式主要適用于深度較大或多層的地下建筑，并且其空間環境也可以由此得到改善。例如：內部種植各種花草，布置展覽景觀。頂部設置各種空間形態的采光玻璃；（5）技術應用。當建筑物沒有應用以上各種形式的采光條件時，我們就需要科技手段來獲取陽光，如：光導纖維、棱鏡導光裝置等。

4.2 自然通風

自然通風是地下建筑節能的另一大策略，有效的自然通風可以在很大程度上控制空調能耗。其方式主要有以下兩種：

（1）平面布局。平面布局直接決定著地下建筑的通風效果，合理的平面布局由通風系統和風路組織構成。這就要求在建設地下建筑時要減少遞死角的出現，以保證風路暢通。

（2）風井設置。風井主要設置在中庭建筑中。依照自然通風和風路組織的要求，我們可以利用風口的風壓和周圍環境，合理有效的設置風井，進行自然通風。進風井應根據自然通風的風路組織需求，圍繞作為排風井的中庭設置。進風井風口部分應該考慮周圍地面環境的影響，避開有空氣污染的位置，同時要加裝空氣凈化裝置。為了有利于空氣進入，可以在風口內部設置冷卻裝置，促使空氣下沉。風口要盡量利用風壓，根據需要安裝進風型風帽或排風型風帽。

關于地下建筑空間的節能措施，需要綜合考慮到各類影響因素，將節能要求與施工放置在同等重要的位置，不能顧此失彼。在設計過程中，需要充分考慮到采光通風的重要性，這也是一個難點地方，雖然國內外關于這一方面的研究已經足夠深入，但是效果并不理想。為了進一步推進節能減排的要求，需要積極采用新方法與新技術來滿足施工要求。

5 可再生能源利用

可再生能源是來自大自然的能源，它環保，資源廣泛，因此對地下建筑節能有著很好的利用價值。主要有3個方面應用：

（1）太陽能。地下建筑可以利用太陽能來獲取自然照明。不僅如此，設置太陽能集熱裝置在夏季可以除濕，冬季可以補暖，一箭雙雕。（2）風能。這類能源適用于地面部分為高層建筑的地下建筑，以獲取風力資源。其功能主要有兩方面：利用風壓進行自然通風；發電。（3）地源熱泵。這類能源適用于深度較大的地下建筑。只要在土壤中鑲嵌上土壤熱交換器、換水水泵等裝置，就可以完成制冷制熱作用。

總之，地下建筑應用廣泛，節能問題尤為重要。建筑師要利用建筑特點，結合各種先進技術，因地制宜，在舒適度的基礎上盡可能的進行節能設計，降低能耗。

參考文獻

[1] 趙阜東，陳保健，焦冠然.地下建筑可持續性設計方法——地下建筑自然通風設計研究[J].地下空間與工程學報，2006，2（4）：532-538.

[2] 劉世婷，王曙光，徐洪鐘.我國地下建筑標準現狀淺析[J].地下空間與工程學報，2010（S1）：1380-1384.

[3] Edelenbos J，Monnikhof R，Haasnoot J，et al.Strategic study on the utilization of underground space in the Netherlands[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2011.

[4] （英）布賴恩·愛德華茲（BrianEdwards），著，周玉鵬，宋曄皓，譯.可持續性建筑[M]. 中國建筑工業出版社，2003.

[5] Arselene Ayari，Moncef Krarti.Field Evaluation of Ventilation System Performance in Enclosed Parking Garage[J].ASHRAE Transactions，2011.