以低能耗為導(dǎo)向的夏熱冬暖南區(qū)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略研究

楊修 黃翊婕

摘要：為了降低夏熱冬暖南區(qū)的建筑能耗，研究了夏熱冬暖南區(qū)公共建筑的低能耗節(jié)能規(guī)律，以南寧市某三產(chǎn)綜合樓項(xiàng)目為例進(jìn)行了研究，采用軟件模擬計(jì)算和數(shù)據(jù)對(duì)比分析的方法，分析了建筑朝向、日照時(shí)長(zhǎng)、中庭位置、遮陽(yáng)板設(shè)計(jì)、綠植設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)手法對(duì)建筑能耗的影響，優(yōu)化建筑內(nèi)部功能布局和外表皮設(shè)計(jì)，引入綠植以提高環(huán)境與建筑的親近，提高活動(dòng)空間的舒適感，最終實(shí)現(xiàn)低能耗設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：低能耗建筑;公共建筑;節(jié)能設(shè)計(jì);南寧市

中圖分類號(hào)：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）20-0186-03

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提高，城市建設(shè)總量的快速增長(zhǎng)帶動(dòng)了建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，由此用于制造建筑材料產(chǎn)生的能源消耗占中國(guó)總能耗的20%～30%。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，當(dāng)前國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的能耗已經(jīng)占到社會(huì)總能耗的30%。夏熱冬暖南區(qū)作為我國(guó)5個(gè)氣候區(qū)域之一，能源消耗較大，而公共建筑作為人群密度較高的建筑，能耗總量也同樣不可忽略。因此為了降低公共建筑的能耗、提高室內(nèi)舒適度，對(duì)夏熱冬暖南區(qū)的公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)有著十分重要的意義。

第一次引起人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注緣于作家蕾切爾·卡森的《寂靜的春天》。20世紀(jì)70年代初，舒馬赫在《小是美好的》中提出人類應(yīng)該倡導(dǎo)可再生能源利用，逐漸拋棄高能耗的技術(shù)和生活方式。90年代初，在里約熱內(nèi)盧召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)首次提出了綠色建筑的概念，由此開(kāi)創(chuàng)了綠色建筑發(fā)展的新篇章。20世紀(jì)末歐洲在低能耗辦公建筑取得發(fā)展，如倫敦行政大樓，采用遮陽(yáng)技術(shù)，減少建筑物的散熱面積，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在我國(guó)，首次在建筑領(lǐng)域提出生態(tài)問(wèn)題的是80年代初李道增發(fā)表的論文《重視生態(tài)原則在規(guī)劃中的運(yùn)用》。90年代末，宋曄皓先生首次提出緩沖層的概念，對(duì)低能耗建筑設(shè)計(jì)做出嘗試。我國(guó)綠色建筑發(fā)展的里程碑是2006年頒布的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2006，此后我國(guó)綠色建筑建設(shè)進(jìn)入快車道發(fā)展階段。在國(guó)內(nèi)節(jié)能政策的推動(dòng)下，低能耗建筑也不斷發(fā)展，理論文章同樣層出不窮。

在世界能源格局變化發(fā)展的情況下，我國(guó)的能源安全受到諸多挑戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)多年的努力，全國(guó)節(jié)能工作不斷取得新的成就，特別是在“十三五”時(shí)期，國(guó)家持續(xù)推進(jìn)低能耗建筑、超低能耗建筑的情況下，建筑業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。低能耗建筑有助于提升建筑環(huán)境品質(zhì)、減少建筑能耗，夏熱冬暖南區(qū)對(duì)低能耗建筑有迫切需求。近幾年來(lái)，由綠色建筑發(fā)展而來(lái)的低能耗技術(shù)在建筑應(yīng)用中得到人們的關(guān)心并獲得大量的研究理論和成功案例。本文以低能耗建筑設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，遵循低能耗建筑設(shè)計(jì)原則和策略，針對(duì)夏熱冬暖南區(qū)南寧市某三產(chǎn)綜合樓項(xiàng)目，提出符合當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒁虻刂埔说牡湍芎慕ㄖO(shè)計(jì)方案。

2低能耗建筑設(shè)計(jì)原則

在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑師應(yīng)當(dāng)積極合理地使建筑適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳎?jié)約能源，并利用太陽(yáng)能和其他可再生能源來(lái)節(jié)約能源。設(shè)計(jì)原則如表1所示。

3低能耗建筑策略

3.1地域環(huán)境與建筑低能耗設(shè)計(jì)

在初步設(shè)計(jì)階段，建筑方案應(yīng)基于調(diào)研得到的項(xiàng)目所在地的氣候條件、文化特征、居民的生活習(xí)慣等資料，綜上分析出人們需要怎樣的建筑、怎樣的室內(nèi)環(huán)境。在低能耗理念的指導(dǎo)下，建筑設(shè)計(jì)必須更深層次認(rèn)識(shí)到當(dāng)?shù)氐娜照諘r(shí)長(zhǎng)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、冬季風(fēng)夏季風(fēng)的主導(dǎo)方向等，同時(shí)了解周邊建筑的高度密度、周邊植被、水域等因素對(duì)其的影響。

3.2建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)與建筑低能耗設(shè)計(jì)

3.2.1建筑形體

建筑形體設(shè)計(jì)需要考慮節(jié)能和節(jié)地，一般而言，體形系數(shù)越小的建筑，節(jié)能效果越好，且在夏熱冬暖南區(qū)，建筑需要減少過(guò)多的太陽(yáng)輻射，避開(kāi)西曬，盡量迎接夏季主導(dǎo)風(fēng)以達(dá)到散熱的效果。

3.2.2建筑室內(nèi)布局

建筑室內(nèi)布局主要根據(jù)人的行為活動(dòng)線來(lái)規(guī)劃設(shè)計(jì)，有日照需求的房間應(yīng)盡量布置于南邊，建筑朝向宜南北向或近南北向，重要房間盡量避開(kāi)冬季風(fēng)向。在建筑室內(nèi)布置庭院是一項(xiàng)常用的改善室內(nèi)熱環(huán)境的手法，在公共建筑設(shè)計(jì)中，常常以中庭作為人流集散點(diǎn)，同時(shí)也起到優(yōu)化微氣候的效果。

3.2.3外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在夏熱冬暖南區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能重點(diǎn)在于遮陽(yáng)隔熱措施，即抑制太陽(yáng)的熱進(jìn)入建筑室內(nèi)。建筑表面可用淺色材料或隔熱涂料，減少太陽(yáng)輻射;也可使用雙層墻或空氣間隔墻，在室外空氣進(jìn)入室內(nèi)前先耗損一部分熱量;也可在屋頂或墻外設(shè)置遮陽(yáng)板，遮擋太陽(yáng)輻射，或在外墻設(shè)置綠植以及屋頂綠化。

3.2.4綠植設(shè)計(jì)

綠植綠化在改善建筑室內(nèi)的氣候條件中起著重要作用，可以減少室內(nèi)空調(diào)能耗，節(jié)約建筑物的能源消耗。綠葉產(chǎn)生的蒸騰作用及光合作用過(guò)程將會(huì)吸收大量的太陽(yáng)輻射熱，對(duì)室內(nèi)外熱環(huán)境起到很好的調(diào)節(jié)作用，可在建筑周邊種植樹(shù)木、鋪設(shè)草地，也可在建筑內(nèi)部、建筑表皮及屋頂做綠植設(shè)計(jì)。

4低能耗建筑設(shè)計(jì)案例分析

本文選取的案例為夏熱冬暖南區(qū)典型城市南寧市的某三產(chǎn)綜合樓建筑項(xiàng)目，建設(shè)地點(diǎn)位于該市江南區(qū)。南寧市地處低緯度，太陽(yáng)終年輻射強(qiáng)，降水豐富。夏長(zhǎng)高溫多雨，冬短溫暖干燥，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均日照時(shí)數(shù)為1827h，年平均氣溫21.6℃，無(wú)霜期345d，夏季以東南風(fēng)為主，冬季以東北風(fēng)為主，全年盛行東風(fēng)。本項(xiàng)目擬建設(shè)一個(gè)現(xiàn)代化的商務(wù)辦公綜合樓，使用功能以商務(wù)辦公、酒店服務(wù)為主，打造一座具有舒適高效的公共建筑空間且與周邊環(huán)境和諧共處的低能耗建筑。

4.1基本體形與體形系數(shù)

體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍體積的比值。一般來(lái)說(shuō)，體形系數(shù)越小，節(jié)能效果越好。運(yùn)用Ecotect軟件，根據(jù)整年總的不舒適度的時(shí)長(zhǎng)來(lái)比較為了抵消不舒適所需要消耗建筑的能耗量。由于建筑用地較為規(guī)整，朝向基本確定為正南北的情況下，為確定建筑基本體形，做了多個(gè)不同地面形狀、相同高度的方案進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)：體形系數(shù)越小，建筑不舒適度時(shí)長(zhǎng)越少。

4.2垂直功能分區(qū)

項(xiàng)目設(shè)置兩層地下停車場(chǎng)，集約利用土地;塔樓在裙房的基礎(chǔ)上向南退，在一定程度上避免北面學(xué)校的噪聲干擾，裙房頂部做屋頂綠化設(shè)計(jì);塔樓中部設(shè)辦公出租區(qū)，最上部設(shè)酒店客房區(qū)，避免人群流線穿越，也保證酒店部分利用面向南邊江南公園的最佳景觀。

4.3庭院位置確定

現(xiàn)代公共建筑中庭第一次出現(xiàn)在凱文·羅奇設(shè)計(jì)的福特基金會(huì)總部大樓，由于其具有比城市廣場(chǎng)更加優(yōu)越的條件，后來(lái)被全世界設(shè)計(jì)師所效仿。中庭獨(dú)特的空間形態(tài)和構(gòu)造決定了中庭具有兩種效應(yīng)：溫室效應(yīng)和煙囪效應(yīng)，合理的設(shè)計(jì)可以使中庭成為降低能耗的重要手段。在本次設(shè)計(jì)中，由于酒店和辦公出租的房間布置需多在南、北向，因此庭院的布置于中部。為了探索更低能耗的方案，在中部不同位置出了4種方案比對(duì)發(fā)現(xiàn)采用中部偏西的方案的建筑總負(fù)荷最小。

4.4外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及遮陽(yáng)板

本項(xiàng)目采用了良好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，外墻采用加氣混凝土砌塊（B07級(jí)）+無(wú)機(jī)保溫砂漿的組合，外刷隔熱涂料，滿足防熱的要求。外窗方面采用鋁合金Low-E中空玻璃，具有良好的熱工性能。屋面采用種植屋面，減少太陽(yáng)輻射，滿足屋面的保溫及隔熱要求。最終節(jié)能計(jì)算結(jié)果表明，本建筑節(jié)能率較節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提高5%幅度。

冬季時(shí)，東西兩面有足夠日照，南面日照時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，北面缺日照。夏季時(shí)，東面有足夠日照，南面日照足夠，西面日照時(shí)長(zhǎng)，北面日照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。夏熱冬暖南區(qū)陽(yáng)光充足，夏天需要防曬，因此本設(shè)計(jì)采用垂直遮陽(yáng)和太陽(yáng)能熱板結(jié)合的方式，更能降低建筑能耗，創(chuàng)造舒適空間。通過(guò)光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)，太陽(yáng)能光電設(shè)備吸收太陽(yáng)光并將太陽(yáng)輻射直接或間接轉(zhuǎn)換成電能，本項(xiàng)技術(shù)將大大減少建筑能耗。

4.5建筑綠化設(shè)計(jì)

4.5.1地面綠化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的地面綠化分為地面綠地、生態(tài)停車位及地下室頂板綠化3部分。在植物種類的選擇上，優(yōu)先選用適應(yīng)廣西氣候條件的本土植物，采用喬灌結(jié)合的復(fù)層綠化形式，使場(chǎng)地內(nèi)的綠化體系更富有層次感。場(chǎng)地綠化有利于降低地面溫度，對(duì)降低城市熱島效應(yīng)起到較好的作用。

4.5.2屋頂綠化設(shè)計(jì)

屋頂用作建筑物重要的組成部分，受到陽(yáng)光照射的時(shí)間最長(zhǎng)，屋頂?shù)母魺嵝阅軜O大的影響建筑物全年冷熱負(fù)荷。根據(jù)低能耗建筑設(shè)計(jì)的概念，考慮提高建筑物的整體隔熱效果，本項(xiàng)目采用屋頂綠化形式，使用低矮灌木和喬木結(jié)合的做法，形成高低錯(cuò)落的景觀，既起到了隔熱的效果，又可以給工作、休閑人群提供室外活動(dòng)場(chǎng)所。屋面綠化還可降低外界噪音，起到凈化空氣的作用，在夏熱冬暖南區(qū)也可降低溫度，同時(shí)也增加建筑物的美觀和環(huán)境舒適度（圖1～3）。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和模擬數(shù)據(jù)分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)南寧市具有獨(dú)特的陽(yáng)光優(yōu)勢(shì)和溫暖的氣候環(huán)境，因此建筑中設(shè)計(jì)了中庭空間，使用了太陽(yáng)能電板和綠植隔熱設(shè)計(jì)，滿足現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)上述低能耗建筑策略的應(yīng)用，本項(xiàng)目最終的節(jié)能率計(jì)算達(dá)到55%以上，達(dá)到低能耗建筑的標(biāo)準(zhǔn)。此外，項(xiàng)目由于應(yīng)用了合理的綠色建筑技術(shù)，在綠色建筑評(píng)審中滿足了二星級(jí)綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可見(jiàn)，以低能耗為導(dǎo)向的建筑設(shè)計(jì)既可滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，又為綠色建筑的評(píng)價(jià)做出了貢獻(xiàn)。