办公建筑节能设计浅析

关键词:办公建筑,建筑节能,能耗,总体规划,设计　　

我国人口众多,建设量巨大,建筑能耗在社会总能耗中占有相当大的比重。目前,我国建筑能耗已接近社会总能耗的1/3。而办公建筑是公共建筑中建设量最大的,并且其在一定程度上能够表征其他类型公共建筑的特点,因此对于办公建筑节能设计的相关问题研究显得意义重大。

1　能源消耗的影响因素

（1）舒适度要求的提高。随着社会的发展,人们对办公环境舒适度的要求越来越高,这必然会增加办公建筑的能源消耗。随着社会的不断发展,人们对办公环境的要求在不断上升,相应的能耗也在增加。

（2）节能方法的单一。在目前的节能设计中,往往只注重围护结构的节能,而缺乏整体的节能构思。现代建筑尤其是办公建筑,影响其能耗的因素主要有三个方面:建筑设计、服务设计、人员活动。围护结构只是建筑设计中的一部分,其中建筑的选址、体形系数、平面功能、自然通风和采光等对建筑能耗有较大的影响,另外,设备性能和人员活动对建筑的能耗也有很大影响。现在的节能方法往往容易忽略对这些因素的综合考虑。

（3）节能的片面性。建筑的能耗在狭义上是指在建筑物建成以后,在使用过程中每年消耗能源的总和,主要包括在采暖、空调、通风、照明、电器、热水供应等方面所消耗的能源,即建筑的使用能耗;在广义上是指包括建筑材料、构配件、设备的生产和运输,以及建筑建造、使用和拆除四个环节中能耗的总和。在建筑材料、零部件和体系生产中消耗的能源,称为“潜在能源”;在建筑材料和零配件的装配和运输到建筑地点的过程中消耗的能源,称为“灰色能源”;在建筑物的建造过程中消耗的能源,称为“导出能源”;在建筑物的运转与其使用者的设施与装修中消耗的能源,称为“运行能源”;建筑物在其维修、改建与最终的解体过程中也会消耗能源。

2　办公建筑节能的总体规划

总体规划是建筑节能设计的一个重要方面,它决定了建筑与周边环境的关系。大自然为我们提供了阳光、水、风、土地等丰富的自然资源,能否有效利用这些自然资源,从而减少对传统能源的消耗,在很大程度上取决于建筑的总体规划设计。其设计原则是使建筑冬季能够获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。

（1）基地的选址。基地的选择需考虑其方位、风速、风向、地表结构、植被、土壤、水体等因素的综合影响。当然,在城市中扮演重要角色的办公建筑在基地选择时,要服从整个城市规划的宏观控制。这就有可能使建筑基地周围环境不太理想。但是,为了减少建筑在建造和使用过程中的资源消耗,我们仍需计算资源利用的程度和对现有自然系统干扰的程度。好的规划设计应尽量减小对现有自然系统的干扰。并且,在基地选择时,应尽量利用现有的公共设施管网。在与市政设施联系时,应尽量减少与电力、给排水、燃气管线等市政设施的连接长度。

（2）充分利用太阳能。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源,它为我们提供光和热量。人类生存、身心健康、营养、工作效率均与太阳有着密切的联系。据有关研究显示,在办公建筑中,利用太阳光进行自然采光,人的工作效率比利用人工照明时要高很多。另外,在寒冷和严寒地区,人们需要获得更多的太阳能。入射到玻璃上的太阳辐射,直接供给室内一部分热量;入射到墙或屋顶上的太阳辐射,使围护结构温度升高,减少了房间的热损失。同时,围护结构在白天储存的太阳辐射热,到夜间可以减缓温度的下降。对于太阳能资源较为丰富的地区,还可以采用主动式利用太阳能的方式,以减少对常规能源的利用。因此,太阳辐射对建筑节能有着十分重要的意义。在进行建筑总体规划设计时,应使建筑充分利用太阳能。如建筑基地的选择应在向阳的地段上;选择合理的建筑间距,使设计的办公建筑不被其他建筑物遮挡;争取好的朝向,使建筑物能充分利用太阳辐射热。当然,选定建筑物朝向时,应综合考虑主导风向对建筑物冬季热损耗和夏季自然通风的影响。

（3）合理组织通风。在较冷地区,建筑总体规划应使建筑主要立面避开不利风向。如我国北方地区冬季寒流受来自西伯利亚冷空气的影响,形成主要以西北风为主要风向的冬季寒流。在建筑总体规划设计中,应封闭西北向,合理安排开口方向和位置,使建筑群的组合做到避风节能。

在较为炎热和潮湿的地区,应合理引导自然通风,从而创造一个舒适、健康的工作环境。如我们常说的穿堂风,就是利用建筑手段来引导风向,从而达到自然通风的目的。另外,在进行规划设计时,应避免风影对建筑通风的影响。所谓风影,是指当风吹向建筑物时,其背后形成的涡流区在地面上的投影。风影内,风力较弱,风向不稳定,很难形成有效的风压通风。为了避免这一情况,在进行规划设计时,可将行列式的布局形式改为错列式。风影的长度与风向投射角有一定关系。当风向投射角与建筑物纵向轴线垂直时,风影长度最长。当有一定角度时,风影会明显变小。但是,投射角大会降低室内平均风速,故在规划设计时,应综合考虑,以达到最有利的通风效果。

3　办公建筑节能设计措施

（1）防晒墙体措施。如何防止西晒是办公建筑节能设计的一个重要方面。当然,可以采用遮阳的方式防止西晒。但有时候由于经济原因及围护结构形式方面的限制,往往难以应用或应用效果不佳。这时可以应用缓冲层的概念,即在建筑西侧设置防晒墙。防晒墙一般采用混凝土材料,其离开建筑主体有一段距离。这样,在夏季其可以有效的阻挡太阳光的直射,并且防晒墙与建筑之间的空隙能够形成烟囱效应,起到拔风作用,从而有利于建筑西侧的自然通风。防晒墙离开建筑一段距离,还可以保证建筑西侧室内空间的自然采光。在北方的冬季,其还能阻挡西北风的侵袭。并且,由于采用了混凝土材料,防晒墙具有较好的蓄热性,在阳光照度好的时候,其蓄积热量,在建筑西侧形成一个热保护层,可以有效缓解外部气温对室内环境的影响。例如,清华大学建筑设计研究院办公楼由于用地条件的限制,将主入口设在了西侧,因此为了防止西晒,实施方案在建筑西侧设置了一面距办公楼主体4.5 m的大尺度的防晒墙,混凝土防晒墙的吸热性能和这段距离的拔风效应,有效地阻止了西晒对建筑主体的热影响。防晒墙的工作原理与双层玻璃幕墙的工作原理很相似,可以这样说,防晒墙是双层玻璃幕墙的变体,它较双层玻璃幕墙更为经济。

（2）多功能遮阳构件。遮阳构件已不仅仅只是单一遮阳功能的构件,而是与通风、太阳能的利用等结合在一起的多功能构件。在双层玻璃幕墙中应用遮阳技术,不仅起到遮阳作用,还对改善和提高玻璃幕墙的隔热性能及节约能源消耗方面具有积极意义。另外,若将遮阳构件与太阳能光电和光热转换板相结合,不仅可以避免遮阳构件由于自身吸热而导致的温度升高和热传递等问题,还可以巧妙地将吸收的热量转换成对建筑有用的能源加以利用,这也是建筑遮阳构件符合多功能发展的方向。

（3）地面保温。对于没有地下室的办公建筑来说,由于地面下土壤温度的变化比室外空气要小很多,其冬季地面散热最大的部分是靠近外墙的地面,其宽度一般为0.5 m~2 m,这部分要采取适当的保温措施。对于有地下室的办公建筑,楼地板并未暴露在外界环境中,这已为使用空间的保温创造了条件。但若地下室没有采暖,应对一楼地板采取保温措施。通常做法是在一楼地板下面填充保温材料,并同时在地下室混凝土地坪和地基与土壤之间铺设一定厚度的刚性和半刚性的保温材料。

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