浅析建筑方案设计中的节能措施

摘要:该文从建筑设计的角度探讨了整体规划与建筑群布局和单体建筑设计中的节能设计。并从体形系数复合界面中庭外窗与玻璃幕墙等方面论述了节能的一些措施。

关键词 建筑设计 ，方案设计， 节能， 探讨

Abstract: in this paper, the author analyzes the architecture design in the overall planning and architectural complex layout and single building design of energy saving design. And from the form factor of composite interface with outside the window glass curtain wall, etc., this paper discusses some measures to save energy.

Key words architectural design, plan design, energy saving, discussed

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

1 整体规划与建筑群布局

我国的城市建设正处在高速发展的之中，城市的面貌日新月异，新城建设和小区建设随处可见。在这些大规模的建设项目中首先就面临着一个选址问题，一个项目的选址当然会涉及到政治、经济、文化等多方面的因素，在这里仅从节能而不考虑其他方面的理想状态来研究。在这种情况之下，选址的节能问题便成了一个与大自然资源的整合问题，及符合自然规律、尽量地利用自然环境资源来创造适合人类生存的条件。拿小区建设来说，我们就不宜将一个小区的选址布置在山谷、洼地、沟底等凹地里，这样首先是影响了季风的通行，不利于室内的通风换气。其次冬季冷气流在凹地里会形成对建筑物的霜洞效应，而夏季形成的低气压将导致更加闷热的小气候。虽然我们现在的科技水平完全可以做到通过人为的手段来消除这些不利因素，但这样显然不利于节能。在选址这个问题上笔者认为中国古代的匠人是做得很好，并积累了一些经验，“阴抱阳”“背山面水”“坐南朝北”等等都是古人在天人合一的思想指导下总结出的一些简单易懂的实践经验。并运用这些经验建设了大量舒适而风景优美的城市。我们今天掌握的知识和古人相比不可同日而语，更应该继承古人的精神比古人做得更好。

从建筑学到角度上来说，建筑群的平面布局来说，宜采用错列式、斜列式及自由式等形式，而不宜采用不利于自然通风的周边式和并列式布局图1～5。竖向布局宜将较低的建筑布置在夏季迎风面的前端，这样有利于季风的渗透。有条件时宜引入水陆风或山谷风以改善小区的夏季热环境，要尽量避开冬季北向风口地段图6～7。

图1 并列式图2 错列式 图3 斜列式

图4 周边式 图5 自由式

图6 有利于季风渗透的布局图7 不利于季风渗透的布局

2 单体建筑设计中的节能措施

建筑节能设计中，就单体建筑而言，节能的措施有很多，可以从材料设备等方面达到节能的效果。而从建筑方案设计的角度来说，大致可以从以下的几个方面来考虑。

2.1 复合界面对建筑节能的作用

“建筑界面的本质意义就在于对有利和不利的气候要素进行选择与离析，在乎膜效应。膜效应是对气候用与防的辨证统一，是建筑作为过滤器这一理念的具体表达。”对气候的用与防正是建筑节能的关键所在。

建筑界面在建筑上是划分不同空间领域的实体构成或媒介地带，即空间和实体的交界面只是二维的面，而建筑复合界面是建筑与城市之间过渡性的那一层与自然环境和谐，有包含了人的活动在其间的复合性分界空间。从宏观上看，它仍然是整个城市的分割公共空间与私密空间的一层“二维表皮”。但从微观上看，它本身也是建筑的一个空间，是由几个界面所构成的一个包含了人的活动的空间。因此，建筑复合界面相对于建筑界面而言，在对气候的用与防的作用上将有更多的可能性。所以在设计中，理性地运用复合界面的设计将对建筑节能有重要的意义。

2.2 体形系数建筑的外型对节能的影响

建筑体形系数指建筑物接触室外大气的外表面积与其所包围的体积之比。由定义可知，所有影响建筑体形系数的因素，如建筑平面形状、长度、宽度、高度等均作用到建筑的热舒适与能耗。因此，体积小、体形复杂的建筑以及平房、低层建筑其体形系数较大，对提高热舒适和节约能源不利；而体积大、体形简单的建筑以及多层、高层建筑，其体形系数较小，对提高热舒适和节约能源有利。

体型系数越大, 说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大,能耗就越多，一般宜控制在0.30以下。有研究资料表明,体型系数每增大0.01,耗热量指标约增加2.5%。

由学者研究得出表1，从数据的分析可以看出体型系数最小的为底面积为圆形的体型，然后依次为正六边形、长方形、正方形、三角形。因此可以看出圆形和正多边形对节能有利，而三角形对节能不利。

表1 不同平面的参数

参量 三角形 正方形 长方形 正六边形 圆形

底部周长四周围护结构 4 4 4 4 4

建筑标准面积 0.77 1 0.89 1.17 1.27

体积 0.39 0.5 0.45 0.58 0.64

四周围护结构表面积 2 2 2 2 2

体型系数 5.13 4 4.44 3.45 3.13

一般来说，控制或降低体型系数的方法有：减少建筑面宽，加大建筑进深；增加建筑物的层数；加大建筑长度或增加组合；建筑体型不宜变化过多。

2.3 中庭在节能中的作用

（1） 中庭的热工特征

中庭有两个主要的热工特：征温室效应和烟囱效应。温室效应是由于太阳的短波热辐射透过玻璃温暖室内建筑表面，而室内建筑表面的较长波长的二次辐射则不能穿过玻璃反射出去，因此便获得和积蓄了太阳能；烟囱效应则是由于空间高度造成热压力差，从而形成中庭内气流的流动。鉴于中庭的这两大特征，通过设计过程中的合理利用，将会对建筑的节能产生重要影响。

（2）中庭的基本剖面形式

中庭的基本剖面形式大致可以归纳为三种；矩形、V字形、 字形。矩形剖面中庭以采光通风结合交通为主；字形剖面的中庭，每层向上向后形成退台，这样每层都有一部分面积可获取直射阳光，渐扩的断面也有助于削弱烟囱效应； 字形剖面的中庭，上部楼层可以为下部楼层提供遮荫，这在那些主要考虑如何隔绝阳光直射的气候区。可以发挥较好的作用，同时渐缩的断面有助于烟囱效应的发挥。

（3）中庭高度与宽度的比值SAR

当SAR值较小时，可以多吸收太阳辐射；当SAR值较大时，烟囱效应比较明显，能促进自然通风作用。因此，要根据实际情况，适当地设计中庭的高度与宽度，最好地发挥其节能的作用。

（4）中庭的气候类型

中庭的气候类型大致可以分为三种：采暖型中庭、可调温中庭、降温中庭。

在气候寒冷的地区, 应该采用采暖型中庭。多采用V字形的剖面形式，有利于接受太阳的辐射能。

在夏热冬冷的地区，应该采用可调温型中庭，一般可使用矩形的剖面形式。

在热带地区, 应该采用降温型中庭。降温型中庭一般宜采用高耸及小面积采光天窗的形式，设计时注意SAR 值要较大。

2.4 外窗与玻璃幕墙的节能设计

（1） 窗墙比的控制

民用建筑节能设计标准JGJ26对不同朝向的窗墙面积比做了严格的规定，规定指出“北向，东向和西向，南向的窗墙面积比不应超过20%，30%，35%”。北向直接受到南下的冷空气的侵袭，南向有利于接受太阳辐射，而东西向要避免阳光直射，因此设计时可尽量将主要使用空间放在南向，次要空间放在北向，主要依靠南向来解决采光。当然，窗墙比不宜过大同时也不宜过小，过小将使室内采光达不到要求，增大采光的能耗。所以，窗墙比的控制是一个动态的控制，要根据实际的设计综合地计算其对各方面能耗的影响而得到（图8）。

图8玻璃幕墙

（2） 幕墙的使用

关于幕墙的使用大致可以从几个方面来注意：

幕墙的位置，在建筑的南面或主立面或楼梯间等交通辅助空间可以结合使用一定面积的幕墙，这样对建筑能耗的影响不大，并可丰富建筑形象。

幕墙与实墙的复合使用，及在部分幕墙或全部幕墙之后修砌实墙。

幕墙与遮阳杆件的结合使用。

此外，缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积，对建筑节能都是有利的。

结 语

我国建筑行业耗能巨大，而建筑节能方面跟国外的先进技术相比还存在着一定的差距。面对能源日趋紧张的事实，我们有责任有义务将建筑节能进行到底。

参考文献

1 魏春雨 主编. 营造. 北京中国建筑工业出版社2005.122～124.

2 谢塘开. 从建筑设计谈建筑节能设计. 建筑知识2001 3

3 彭昌海袁智刚. 关于夏热冬冷地区节能建筑设计的思考.南方建筑2005 1

4 林川田先锋房志勇. 中庭建筑设计及其热舒适度控制. 工业建筑2004 7

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。