节能型住宅建筑设计的方法探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 节能型住宅建筑设计的方法探讨 摘要：随着人民生活水平的提高， 对居住环境的要求也越来越高。设计师 要根据建筑物的建设地点，科学合理地 确定其建筑朝向，对节能具有非常重要 意义。本文根据笔者多年的建筑设计经 验，对住宅建筑的平面形状、空间布局 的节能设计进行探讨。 中国论文网 /2/view-12911454.htm 关键词：住宅；平面设计；节能 措施 前言 依据民用建筑节能设计标准（有 采暖居住建筑部分） ，进行节能住宅设 计时，在满足一定体型第数限制条件下， 节能建筑本体围护结构应达到规定的热 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 工指标要求。这就要求进行住宅节能设 计时应重视住宅的体型设计，较好地控 制其体型系数。但建筑的体型受到建筑 使用功能的限制，设计时应综合考虑各 种因素的影响，使住宅体型系数尽可能 等于或接近标准要求的限值。住宅使用 时会接受外界太阳辐射热，冬季接受的 辐射热量越多对于提高室内温度、节省 能源有利；夏季则相反。接受太阳辐射 热的多少与建筑物的朝向及所处的地理 纬度有关。因此，建筑师应对建筑的体 形以及建筑群体组合进行合理设计，以 适应不同的气候环境，达到节能的理想 效果。 一、控制建筑物的体形系数 建筑空间形态的变化仅能形成丰 富的空间视觉向度，而且处理得当还可 以减少建筑能耗。加强建筑设计的定量 化研究，是建筑学学科发展的必然趋势。 设计时应注意建筑对环境的影响及环境 对建筑使用带来的制约作用，并强调必 要的定量控制，建立建筑使用后评价和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 反馈机制等。体形系数是指建筑物外表 面积与外表面所包同的体积之比。体形 系数的大小对建筑物能耗影响非常显著。 体形系数越大，表明同等体积的房间表 面积越大，建筑物能量损失的途径就越 多；体形系数越小，建筑物外墙、外窗 的面积较小，造价相对较低。因此，建 筑设计应尽量减小建筑物的体形系数。 研究表明：体形系数每增大 1，能耗 指标约增加 25。一般来讲，6 层左 右的建筑物对建筑节能较为有利。建筑 物的外形越简单，其外壳的表面积越小， 热交换量也越少。因此，建筑物的造型 宜简洁、完整，尽量避免复杂的轮廓线。 可见，宜尽量选择体形系数小的形体， 如球体、圆柱体、立方体，比如国家大 剧院就采用近球面体外形而比较节能。 在建筑设计中，应尽量减少建筑的外墙 面积，控制层高和窗墙面积比，减少体 形凹凸变化，尽量采用规则的平面形式， 实现节能的目标。具体来说，降低体形 系数的方法主要有： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 (1)减少建筑面宽，加大建筑进深： (2)增加建筑物的层数： (3)加大建筑长度或增加组合体： (4)建筑体形不宜变化过多。 另外，为了实现防热目的，根据 我国南方主要城市(如广州)的设计所采 用的夏季太阳辐射强度，计算出我国南 方主要城市南北朝向布置的长方体形建 筑的长宽比为 20：23，高宽比为 21：24，当前，有些开发商和建筑 师盲目照搬一些国外建筑规划设计案例， 脱离了当地气候条件，设计出东西向或 围合式建筑，也有些为了追求建筑形态 的新、奇、特，一味强调视觉效果，设 计出许多异形建筑，这些建筑复杂的轮 廊线不利于结构安全，而且无形中扩大 了建筑外表面积，大大增加了建筑与外 界的热量交换。 体形系数是重要的节能措施，但 不是唯一的。节能、功能、结构、设备、 基地和艺术形式等因素确定建筑体形。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 一般来说，体形系数尽量小于 30，是 建筑节能的一个重要方而。建筑物若出 于造型和美观考虑，不得不采用较大的 体形系数时，应通过增加外墙热阻来弥 补。当体形系数大于 30时，按“节能 标准”的要求，其外墙围护结构的热阻 要增加 20屋顶同护结构的热阻要增 加 33以上。建筑体形不仪与节能有关， 而且与其它许多因素有密切关系，如建 筑的内部使用以及其中各部分的相互关 系、内部及外部的交通路线、结构的需 要、建筑外观的活泼、美观和多样化等 等。单纯从建筑能耗的角度来看，应该 减少体形系数。但是体形系数不仅影响 外同护结构的热损失，也与建筑造型、 平面布局、采光通风紧密相连。体形系 数太小，将制约建筑师的设计，造成建 筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害 建筑功能。只要建筑朝向、基本体量不 置于严重违背建筑节能设计原则，因为 局部体形的复杂变化带来的热能损耗是 可以通过其它措施弥补的。所以，在具 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 体设计中要综合考虑，权衡利弊，将体 形系数控制在合理的范围内。另外，双 层穹顶是解决强烈日照问题的有效方法， 内穹顶与外穹顶问的空隙形成了一个隔 热层。即使在夏天强烈的太阳照射下， 外穹顶极度升温，但内穹顶仍能保持较 低的温度，在两层穹顶间形成的空气对 流减弱了辐射的影响。在单体设计中适 当考虑设置底部架空层，使自然景观与 建筑空间交融渗透，也有利于调控建筑 底层的风环境。杨经文博士认为，建筑 师应该具有丰富的生物气候学方面的知 识。设计时应与生态学相结合。他在高 层建筑中结合东南亚的气候条件形成一 套独特的设计理念和手法，如在高层建 筑中引入绿化开敞空间，设计“两层皮” 的外墙，形成复合空间或空气间层，屋 顶设置遮阳格片的屋顶花园，利用中庭 组织自然通风。其主要代表作有他给自 己设计建造的住宅、梅纳拉商厦和马来 西亚 IBM 大楼等，都较完整地体现了 他的设计思想。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 二、选择良好的建筑朝向 建筑布局应考虑朝向与节能的因 素。适当的建筑朝向能使建筑在冬季增 加太阳辐射热，夏季减少太阳辐射热。 影响建筑朝向的因素很多，如地理纬度、 地段环境、局部气候特征和建筑用地条 件等。据测算，最佳的朝向比最差的朝 向，建筑能耗能够节约 58。在设 计中根据日照和太阳入射角确定建筑朝 向范围后，可进一步根据季风主导方向 进行调节选取合理的朝向以获得良 好的夏季穿堂风，并尽量借助建筑的体 形变化多利用天然能源。南向是我国各 地区都较为适宜的建筑朝向。无论是为 了降低冬季采暖能耗还是为了降低夏 季空调制冷负荷，建筑物朝向最好采用 南北向或者接近南北向尽量避免东西 向。 若再配合以遮阳隔热，效果将更 加显著，若建筑物的南立面设 lm 宽的 阳台可以加强遮阳。比如某中心大厦坐 北朝南，呈 H 形平面，建筑平面采用等 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 柱跨的正方形平面，而核心筒位于平面 中心，周边设环形走道，使用空间获得 了最大的视野和天然采光条件。由于夏 季的通风和遮阳设计非常重要，建筑设 计考虑群体的锯齿形排列，以增大建筑 的迎风面；在夏季主导风向上，宜采用 前短后长、前疏后密的平面布局形式， 既疏导夏日凉风，又阻挡冬季的寒流。 在竖向布局方面，宜采取前低后高的态 势。由于南方的夏季主要是南风和东南 风，因此，门窗设计要尽可能地布置在 南向、东南向或北向。西向要尽可能少 开窗。开小窗。在立面设计上，应该根 据不同的朝向区别设计，因为在不同的 朝向下情况是完全不同的。比如在南向 设置水平板用于遮阳：而北向应该减少 进深，增加更多的采光面；至于东西向， 应该采用侧向垂直板遮阳，这样可以尽 量少开窗户，从而降低能耗。与建筑实 体分离的墙体通过构件与建筑连接，形 成依附于建筑实体的外部空间。这种类 型的空间常设置在建筑的东西朝向，分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 离的墙体作为“ 防晒墙” ，由实体墙或遮 阳百叶构成。 三、优化建筑物的平面设计 建筑平面的巧妙布局也能获得满 意的节能效果。适当增加套型进深，则 有利于在限定建筑面宽内增加建筑面积， 还有利于节能。然而，建筑的进深也不 宜过大，这样有利于穿堂风的形成。一 般情况下，平面进深不宜超过楼层净高 的 5 倍，可取得较好的通风效果。当建 筑物的平面形式为 L 型时，尽可能使其 凹口面向夏季主导风向。从建筑的平面 布局平来说，宜采用错列式、斜列式和 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。尽量使用 开敞的建筑平面，并使其长向的前后两 墙的窗户垂直于夏季主导风向，加强通 风效果。除非存在特别重要的视觉走廓， 一般窗户都应面向直接日晒较小的方向。 窗户的开启形式对通风面积和气流的流 畅均产生较大的影响。推拉窗与平开窗 比较(相同窗户面积) ，平开窗的最大通 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 风面积是推拉窗的 2 倍，通风效果明显。 当建筑内部不能形成穿堂风的情况下有 必要通过导风板的设计增加空气流通的 条件。若房间只能单侧墙开窗时，可考 虑在此墙上相距一定距离开设 2 个窗户。 两窗之间设置垂直挡风板。比如泰国 的炎热是举世闻名的，属于湿热带季风 气候曼谷的防热型酒店的平面布局是将 卫生间沿外墙布置且不开窗，客房外墙 做成凹阳台状，一般不开门，尺寸不大 的凹阳台主要是放置分体式空调器之用。 这样的布局特点使外墙免受阳光的直接 照射，改善了客房的热环境，降低了空 调器的能耗量。另外，除了平面设计时 应对通风重点考虑外，建筑剖面的通风 设计也是十分重要的。应注意以下两点： 一是进出风口的高低决定了室内空气流 动的方向，对人体的舒适度影响较大， 一般应结合房问的实际使用功能设计剖 面的通风高度；二是运用文丘里管原理， 在建筑物剖面的上部设置出风口，使面 积较大的建筑物也有良好的通风效果。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 具体做法可在大进深的建筑物中部设置 若干贯通的垂直空间，此空间应高于屋 断，并设置相当数量的出风口，由于太 阳辐射的加热作用使该空间形成“烟囱 效”，实现热压通风。 四、炎热地区住宅建筑的节 能设计 在满足消防和景观等要求的前提 下，建筑平面的巧妙布局常能获得较好 的节能效果。建筑的体形应该紧凑，控 制合理的体形系数。通常单元式、通廊 式住宅的体形系数不宜超过 35，塔式 (或点式) 住宅的体形系数不宜超过 40。平面布置宜按功能进行分区，例 如住宅中餐厅可以布置在东南侧，起居 室布置在南侧，卧室布置在西南，储藏、 交通等放在北侧作为缓冲空问。对于单 位节能住宅，最好的体形是长轴朝东西 的长方形，长轴朝南北的长方形最差， 板式住宅优于点式住宅。可见，住宅应 尽量采用多单元的“ 一” 字型，不作凹凸 不齐平面和高低参差立面，既能节约三 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 材，又能约能源。在炎热地区，夏季应 尽量避免太阳直射室内和居室外墙丽， 采取适当的措施保证每一栋住宅单体都 有充足的迎风。居住小区的建筑规划最 好采用南低北高的设计原则。在规划条 件允许的情况下，建筑的主要朝向宜选 择本地区最佳朝向(如南北向或接近南 北向)，使主要居室朝向南偏东 l50 至偏 西 l50 范围，不宜超出南偏东 450 至偏 西 300 的范围。因为同样形状的建筑物， 南北朝向比东西朝向的冷负荷小。为了 改善后排住宅的通风，可利用开敞式楼 梯问作垂直导风口。或底层架空作为水 平导风口。在建筑群的组合上，可以采 取前后错列、斜列、前短后长、前低后 高和前疏后密等方式来提高通风效果。 而对于一些高层住宅的建筑设计来说， 甚至可以将内部的院落分开，分解成两 部分，即使是 1 层 6 个单位，也会有较 好的对流和采光。在外边缘可以采用侧 开的阳台，中间设置 1 个花园，这样可 以使内部的住户有良好的通风，改善了 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 采光条件 1 个综合住宅的空中花园，在 设计时要注重不同层次的对流才能够 更有效地发挥空气对流的作用侧向的空 中花园，可以减少南向采光，并且适当 进行遮阳处理。同时，可以增加空中花 同内侧向的开窗而积，南向要减少，可 以节省公共空间的照明和通风方面的能 耗。当前，架空坡顶已成为世界各国普 遍采用的生态可持续的建筑形式，较具 代表性的建筑作品当属印度查尔斯柯 里亚大师的“ 管式住宅” 。它实际上是把 烟囱拔风原理应用于剖面设计中，在低 层高密度的住宅群体中，既可在户内