建筑节能设计第二章

1、建筑节能设计,第二章 建筑规划设计中的节能技术,建筑选址,建筑布局与朝向,建筑体形设计要求,建筑的日照环境及间距设计,4,1,2,3,建筑遮阳设计,5,建筑环境绿化设计,6,2.1 建筑选址,1向阳原则, 在冬季寒冷地区，建筑应选在能够充分吸收阳光，且建筑与阳光仰角较小的地方；夏季炎热地区，建筑应选在与阳光仰角较大，且能相对减少太阳辐射的区域。 未来建筑向阳面前方应无固定遮挡，造成不必要的能源浪费。 建筑的位置应能有效避免主导风向的寒风，以降低建筑围护结构的热能渗透。 建筑应处在最佳朝向范围内，从而使建筑争取更多的太阳辐射。 合适的日照间距是建筑充分得热的先决条件，间距太大会造成用地浪费,通风

2、原则, 在不影响夏季主导风向的情况下，应尽量减少冬季主导风对建筑的影响； 山峰、树林、构筑物等永久地貌或建筑物对夏季主导风向的影响； 对一些基地内的物质因素加以组织和利用，为建筑物内部提供最简洁、最廉价的通风条件。,减少能量需求原则,避免“霜洞”效应 避免辐射干扰 避免局地疾风 避免雨雪堆积 充分利用水陆风,图2-1 建筑物的“霜洞”效应,拓展阅读,自然灾害与建筑选址,建筑正对“川”形山冲口低洼处可能 发生灾难,在干旱的河道上修建住宅招致水灾,建筑距离沙石结构的山体太近面临 山体滑坡的威胁,城乡聚落建在正对山口的低洼处将面临 自然灾害,楼房距离江（河）岸太近存在塌陷隐患,台风影响下的金帅饭店大

3、楼倒塌,2.2.1,2.2.2,2.2.3,2.2.4,2.2 建筑布局与朝向,点式和条式住宅组合布置时，应将点式住宅布置在朝向较好的位置，将条状住宅布置在其后，以便利用空隙争取日照，如图B所示：,2.2.1 争取良好的日照条件,在布置多排多列楼栋时，应采用错位布局，以便利用山墙空隙争取日照，如图A所示:,图2-3 错位布置,图2-4 点式和条式住宅组合布置,处于严寒地区的城市，其住宅布置可采用东西向住宅围成的封闭式或半封闭的周边式方案。这种布局不仅可以扩大南北向住宅间距，还可以形成较大的院落，对节能节地有利。南北向与东西向住宅围合一般有四种情况，从对争取室内日照，减少日照遮挡方面来看，方案2

4、和方案4的布局方式最好。,方案1,方案2,方案3,方案4,全封闭围合时，住宅楼的开口位置和方位以向阳和居中为好,图2-5 南北向与东西向住宅的围合方式,2.2.2 建立气候防护单元,3.改善风环境,2.空间布置方式,1.平面布局,建筑群的布局，一般可从建筑平面和空间两个方面来考虑：,1平面布局,并列式,错列式,周边式,斜列式,自由式,图2-6 建筑群的布局方式,2空间布置方式,空间布置同样也应注重建筑的自然通风，并合理地利用建筑地形。建筑的空间布局应采用“前低后高”和有规律地“高低错落”的处理方式。,例如,利用向阳的坡地使建筑顺其地形的高低， 逐一排列一幢比一幢高,平地建筑，则应采取“前低后高

5、”的排列方式，使建筑逐渐加高,平地建筑也可采用建筑之间“高低错落”的方式布局，使高的建筑和较低建筑错开布置,3改善风环境,受来自西伯利亚冷空气的影响，我国北方城市冬季寒流风向主要是西北风，因此，在建筑规划中为了节能，应采用封闭西北向的周边式布局方式:,图2-7 建筑的几种避风方案,a,b,c,2.2.3 避免局地疾风,在建筑布局时，将高度相似，且长度是高度2-3倍的建筑排列在街道两侧，并两排建筑物间的过道中会形成风漏斗现象，如图2-8所示，会使风速提高30%左右，在建筑布局中应尽量避免。,图2-8 风漏斗现象示意图,若干幢建筑组合时，在迎冬季风方向减少某一幢，或当某幢建筑远高于其他建筑时，均能

6、在相邻空间产生下冲气流，如图（b）和（c）所示。,图2-9 建筑物组合对气流的影响,a,b,c,案例分析北京劲松西社区,图为1996年规划设计的北京劲松西社区，该小区属于第气候区，即寒冷地区。,2.2.4 建筑朝向,1选择建筑朝向要考虑的因素,2各向墙面及居室内的日照时间和日照面积,4主导风向与建筑朝向.,3各向墙面的太阳辐射热量和紫外线量,1选择建筑朝向要考虑的因素, 冬季要有比较充足和一定质量的阳光射入室内, 炎热夏天应尽量减少太阳通过窗口直射室内和居室外墙面, 夏天应有良好的通风，冬天应避免冷风的侵袭, 建筑物的朝向选择要充分利用地形，并要注意节约用地, 要充分考虑居住建筑与其他公共建筑

7、之间的遮挡问题,考虑因素,2各向墙面及居室内的日照时间和日照面积,建筑墙面的日照时间，决定其接受太阳辐射热量的多少,炎热地区，住宅的多数居室应避开最不利的日照方位,统计不同朝向墙面在不同季节的日照时数，求出日照时数日平均值，进行综合分析,严寒地区，夏季日晒过热短暂，冬季全年日照时间长，建筑也可采用东西朝向,还需对最冷月和最热月的日出、日落时间做出记录,3各向墙面的太阳辐射热量和紫外线量,另一方面是太阳直射强度日变化曲线与日气温曲线的关系,图2-11 北京地区太阳辐射量,图2-12 日照量与紫外线量的时间变化,一方面是最冷月和最热月的太阳累计辐射强度,太阳辐射热量 J /（cm2d）,4主导风向

8、与建筑朝向,个体与整体,实际运用中,避免住宅长轴垂直于夏季主导风向,主导风向直接影响冬季住宅室内的热损耗及夏季居室内的自然通风。,对于单幢住宅的通风，房屋与主导风向垂直效果最好；对于整个住宅群，则希望房屋与主导风向成一定角度。,根据日照和太阳辐射确定住宅基本朝向后，核对季节主导风时，主导风向常与建筑朝向形成夹角。,拓展阅读-偏东南而居的苏州人家,“临流筑舍”的苏州,2.3 建筑体形设计要求,2.3.2 设计有利于避风的建筑形态,2.3.1 控制建筑体形系数,从建筑节能的角度出发，建筑物单位面积对应的外表面越小，其外围护结构的热损失就越小，因此应将建筑体形系数控制在一个较低水平。 建筑物不仅要避

9、寒风，还应注意其长度、进深和高度之间的关系，使建筑的背风面产生较大的涡流区域，从而减小风速和风压。,本节内容,2.3.1 控制建筑体形系数,建筑体形系数S是指建筑物与室外大气接触的外表面积 A0（不包括地面、不采暖楼梯间隔墙及门户的面积）V0与其所包围的建筑体积的比值，即：,n 建筑层数， b 建筑宽度，l 建筑长度，h 建筑层高,由式2-1可知，对于相同体积的建筑物而言，体形系数越大，则单位建筑空间的热散失面积越大，建筑物的能耗就越高。一般建筑物的体形系数宜控制在0.30以下。,式 2-1,图2-14和表2-2所示为相同体积下，不同建筑体形的建筑体形系数。,图2-14 相同体积下的不同建筑体

10、形,表2-2 相同体积建筑的不同体形系数,通过减少建筑面宽、加大建筑幢深的手段，以加大建筑的基底面积，从而降低建筑的热损失,增加层数一般可加大体量，降低耗热指标,严寒地区节能型住宅的平面形式应追求平整、简洁，如直线形、折线形和曲线形,1减少建筑面宽，加大建筑幢深,2增加建筑物的层数,3建筑体形不宜变化过多,2.3.2 设计有利于避风的建筑形态,从节能的角度考虑，应创造有利的建筑形态，减少风流、降低风压、减少热能耗的损失。风在条形建筑背面边缘会形成涡流。当建筑物高度越高、深度越小、长度越大时，其背风面的涡流区越大，成形的流场越紊乱，对减少风速和风压越有利，如图2-15图2-17所示。,图2-15

11、 建筑物长度a变化对气流的影响,图2-16 建筑物深度b变化对气流的影响,图2-17 建筑物高度h变化对气流的影响,此外，在对建筑或建筑群进行布局时，还应注意以下几种情况下风环境对建筑的影响,“L”形建筑中，图2-18中的第二种布局对防寒风有利。,“ ”形建筑形成半封闭的院落空间，图2-19所示的布局对防寒风十分有利。,图2-18 “L”形建筑风环境平面图,图2-19 “ ”形建筑风环境平面图, 全封闭形建筑当有开口时，其开口不宜朝向冬季主导风向和冬季最不利风向，而且开口不宜过大，如图2-20所示为适宜的布局方式。, 将迎冬季季风面做成一系列台阶式的高层建筑，有利于缓冲下行风，如图2-21所示

12、。,图2-20 全封闭形建筑风环境平面图,图2-21 台阶立面缓冲下行风, 建筑物高度是对风速产生影响的重要因素。, 不同的平面体形在不同的日期内，建筑阴影位置和面积也不同，节能建筑应选择相互日照遮挡少的建筑体形，以增强太阳辐射得热，如图2-22所示。,图2-22 不同体形的房屋在不同节气的阴影,2.4 建筑的日照环境及间距设计,2.4.1 居住建筑的日照标准,2.4.2 住宅群的日照间距,2.4.3 建筑瞬时阴影 距离系数,1日照时间,2日照质量,居住建筑的日照质量是通过在日照时间内，室内日照面积的累计而得到的，即在日照时间内每小时室内墙面和地面上阳光投射面积的总和。,我国地处北半球温带地区

13、，夏季能要免较强的日照，冬季要获得充分的直接阳光照射。一般以冬至日或大寒日底层住宅室内得到日照的时间，作为最低的日照标准。,2.4.1 居住建筑的日照标准,表2-3 住宅建筑的日照标准,2.4.2 住宅群的日照间距,日照间距是指建筑物长轴之间的外墙距离。住宅群的间距主要涉及通风、防火、日照、绿化和其他方面的内容，但在实际操作中，这些因素成了决定间距退让的关键因素。,1平地建筑日照间距的计算,2坡地建筑日照间距的计算,包括,1平地建筑日照间距的计算,在平坦地面规划时，若已知前后两栋建筑的朝向、外形尺寸，及所在地区的地理纬度，则可计算出为满足规定日照时间所需间距，如图2-23所示。m为后栋建筑底层

14、窗台位置。,图2-23 平地建筑日照示意图,（a）平面示意图,（b）立体示意图,（2-2）,D0 建筑所需日照间距（m）； H0 前栋建筑计算高度，即前栋建筑总标高减去后栋建筑第一层窗台标高（m）； h 太阳高度角（） 后栋建筑墙面法线与太阳方位所夹的角，可由 得出（）； A太阳方位角，即当地正午时为零，上午为负值，下午为正值（）； 墙面法线与正南方向所夹的角，以南偏西为正，南偏东为负（）,则两建筑日照间距 D0为:,当建筑物为南北朝向时， ，则日照间距D0为,当建筑物为南北朝向时，正午的日照间距D0为,（2-3）,（2-4）,2坡地建筑日照间距的计算,一般情况下，当建筑群的走向与等高线关系一

15、定时，向阳坡的建筑以东南或西南向间距最小，南向次之，东西向最大；背阳坡则以建筑南北向布置时的间距最大。向阳坡与背阳坡的建筑间距示意图如图2-24所示。,（a）向阳坡建筑日照示意图,（b）背阳坡建筑日照示意图,图2-24 坡地建筑日照示意图,参照图2-24可以得出，向阳坡的建筑间距D0 为,（2-5）,背阳坡的建筑间距D0为,（2-6）,h前栋建筑的高度（m）； d，d 分别为前、后栋建筑地面设计基准标高点与距外墙外面的距离（m）； 地形坡向与墙面的夹角（）； 0 建筑物法线面的地面坡度角（）； h 太阳高度角（）； W 后栋建筑底层窗台距设计基准点（或室外地面）的高差（m）； 建筑方向与太阳方

16、位的差角（m）。,2.4.3 建筑瞬时阴影距离系数,建筑在阳光下会产生阴影。但从节能角度考虑，总希望建筑南墙面的太阳辐射面积在整个采暖季中不会因被其他建筑遮挡而减少，为此，就需要研究建筑物各瞬时的阴影长度。图2-25和表2-4所示为北京地区南北向板式体形建筑在冬至日的各瞬时阴影长度、阴影区及阴影距离系数。,图2-25 北京地区南北向板式住宅各瞬时阴影距离,其中，阴影距离系数 TD1表示影长在南北方向上的垂直距离与建筑高度之比，而阴影距离系数TD2则表示影长在东西方向上的垂直距离与建筑高度之比。在实际应用中，可以很方便地根据表2-4中的数据计算出南北或东西方向上的实际影长。,表2-4 北京地区冬

17、至日建筑瞬时阴影距离系数,以减少太阳直接辐射进入室内为主要目的的隔热、防热措施称为建筑遮阳,遮阳的措施 形式及其选择,建筑节能设计中的遮阳设计,2.5.1,2.5.2,2.5 建筑遮阳设计,2.5.1 遮阳的措施、形式及其选择,利用绿化遮阳,结合建筑构件处理的遮阳,专门设置的遮阳,遮阳的措施,1.固定遮阳,2.可调节遮阳,3.植物遮阳,遮阳的基本形式,（a）水平式遮阳,（b）垂直式遮阳,（c）综合式遮阳,（d）挡板式遮阳,图2-26 遮阳的基本形式,水平式遮阳、垂直式遮阳、综合式遮阳、挡板式遮阳等,1.固定遮阳,水平式遮阳,垂直式遮阳,综合式遮阳,挡板式遮阳,能遮挡高度角较大、从窗口上方射下来

18、的阳光，适用于南向或接近南向的外窗。,遮挡高度角较小，从窗两侧射下来的阳光，故主要适用于东北向、北向和西北向附近的窗口。,遮挡高度角中等，且从窗前斜射下来的阳光，遮阳效果均匀，适用于东南向或西南向附近的窗口。,遮挡高角度较小、正射窗口的阳光，主要适用于东、西向附近的窗口。,2.可调节遮阳,最常见的可调节遮阳方式是百叶窗，如图2-27所示。利用可调节遮阳可以在充分地利用太阳能和阳光的同时，又可以遮挡刺眼强光和多余热量。,图2-27 可调节百叶窗,3. 植被遮阳,根据不同朝向的窗口，以及窗口需要遮阳时的太阳方位角和高度角，选择适宜的树形和树的种植位置。利用植被遮阳是一种经济而有效的措施，特别适用于

19、低层建筑。,气候特点 太阳高度角,综合考虑：,遮阳时期 遮阳时间,遮阳部位,朝向,遮阳的选择,2.5.2 建筑节能设计中的遮阳设计,建筑遮阳多指建筑外遮阳。这是因为如果采用建筑物内遮阳，则当光线遇到内遮阳构件时，部分辐射热已经透过玻璃进入室内，且会使玻璃的温度升得很高，因此达不到建筑节能的目的。,对于外遮阳而言，只有透过遮阳构件的那部分阳光会直接达到窗玻璃的外表面。一般来讲，室内百叶只能挡去17%的太阳辐射热，而室外南向仰角45的水平遮阳板，可轻易遮去68%的太阳辐射热。,从节能的角度来讲，Low-E中空玻璃经常被用于节能遮阳。Low- E中空玻璃的K值（即热传导值）为1.8 2.2 W /（

20、m2k），单向玻璃的K值为5.4 6.1 W /（m2k），中空双向（6 + 12 + 6）玻璃的K值为31 W /（m2k）。,提示,Low-E中空玻璃又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品，其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，具有优异的隔热效果和良好的透光性，如图2-28所示。,图2-28 Low-E中空玻璃,就夏热冬冷地区而言，北向窗主要解决保温问题，东、西向窗主要解决遮阳隔热问题，南向窗要同时解决冬季被动采暖、夏季自然通风及遮阳隔热问题。,对于南向外窗，夏季通过窗户进入室内的太阳辐射热构成了空调负荷的主要原因，冬季则恰好相反，透过窗户进入室

21、内的太阳辐射热可以降低采暖负荷。,因此最节能的措施就是Low-E中空玻璃加可调节式外遮阳构件。,2.6 建筑环境绿化设计,增加绿化和水景的面积，对改善局部微环境气候是非常有益,挡风树丛（带）的设置,建筑绿化的基本方法,建筑绿化及水景布置的作用,2.6.2,2.6.1,2.6.3,2.6.1 建筑绿化及水景布置的作用,调节空气湿度,改善室内热环境,遮阳防辐射,遮阳防辐射,控制局部区域的气流,降低城市噪声污染,防尘及净化空气,图2-29 用树丛改变气流方向,临街绿化,楼间绿化,楼旁绿化,屋面种植 墙面种植,2.6.2 建筑绿化的基本方法,基本方法,1临街绿化,临街绿化是指在紧临城市干道（或其他通行

22、量较高的道路）的建筑物附近所设置的带状绿地。它可以降低城市噪声污染、防尘及净化空气。 在临街绿地设计时，若声源位于建筑的上风方向，绿地的配置应由低到高；若声源位于建筑的下风方向，绿地的配置宜由高到低。,图2-30 最低要求的道路隔声绿化带,2楼间及楼旁绿化,楼间绿化一般指成行列式排列的前后两栋建筑之间空地上的绿化布置，这种楼间绿地的大小和宽度主要决定于房屋间距。 其主要作用是遮挡西晒、改善通风、防尘降噪、阻隔视线。,图2-31 楼间绿化效果图,入口绿化,围墙绿化,2005,屋角绿化,窗台绿化,阳台绿化,屋顶绿化,建筑物绿化部位不同，分为：,3绿化建筑,下面主要介绍围墙绿化和屋顶绿化,围墙绿化：一般多在西向或北向墙面采用，如图2-32所示。该种做法遮阳效果明显，盛夏季节外端外表面温度可降低45。