辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)淺析

李登山

我國人口眾多,建設(shè)量巨大,建筑能耗在社會(huì)總能耗中占有相當(dāng)大的比重。目前,我國建筑能耗已接近社會(huì)總能耗的1/3。而辦公建筑是公共建筑中建設(shè)量最大的,并且其在一定程度上能夠表征其他類型公共建筑的特點(diǎn),因此對于辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)問題研究顯得意義重大。

1 能源消耗的影響因素

1)舒適度要求的提高。隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對辦公環(huán)境舒適度的要求越來越高,這必然會(huì)增加辦公建筑的能源消耗。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,人們對辦公環(huán)境的要求在不斷上升,相應(yīng)的能耗也在增加。2)節(jié)能方法的單一。在目前的節(jié)能設(shè)計(jì)中,往往只注重圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能,而缺乏整體的節(jié)能構(gòu)思。現(xiàn)代建筑尤其是辦公建筑,影響其能耗的因素主要有三個(gè)方面:建筑設(shè)計(jì)、服務(wù)設(shè)計(jì)、人員活動(dòng)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)只是建筑設(shè)計(jì)中的一部分,其中建筑的選址、體形系數(shù)、平面功能、自然通風(fēng)和采光等對建筑能耗有較大的影響,另外,設(shè)備性能和人員活動(dòng)對建筑的能耗也有很大影響?，F(xiàn)在的節(jié)能方法往往容易忽略對這些因素的綜合考慮。3)節(jié)能的片面性。建筑的能耗在狹義上是指在建筑物建成以后,在使用過程中每年消耗能源的總和,主要包括在采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明、電器、熱水供應(yīng)等方面所消耗的能源,即建筑的使用能耗;在廣義上是指包括建筑材料、構(gòu)配件、設(shè)備的生產(chǎn)和運(yùn)輸,以及建筑建造、使用和拆除四個(gè)環(huán)節(jié)中能耗的總和。在建筑材料、零部件和體系生產(chǎn)中消耗的能源,稱為“潛在能源”;在建筑材料和零配件的裝配和運(yùn)輸?shù)浇ㄖ攸c(diǎn)的過程中消耗的能源,稱為“灰色能源”;在建筑物的建造過程中消耗的能源,稱為“導(dǎo)出能源”;在建筑物的運(yùn)轉(zhuǎn)與其使用者的設(shè)施與裝修中消耗的能源,稱為“運(yùn)行能源”;建筑物在其維修、改建與最終的解體過程中也會(huì)消耗能源。

2 辦公建筑節(jié)能的總體規(guī)劃

總體規(guī)劃是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面,它決定了建筑與周邊環(huán)境的關(guān)系。大自然為我們提供了陽光、水、風(fēng)、土地等豐富的自然資源,能否有效利用這些自然資源,從而減少對傳統(tǒng)能源的消耗,在很大程度上取決于建筑的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)原則是使建筑冬季能夠獲得足夠的日照并避開主導(dǎo)風(fēng)向,夏季能利用自然通風(fēng)并防止太陽輻射。

1)基地的選址?；氐倪x擇需考慮其方位、風(fēng)速、風(fēng)向、地表結(jié)構(gòu)、植被、土壤、水體等因素的綜合影響。當(dāng)然,在城市中扮演重要角色的辦公建筑在基地選擇時(shí),要服從整個(gè)城市規(guī)劃的宏觀控制。這就有可能使建筑基地周圍環(huán)境不太理想。但是,為了減少建筑在建造和使用過程中的資源消耗,我們?nèi)孕栌?jì)算資源利用的程度和對現(xiàn)有自然系統(tǒng)干擾的程度。好的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小對現(xiàn)有自然系統(tǒng)的干擾。并且,在基地選擇時(shí),應(yīng)盡量利用現(xiàn)有的公共設(shè)施管網(wǎng)。在與市政設(shè)施聯(lián)系時(shí),應(yīng)盡量減少與電力、給排水、燃?xì)夤芫€等市政設(shè)施的連接長度。2)充分利用太陽能。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生資源,它為我們提供光和熱量。人類生存、身心健康、營養(yǎng)、工作效率均與太陽有著密切的聯(lián)系。據(jù)有關(guān)研究顯示,在辦公建筑中,利用太陽光進(jìn)行自然采光,人的工作效率比利用人工照明時(shí)要高很多。另外,在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū),人們需要獲得更多的太陽能。入射到玻璃上的太陽輻射,直接供給室內(nèi)一部分熱量;入射到墻或屋頂上的太陽輻射,使圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度升高,減少了房間的熱損失。同時(shí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)在白天儲(chǔ)存的太陽輻射熱,到夜間可以減緩溫度的下降。對于太陽能資源較為豐富的地區(qū),還可以采用主動(dòng)式利用太陽能的方式,以減少對常規(guī)能源的利用。因此,太陽輻射對建筑節(jié)能有著十分重要的意義。在進(jìn)行建筑總體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使建筑充分利用太陽能。如建筑基地的選擇應(yīng)在向陽的地段上;選擇合理的建筑間距,使設(shè)計(jì)的辦公建筑不被其他建筑物遮擋;爭取好的朝向,使建筑物能充分利用太陽輻射熱。當(dāng)然,選定建筑物朝向時(shí),應(yīng)綜合考慮主導(dǎo)風(fēng)向?qū)ㄖ锒緹釗p耗和夏季自然通風(fēng)的影響。3)合理組織通風(fēng)。在較冷地區(qū),建筑總體規(guī)劃應(yīng)使建筑主要立面避開不利風(fēng)向。如我國北方地區(qū)冬季寒流受來自西伯利亞冷空氣的影響,形成主要以西北風(fēng)為主要風(fēng)向的冬季寒流。在建筑總體規(guī)劃設(shè)計(jì)中,應(yīng)封閉西北向,合理安排開口方向和位置,使建筑群的組合做到避風(fēng)節(jié)能。

在較為炎熱和潮濕的地區(qū),應(yīng)合理引導(dǎo)自然通風(fēng),從而創(chuàng)造一個(gè)舒適、健康的工作環(huán)境。如我們常說的穿堂風(fēng),就是利用建筑手段來引導(dǎo)風(fēng)向,從而達(dá)到自然通風(fēng)的目的。另外,在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)避免風(fēng)影對建筑通風(fēng)的影響。所謂風(fēng)影,是指當(dāng)風(fēng)吹向建筑物時(shí),其背后形成的渦流區(qū)在地面上的投影。風(fēng)影內(nèi),風(fēng)力較弱,風(fēng)向不穩(wěn)定,很難形成有效的風(fēng)壓通風(fēng)。為了避免這一情況,在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),可將行列式的布局形式改為錯(cuò)列式。風(fēng)影的長度與風(fēng)向投射角有一定關(guān)系。當(dāng)風(fēng)向投射角與建筑物縱向軸線垂直時(shí),風(fēng)影長度最長。當(dāng)有一定角度時(shí),風(fēng)影會(huì)明顯變小。但是,投射角大會(huì)降低室內(nèi)平均風(fēng)速,故在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)綜合考慮,以達(dá)到最有利的通風(fēng)效果。

3 辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施

1)防曬墻體措施。如何防止西曬是辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。當(dāng)然,可以采用遮陽的方式防止西曬。但有時(shí)候由于經(jīng)濟(jì)原因及圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式方面的限制,往往難以應(yīng)用或應(yīng)用效果不佳。這時(shí)可以應(yīng)用緩沖層的概念,即在建筑西側(cè)設(shè)置防曬墻。防曬墻一般采用混凝土材料,其離開建筑主體有一段距離。這樣,在夏季其可以有效的阻擋太陽光的直射,并且防曬墻與建筑之間的空隙能夠形成煙囪效應(yīng),起到拔風(fēng)作用,從而有利于建筑西側(cè)的自然通風(fēng)。防曬墻離開建筑一段距離,還可以保證建筑西側(cè)室內(nèi)空間的自然采光。在北方的冬季,其還能阻擋西北風(fēng)的侵襲。并且,由于采用了混凝土材料,防曬墻具有較好的蓄熱性,在陽光照度好的時(shí)候,其蓄積熱量,在建筑西側(cè)形成一個(gè)熱保護(hù)層,可以有效緩解外部氣溫對室內(nèi)環(huán)境的影響。例如,清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院辦公樓由于用地條件的限制,將主入口設(shè)在了西側(cè),因此為了防止西曬,實(shí)施方案在建筑西側(cè)設(shè)置了一面距辦公樓主體4.5 m的大尺度的防曬墻,混凝土防曬墻的吸熱性能和這段距離的拔風(fēng)效應(yīng),有效地阻止了西曬對建筑主體的熱影響。防曬墻的工作原理與雙層玻璃幕墻的工作原理很相似,可以這樣說,防曬墻是雙層玻璃幕墻的變體,它較雙層玻璃幕墻更為經(jīng)濟(jì)。2)多功能遮陽構(gòu)件。遮陽構(gòu)件已不僅僅只是單一遮陽功能的構(gòu)件,而是與通風(fēng)、太陽能的利用等結(jié)合在一起的多功能構(gòu)件。在雙層玻璃幕墻中應(yīng)用遮陽技術(shù),不僅起到遮陽作用,還對改善和提高玻璃幕墻的隔熱性能及節(jié)約能源消耗方面具有積極意義。另外,若將遮陽構(gòu)件與太陽能光電和光熱轉(zhuǎn)換板相結(jié)合,不僅可以避免遮陽構(gòu)件由于自身吸熱而導(dǎo)致的溫度升高和熱傳遞等問題,還可以巧妙地將吸收的熱量轉(zhuǎn)換成對建筑有用的能源加以利用,這也是建筑遮陽構(gòu)件符合多功能發(fā)展的方向。3)地面保溫。對于沒有地下室的辦公建筑來說,由于地面下土壤溫度的變化比室外空氣要小很多,其冬季地面散熱最大的部分是靠近外墻的地面,其寬度一般為0.5 m～2 m,這部分要采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?。對于有地下室的辦公建筑,樓地板并未暴露在外界環(huán)境中,這已為使用空間的保溫創(chuàng)造了條件。但若地下室沒有采暖,應(yīng)對一樓地板采取保溫措施。通常做法是在一樓地板下面填充保溫材料,并同時(shí)在地下室混凝土地坪和地基與土壤之間鋪設(shè)一定厚度的剛性和半剛性的保溫材料。

[1] 彭一剛.建筑空間組合論[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] 潘谷西.中國建筑史[M].第 4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] 王立雄.建筑節(jié)能[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[4] 何 江.北方公共建筑供熱節(jié)能空間探討[J].山西建筑,2009,35(10):256-257.