淺談節(jié)能技術(shù)對節(jié)能建筑形態(tài)的影響

倪韜

（武漢大學(xué)城市設(shè)計學(xué)院，湖北，武漢，430072）

淺談節(jié)能技術(shù)對節(jié)能建筑形態(tài)的影響

倪韜

（武漢大學(xué)城市設(shè)計學(xué)院，湖北，武漢，430072）

在大力提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，建筑設(shè)計應(yīng)盡量采用各項節(jié)能技術(shù)以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。節(jié)能建筑形態(tài)設(shè)計應(yīng)與平面設(shè)計、立面設(shè)計、形體塑造等各項節(jié)能技術(shù)相結(jié)合考慮。各項節(jié)能技術(shù)都對節(jié)能建筑形態(tài)設(shè)計產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

節(jié)能建筑；節(jié)能技術(shù)；平面布局；立面設(shè)計；形體塑造

一、引言

縱觀建筑發(fā)展史可見，建筑形態(tài)及其設(shè)計理念隨著技術(shù)與人文尤其是技術(shù)的發(fā)展而不斷更新。一部西方建筑史，就是一部反映不同技術(shù)的形式語言不斷產(chǎn)生和運(yùn)用的歷史。在節(jié)能與環(huán)保早已成為熱點話題的今天，現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)給當(dāng)代建筑帶來了多方面的影響。下文將著力探討新技術(shù)對于節(jié)能建筑形態(tài)的影響。

二、節(jié)能技術(shù)成為技術(shù)與形態(tài)的轉(zhuǎn)譯中介

建筑的節(jié)能性能是由建筑設(shè)計、暖通空調(diào)設(shè)計、水電設(shè)計等建筑節(jié)能設(shè)計組成的，還包括建筑施工、建筑材料、建筑構(gòu)配件、建筑設(shè)備安裝、工程竣工驗收等多個環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計是節(jié)能的關(guān)鍵，采用節(jié)能技術(shù)提高建筑能源的有效利用率、節(jié)約用能、減少浪費(fèi)，是當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

1、節(jié)能技術(shù)對于建筑平面形態(tài)設(shè)計的影響

在節(jié)能建筑的平面設(shè)計過程中，對于建筑的體形、朝向、布局都要周全考慮。一般來說，在建筑設(shè)計中建筑的外形越簡單，建筑物體形系數(shù)就越小，熱量交換量也就越少，建筑節(jié)能的效果就更好。而且適當(dāng)?shù)慕ㄖw形還可以節(jié)約用地、節(jié)約建筑用材，減少營造、維護(hù)與使用過程中的消耗。此外，建筑的朝向與節(jié)能也有著直接關(guān)系，因為不同朝向的建筑物，在不同季節(jié)所得到的太陽輻射熱能量不一樣，熱損失也不一樣?？茖W(xué)的建筑朝向可在冬天避開寒風(fēng)的侵襲并充分利用溫暖的日照，而在夏季又可以獲得良好的自然通風(fēng)條件，從而保證室內(nèi)冬暖夏涼的效果。為了利用自然環(huán)境來使室內(nèi)達(dá)到最大的舒適度，可以將住戶經(jīng)常出入的廳、主要臥室設(shè)置在日照通風(fēng)條件最佳的南風(fēng)位置，從而為住戶節(jié)約采暖和空調(diào)的能耗。

此外，據(jù)研究顯示，建筑體形系數(shù)每降低 0.1%，建筑能耗可下降8kWh/(m2.a)，現(xiàn)列舉兩種平面設(shè)計形式：明廚明廁式(見圖1)和明廚暗廁式（見圖 2）。在相同建筑面積下，明廚暗廁式建筑的體形系數(shù)較明廚明廁式低0.032。顯然，在體形系數(shù)上，明廚暗廁式的建筑平面優(yōu)于明廚明廁式。由此可見，在滿足建筑諸多功能要素的條件下，設(shè)計時應(yīng)盡量減少建筑體形的凹凸或錯落。降低建筑物體形系數(shù)，最好控制在0.3以下。但體形系數(shù)過小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，造成建筑呆板，平面布局困難，甚至損害建筑功能。因此要權(quán)衡利弊，兩者兼顧。

圖1 明廚明廁式設(shè)計圖

圖2 明廚暗廁式設(shè)計圖

2、節(jié)能技術(shù)對于建筑形態(tài)造型設(shè)計的影響

節(jié)能技術(shù)向建筑形態(tài)轉(zhuǎn)譯過程中所傳達(dá)的信息，是一種抽象的形態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系。新節(jié)能技術(shù)突出以物理學(xué)相關(guān)知識：流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、熱力學(xué)等為形體處理依據(jù)。由這些依據(jù)決定的建筑多表現(xiàn)為流線化的造型，由此使建筑變形，更具流動、非幾何性的特征。諾曼福斯特設(shè)計的倫敦市政廳（圖3）。該建筑提供近17000m2的使用面積，容納議會、委員會辦公室及一些公共設(shè)施，以及市長辦公室等。建筑的造型是一個變形的球體，高約50 m，共分10層。這種變形并非隨意而來，而是通過計算和驗證來盡量減小建筑暴露在陽光直射下的面積，以在冬夏季分別增加和減少太陽熱（圖4），從而獲得最優(yōu)化的能源利用效率。具體做法是通過對全年的陽光照射規(guī)律的分析，得出建筑表面的熱量分布圖。利用這一結(jié)果確定建筑的外表面形式，以達(dá)到用最小面積的建筑表皮促進(jìn)能源效率最大化的目的?！敖?jīng)過計算的這一類似于球體的形狀比起同體積的長方體，表面積減少了25%?！?/p>

福斯特總能以一種超乎尋常的理性方式，根據(jù)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)公式，“計算”出建筑的表皮形式，而其計算依據(jù)則是夏季倫敦酷熱的直射陽光。同時這種建筑的表皮形式也因為“計算”而呈現(xiàn)出流動、非幾何性的特征。

圖3 倫敦市政廳

圖4 根據(jù)冬夏季太陽輻射角度“算出”的建筑形體示意圖

3、節(jié)能技術(shù)對于建筑立面形態(tài)設(shè)計的影響

圖5 公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻體所占比重最大，占整個建筑耗能的25%。實踐證明，相對普通外墻而言，使用節(jié)能外墻可使室內(nèi)溫度相差在10℃左右。因此，外墻除了應(yīng)具有基本的承重、安全圍護(hù)等功能外，外墻體的保溫設(shè)計相當(dāng)重要。隨著我國建筑節(jié)能技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，目前我國建筑中采用的新型墻體材料主要有加氣混凝土砌塊、粉煤灰空心砌塊、陶粒砌塊和輕集料砌塊等，保溫節(jié)能墻板主要有聚苯乙烯板、擠塑板和泡沫玻璃等。

此外，窗戶是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中耗熱的薄弱環(huán)節(jié)，也是薄壁的輕質(zhì)構(gòu)體。在建筑能耗方面，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總散熱量中，鋁、鋼、塑窗散熱量平均約占50%，所以節(jié)能工作的重點就是改善門窗的絕熱性能。方法如下：①合理控制窗墻面積比：據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)窗戶傳遞的熱量是同面積墻體傳遞熱量的2～4倍，因此，必須適當(dāng)?shù)販p小窗面積，以減小空調(diào)的能量損耗。但設(shè)計時要按照不同地區(qū)氣候特征來合理控制窗墻比。如在南方地區(qū)，為了能在冬季可以獲得較多的太陽輻射熱，在夏季利用較大的南向窗戶進(jìn)行自然通風(fēng)，建筑設(shè)計中的窗墻比要比北方地區(qū)的要大一些。②加強(qiáng)外窗的遮陽措施：冬季室內(nèi)熱量散失的最薄弱環(huán)節(jié)之一就是建筑外窗，其能耗是同面積屋頂?shù)?倍、墻體的4倍，對建筑能耗影響較大。因此可增設(shè)外陽卷簾、遮陽百葉、遮陽板、遮陽棚。此外，為了達(dá)到一定的遮陽效果，可以適當(dāng)增加南向陽臺的挑出長度。③加強(qiáng)外窗的隔熱性能?？刹捎帽馗魺嵝阅芎玫牟Ａ?，或者采用有很好效果的貼熱反射薄膜，特別是選用對太陽光中紅外線反射能力強(qiáng)的反射材料，如熱反射鍍膜玻璃、低輻射Low-E玻璃、雙銀Low-E玻璃等。④改善外窗的保溫性能。利用空氣間層熱阻大的特點，采用多層玻璃窗或中空玻璃，以減少空氣滲透，最終降低耗能。

在全球范圍內(nèi)大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保生活的今天，我國在建筑節(jié)能方面具有巨大的潛力，只有扎實認(rèn)真地做好建筑節(jié)能設(shè)計工作，才可以有效地降低建筑耗能，為中國能源保護(hù)工作做出貢獻(xiàn)。當(dāng)代建筑師應(yīng)積極關(guān)注節(jié)能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，在設(shè)計過程中，不斷探索節(jié)能建筑形態(tài)的設(shè)計方式，使其平面布局、空間功能、結(jié)構(gòu)體系都能更好的達(dá)到節(jié)能效果，尋求建筑、環(huán)境、能源消耗之間的最佳結(jié)合。

[1] 廖東偉、羅耀忠.淺談節(jié)能建筑設(shè)計要點.廣西城鎮(zhèn)建設(shè).2010.7

[2] 嚴(yán)建偉.生態(tài)建筑軟化趨勢——解讀生態(tài)建筑形態(tài)特征.石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報.2006 .19(2)

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1674-3954（2011）03-0302-01