可變體形系數(shù)在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用

蘭鵬 趙武征

摘要：建筑體形系數(shù)是影響綠色建筑設(shè)計的重要因素之一，是建筑節(jié)能設(shè)計中的重要指標。本文以長沙梅溪湖綠建展示中心為例，研究建筑體形系數(shù)的可變性設(shè)計在綠色建筑中的應(yīng)用，綜合考慮不同季節(jié)建筑的能耗和需求，實現(xiàn)綠色建筑的靈活性和高效性設(shè)計。

關(guān)鍵詞 可變體形系數(shù)；綠色建筑；應(yīng)用

一、項目概況

長沙梅溪湖綠建展示中心項目位于湖南省長沙市岳麓區(qū)梅溪湖片區(qū)，基地南臨岳麓山，北靠梅溪湖，景色優(yōu)美，視野開闊。本建筑功能為辦公，地上一二層為辦公展示區(qū)，三至六層為辦公區(qū)，七層為VIP辦公及展示區(qū)，建筑用地面積5000m2，總建筑面積為12125.15m2，地上建筑面積8700.43m2，地下建筑面積3424.72m2。該項目集國家綠色三星和英BREEAM綠色評價雙認證為一體，并于2013年12月份獲得了英國綠色評價標準BREEAM的outstanding認證、科技部第十屆精瑞科學技術(shù)獎的綠色人居金獎，是中南地區(qū)綠色建筑重要的標桿項目。

二、“可變體形系數(shù)”在該項目中的應(yīng)用

長沙梅溪湖綠建展示中心設(shè)計理念為：有生命力的格子。理念來源于中國古代窗格的形式，并始終將“格致”理念貫穿于整個建筑設(shè)計中：如圖1，建筑主體中部分“格子”體塊為辦公區(qū)，部分為連接周圍“格子”體塊的景觀陽臺休閑區(qū)，縱向上貫穿了兩個樓層，達到建筑的平面、立面、剖面、包括景觀的設(shè)計均圍繞“格致”理念進行設(shè)計的效果。

考慮到建筑的南北面均有良好的景觀視線，設(shè)計中增加南北向的景觀陽臺，使建筑更加人性化。同時外立面也呼應(yīng)“格致”的設(shè)計理念，

景觀陽臺的設(shè)計，優(yōu)化了建筑的使用功能：

1）親近自然，提高綠化率。景觀陽臺的增設(shè)，不僅讓室內(nèi)使用者能觀賞到岳麓山與梅溪湖的秀麗景色，保持人與自然的一個聯(lián)通。在景觀陽臺上增加綠化，還能增加建筑綠化面積，使建筑與自然形成對話；

2）創(chuàng)造良好的室內(nèi)小氣候。建筑形體上“凹”面景觀陽臺的設(shè)計，將有利于建筑自身導(dǎo)風，增加室內(nèi)空氣流動，保持持久的空氣清潔，同時陽臺景觀的設(shè)計也有利于調(diào)解室內(nèi)小環(huán)境；

3）建筑人性化。在此類公共建筑中添設(shè)景觀陽臺空間，不只是為使用者觀景提供方便，更重要的是它可以作為人們交流討論的場所，使整體功能分區(qū)更為豐富，最終令該建筑更加人性化地為人們服務(wù)。

但是建筑在加入凹陽臺后，為使用者送去方便的同時也帶來以下問題：

1）能耗增加。過多的凹凸增大了該建筑的體形系數(shù)，從而增加了建筑的能耗，這樣對于綠色建筑來說是不允許的；

2）人體舒適度的降低。在冬夏季節(jié)，室內(nèi)進陽臺的門需關(guān)閉以阻止熱量的損失，但是如果使用者在陽臺觀景或者交流，由于陽臺屬于半室外空間，直接暴露于室外，就享受不到室內(nèi)空調(diào)的影響，人體感覺不舒適。這也不符合該建筑“以人為本”的設(shè)計理念。針對前面提及的兩個問題，本項目在設(shè)計階段提出了“可變體形系數(shù)”這一概念?！笨勺凅w形系數(shù)”在國內(nèi)外都鮮有提及，屬于一個較為新穎的用于綠色建筑設(shè)計的方法。盡管在綠色建筑設(shè)計中有體現(xiàn)，但實際建成案例仍舊匱乏，無法準確有效地驗證可變的體形系數(shù)對建筑的實際作用。在長沙梅溪湖綠建展示中心項目中應(yīng)用“可變體形系數(shù)”這一被動式設(shè)計手法，我們重新驗證了“可變體形系數(shù)”這一被動式設(shè)計手法的優(yōu)勢。

1、體形系數(shù)的變化：

在本項目中通過在觀景陽臺的外側(cè)增加具有保溫效果的電動遮陽玻璃百葉，使該建筑的體形系數(shù)具有可變性。該電動遮陽玻璃百葉是與空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動的，空調(diào)開啟，遮陽玻璃百葉就會自動關(guān)閉。實現(xiàn)了該建筑對此，我們把該建筑分為“打開模式”和“關(guān)閉模式”兩種情況進行分析。

1）“打開模式”：

由于該項目位于夏熱冬冷地區(qū)，春秋季節(jié)是過渡季節(jié)，室內(nèi)空調(diào)不需開啟，但需要打開窗戶自然通風，陽臺處的玻璃遮陽百葉也會自動打開，以保證空氣的流動，保持良好的室內(nèi)環(huán)境。此時，該建筑的圍護結(jié)構(gòu)為圖3中紅色線圍合的區(qū)域，顯然，由于建筑平面凹凸過多，外表面積較大，此時的建筑體形系數(shù)為0.21，由于春秋季節(jié)不使用空調(diào)，自然也不存在能耗大的現(xiàn)象。如圖示：

2）“關(guān)閉模式”：

”凹”構(gòu)造的景觀陽臺設(shè)計，為建筑外表面積減小、體積變大提供了可能，以此來影響建筑體形系數(shù)。冬夏季時，室內(nèi)空調(diào)打開，玻璃百葉自動關(guān)閉，由于玻璃遮陽百葉具有保溫功能，同時滿足外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，取2.4 W/（m2.K）。此時，該建筑的圍護結(jié)構(gòu)為圖4中紅色線圍合的區(qū)域，顯然，通過與空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動的玻璃遮陽百葉的關(guān)閉，實現(xiàn)了該建筑體形系數(shù)的變化，由于此時建筑平面沒有凹凸變化，建筑直接與空氣接觸的外表面積減小，同時，建筑的體積變大，此時該建筑的體形系數(shù)為0.16。大大減小了該建筑的體形系數(shù)。

對于這兩種模式，我們通過PBECA建筑節(jié)能

軟件進行了兩種模式下的模擬，得到了兩組不同的數(shù)據(jù)：

2、遮陽與空調(diào)系統(tǒng)一體化設(shè)計：

通過“可變體形系數(shù)”，我們實現(xiàn)了遮陽與空調(diào)系統(tǒng)一體化的設(shè)計方式，將智能化的控制模式應(yīng)用到綠色建筑設(shè)計中，為以后綠色建筑設(shè)計精細化與一體化設(shè)計提供一種思路。

三、產(chǎn)生的效果

人體舒適度的變化：

“可變體形系數(shù)”為整個綠色建筑設(shè)計增添了其他可能。例如，在過渡性季節(jié)，電動遮陽玻璃百葉的開啟可以有效解決通風散熱問題，而不同于一般的封閉式陽臺；空間排布上，建筑內(nèi)部景觀陽臺的營造，類似建筑內(nèi)部與建筑外部環(huán)境的一個緩沖帶，不僅間接聯(lián)系了外部自然環(huán)境，而且作為可變體形系數(shù)界面，具有一定的隔聲作用；在冬、夏季，電動遮陽玻璃百葉閉合后，辦公區(qū)空調(diào)作用將可以擴充至景觀陽臺，如此，即便景觀陽臺空間未設(shè)置空調(diào)末端，建筑任然能夠提供一個舒適的非空調(diào)公共空間。

四、結(jié)語與建議

“可變體形系數(shù)”的應(yīng)用原理：“可變體形系數(shù)”，不僅可以在本項目中應(yīng)用，還可以應(yīng)用到其他建筑，例如利用外走廊的開閉，也可改變建筑的體形系數(shù)，如圖示：

“可變體形系數(shù)”技術(shù)原理是：

通過設(shè)置陽臺、外走廊或者其他功能房間把建筑凹進去的部分重新填充，成為一個過渡空間，減小建筑的外表面積，增大建筑體積，從而實現(xiàn)建筑體形系數(shù)的變化。

建筑體形系數(shù)變化的遮陽節(jié)能構(gòu)造措施，通過總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，還可延伸出幾種遮陽節(jié)能的構(gòu)造：

“可變體形系數(shù)”應(yīng)用的因地制宜性：

建筑體形系數(shù)的變換不是簡單的“開關(guān)、閉合”，達到合理開關(guān)的可變界面，要考慮建筑不同的氣候區(qū)劃、不同的使用功能、不同的表面形式、不同的空調(diào)系統(tǒng)等不確定的條件。我們在使用“可變體形系數(shù)”進行綠色建筑設(shè)計的同時，也要根據(jù)項目本身的特點，因地制宜，合理應(yīng)用，并通過軟件模擬，分析其為使用者及建筑本身帶來的“綠色”，綜合判斷，靈活應(yīng)用。

參考文獻：

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