淺談商業(yè)中庭的節(jié)能設(shè)計

孫立軍

摘要：隨著商業(yè)建筑設(shè)計理念的不斷發(fā)展，中庭在商業(yè)中的作用越來越重要。它既是商業(yè)內(nèi)部空間的重要元素，也商業(yè)建筑調(diào)節(jié)微氣候的重要部分。中庭是商業(yè)室內(nèi)外空間的自然氣候交換場所，對商業(yè)的整體節(jié)能、氣候控制等方面能起到積極的作用。

關(guān)鍵詞：商業(yè)中庭；氣候因素；初投資回收期；運營管理

中圖分類號：TU834 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-99-02

1.中庭的相關(guān)概念

中庭（Atrium），根據(jù)《牛津大辭典》的釋義：“中庭是指羅馬時代的中心庭院，帶頂?shù)幕乩?，主要位于教堂的入口前部”英國皇家地理學(xué)會釋意為：“在建筑物之內(nèi)或之間的有頂庭院，通常有幾個層次，以用作到達與流通的集中點”，

1.1本文研究的背景和目的

隨著商業(yè)建筑設(shè)計理念的不斷發(fā)展，中庭在商業(yè)中的作用越來越重要。它既是商業(yè)內(nèi)部空間的重要元素，也商業(yè)建筑調(diào)節(jié)微氣候的重要部分。中庭是商業(yè)室內(nèi)外空間的自然氣候交換場所，對商業(yè)的整體節(jié)能、氣候控制等方面能起到積極的作用。

但是，商業(yè)由于其較大的規(guī)模和眾多的人流，常因設(shè)計不當(dāng)帶來巨大的能耗。以國內(nèi)為例，“據(jù)統(tǒng)計目前已經(jīng)建成大約2000多幢高級賓館和寫字樓，800多家大型商場，設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的建筑面積約1.5億平方米，根據(jù)商業(yè)建筑的能耗調(diào)查統(tǒng)計，設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)的商業(yè)建筑每年的能源消耗費用接近150元/平方米，現(xiàn)有商業(yè)建筑的每年的能源消耗費用就高達225億元人民幣。”商業(yè)中庭因體積大、玻璃多，其能耗不容忽視，“基于半室內(nèi)半室外的空間環(huán)境特性，中庭是其所在的建筑物中的單位面積耗能最大的部分之一，換而言之，也是節(jié)能潛力較大的部分之一?！?/p>

2.商業(yè)中庭節(jié)能設(shè)計分析

通過對商業(yè)中庭已有研究成果的歸納，主要分為關(guān)于商業(yè)中庭的特性和節(jié)能措施以及關(guān)于被動式節(jié)能設(shè)計兩個方面的內(nèi)容。

2.1商業(yè)中庭的特性和節(jié)能措施

“中庭是建筑室內(nèi)外空間的自然氣候交換場所，對于建筑的整體節(jié)能、氣候控制和環(huán)境凈化等方面能起到積極的作用?！蓖饨绛h(huán)境的變化可首先作用于中庭，通過中庭空間的過渡，再作用于建筑內(nèi)的使用空間，這樣可以減緩室內(nèi)外的熱能交換速度，降低建筑物的熱損失，因此中庭可以看作應(yīng)對氣候的緩沖區(qū)，它猶如容器一般承載著龐大緩沖介質(zhì)——空氣，產(chǎn)生氣候梯度。

中庭對室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)作用體現(xiàn)在三個方面：采光效應(yīng)、溫室效應(yīng)、煙囪效應(yīng)。

（1）采光效應(yīng)

從中庭的定義分析，采光效應(yīng)是中庭最原始的作用之一，“中庭在大進深的建筑平面中起到采光口的作用，使大進深建筑的平面最遠處有可能獲得足夠的自然光線，從而減少建筑物內(nèi)的晝間照明?！鄙虡I(yè)建筑多為大體量建筑，進深較大，內(nèi)部采光嚴重不足，因此，在商業(yè)內(nèi)部設(shè)計一定的中庭空間有利于商業(yè)內(nèi)部采光，減少建筑照明產(chǎn)生的能耗。采光量的多少取決于采光窗的方向大小、采光窗的玻璃特性、中庭的高寬比、內(nèi)部材料的反射系數(shù)等。

（2）溫室效應(yīng)

中庭的溫室效應(yīng)離不開屋頂尤其是玻璃的特性?！安Ａㄟ^選擇性的方式傳遞太陽能輻射，普通玻璃允許大部分波長在0.4-2.5微米范圍內(nèi)的太陽短波熱輻射投射到室內(nèi)，輻射被室內(nèi)物體吸收而提高中庭室內(nèi)溫度，但被加熱的物體再次輻射出的長波卻不能通過玻璃窗射向室外，這樣太陽能就被保留在室內(nèi)了，被收集的太陽能能使室內(nèi)升溫，這就是中庭的溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)對中庭的節(jié)能具有兩面陛，溫室效應(yīng)有時有助于減少采暖能耗，有時卻增加制冷能耗。由于商業(yè)中庭制冷能耗大多占主導(dǎo)，其溫室效應(yīng)需要予以有效的控制和調(diào)節(jié)。

（3）煙囪效應(yīng)

“由于空間高度不同造成空氣壓力差，從而形成室內(nèi)氣流的運動，這種效應(yīng)叫做煙囪效應(yīng)”。煙囪效應(yīng)主要是側(cè)重于中庭的通風(fēng)。在現(xiàn)代建筑中盡管可以借助機械設(shè)備達到通風(fēng)的目的，但恰當(dāng)?shù)睦弥型サ臒焽栊?yīng)，可以有效地促進自然通風(fēng)并達到節(jié)約建筑能耗的目的。商業(yè)中庭的空間比較高大，對煙囪效應(yīng)十分有利，可以為自然通風(fēng)提供很好的動力。

2.2關(guān)于被動式設(shè)計

“被動式設(shè)計（Passive design）就是應(yīng)用自然界的陽光、風(fēng)力、氣溫、濕度的自然原理，盡量不依賴常規(guī)能源的消耗，以規(guī)劃、設(shè)計、環(huán)境配置的建筑手法來改善和創(chuàng)造舒適的居住環(huán)境?！彪m然商業(yè)建筑的室內(nèi)氣候環(huán)境主要依靠環(huán)境設(shè)備調(diào)控等主動式方法，但是在有些氣候條件下完全可以利用被動式設(shè)計創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境。

被動式設(shè)計的目的是盡量減少或者不使用制冷、供熱及照明設(shè)備，并創(chuàng)造高質(zhì)量的室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境。這一概念的設(shè)計策略強調(diào)的是：依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鬟M行設(shè)計：遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)的基本原則：考慮建筑功能和形式的要求等。

在對特定商業(yè)中庭進行分析時，被動式設(shè)計主要包括了自然采光、自然通風(fēng)、外圍護隔熱、保溫、遮陽等內(nèi)容。

（1）自然采光

自然采光就是利用中庭的采光效應(yīng)將光線引入到室內(nèi)，并以某種分布方式提供比人工光源更理想更優(yōu)質(zhì)的照明，減少人工照明以及相關(guān)的費用和污染，自然采光大大降低了能源消耗和運行成本?！敖ㄖ杏糜谡彰鞯哪茉凑寄芎目偭康?0-50%，照明產(chǎn)生廢熱形成的附加冷負荷占能源利用總量的3-5%，適當(dāng)?shù)淖匀徊晒獠呗钥梢怨?jié)省照明能耗的50-80%?！鄙虡I(yè)建筑外墻一般開窗很少，能節(jié)省的照明能耗與其它建筑類型比是比較差的，中庭采光窗的采光效應(yīng)對商業(yè)建筑來講就格外重要。

（2）自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是利用中庭的煙囪效應(yīng)。其作用在于兩方面：一是自然通風(fēng)帶來的被動式冷卻可以減少能源消耗：二是它可以清除潮濕和污濁的空氣，提供新鮮清潔的天然空氣。

在濕度較重的條件下，自然氣流通風(fēng)是獲得熱舒適的非常有效的方法，通過引入自然風(fēng)到室內(nèi)并提高室內(nèi)空氣的流速，能夠增加人體皮膚表面的汗液蒸發(fā)，減少由皮膚潮濕引起的不舒適感覺，并加強人體與環(huán)境空氣之間的對流，降低溫度。

（3）外圍護隔熱、保溫、遮陽

建筑的圍護結(jié)構(gòu)，由包圍空間并將室內(nèi)與室外隔開的結(jié)構(gòu)材料和表面裝飾材料構(gòu)成，商業(yè)中庭的外圍護結(jié)構(gòu)包括采光頂玻璃、屋面、遮陽體系等。外圍護結(jié)構(gòu)必須分析其隔熱、保溫、遮陽等對能耗的綜合作用，外圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計是決定建筑運行過程中能源消耗的主要因素。由于能耗是相對靜態(tài)的，其效果也是比較好控制的，

（4）氣候因素

氣候因素對節(jié)能設(shè)計尤其是被動式節(jié)能設(shè)計是十分重要的。傳統(tǒng)的中庭以及中國的庭院在設(shè)計上都很好的響應(yīng)了當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩??！霸谥型サ臍夂蛟O(shè)計中，從傳統(tǒng)建筑中汲取生態(tài)因素是非常必要的。在不同的氣候分區(qū)中，利用不同的建筑組織形式的所形成的中庭的微氣候環(huán)境不同。”

在影響建筑設(shè)計的外部因素中氣候是一種相對穩(wěn)定的因素，對于中庭被動式設(shè)計來說非常關(guān)鍵。

3.結(jié)束語

本文對商業(yè)中庭節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)研究成果進行了歸納，通過對商業(yè)中庭節(jié)能設(shè)計理論和實例分析，不難發(fā)現(xiàn)在目前在實際設(shè)計和研究中普遍存在以下問題：

（1）建筑設(shè)計中重空間效果而忽視節(jié)能設(shè)計。

（2）商業(yè)中庭形式與構(gòu)造沒有考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩亍?/p>

（3）節(jié)能設(shè)計僅從某一方面進行分析，缺乏對多種節(jié)能設(shè)計因素的綜合評價。

（4）節(jié)能設(shè)計模擬對象一般為虛擬建筑，計算結(jié)果與實際偏差很大。

但因筆者水平有限，不能對所提問題給予解決。還需要其他同行們不吝賜教，多多提出建議。