住宅建筑节能设计的分析_建筑设计论文范文

住宅建筑节能设计的分析
沈大青
摘要：只有大力发展环保建筑设计才能有效地节约现有地球资源，才能走上可持续发展的道路，如何在住宅建筑设计中，更好地利用自然能源，提高住宅建筑中能源利用效率。本文主要从总体规划设计、建筑单体设计这两个方面对节能方面进行分析。
关键词:规划设计建筑布局节能设计
1 低能耗居住建筑设计
1.1总体规划设计
1.1.1建筑选址
选址的节能问题是一个与自然整合的问题, 要符合自然规律,尽量利用自然环境来创造适合人类生存的条件。建筑选址需争取日照,避风建宅。建筑基地宜选在向阳的地段上,为争取日照创造先决条件,而不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处,因为冬季冷气流易在凹地里形成对建筑物的“霜洞”效应, 位于凹地的底层或半地下建筑为保持所需的室内温度所消耗的能量,就会相应地增加。
1.1.2建筑布局
住宅群的形状和道路的不同走向对风向和风速有明显的影响,住宅群和道路之间多为速度较小、方向竖直的管状气流,很难穿越建筑物,所以必须考虑建筑群体的形状与体量的组合和布局,适当布置建筑物,做到不同体量、不同角度、不同间距、不同道路走向的建筑物合理组合,充分利用自然通风和日照。
冬季降低冷风风速避免冷风渗透, 减少建筑物和场地表面热损失,节省能耗;夏季可以组织良好的通风,在建筑物之间及建筑内部形成良好过堂风,达到自然通风和降温。
从建筑群的平面布局来说,宜采用错列式、斜列式及自由式等形式,而不宜采用不利于自然通风的周边式和并列式布局。从竖向布局来说,宜将较低的建筑布置在夏季风的迎风面的前端,这样有利于季风的渗透。
1.1.3建筑朝向
选择合理的建筑朝向是群体设计中首先要考虑的问题, 朝向对建筑能耗具有举足轻重的影响, 最佳朝向范围的概念是日照和通风两个主要因素共同作用的结果。例如正东向和正西向朝向的建筑比正南向的建筑每年要多消耗20%的电能, 然而正南向并不一定与当地的太阳入射角和夏季风主导方向相符合, 而且理想的日照方向也并不一定是最有利的通风方向。从单栋建筑的通风来看,房屋垂直于季风主导方向最好,但从整个规划来看,这种情况并不完全有利,而往往希望形成一个角度,以使各排房屋都能获得比较满意的通风。因此,我们所选定的建筑朝向应当满足以下要求: ①冬季具有适量和一定质量的日光照入室内; ②炎热季节尽量减少太阳直射室内及居室外墙面;③夏季通风良好,冬季避免冷风吹袭。
在实际工程中,我们应该利用合理的朝向,使建筑在夏季尽量避开南向烈日的炙烤,而冬季争取尽可能多的温暖阳光,使建筑获得冬暖夏凉的宜人环境。在设计中根据日照和太阳入射角确定住宅朝向范围后,再进一步根据季风主导方向进行调节,选取合理的朝向,以获得良好的夏季穿堂风.
1.1.4建筑间距
建筑间距的确定一般是由日照间距和节地措施决定的, 阳光对于个人不仅有卫生学的意义, 同时对人的心理及精神也具有一定的影响。它不但是热源,同时还可以提高室内的日照水平,一般居住建筑总希望夏季避免日晒而冬季又能获得充分的阳光照射, 因此在选择住宅的日照时间时,通常取冬至中午前后2h日照为下限,再根据地理纬度和用地情况加以调整,从而保证住宅室内具有一定的日照量,进而确定建筑的最小间距。从建筑的竖向布局来说,前排建筑采用斜屋面或把较低的建筑布置在较高建筑的阳面方向都能够缩小建筑的间距。
1.2建筑单体设计
1.2.1平面设计
住宅平面设计的合理性在很大程度上可以节约能耗, 在住宅平面设计中,夏季穿堂风和全明房是建筑物节能的关键因素。住宅房间进深对穿堂风的形成和效果具有决定性的影响, 一般房间进深不应大于15m,但我们可以适当增加套型进深,以便于在限定的建筑面宽内增加建筑面积。建筑平面的巧妙布局也能获得满意的节能效果,如将电梯、楼梯、管道井、设备房和辅助用房等布置在建筑物的南侧或西侧,可以有效阻挡日射;与之相连的房间不仅可以减少冷消耗, 同时可以减少大量的热量损失。另外,现在许多住宅都配置超大阳台,开发商往往注重于其作为室内外过渡空间对观景的作用,而建筑师也常常将其作为丰富建筑立面效果的元素,实际上在夏热冬冷地区它还能起到夏季遮阳和通风的作用。西、南立面的阳台封闭起来,又可形成热交换过渡空间,保证冬季室内热量散失慢,夏季节约空调冷量。
1.2.2立面设计
根据当地的气候状况改变墙体的角度, 可以提高住宅对气候的适应性和对自然资源最大限度的利用, 如外倾斜南墙屋面和层层出挑可以获得更大的遮阳面, 内倾斜南墙屋面和层层退台则可以获得更大的阳光照射面,北向墙面结合屋顶做适度的内倾斜,可以将冬季冷风导向天空,减少冬季风的风压,以此降低围护结构的热渗透,同时还可以创造优美的立面效果。
1.2.3遮阳设计
设置遮阳设施,考虑空调设备的位置。减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内。建筑的遮阳由来以久,形式多样,体现在不同的技术层面上。在低技术方面,采用藤蔓植物、深凹窗、外廊、阳台、挑檐、遮阳板等遮阳措施;在中等技术层面上,主要有选择性透光遮阳(镀膜玻璃、磨砂玻璃等)、热反射窗帘及可手动调节的遮阳百叶等;在高技术层面上,有随着太阳光的入射角度和强度变化而自动控制的智能化遮阳设施。
1.2.4门窗设计
尽量减少门窗的面积,门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位,面积约占建筑外围护结构面积的30%,其能耗约占建筑总能耗的2/3,其中传热损失为1/3。被动式太阳能的利用一直存在着一对矛盾:冬季白天建筑南向为获得尽可能多的太阳辐射而开设尽量大的窗口以获得热量,然而白天获热量最多的部位也是夜间失热量最多的部位。所以门窗是外围护结构节能的重点,在保证日照、采光、通风、观景条件下,应尽量减少外门窗洞口的面积。
建筑中门窗材料和密闭性对室内温度变化起着一定的作用,设计中应采用密闭性良好的门窗,通过改进门窗产品结构(如加装密封条)、采用双层真空玻璃窗、中空玻璃窗等目前市面上的保温性能好的窗户,提高门窗气密性,防止空气对流传热。
1.3建筑体型系数
建筑形体与室内空间的热工能耗有着密切关系, 一般常用体型系数k作为衡量建筑热工性能的一项重要指标。体形系数是建筑物接触室外大气的外表面积F与其所包围的体积V之比值。空间布局紧凑的建筑体型系数小,建筑体型复杂、凹凸面过多的点式的低、多层及塔式高层住宅等空间布局分散的建筑外表面积和体型系数大。对于相同体积的建筑物,其体形系数越大,说明单位建筑空间的热散失面积越高。研究表明:体形系数每增大1%,能耗指标约增加2.5%。根据我国目前的节能目标,条形建筑其体形系数不应超过0.35,点式建筑其体形系数不应超过0.40。若在设计中能满足此要求,则单位建筑面积对应的外表面积就较小,外围护结构的传热损失也较少。因此,出于节能的考虑,在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数,但如果出于造型和美观的要求需要采用较大的体形系数时, 应尽量增加围护结构的热阻。假设一建筑物的初始长宽比为2,设宽为a,长为2a,高度为h,可得下式:
Tx=
以h为变量对该函数求导后,令其为零,则得最佳节能高度h0=0.222v1/3,最佳节能宽度w0=1.501v1/3,最佳节能长度l0=3.002v1/3。由以上可以看出,只要建筑物的总体积和长宽比一定,该建筑就存在一个最佳节能尺寸。
2 结束语
总的说来，我国建筑正处于起步阶段，有待于每一个建筑师结合现代技术及绿色环保观念，继承发扬独特的地域文化传统，设计出既能与环境共存，又能改善人类生活的绿色建筑对人居环境的探讨,一直以来都是建筑界所关注的热点问题, 人们在建筑节能方面已经取得了很大成效。