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高层办公建筑节能设计分析

摘要:随着时代的快速发展,现代大环境对高层办公建筑被动式节能设计要求不断地提高,人们也越来越重视被动式节能建筑方面的需求。本文首先叙述了实施被动式节能设计对高层办公建筑的重要性以及意义;其次具体分析了被动式节能设计相关内容,再次介绍了高层办公建筑被动式节能的特点,并从蓄热体的应用、建筑开窗,还有场地规划设计等方面提出了被动式节能的解决方案;最后详细说明了主动式方法对被动式节能设计的补充作用。

关键词:建筑;被动式;节能;设计

全球能源消耗每天都在增长,其中有很大部分能源用在实施建筑上。人们对建筑室内环境要求越来越高,想尽量减少建筑能源消耗。调和这种矛盾需要具备相关因素以及解决问题的能力,使用效率高的建筑节能方法。

1高层办公建筑被动式节能设计概述

能源紧缺已成为全球热门话题,能源危机给我们带来了严峻的考验。随着人们工作环境的不断恶化,城镇化人口数量的不断攀升,工作环境问题已经成为了现阶段最关心的事情。怎样才能使资源利用率达到最优化以及处理办公建筑成为了设计师主要考虑的问题。节能设计对高层办公建筑的能源规划起到重要的作用,在对办公建筑实行规划时要把节能设计应用在建筑施工中。高层办公建筑节能是指在建筑周期范围内运用专业的技术实现节能效果,整个过程包含建筑构造、施工现场的操作、材料的获取和使用、建筑的运行维护等步骤。被动式节能,是指利用非机械电气设备干预手段,对建筑节能技术进行干预,主要体现在对建筑的朝向与建筑结构的保温隔热技能上的节能设计,与建筑的朝向建筑的空调节能减耗和采暖通风都有关系。运用建筑设计时要特别注意这方面问题。被动式设计方法要求设计师有较高的职业素养,不仅专业能力要够硬,还要设计师充分掌握建筑环境情况,要活学活用,不只是套用学科知识,更是运用自己的智慧与实际情况相结合来对建筑进行节能设计。因时代要求建筑规模不断地巨大化,利用被动式节能设计,可以使建筑环境取得较大的改善。在设计阶段建筑师一定要汲取合适的节能设计观念,正确使用被动式节能设计的方法,让环境对建筑影响时尽量地获取正面因素、避免负面因素;并且设备工程师也要使用主动式节能方法,进一步补充和完善对建筑的环境协调能力。

2建筑节能的特点

2.1主动式建筑节能。主动式建筑节能以各种非常规能源的采集与储存、使用装置等构成完善的强制能源系统来部分替代常规能源的使用[1]。但是该节能方式最主要的能量来源依然是常规能源的消耗,而且需要高投资成本、高技术含量和高维修管理水平,与现在的高层办公建筑要求不符。2.2被动式建筑节能。被动式建筑节能则利用周围的环境和建筑物的朝向的合理设计,外部形体与内部空间、色彩的巧妙设计,及建筑材料的组合与构造实施得当[2],另外结合一些建筑结构配件设计出非常规能源的采集与使用装置以达到建筑物夏季制冷冬季采热的效果,节约常规能源所耗费用——即体现在低投资、低技术倾向。

3建筑设计中被动式节能措施

3.1蓄热体的应用。在传统高层办公建筑中,大多是对空气的直接制冷或者加热来调节室内温度。为了维持室内温度可以利用建筑材料具有的热随性原理,白天因为外面温度高室内温度低,利用围护结构存储太阳的辐射慢慢输送热量向室内,晚上再把温度排散出去,以达到室内一天的温度比较恒定;冬天则与夏天的方法相反。利用这种方式调节温度温和稳定,比空调更适合人们的周身体验,这也是一种良好的被动式节能手段,可以降低甚者可以消除因用空调所消耗的能量。3.2建筑开窗。在建筑开窗方面,放在第一位的应该是出于功能的考虑,以往设计中主要有景观、立面造型、通风采光等因素影响到开窗的选择。在我国大部分地区往往采用朝南的大面积开窗,朝北的小面积开窗的做法,是考虑到节能与采光之间的平衡。3.3场地规划设计。对于建筑的设计,利用场地来吸收或者是遮挡太阳的辐射,并且利用主导风向,降低或者增加温度和湿度。为了实现环境利用的最优化,可以利用地形、水体、植被以及群体建筑的布局达到目标,并产生节能的效果。3.4单体设计。在隶属于建筑节能设计中的被动式节能设计中,对于单体设计,主要是通过合理的平面布局来实现自然的通风和采光。在一定生态学的观念下,为了实现建筑的自然通风,可以从建筑相应地区的环境特点出发,对人工建筑物和自然条件的合理运用,积极地组织与顺应自然风的流动,利用热压、自然风压或者机械辅助等方法来达到目的。3.5围护结构的保温隔热。外墙、地面及屋顶等围护结构的连接点是建筑热工的软肋,并且与建筑节能设计紧密关联。依据建筑建筑内部的功能要求以及所在地区的气候环境,保温和隔热各有优势,内部保温效果比不上外部保温的效果,但是对于大型建筑供暖问题,内部保温效果更优于外部。选择这两种构造设计都要注意水蒸气会对建筑材料造成损坏,一定要做好防护工作以免给以后的工作留下隐患。围护结构是高层办公建筑中极其重要的一项工作,设计师在设计时一定妥善安排,让软肋变硬,功能得以顺利发挥。

4被动式节能的建筑设计注意事项

4.1保证建筑设计中自然通风。自然通风就是要依据风压原理,设计时合理安排门窗的相对位置、办公桌椅摆设等对风在建筑内部的流通影响,也可扩大小亭、天井、楼梯间等建筑内部开口面积,方便自然通风的流动[3]。进入高层办公建筑室内的气流会随着进气口的构造而发生改变,尽可能地控制进入室内的气流使它能吹向办公区及人体高度的范围。当风压作用变小时,利用热压原理,设置中庭产生烟囱效应实现空气的流通。4.2被动式太阳能利用。被动式太阳能具有低技术、低成本的优点,是通过巧妙设计,合理构造实现对太阳能的直接使用。(1)直接受益式系统。就是利用已安装好的导光板,把光线引入到室内,既解决了采光问题同时也搞定了取暖,一举两得。其原理是光线照在蓄热墙体上把热量存储起来,到了晚上再释放出来,以供室内取暖。(2)附加日光间系统。在建筑南向缓冲区(走廊、阳台等)利用透明玻璃成扩大透明空间,在此区间放置一些的贮热体,在太阳照射的作用下,缓冲区温度快速提高,贮存一部分,另一部分会流入办公室内,从而提高办公建筑的舒适情况。4.3外墙与屋顶的被动式节能设计。在外墙的隔热中,用土壤包裹外墙的三面,或者用既有效又环保的方法是将办公建筑的墙体掩埋于地下[4]。也可以用植被覆盖建筑外墙或者接近外墙的区域,因为冬天室内需要阳光的照射,夏天则要减少阳光的照射,所以可以选择落叶形的植物冬季落叶夏季郁葱。同样百叶也是个不错的选择打开百叶就可以接受阳光的照射,不需要时就关闭,具有较强灵活性。屋顶被照射的时间最长。传统的方法是用盖板架空或者使用保温层盖住屋顶。但种方法有些铺张浪费,没有用植被覆盖在屋顶上的方法好。

5主动式方法对被动式节能设计的补充

主动式节能即可再生能源(风能、太阳能和生物能等)被不同种类的电子机器构成主动系统把能量收集、转化与储存起来,从而提高了传统能源的使用效率。由于主动式节能自身存在很大的缺点,比如技术和设备的要求比较高、投资成本过大、使用过程中会造成巨大的能源消耗,所以国家致力于发展把燃料电池作为重要动力的建筑热电冷联动系统,研究开发燃气空调设备主要耗能是天然气。现有燃气发动机驱动的热泵还有太阳能为主,天然气为辅的除湿空调再生系统以及燃气轮机驱动的离心机,未来主动式节能设备一定会很好的辅助被动式设计工作。

6结束语

增加对建筑被动式节能设计的研究分析,对它取得良好的设计效果有着十分重要的意义,因此在以后的被动式节能设计应用中,要加强关注它的关键设计要素,并重视其具体设计实施方案的合理性。高层办公建筑不仅需要具备有专业能力的设计师,同样还需要设计师会具体运用主动式与被动式两种方法,以被动式为主,主动式为辅两者紧密结合,妥善处理。只有使两种方法相得益彰才能进一步建造以“节能”为核心的建筑设计,合理利用一切可以利用的资源,节约一切不必要的材料、能源消耗。在条件优越时尽量运用被动式设计,当条件恶劣时要尽可能的多使用被动式设计,如果有条件达不到的情况辅以主动式设计完成高层办公建筑工程。

参考文献:

[1]宋德萱.建筑环境控制学[M].南京:东南大学出版社,2015.

[2]龙惟定.办公建筑怎样实现降低20%能耗的目标[J].暖通空调,2016(36).

[3]陈志亮.办公建筑被动式节能设计[J].建筑遗产.2015(10):60-62.

作者:李珂 单位:郑州大学人才公寓开发与管理中心

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