摘要:通过对刚竣工的佛山某新概念节能示范楼的建筑节能设计策略的综合介绍和简要总结,旨在与同仁深入探讨普通建筑的节能设计理念和手法。谋求为决策者、建设方、管理层及设计师提供借鉴,期待大家摒弃短见和狭隘,来共同关注生态节能、低碳环保建筑的开发、发展与规划。
　　
　　关键词:新概念建筑;生态节能;设计策略
　　
　　abstract:this paper gives a general introduction and brief conclusion of the design strategy of the just completed new concept energy saving sample building in the city of foshan, looking forward to deep discussion with fellow workers upon the idea and technique of the energy conservation design of general construction, intending to provide references for decision makers, building teams, management departments and engineers, and expecting that everybody overthrow narrow and shortsighted views and jointly concern the development, progress and planning of eco-friendly, low-carbon environment protective buildings.
　　
　　keywords:new concept building;eco energy conservation;design strategy
　　
　　中图分类号:tu241.3
　　文献标识码:b
　　文章编号:1008-0422(2010)09-0106-05
　　
　　1引言
　　建筑走向今天,“建筑生态化”势在必行,营造节能低碳建筑与生态住用环境已成为未来发展的必然趋势。www.11665.com建筑的生态化一般应具备如下的基本特征:第一,能为人类提供“宜人”的室内空间环境。它包括健康宜人的温度、湿度,清洁的空气,好的光环境、声环境以及灵活开敞的空间。第二,在对自然资源的利用上,对环境的索取要小。主要指节约土地,在能源与材料的选择上贯彻减少使用、重复使用、循环使用以及用可再生资源替代不可再生资源的原则。第三,对环境的影响要最小,主要指减少排放和妥善处理有害废弃物以及减少光污染、声污染。节能建筑是建筑生态化的具体物化,其设计思想是充分利用建筑所在环境的自然资源和条件,在尽量不用常规能源条件下,创造出人们生活和生产需要的室内外环境。
　　节能建筑的设计关系到三方面的研究内容:当地气候特征,室内环境的设计要求,以及建筑物的结构特征。基于以上认识和背景,本案从应用自然优先的节能技术和措施出发,运用大量建筑学专业设计手法,以建设自然和谐的生态建筑为目标,力求打造集住用理念创新、技术应用创新、管理手段创新于一身的新式建筑。
　　
　　2项目概况
　　该节能示范楼选址于佛山某基地,是空军资源节约现场会的主题示范工程,本工程建设目的是要体现建筑策略、建筑技术、节能环保领域上多种前瞻的设计理念,并将适用的高新技术综合利用,以求能为将来部队营房发展提供导向性作用。
　　新概念示范楼定位于连队宿舍,设计师通过对“连队大家庭、生态新营房”这一人文理念和技术理念的提炼,结合连队住用实际要求及当地气候环境特点,着力解决 “通风、隔热、除湿、遮阳、防潮”等环境影响,达到了人与环境和谐相处、生态系统良性循环,军事功能、生活功能、文化功能整体协调、可持续发展的良好效果。(见图1)
　　值得欣慰的是项目建成后反响强烈,已接待军内外参观团队150多批,成为了目前实际意义上的全军第一栋技术应用全面、保障功能齐全、节能效益明显、建筑环境和谐的绿色节能示范楼。
　　
　　3设计要点
　　秉承“自然优先”的原则,设计上实现了人与环境和谐相处;生态系统良性循环;军事功能、生活功能、文化功能整体协调;达到了可持续发展的目的。设计提出的“连队大家庭”——人文理念;“生态新营房”——技术理念的构想,重点体现了“自然化、和谐化、人性化”三方面要求。
　　3.1设计理念
　　为方便部队使用要求,在建筑布局功能上进行了优化布置,实现了连队大家庭的人文理念。贯彻了“集中住用、集成建设、集约保障”的理念。对住用单位进行收缩:将分散住用的单位整合在一起,合并建设,节约了用地;对建设要素进行整合:将以往单独设置的办公、训练、生活、学习、文化活动等各种使用要素集中建设,合理布局,综合利用,提高了建筑使用率;对保障设施进行优化,房间布局可根据人员住用变化,灵活调整开间。相对集中式布局利于水暖电卫和通信等各种管线集中布设,一次性规划到位。(见图2,图3,图4,图5)
　　3.2 建筑设计策略
　　为重点解决南方炎热建筑在“通风、隔热、除湿、遮阳、防潮”等环境影响方面的突出问题,本设计主要有以下几个“亮点”:
　　3.2.1首层架空1.2m:借鉴杆栏式建筑处理手法,彻底解决潮湿地区防潮技术难点,同时可带来良好的自然通风效果。(见图9)
　　3.2.2南向全斜面处理:建筑外形传承岭南退台式建筑风格,采用斜支撑和悬挑结构,契合使用功能变化要求。斜面上采用绿藤植物攀沿而上,形成了良好的导风面,有效地满足了隔热、通风、遮阳需要,同时为装配太阳能板提供了“天然”条件。南侧立面设置有太阳能光电板,在高峰的时候可以提高3kw的额外电能。(见图13)
　　3.2.3西侧景观建筑(荣誉室)结合蓄水屋面、人工水池形成西向水帘幕墙,有效解决了西晒遮阳的问题,同时形成景观建筑与周边环境的自然融合,为建筑的“生态感”平添神韵。(见图6)
　　3.2.4热缓冲中庭空间设计理念:建筑内功能适宜的中庭有效地整合各使用功能用房,在解决不同气候时段通风、拔风、遮风、避雨、冷热缓冲的同时,形成完整的过渡空间、建筑形态和室内微气候效应。
　　3.2.5风塔的设置:中庭内设置风塔起到拔风的作用,利用“烟囱”效应加快空气流动,有效带走热空气,达到自然通风的目的。(见图7)
　　

　4节能技术措施
　　“示范楼”内广泛应用了当今国内外先进适用的 “五新”成果和节能技术理念,主要按照保温隔热、防潮除湿、通风空调、节水节电四大系统集成,共计采用了26项相关技术,形成夏热冬暖地区建筑节能体系。
　　建筑节能技术具有地域性。不同的建筑气候热工分区,甚至相同气候分区内的不同位置,建筑节能措施都会有所不同。南方地区的建筑节能应当从隔热出发,开发自己的一套体系,而不应当过多依赖北方的现成做法。本设计就是一种尝试和探索,并成为一种模板,供决策和管理部门研究论证,以期在其它同类建筑中推广应用。
　　 本建筑设计中按照总体系统的设计观念,大量采用自然手段和清洁能源,利用建筑空间布局实施各项节能设计措施,综合考虑了各种因素——物理的、化学的、生态的、社会的环境,以满足人的身体和心理、精神方面的各种需要。设计中的环境综合考虑不仅包括室内空气质量,也包括热舒适度、良好的光照、声学环境以及空间大小尺度、位置关系等。力求摸索出一条适合本系统特点的低技术条件下生态节能小区的建设之路 。
　4.1 自然通风技术
　　本工程借鉴传统热带民居中对于自然通风进行降温的一些宝贵经验措施,并应用到建筑的防热设计中,是设计中重点考虑的问题。
　　对于生物气候型建筑而言,抵挡不良气候和地理环境对建筑的影响,中庭是一种有效的空间形式。由于空间高度不同造成压力差,从而形成中庭内气流运动,这种效应又叫做“烟囱效应”。恰当地利用中庭的“烟囱效应”,可以有效地促进自然通风并达到节约建筑能耗的目的。(见图7、图8)
　　设计中在控制主体建筑进深(最大处9m)、围合中庭以利于自然通风和采光的基础上,采取设置风塔、1.2m首层地面架空层、中庭可开启高侧窗等措施,(见图9)并对自然通风系统进行计算机cfd模拟测试,确定风塔、可开启高窗有效通风面积及设置位置。其中玻璃风帽(见图10)可以最大限度地吸收太阳的热量,提高塔内顶部空气温度,按热压作用与风口高度的关系△pstock=pghβ△t(p为空气密度,β为空气膨胀系数)判定热压作用更强,即进一步增强了“烟囱效应”,带动楼内各层的空气循环,从而达到良好的自然通风效果。据测算,应用效果明显,在保证室内环境温湿度要求的前提下,缩短空调运行时间10~20天,节约空调用电6.7%~13.3%。
　　4.2 综合遮阳技术
　　4.2.1 窗口内外遮阳结合
　　根据太阳入射角的不同,在建筑的不同方位综合运用绿色植物、百叶窗、电动遮阳帘、铝合金栅格、西向水帘等多种自然、人工遮阳手段,有效地阻止了夏季太阳对建筑的直射。在满足室内自然光照度的前提下,减少辐射热,可降低建筑能耗10~20%。
　　窗口外遮阳是改善居住建筑室内热环境、降低空调能耗的一项重要措施。遮阳与采光大多数场合是相互冲突的要求,要在遮阳的同时满足室内采光的需求,采取只有折中的方法。而理想的遮阳方式与构造要同时满足冬夏季不同时刻室内热环境对太阳辐射热的不同要求,夏季的平均遮阳系数越大,遮阳效果越好,冬季的平均遮阳系数越小,遮阳对冬季热环境所引起的负面影响越小。另外,利用百叶可以在一定程度上遮挡强烈的太阳光,避免眩光尤其是改变光线的方向,使室内光环境均匀、柔和,因而改变室内的热环境和光环境。(见图11)
　　4.2.2 玻璃隔热反射技术
　　外窗采用low-e双层中空玻璃(6mm+9mm
　　+6mm),外镀热反射膜。在保证可见光透入,满足室内自然照明的前提下降低辐射热,达到建筑节能的目的。(见图12)
　　适用于南方地区使用的low-e玻璃具有较多的阳光遮挡效果(以遮阳系数sc表示)。经测算,外窗传热系数由6.4w/m2.k降低到1.7w/m2.k,降低建筑能耗73%。其实, low-e中空玻璃在冬天同样可将室内的热量保持在室内。即使因南方冬季不采暖而难以体现直接的节能作用,它也能很好地改善室内舒适度。
　　4.2.3 南向斜面绿化
　　南向斜面采取退台式建筑造型,同时创新结构体系,采用斜支撑和悬排结构。在南向斜面上采取经济的自然绿化遮阳措施,满足采光、遮阳要求;同时建筑造型为太阳能光伏发电板的设置提供了有利条件,以期实现太阳能一体化建筑。(见图13)
　　4.3保温隔热技术
　　4.3.1 屋面绿化生态技术
　　屋面采用绿化种植,有效阻碍太阳对屋顶的直晒,降低屋顶传热系数。同时结合屋面雨水采集,在屋顶形成绿化生态系统。对屋面进行保温隔热作用的同时,起到绿化美观、营造环境的效果。可降低屋面建筑能耗50~75%。(见图14)
　　4.3.2 蓄水屋面技术
　　屋面设置蓄水池,有效地收集屋面雨水,通过水蒸发的汽化潜热带走大量辐射热量,可形成良好的屋顶隔热层,降低屋面传热系数,对屋面起到保温隔热作用,达到建筑节能目的。同时为建筑西向水帘景观提供水源。测试表明可降低屋面建筑能耗60~80%。(见图15)
　　4.3.3 墙体保温隔热
　　墙体采用200厚蒸压加气混凝土砌块(会呼吸的、微孔混凝土墙体材料),减小墙体传热系数,加强保温隔热作用。可降低建筑能耗63.5%(只指围护结构墙体部分)。
　　4.4除湿及空调通风技术
　　主要包括空气除湿技术(在阳光晾衣间设置空气取水机,起到除湿作用,见图16)、空气源热泵技术(机组cop能效比值高,与电热水器相比节电60%以上,见图17)、水冷式变频多联机空调技术(cop值与普通分体空调相比提高70~80%,与风冷式变频多联机空调机组相比提高20~30%)、地表水水盘管换热技术(与采用冷却塔的水—空气换热的常规做法相比,节省能耗20%)、操作间排油烟技术(油烟去除率高于75%,油烟排放浓度小于2.0mg/ m3)等。
　　4.5节水节电技术
　　主要包括太阳能热水技术、中水回用技术、雨水收集回用技术、节水装置技术、太阳能照明技术以及太阳能光伏水泵技术(通过太阳能光伏水泵将湖水加压送至屋顶蓄水池,用于西墙水帘景观用水)、光导管照明技术(主要用于建筑内无外门、外窗的暗房间的室内白天照明。其技术原理主要是通过光纤将室外太阳光引导至室内做为照明光源。(见图18)led照明技术、智能照明技术(室内照明系统中使用红外超声波探测器、光线感应器及智能控制器等装置,对灯具进行时间、有无人、照度变化、场景变化等不同情况下的不同照明控制)、设备智能控制技术、永磁接触器、变频器等节能产品应用技术等十余项成熟可靠的节能科技产品。
　　综合采取以上技术措施,在建筑节能方面,达到了70%,超过了国家规定的50%的节能指标;保温隔热方面,通过采用新型保温材料,降低了空调能耗30%;节水方面,通过采用中水回用技术和节水器具,年节水850吨;节电方面,通过使用节能灯具,采用地表水源热泵空调、光伏发电、光导管等综合节电技术,年节电40530kw·h。经综合分析,与同等规模的普通营房建筑相比,年运行费用节约3.65万元。
　　而该楼建筑成本造价2300元/m2,节能技术成本1000元/m2,与当地同类建筑相比,造价约为1.5倍,与其它同类节能示范建筑相比,每平方米综合造价约为其55%。
　　
　　5结语
　　建成后,各级首长、诸多专家和参观者、使用者对“示范楼”工程给与的评价是:该楼做为本系统“绿色建筑”的典范,遵循可持续发展原则,体现人与自然融合的理念,通过科学而新颖的建筑整体设计,集成应用了防潮隔热、通风遮阳、太阳能发电、空调技术、中水回用、节能水电器具、绿色建材和智能控制等国内较为先进的技术、材料和设备,体现了“建设理念新、技术运用新、管理手段新”的特点,充分展示人文与建筑、环境及科技的和谐统一。
　　将原设计方案(见图19)基本不走样地付诸实践并得到高度认可是个艰辛而曲折的过程,这需要建筑师扎实的技术功底、巧妙的说服能力、高超专业集成以及可信实的技术主张和技术坚持。老实讲,经历二十年无数的建筑创作,在一种特定的环境中能把自己的设计理念和手法不改初衷地彻底贯彻落实这还是首次,虽然规模不大,也还存在这样那样的不足和缺陷,但立身当代建筑师处境已实属难得了,大有“二十年磨一剑”的味道!鉴此,要衷心感谢决策管理部门的开明和项目组同仁的通力协作。
　　建设可持续发展和谐社会的今天,“我们将把怎样的城市和乡村交给他们?建筑师如何通过人居环境建筑为人类的生存和繁衍作出自身的贡献?”(北京宪章)是每一位有责任感建筑师必须凝思冥想的问题。
　　“未雨绸缪”、“冷静客观”是每一个参与项目开发者必须保持的科学态度,如何把前瞻性规划与现实性需求完美结合才是可行与和谐之路。所以留给我们的只有清醒、论证和善于把握!
　　
　　参考文献:
　　[1]罗继杰.高舒适度低能耗健康建筑技术研究与应用.暖通空调,2007年第2、3期.
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