1、寒冷地区低能耗办公建筑设计策略【摘要】：通过分析寒冷地区办公建筑能耗特点以及寒冷地区气候特点，从形体设计、采光通风、维护结构等几个方面对寒冷地区办公建筑进行综合考虑，初步探讨寒冷地区低能耗办公建筑的设计策略。 关键词：寒冷地区 办公建筑 低能耗设计策略 中图分类号：TU2 文献标识码： A 一、背景 进入 21 世纪以来，随着我国城市化进程的加快，建筑能耗在总能耗中所占比重越来越大。其已逐渐与工业能耗、交通能耗并列，成为我们三大能源消耗之一。在我国，建筑的总能耗已经占到全社会总能耗的25.5%左右。纵观建筑全生命周期，建筑材料生产耗能和运输耗能只占总能耗的 20%左右，大部分的能耗消耗发生在建
2、筑运行的过程中。 我国大型公共建筑的单位建筑面积能耗大约是普通居住建筑的 10 倍左右，办公建筑是公共建筑中一个重要的建筑类型。在我国，随着经济的发展，各个城市都在兴建新办公楼，如果不注意控制办公建筑的节能问题，那么后果将是非常严重的。 二、寒冷地区办公建筑的能耗特点分析 2.1 办公建筑的功能及组合形式 办公建筑通常由主要使用空间、次要使用空间和交通联系空间三个部分组成。现代办公建筑主要使用空间包括具有办公功能的办公空间及与办公功能密切联系的会议空间、展示空间。办公建筑中的交通联系部分可以分为水平交通、垂直交通、交通枢纽三个部分。在使用行为上,办公建筑也不相同于其它建筑,如其使用时间主要集中
3、在白天,通常是上午8 点到下午 17 点,且周末休息。 在办公建筑单体设计中，由于不同的功能要求出现多种空间组合形式。不同的空间形式会影响到使用和建筑的能耗。按照办公建筑空间布局特点划分，可以分为以下几类（见图 2-1）：外廊式办公楼、内廊式办公楼、核心筒式办公建筑、带内院的办公建筑、以中庭为核心的办公建筑等几大类。 2.2 寒冷地区办公建筑的能耗特点 防寒保温是我国寒冷地区内办公建筑寒冷地区的首要任务，对于大型城市的办公建筑，夏季的隔热通风问题也不容忽视。如北京、天津、石家庄、郑州等这些人口超过百万的大型城市,夏季极端气温可达 40以上。所以再对这些城市的建筑进行防寒保温的同时也须兼顾夏季的
4、防热以及自然通风等方面的问题。 现代办公建筑多依赖于建筑设备对室内空间环境进行调节，其主要的能源消耗为冬季采暖与夏季制冷。此外，大型办公建筑的能耗过大的另一主要原因是大量使用比较落后的玻璃幕墙技术。另一方面，部分大型办公建筑的形体设计方面存在问题，内部空间与外界环境处于隔离状态，空调使用时间较其它办公建筑相比时间过长。 三、寒冷地区低能耗办公建筑设计策略 3.1 寒冷地区低能耗办公建筑的形体设计策略 对于寒冷地区辐射与热损失而言,建筑物周长与面积之比(P/A)越大,在白天辐射的热就越多,夜间热损失也越大。同样 P/A 值越小,白天得热就越小,夜间热损失也越小。在寒冷地区 P/A 应最小。另一个
5、重要的参数为体形系数(S/V):建筑表面积与体积之比。体型系数是决定其热量得失的重要因素。建筑表面积越大,通过它的热量得失就越多,所以小的体型系数也就意味着小的热量得失。相同体积的情况下通过减少表面积降低热传递,有利于节能。 3.2 寒冷地区低能耗办公建筑的采光与通风设计策略 a.采光 人工照明是办公室中能源消耗大的主因之一，占据了电力消耗的50%。自然光线无疑具有电力照明所不具备的种种优点。使用自然光照明,例如通过修建天井和设计进深较窄的楼面,可以部分的代替人工照明,这样大约能够节省 40%-50%的能耗。 对现代办公建筑来讲，不能完全的用自然光线取代电力照明,但是可以通过科学的设计最大限度
6、的利用自然光线。我国的北方地区日照较为充足,设计中应减少办公建筑的进深,利用光反射系统或者采用中庭、采光井来减少昼间对电能的依赖。同时恰当的屋顶形式也能为建筑最大限度地争取到自然光线。如(图 3-1)所示，经过优化的屋顶设计将有效地提高建筑中庭冬季日照的区域。 b.通风 自然通风能够改善室内热舒适和空气质量。夏季利用自然通风进行被动式降温可以减少空调的能耗,进行被动式降温有两种途径,一是将室外空气引入室内,直接吹过人体,加速水分的蒸发,从而使人感到凉爽；二是夜间通风降温。即把夜晚的凉风引入室内,使室内蓄热材料充分散热。第二天，蓄热材料可以使减缓室内的温度的上升。 自二十世纪六十年代末,波特曼中
7、庭理论问世以来,中庭作为“富有生活气息、充满人性的场所,犹如一个室内的城市广场”而存在。但同时由于设计者对节能问题的认识不当或缺乏足够的技术支持造成了许多建筑物的中庭成为建筑高能耗的“黑洞” 。 对于北方地区的中庭,应同时兼具采暖和降温功能。采用的具体策略如下:对于夏季办公建筑,应为中庭采取一定的遮阳措施并在顶部设置电动换气扇,良好组织中庭通风,防止室内热量聚集,降低空气温度；利用中庭空间阻挡阳光直接辐射进入室内,在阻挡强光直射的同时,利用反射光为相邻房间提供照明；在空调状况下,办公建筑房间夏季吸热,因此保持建筑平面紧凑布局,尽量渐少主体建筑外围护面积是最有效的节能手段。 3.4 寒冷地区低能
8、耗办公建筑的维护结构设计策略 北方寒冷地区建筑的冬季防寒保温对建筑的节能意义重大。具体说来,就是除改善采暖设备能耗以外,还需加强建筑外维护结构的保温性能。建筑维护结构的传热系数是影响建筑采暖能耗的重要因素。 a.外墙系统 墙体是建筑外围护结构的主体。单一墙体材料在作为主要承重结构的同时,往往难以满足较高的保温、隔热要求。因此复合墙体越来越成为当代墙体的主流。复合墙体一般用砖或钢筋混凝土作承重墙,并与绝热材料复合，或者用钢或钢筋混凝土框架结构,用薄壁材料夹以绝热材料作为墙体。复合保温墙体构造主要分为外保温、内保温和夹心保温三种类型。其中外保温做法效果较好,是目前较常见的一种保温构造做法。外保温构
9、造可防冷(热)桥,不仅冬季保温性能好,而且夏季隔热性能优良。 如今“玻璃幕墙”似乎成了办公建筑的代名词,但是闪亮的幕墙背后却隐匿着巨大能耗的缺口。现在许多办公建筑的保温隔热处理是通过采用装有遮阳系统的双层通风玻璃幕墙（简称 DSF）实现的。但是现阶段DSF 在我国国内推广条件还不成熟,主要是因为我国无论是设计院还是幕墙公司都不具备设计出热物理性能良好的 DSF 所需要的相应知识和经验。同时 DSF 的造价较高,一般为普通幕墙的 4 倍以上。因此,在我国现阶段的条件下,中空玻璃与断热型材组成的单层幕墙和外遮阳系统相结合的外表皮结构是值得推广的方式之一。 b.外窗系统 窗是建筑中一个特别而重要的外
10、围护结构,和其他所有外维护结构一样,窗户也要保证室内的环境不受或者少受室外环境的不利影响，对于一般性的办公建筑窗户仍然是室内进行通风的主要途径。 窗户曾经是节能建筑设计中的一个薄弱构件,其传热系数可达墙体传热系数的 2-3 倍,我国节能法规中对窗户面积有一定的控制。限制窗户面积可以减少窗户引起的热损失。毋庸置疑,窗户的选择直接影响着建筑的节能效率,在工程项目中外窗系统的选择与设计必须综合考虑造价、保温性能、材料特性等因素。在此基础之上提出相应的外窗系统方案。 四、总结 寒冷地区不仅冬季极端寒冷而且夏季气候也较为炎热,虽然在该地区采取的主要措施是对建筑进行保温处理,但是夏季的防热也不容忽视。协调好冬季防寒和夏季防热设计的矛盾，对气候的剧烈变化采取应对的策略,在此基础之上进行设计可最大程度的节约建筑能耗。
