节能建筑的低技术设计方法初探

发布时间：2022-11-08 13:30:06 浏览数：次

打开文本图片集

作者简介：李佶春（1988-），男，汉族，四川成都人，西南交通大学建筑学院硕士研究生在读，研究方向：建筑设计及其理论。

快递地址四川省成都市高新区西部园区西南交通大学犀浦校区李佶春收 15882348718 邮编611756

摘要：本文在了解前人以及当代的建筑师的设计过程中涉及的节能生态手法的基础上，结合课堂上的思考和理解，试图对建筑节能的低技术设计方法进行一些初步的总结和探讨。

关键词：建筑节能低技术可持续设计

一.两个前提：

其一，对于节能建筑的低技术设计方法的探究并非建立于对高技术手段的排斥之上。建筑节能的手段不可拘泥于分类与框架，其根本原则是因地制宜，灵活变通，在合理科学的评价体系下选择综合价值最高的符合建筑设计目标的节能手段。

其二，人工环境的舒适度与人工环境的能耗存在辩证的关系，一方面不能为节能就完全牺牲人居的舒适度，这样就本末倒置，另一方面，不能为了无休止地提高舒适度和居住体验的质量而消耗大量能源造成浪费。凡事有度，要在满足人合理的居住要求的基础上，倡导适度耗能，节能绿色，寻求节能与耗能的均衡点。

基于对自然环境的尊重以创造宜人的人工环境，对局部环境以及微气候的被动式调节是一个被广泛应用的思路。这并非一个新课题，在相关理论方面，1963年，美国普林斯顿大学出版社出版了《设计结合气候》，直到20世纪90年代一系列生态建筑设计名著诞生，在这段时间里，西方建筑师就此问题进行了理论探讨。而建筑上的实践，可以追溯工业文明之前的传统乡土建筑；近则有诺曼.福斯特、查尔斯.柯里亚、杨经文等著名建筑大师的相关作品。

二.设计思路分类：

常见的建筑节能的低技术设计思路大致可分为两大类：

太阳辐射控制和自然通风控制。并相应地在总体和单体设计中不同方面进行节能设计探索，如下表：

总体设计思路

单体设计思路

选址

外部环境

外部空间

形体组合

方位朝向

体型

平面

立面

剖面

太阳辐射

考虑在区域不同地点的太阳辐射差异

水体、绿化与基地地形

规划、公共空间以及构造物的布置

建行组组合方式与阴影关系

南向喜阳与北向喜阴

建筑体型系数

平面热交换与隔离

遮阳与立面集热

垂直方向热环境

通风与空气质量

考虑周边建筑物或坡地的遮挡

地形与绿化调节局部空气质量

利用规划组团划分局部气候

利用建筑形体组合与围合调节局部风压风势

朝向夏季主风向，规避冬季寒流

房屋进深、高度等组织通风

平面风路

立面通风

剖面导风

三.总体设计（布局与规划）

1.选址。

严寒和寒冷地区的建筑不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹地里，因冬季冷气流在凹地里形成对建筑物的霜洞效应。对于炎热地区，建筑应趋向溪水、河流或者湖泊等水体以及绿地，利用生态环境的热交换和遮蔽效果。

2.利用绿化进行温度调节。

在确定的基地中，通过对自然绿化的利用以及人工绿化的营造，可以降低城市密集结构和高能量交换所带来的负面影响，改善“小气候”，建筑师可将绿化、水面结合设计概念和规范要求，布置在住宅夏季主导风向的上风向，以降低进入室内的空气温度和空气湿度，力图创造可以不用空调等耗能装置进行室内环境的调节，以达到绿色节能的目的。

3.外部空间：选择良好的朝向；尺度合适的间距；适宜的组合方式。

方位朝向对建筑物的太阳能利用和自然通风效果具有决定性的影响。

对于寒冷地区，太阳照射建筑物外表面使其温度提高，经结构透热再使建筑物内表面温度提高，然后再由表面以长波辐射的形式向室内传递热量；太阳辐射也可直接透过窗户进入室内使室温提高。这样至少在白昼可以有效提高室内温度，减小主动加热系统（如空调和暖炉）的负荷。

在炎热地区，在满足了城市规划、建筑防火间距和日照间距的前提下，在住宅之间设计有价值的阴影遮挡，从而有效降低区域环境温度，提供凉爽的内部街道环境。另外在其它建筑物的阴影下，房屋外表面避免了强烈的阳光暴晒，通过外墙和窗户传入室内的热量大大减少，这将有利于用较少的能耗改善室内热环境。

在这样的情况下，在设计中按照日照规律来规划建筑群体是节约建筑采暖制冷能耗的有效措施。

4.外部环境散热。

现代城市中，随着人口增多、建筑密度增大，环境结构发生了改变，城市中心地区，建筑外环境的散热速度和散热能力不断下降。如果只考虑增强建筑外围护结构的隔热能力，不考虑环境的散热状况，是没有办法从根本上解决节能的问题的。

这说明建筑隔热应该与环境规划结合起来才能创造可持续发展的建筑环境：综合考虑天空、空气与风等环境散热的重要因素、考虑城市水体对环境散热的作用、考虑植物的分布及城市新生态系统的建立，提升外环境的散热性能，才是解决城市热岛效应的方向。

四.单体设计思路。

1.平面节能设计：

（1）热环境的合理分区。

即结合人们对不同房间的使用差异，对室内温度区域进行划分，避免均质温度造成的低效率。杨经文常采用外置交通核来减弱热湿气候区灼人的太阳辐射对建筑主要使用空间的剧烈影响；厄斯金设计的位于寒冷地区的Gadelius别墅则把北向不利地带作为车库及贮藏空间，成为其起居室北向缓冲空间。

（2）设置温度阻尼区。

即在室内与室外空间等有温度差异需要的空间之间设置过渡空间。

（3）减少阳台对冬季日辐射的遮挡：

即对阳台朝向、进深、形式进行节能控制。

（4）有效的外墙保温。

朝向不同方向的墙面如果均按照相同的传热系数配置保温层就没有充分发挥它的经济效益，所以

（5）平面风路设计。

建筑内部的通风条件是决定人们健康、舒畅的重要因素之一。它通过空气更新和气流的生理作用对人体的生物感受起到直接的影响作用，并通过对室内气温、湿度及内表面温度的影响而起到间接的影响作用。

2.立面节能设计

（1）确定合适的窗墙比。

窗墙面积比对建筑能耗的影响，主要取决于窗与外墙之间热工性能的差异，相差越大，影响越显著。

（2）建筑遮阳的设计：

1）固定遮阳板：水平遮阳、垂直遮阳等

2）活动遮阳板与通风——可控遮阳

可控遮阳是一种崭新的日照调节系统，其主要特点是在一般遮阳基础上，对遮阳装

置进行灵活调整，使其既能满足冬季室内对阳光的需要，又可达到夏季有效遮挡阳光的

效果，同时改善了室内通风条件。可控遮阳体系有以下几种类型：

a.可调节型。

外观和固定遮阳相似，但芯板是可调节的水平百叶，可调整倾角以满足对日照的不同需要，调控方式包括手控机械和自动化控制等，且利用百叶可以造就丰富的立面效果。

b.活动型。

遮阳系统是可伸缩的活动型装置，按照不同季节改变遮阳深度，夏季可有效防热，又不影响冬季日照。

c.墙面绿化体。

沿外墙面生长的攀藤植物是天然可控遮阳体系，应该提倡在住宅受照面广植攀藤植物，以达到夏季降温的目的，同时也形成亲近自然的柔和外立面。但要考虑植物生长对墙体可能造成的负担和破坏。

可控遮阳体系可有效解决夏热冬冷地区的热稳定和舒适性问题，有明显的节能作用，对于夏热冬冷地区实施节能和可持续发展有重大意义，对全年综合节能有显著作用。如下表：

3.剖面节能设计

如同科里亚与杨经文等东南亚等地区的建筑师的实践和探索，利用对剖面的设计，产生对风压和气流控制，以达到调节室内气候，减少空调能耗的思路是比较常见的，这也是十分贴近建筑师的设计过程的方法。

结语：

通过国外生态建筑的环境设计策略的解读，可以知道研究低技术适应生态建筑的代表有提出“形式追随气候”设计原则的印度建筑师查尔斯.柯里亚以及埃及新乡土主义建筑师哈桑.法西等；而研究高技术适应生态建筑的则有以诺曼.福斯特、伦佐.皮阿诺等，他们的设计技术包含了从被动式气候适应等中间技术到利用计算机系统控制建筑外围护结构与外界的能量与物质交换等现代建筑新技术。

需要注意的是，中国作为一个发展中国家，照搬西方现代建筑设计方式是无法与地方气候、生活方式不适应，与地方文化产生联系的，是与我国国情不符的。建筑节能的设计应该结合结合我国的经济、技术水平，客观地分析特定地区环境（包括自然环境与人文环境），创造出符合当地特点的中国现代绿色建筑。

参考文献：

[1]蔡君馥等合著，《住宅节能设计》，中国建筑工业出版社，1991。

[2]林京，《杨经文及其生物气候学在高层建筑中的运用》，世界建筑，1996。

[3]庄涛声，《建筑的节能》，同济大学出版社。

[4]王鹏，谭刚，生态建筑中的自然通风，世界建筑，2000。

[5]宋皓哗，利用热压促进自然通风，建筑学报，2000。

推荐访问:初探节能方法建筑设计