02 建筑规划设计与节能16春.docx

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02建筑规划设计与节能16春

•任何一个建筑都具有地域性，建筑的地域性首先表现为地理环境的特殊性，它包括建筑所在地点和地区自然环境特征，如气候条件、地形地貌、自然资源等，其中气候条件所起的作用最为重要。

•设计人员应从气候条件、建筑选址、居住区规划开始，分析以上各种因素,综合不同资料作为节能建筑设计的前期准备工作。

•在建筑节能设计中必须考虑其所在地的气候区域，使所设计的建筑很好地适应当地的气候。

•我国《民用建筑热工设计规范》从建筑热工设计的角度，将我国各地气候划分为五个区域（严寒地区、寒冷地区，夏热冬冷地区，夏热冬暖地区，温和地区）。

不同热工分区下的建筑节能设计原理

1、严寒与寒冷地区

⑴改进建筑维护结构的保温性能，进一步降低采暖需热量。

⑵推广各类专门的通风换气窗，实现可控制的通风换气，避免为通风换气而开窗；

⑶改善采暖的末端调节性能，避免过热；

⑷推行地板采暖等低温采暖方式；

⑸积极挖掘利用目前的集中供热网，发展以热电联产为主的高效节能热源。

2、夏热冬冷地区

⑴根据夏热冬冷地区的气候特征，住宅的维护结构热工性能首先要保证夏季隔热要求，并兼顾冬季防寒。

⑵夏热冬冷的部分地区室外风小，阴天多，需要从提高住宅日照、促进自然通风角度综合确定窗墙比；不同季节平均风速不同，在进行窗墙比设计时要注意灵活调整。

⑶该区夏季太阳辐射强，持续时间久，因此要特别强调外墙遮阳、外墙和屋顶的隔热设计。

3、夏热冬暖地区

住宅设计以改善室内热环境、减少空调用电为主。

⑴隔热、遮阳、通风设计在夏热冬暖地区中非常重要。

⑵设计中首先应考虑的因素是如何有效防止夏季的太阳辐射；对于屋顶隔热，可考虑通风屋顶、蓄水屋顶、植被屋顶、带阁楼的坡屋顶以及遮阳顶等多种样式的结构形式。

⑶应利用窗口遮阳。

建筑气候区划：

•《民用建筑设计通则》（GB50352－2005），该标准以年一月和七月的平均气温、七月平均相对湿度等作为主要指标，以年降水量、年日平均气温小于等于5℃和大于等于25℃的天数等作为辅助指标，将全国划分为七个一级区，即：

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ区，在一级区内，又以一月、七月平均气温、冻土性质、最大风速、年降水量等，划分为若干二级区。

•适用范围:

一般工业建筑与民用建筑,适用范围更广,涉及的气候参数更多。

一、建筑节能规划设计中的基本术语

1．围护结构指建筑物及房间各面的围挡物，如墙体、屋顶、门窗、楼板和地面等。

按是否同室外空气直接接触以及建筑物中的位置，又可分为外围护结构和内围护结构。

2．建筑物体形系数（S）指建筑物与室外大气接触的外表面面积与其所包围的体积的比值。

3．围护结构传热系数（K）在稳态条件下，围护结构两侧空气温度差为1K，单位时间内通过单位面积传递的热量，单位：

W/（m2•K）。

4．外墙平均传热系数（Km）外墙包括主体部位和周边热桥（构造柱、圈梁以及楼板伸入外墙部分等）部位在内的传热系数平均值。

按外墙各部位（不包括门窗）的传热系数对其面积的加权平均计算求得，单位：

W/（m2•K）。

5．窗墙面积比：

指窗户洞口面积与房间立面单元面积的比值。

6．窗玻璃遮阳系数表征窗玻璃在无其他遮阳措施情况下对太阳辐射透射得热的减弱程度。

其数值为透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm厚普通透明窗玻璃的太阳辐射得热之比值。

7.外窗的综合遮阳系数（Sw）考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数，其值为窗本身的遮阳系数（Sc）与窗口的建筑外遮阳系数（SD）的乘积。

8.建筑物耗冷量指标按照夏季室内热环境设计标准和设定的计算条件,计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需要由空调设备提供的冷量，单位：

W/m2。

9.建筑物耗热量指标：

按照冬季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需要由采暖设备提供的热量，单位：

W/m2。

10.空调年耗电量：

按照夏季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积空调设备每年所要消耗的电能，单位：

kWh/（m2.a）。

11.采暖年耗电量：

按照冬季室内热环境设计标准和设定的计算条件,计算出的单位建筑面积采暖设备每年所要消耗的电能，单位：

kWh/（m2.a）。

12.空调、采暖设备能效比：

在额定工况下，空调、采暖设备提供的冷量或热量与设备本身所消耗的能量之比。

二、建筑节能工程的系统设计理念

建筑节能设计就是从分析地区的气候条件出发，将建筑设计与建筑微气候，建筑技术和能源的有效利用相结合的一种建筑设计方法，也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖，多获得热量和减少热损失；夏季最大限度地减少得热和利用自然能来降温冷却。

从时间维度上，建筑节能工程设计基本过程从拟定目标、预测分析、方案综合、评价反馈到实施管理阶段

，设计者对分析、综合和评价体现出较强的主观性和系统性。

建筑节能工程设计的一般流程

建筑节能工程的设计属于集成设计，集成设计应体现资源能效、动态发展和环境共生三原则。

1、新建建筑节能设计的一般方法

新建建筑的节能设计主要体现在两个方面：

一是力求实现建筑物本身对能耗需求的降低，二是加大再生能源在建筑物上应用

2、既有建筑节能改造设计的一般方法

三、建筑节能设计的主要内容

1建筑主体节能设计

2常规能源系统的优化设计

①因地制宜进行冷热源优化选择，提高采暖、空调

系统的能量转换效率；

②采用合理的调控方式，节省输配系统能耗；

③优化照明控制，减少照明能耗；

④选用适宜能源制备生活热水，如利用工业废热、热泵、空调余热和分户燃气炉等制备热水。

3可再生能源利用

太阳能利用技术、地热利用技术、风能利用技术、生物质能利用技术和地源热泵技术等。

建筑节能技术的20字要领：

“调节阳光、控制通风、合理保温、高效设备、用户可调”

遵循三原则：

①建筑节能应与气候相适应

②建筑节能应与社会发展相适应

③建筑节能应与系统协调性原则。

一、建筑选址中的节能

1、气候条件

节能建筑设计必须了解：

大气候条件：

当地太阳辐射强度、冬季日照率、降水、冬夏两季最冷月和最热月平均气温、极端最低温度、极端最高温度、空气湿度、冬夏两季主导风向频率等。

建筑所在位置小区域环境的微气候条件：

城市热岛效应，周围建筑群高度、人口的疏密程度，交通组织、环境植被、水域等影响因素。

2、地形条件影响建筑能耗

建筑所在位置的地形地貌：

平地或坡地、山谷或山顶、江河或湖泊水系,建筑选址将直接影响建筑室内外热环境和空调能耗的大小。

建筑的选址、朝向，应选择有利于通风的位置。

应重视因地形变化而产生的地方风对住宅建筑防寒、保温的影响，合理地利用山谷风、水陆风等自然能源。

3、地表环境

居住区表面覆盖层会影响小气候环境

表面植被或水泥地面都直接影响建筑采暖和空调能耗的大小。

因此，建筑节能设计要求，建筑地表环境应有足够的绿地和水面，严格控制建筑密度，尽量减少水泥地面。

节能居住小区规划设计时，要求合理利用植被和水域减弱热岛效应，改善居住区热湿环境。

4、争取使建筑向阳、避风建造

⑴居住建筑的基地应选在向阳、避风的地段上；

⑵注意选择建筑的最佳朝向；

⑶选择满足日照要求、不受周围其他建筑严重遮挡的基地；

⑷利用住宅建筑楼群合理争取日照。

二、建筑规划组团布局影响建筑节能

•⑴如严寒地区及寒冷地区的庭院空间，利用建筑布局形成一种良好气候防护单元，对节能有利。

•充分利用和争取日照，避免季风的干扰，组织内部气流，利用建筑的外界面，形成对冬季恶劣条件的有利防护改善建筑的日照和风环境，做到节能。

•⑵建筑组团平面布局

•布局形式有：

行列式、错列式、周边式、混合式、自由式。

⑶建筑组团的空间布局

在建筑布局时，寒冷地区应尽量避免风漏斗现象，风漏斗可改变风向与风速。

三、建筑朝向影响建筑节能

朝向选择的原则：

冬季能获得足够的日照并避开主导风向，夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。

朝向选择应该考虑的因素：

①冬季有适量并具有一定质量的阳光射入室内；

②炎热夏季尽量减少太阳直射室内和居室外墙面；

③夏季有良好的通风，冬季避免冷风吹袭；

④充分利用地形并注意节约用地；

⑤照顾居住建筑组合的需要。

1、建筑朝向影响建筑日照和建筑物接受的太阳辐射量

充分的日照条件是居住建筑不可缺少的，日照不仅可以采光、采暖，阳光中的紫外线更有良好的杀菌消毒功效。

在分析室内日照条件和朝向的关系上，应选择在最冷月具有较长的日照时间和较高的日照面积，而在最热月有尽可能低的日照面积的朝向。

•综合考虑：

日照时间和日照质量

太阳辐射强度居室内所获得紫外线的量冬夏季主导风方向对采暖通风的影响

•研究得出我国部分地区建筑最佳朝向、适宜朝向和不宜朝向参考数据。

下页表给出了“全国部分地区建议建筑朝向”。

2、建筑体型与建筑朝向

⑴不同体型对朝向变化敏感程度不同：

长方形最敏感，Y形体形次之，正方形对朝向的敏感程度最小；

⑵无论何朝向如何，总辐射面积变化不大，建筑上总有一个辐射面的平均辐射面积较大；

⑶板式体型（长方形）建筑以南北主朝向时获热的太阳辐射最多；

⑷点式体型（正方形）与板式体型面积相同时，板式建筑的总辐射面积大于点式建筑。

⑸Y型体形由于自身遮挡，总平均辐射面积小于上述两种体形。

四、建筑间距与节能

1、建筑间距的设计应满足建筑的日照标准

日照标准包括日照时间和日照质量。

日照时间：

取冬至日（北半球）中午前后，底层日照时间为2h作为下限，再根据各地的地理纬度和用地状况加以调整。

日照质量：

通过日照时间和每小时日照面积两个方面的积累而达到的。

日照标准

•建筑日照：

阳光直接照射到建筑地段和建筑物表面及其房间内部的现象。

•依据：

《城市居住区规划设计规范》（GBJ50180-93）

•规定：

以底层窗台面为计算起点的建筑外窗获得的日照时间，冬至日或大寒日满足建筑日照标准。

（1）住宅日照标准

每套住宅至少有一间居室，四居室以上户型至少

有两间居室达到日照标准。

（2）其它建筑日照标准

•①宿舍半数以上的居室，应能获得同住宅居住空间相等的日照标准；

•②托儿所、幼儿园的主要生活用房，应能获得冬至日不小于3h的日照标准；

•③老年人住宅、残疾人住宅的卧室、起居室、医院、疗养院半数以上的病房和疗养室，中小学半数以上的教室应能获得冬至日不小于2h的日照标准。

五、建筑风环境与节能

建筑设计中应考虑风向和当地风型。

我国的风向类型可分为：

•季节变化型

•主导风向型

•无主导风向型

•准静止风型

•建筑节能设计应根据当地风气候条件作相应处理。

1、冬季防风设计方案——避开不利风向

⑴建筑主要朝向应避开不利风向

（2）利用建筑组团阻隔冷风

（3）设置风障，阻隔冷空气对建筑物的袭击

（4）减少建筑物因冷风渗透耗能

•2、夏季通风的设计

尽量争取被动式通风降温，利用自然通风，增加舒适度；尽量避免后一建筑物在前一建筑物的旋流区内，影响旋流区长度的因素有建筑物的尺寸和风向投射角。

•3、建筑风环境辅助优化设计

通风常需要采取风洞模型试验或计算机数值模拟试验的方法预测。

•1、建筑平面形状

•建筑设计时，原则上应使围护结构的总面积越小越好。

在相同的建筑体积V下，由于围护结构的总面积不同，热耗相差很大。

设计时应注意使围护结构面积A与建筑体积V之比为最小。

2、建筑长度与节能

•在其它条件不变时，增加建筑物的长度，对节能有利。

从100米减至50米，一般能耗增加8～10％；从100米减至25米，对于五层住宅，能耗增加25％；九层住宅，能耗增加17～21％

3、建筑宽度与节能

•增加居住建筑物的宽度，对节能有利；对于九层住宅建筑，如宽度由11米增加到14米，能耗可减少6～7％，如增大到15～16米，则能耗可减少12～14％

4、建筑平面布局与节能

•合理的建筑布局使建筑在使用上带来极大的方便，同时也能有效地提高室内的热舒适度和有利于建筑节能。

•在建筑热工环境中，主要从以下两方面考虑：

热环境的合理分区设置温度阻尼区

2、建筑体型与节能的关系

1.围护结构面积与节能的关系

•建筑物围护结构总面积与建筑面积之比A／A0这一指标表征建筑物的长度和宽度以及立面的造型.

•有资料研究表明，围护结构总面积与建筑面积之比每变化0.01，可使能耗增加或者减少；如对于五层住宅，能耗增、减1.25～1.75％，对九层住宅可增、减1.5～2.0％。

2、表面面积与节能的关系

•表面面积系数：

即建筑物其它外表面面积之和A1（单位m2）与南墙面面积A2（单位m2）之比，这一比值，更能反映建筑体型对太阳能利用的影响；

•计算外表面面积时，地面面积按30%计入外表面积，因地面散热较小。

•从利用太阳能角度来看，南墙是得热面。

若南墙面足够大，其它外表面尽可能小，则：

表面面积系数减小，则对节能有利。

3.建筑体形系数与节能

•建筑体型系数：

建筑物与室外大气接触的外表面积

与其所包围的体积的比值。

单位：

1/m。

•外表面积的计算：

不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积，不包括女儿墙，也不包括屋面层的楼梯间与设备用房等的墙体。

突出墙面的构件如空调板在计算时忽略掉，按完整的墙体计算即可。

•研究资料表明：

体型系数每增加0.01，耗热量指标增加2.5%。

对于居住建筑，体型系数宜控制在0.30以下。

控制体形系数的方法

•

（1）加大建筑物的体量，即加大建筑物的基底面积，增加建筑物的长度和进深尺寸；

•

（2）建筑体型不宜变化过多，外形变化尽可能地减少最低限度；

•（3）对于体型不易控制的点式建筑，可采用群楼连接多个点式的组合体形式；

•（4）适当增加建筑物的层数。

窗的设计与节能关系

•①窗墙比、玻璃层数及朝向对节能的影响

•②附加物对节能效果的影响

•③窗的夜间保温对节能效果的影响

•④窗外遮挡对节能效果的影响

一、节能建筑的评价方法

•访谈调查法

•抽样调查法

•观察法

•文献法

•问卷调查法

•实验法

二、节能建筑的评价指标

1规定性指标（CompulsoryIndex）

•主要是对各能耗系统，如围护结构的传热系数、体形系数、窗墙比和遮阳系数，以及采暖、空调和照明设备最小能效指标等，所规定的一个限值，凡是符合所有这些指标要求的建筑，运行时能耗比较低，可以被认定为节能建筑。

2性能性指标（PerformanceIndex）

•不具体规定建筑局部的热工性能，但要求在整体综合能耗上满足规定要求，某一节能目标可以通过各种手段和技术措施来实现。

•它允许设计师在某个环节上有一定的突破，从而给了设计师较大的自由发挥的空间，鼓励了创新，满足了设计师在自由设计和建筑节能规范控制两方面的需求。

3年能耗评价指标

•年能耗评价方法综合了影响建筑能耗的各个方面因素，包括围护结构，空调系统和其他建筑设备等。

•其中，最具有代表性的是ASHARE90.1提出的能量费用预算法（能耗准则数）。

它根据实际设计的建筑物构造一个标准建筑物（即参考建筑物），然后通过能耗模拟计算软件分别计算设计建筑物的年能耗费用DEC和标准建筑物的年能耗费用SEC，如果计算结果满足DEC≤SEC或E＝DEC/SEC≤1则认为达到了要求，否则就得采取一定的节能措施和节能设计方法按照设计建筑物的现场条件修改设计建筑物，直到上式成立。

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