楊修 黃翊婕

摘要：為了降低夏熱冬暖南區(qū)的建筑能耗，研究了夏熱冬暖南區(qū)公共建筑的低能耗節(jié)能規(guī)律，以南寧市某三產(chǎn)綜合樓項目為例進行了研究，采用軟件模擬計算和數(shù)據(jù)對比分析的方法，分析了建筑朝向、日照時長、中庭位置、遮陽板設(shè)計、綠植設(shè)計等設(shè)計手法對建筑能耗的影響，優(yōu)化建筑內(nèi)部功能布局和外表皮設(shè)計，引入綠植以提高環(huán)境與建筑的親近，提高活動空間的舒適感，最終實現(xiàn)低能耗設(shè)計的目標。

關(guān)鍵詞：低能耗建筑;公共建筑;節(jié)能設(shè)計;南寧市

中圖分類號：TU201 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0186-03

1引言

隨著我國經(jīng)濟實力不斷提高，城市建設(shè)總量的快速增長帶動了建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，由此用于制造建筑材料產(chǎn)生的能源消耗占中國總能耗的20%～30%。根據(jù)相關(guān)文獻的報道，當前國內(nèi)建筑行業(yè)的能耗已經(jīng)占到社會總能耗的30%。夏熱冬暖南區(qū)作為我國5個氣候區(qū)域之一，能源消耗較大，而公共建筑作為人群密度較高的建筑，能耗總量也同樣不可忽略。因此為了降低公共建筑的能耗、提高室內(nèi)舒適度，對夏熱冬暖南區(qū)的公共建筑節(jié)能設(shè)計有著十分重要的意義。

第一次引起人們對環(huán)境問題的關(guān)注緣于作家蕾切爾·卡森的《寂靜的春天》。20世紀70年代初，舒馬赫在《小是美好的》中提出人類應該倡導可再生能源利用，逐漸拋棄高能耗的技術(shù)和生活方式。90年代初，在里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會首次提出了綠色建筑的概念，由此開創(chuàng)了綠色建筑發(fā)展的新篇章。20世紀末歐洲在低能耗辦公建筑取得發(fā)展，如倫敦行政大樓，采用遮陽技術(shù)，減少建筑物的散熱面積，實現(xiàn)節(jié)能。在我國，首次在建筑領(lǐng)域提出生態(tài)問題的是80年代初李道增發(fā)表的論文《重視生態(tài)原則在規(guī)劃中的運用》。90年代末，宋曄皓先生首次提出緩沖層的概念，對低能耗建筑設(shè)計做出嘗試。我國綠色建筑發(fā)展的里程碑是2006年頒布的《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2006，此后我國綠色建筑建設(shè)進入快車道發(fā)展階段。在國內(nèi)節(jié)能政策的推動下，低能耗建筑也不斷發(fā)展，理論文章同樣層出不窮。

在世界能源格局變化發(fā)展的情況下，我國的能源安全受到諸多挑戰(zhàn)，經(jīng)過多年的努力，全國節(jié)能工作不斷取得新的成就，特別是在“十三五”時期，國家持續(xù)推進低能耗建筑、超低能耗建筑的情況下，建筑業(yè)迎來新的發(fā)展機遇。低能耗建筑有助于提升建筑環(huán)境品質(zhì)、減少建筑能耗，夏熱冬暖南區(qū)對低能耗建筑有迫切需求。近幾年來，由綠色建筑發(fā)展而來的低能耗技術(shù)在建筑應用中得到人們的關(guān)心并獲得大量的研究理論和成功案例。本文以低能耗建筑設(shè)計為導向，遵循低能耗建筑設(shè)計原則和策略，針對夏熱冬暖南區(qū)南寧市某三產(chǎn)綜合樓項目，提出符合當?shù)氐臍夂?、因地制宜的低能耗建筑設(shè)計方案。

2低能耗建筑設(shè)計原則

在建筑設(shè)計過程中，建筑師應當積極合理地使建筑適應當?shù)氐臍夂蛱卣?，?jié)約能源，并利用太陽能和其他可再生能源來節(jié)約能源。設(shè)計原則如表1所示。

3低能耗建筑策略

3.1地域環(huán)境與建筑低能耗設(shè)計

在初步設(shè)計階段，建筑方案應基于調(diào)研得到的項目所在地的氣候條件、文化特征、居民的生活習慣等資料，綜上分析出人們需要怎樣的建筑、怎樣的室內(nèi)環(huán)境。在低能耗理念的指導下，建筑設(shè)計必須更深層次認識到當?shù)氐娜照諘r長、太陽輻射強度、冬季風夏季風的主導方向等，同時了解周邊建筑的高度密度、周邊植被、水域等因素對其的影響。

3.2建筑規(guī)劃設(shè)計與建筑低能耗設(shè)計

3.2.1建筑形體

建筑形體設(shè)計需要考慮節(jié)能和節(jié)地，一般而言，體形系數(shù)越小的建筑，節(jié)能效果越好，且在夏熱冬暖南區(qū)，建筑需要減少過多的太陽輻射，避開西曬，盡量迎接夏季主導風以達到散熱的效果。

3.2.2建筑室內(nèi)布局

建筑室內(nèi)布局主要根據(jù)人的行為活動線來規(guī)劃設(shè)計，有日照需求的房間應盡量布置于南邊，建筑朝向宜南北向或近南北向，重要房間盡量避開冬季風向。在建筑室內(nèi)布置庭院是一項常用的改善室內(nèi)熱環(huán)境的手法，在公共建筑設(shè)計中，常常以中庭作為人流集散點，同時也起到優(yōu)化微氣候的效果。

3.2.3外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

在夏熱冬暖南區(qū)，圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能重點在于遮陽隔熱措施，即抑制太陽的熱進入建筑室內(nèi)。建筑表面可用淺色材料或隔熱涂料，減少太陽輻射;也可使用雙層墻或空氣間隔墻，在室外空氣進入室內(nèi)前先耗損一部分熱量;也可在屋頂或墻外設(shè)置遮陽板，遮擋太陽輻射，或在外墻設(shè)置綠植以及屋頂綠化。

3.2.4綠植設(shè)計

綠植綠化在改善建筑室內(nèi)的氣候條件中起著重要作用，可以減少室內(nèi)空調(diào)能耗，節(jié)約建筑物的能源消耗。綠葉產(chǎn)生的蒸騰作用及光合作用過程將會吸收大量的太陽輻射熱，對室內(nèi)外熱環(huán)境起到很好的調(diào)節(jié)作用，可在建筑周邊種植樹木、鋪設(shè)草地，也可在建筑內(nèi)部、建筑表皮及屋頂做綠植設(shè)計。

4低能耗建筑設(shè)計案例分析

本文選取的案例為夏熱冬暖南區(qū)典型城市南寧市的某三產(chǎn)綜合樓建筑項目，建設(shè)地點位于該市江南區(qū)。南寧市地處低緯度，太陽終年輻射強，降水豐富。夏長高溫多雨，冬短溫暖干燥，屬南亞熱帶季風氣候，多年平均日照時數(shù)為1827h，年平均氣溫21.6℃，無霜期345d，夏季以東南風為主，冬季以東北風為主，全年盛行東風。本項目擬建設(shè)一個現(xiàn)代化的商務辦公綜合樓，使用功能以商務辦公、酒店服務為主，打造一座具有舒適高效的公共建筑空間且與周邊環(huán)境和諧共處的低能耗建筑。

4.1基本體形與體形系數(shù)

體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍體積的比值。一般來說，體形系數(shù)越小，節(jié)能效果越好。運用Ecotect軟件，根據(jù)整年總的不舒適度的時長來比較為了抵消不舒適所需要消耗建筑的能耗量。由于建筑用地較為規(guī)整，朝向基本確定為正南北的情況下，為確定建筑基本體形，做了多個不同地面形狀、相同高度的方案進行比較，經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)：體形系數(shù)越小，建筑不舒適度時長越少。

4.2垂直功能分區(qū)

項目設(shè)置兩層地下停車場，集約利用土地;塔樓在裙房的基礎(chǔ)上向南退，在一定程度上避免北面學校的噪聲干擾，裙房頂部做屋頂綠化設(shè)計;塔樓中部設(shè)辦公出租區(qū)，最上部設(shè)酒店客房區(qū)，避免人群流線穿越，也保證酒店部分利用面向南邊江南公園的最佳景觀。

4.3庭院位置確定

現(xiàn)代公共建筑中庭第一次出現(xiàn)在凱文·羅奇設(shè)計的福特基金會總部大樓，由于其具有比城市廣場更加優(yōu)越的條件，后來被全世界設(shè)計師所效仿。中庭獨特的空間形態(tài)和構(gòu)造決定了中庭具有兩種效應：溫室效應和煙囪效應，合理的設(shè)計可以使中庭成為降低能耗的重要手段。在本次設(shè)計中，由于酒店和辦公出租的房間布置需多在南、北向，因此庭院的布置于中部。為了探索更低能耗的方案，在中部不同位置出了4種方案比對發(fā)現(xiàn)采用中部偏西的方案的建筑總負荷最小。

4.4外圍護結(jié)構(gòu)及遮陽板

本項目采用了良好的外圍護結(jié)構(gòu)方案，外墻采用加氣混凝土砌塊（B07級）+無機保溫砂漿的組合，外刷隔熱涂料，滿足防熱的要求。外窗方面采用鋁合金Low-E中空玻璃，具有良好的熱工性能。屋面采用種植屋面，減少太陽輻射，滿足屋面的保溫及隔熱要求。最終節(jié)能計算結(jié)果表明，本建筑節(jié)能率較節(jié)能設(shè)計標準規(guī)定提高5%幅度。

冬季時，東西兩面有足夠日照，南面日照時長過長，北面缺日照。夏季時，東面有足夠日照，南面日照足夠，西面日照時長，北面日照時間過長。夏熱冬暖南區(qū)陽光充足，夏天需要防曬，因此本設(shè)計采用垂直遮陽和太陽能熱板結(jié)合的方式，更能降低建筑能耗，創(chuàng)造舒適空間。通過光電效應或光化學效應，太陽能光電設(shè)備吸收太陽光并將太陽輻射直接或間接轉(zhuǎn)換成電能，本項技術(shù)將大大減少建筑能耗。

4.5建筑綠化設(shè)計

4.5.1地面綠化設(shè)計

本項目的地面綠化分為地面綠地、生態(tài)停車位及地下室頂板綠化3部分。在植物種類的選擇上，優(yōu)先選用適應廣西氣候條件的本土植物，采用喬灌結(jié)合的復層綠化形式，使場地內(nèi)的綠化體系更富有層次感。場地綠化有利于降低地面溫度，對降低城市熱島效應起到較好的作用。

4.5.2屋頂綠化設(shè)計

屋頂用作建筑物重要的組成部分，受到陽光照射的時間最長，屋頂?shù)母魺嵝阅軜O大的影響建筑物全年冷熱負荷。根據(jù)低能耗建筑設(shè)計的概念，考慮提高建筑物的整體隔熱效果，本項目采用屋頂綠化形式，使用低矮灌木和喬木結(jié)合的做法，形成高低錯落的景觀，既起到了隔熱的效果，又可以給工作、休閑人群提供室外活動場所。屋面綠化還可降低外界噪音，起到凈化空氣的作用，在夏熱冬暖南區(qū)也可降低溫度，同時也增加建筑物的美觀和環(huán)境舒適度（圖1～3）。

5結(jié)語

本文通過現(xiàn)場調(diào)研和模擬數(shù)據(jù)分析對比，發(fā)現(xiàn)南寧市具有獨特的陽光優(yōu)勢和溫暖的氣候環(huán)境，因此建筑中設(shè)計了中庭空間，使用了太陽能電板和綠植隔熱設(shè)計，滿足現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計標準。經(jīng)過上述低能耗建筑策略的應用，本項目最終的節(jié)能率計算達到55%以上，達到低能耗建筑的標準。此外，項目由于應用了合理的綠色建筑技術(shù)，在綠色建筑評審中滿足了二星級綠色建筑的標準要求。由此可見，以低能耗為導向的建筑設(shè)計既可滿足節(jié)能設(shè)計要求，又為綠色建筑的評價做出了貢獻。