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分析建筑在工程设计中的合理运用范文

时间:2022-09-17 11:01:19

分析建筑在工程设计中的合理运用

1主要技术手段

在公共建筑中,均占到所有能源消耗的25%;在住宅建筑中,照明占12%,热工占39%(图1)。因此减少能源消耗,需从这两方面着手。如在本人负责设计的“皇庭丹郡”住宅小区项目中(近30万平方米,已建成),住宅的平面均为南北通透,公共空间、私有空间均自然采光,有效地减少照明能耗,提高自然光的比重,充分体现以人为本(图2)。照明方面的主要策略包括利用自然光,采用感应控制系统,换用节能灯泡等。其中利用自然光是被动式设计的主要方面之一,设计者可以通过选择建筑朝向,确定开窗形式等实现建筑内部合理的光照分布,从而减少能源消耗。确认建筑朝向是建筑设计的基础步骤之一。

首先分析所处基地的太阳轨迹(图3),之后根据太阳轨迹的动态特征设计建筑物的外墙及开窗,以达到减少眩光和防止过度热量进入室内的目的。其设计要点是根据不同季节的太阳位置,确定不同的采光方案。在遮阳方面,根据季节变化的入射角,确定相应的遮阳措施。以南向为例,开窗大小可以根据冬夏太阳的入射情况而定,以夏天遮挡阳光直射,冬天引入阳光为宜(图4)③。东西向由于方位角较小,不宜使用水平遮阳,而应使用垂直遮阳,因此视野较差,在功能上可布置次要房间。而北向天光较为均匀,可按需求开窗并无需进行遮阳措施。热舒适度方面,夏天主要为制冷能耗,冬天主要为采暖能耗,因此,夏天需减少室内热量的吸收,冬天则相反,需减少热量的流失,同时尽量吸收环境热。这一热量的来源,主要为太阳热源,因此在考虑采光的同时,也要避免吸收或散失过多热量。如在夏季,遮挡阳光的同时还应与自然通风结合考虑(图5)。因此在方案设计的初期,还应考虑不同季节的盛行风向,利用成角度的盛行风与建筑朝向的相互作用,带走室内多余的热量,降低室内温度,提高舒适度。另外使用不同的外墙材料也将达到不同的效果,如采用浅色木质构架与砖墙,都能使得室内温度较为恒定(图6),冬夏皆宜。如在本人负责设计的“农村商业银行办公大楼”项目中(130米超高层,中标项目,在建),标准层平面通过玻璃幕墙的折叠关系,东南向可导风入室,加强自然通风,西向的遮阳玻璃有效遮挡了日晒,提高室内舒适度,有效降低建筑能耗(图7)。

感应控制系统是通过使用照度感应器,让人工照明进行自动开、关动作的机制。照度感应器,是利用日光产生明暗变化作为开关的感应器,即当亮度达到某个设定标准时,感应器便会发挥作用。更为常见的是动作感应器,它针对人体放射的热能进行侦测,在侦测区域内有人类活动便会自动点亮。由于只在必要时提供照明,所以灯具也能长久使用,且对于节省能源效果显著④。节能灯节电效果也十分明显,据专家测算,如果以功率为11瓦的高品质节能灯代替60瓦的白炽灯,不仅亮度提高20%-30%,还能减少耗电80%。在生命周期内,白炽灯,紧凑型节能灯和LED的二氧化碳排放量有所不同。在相同的光量输出的情况下,75W白炽灯的照明效率为12lm/W,15W节能灯照明效率为60lm/W,6W的LED照明效率为150lm/W。LED节能灯的工作寿命假定为25000h,在此工作时间内,分别耗费1盏LED节能灯,3盏紧凑型节能灯和21盏白炽灯。由消耗电力而产生的二氧化碳排放为527克/千瓦时。三类灯具在25000h工作时间内排放的CO2如(图8)所示,由此可见,LED节能灯的能源消耗及碳排放量最低,普及使用将大程度降低人工采光的能耗。在“农村商业银行办公大楼”项目中,各种场所设置智能设备控制系统,光源采用光效高的T5三基色荧光灯、高效节能灯,诱导标志采用高效LED光源。节约用水方面,可通过装设分流量卫生洁具,可感应水龙头和中水利用系统来达到。其中,中水利用是指将生活用水,如洗衣,淋浴后的废水收集,再使用于灌溉和冲厕(图9)。分流量卫生洁具和可感应水龙头已得到广泛运用,但仍需使用者的正确配合,才能真正发挥效用。如在本人负责设计的“海峡妇女儿童活动中心”项目中(60米4万平方米建筑综合体,中标项目,在建),卫生器具配置均采用节水型卫生器具,公共卫生间设置自动感应龙头洗手盆;设置了中水处理设备,洗浴盥洗排水回收至中水处理系统进行处理,然后将其用于浇灌绿地、冲洗室外路面,洗车等;还设计了雨水回收利用系统,有效地节约用水,以达到可持续发展。废物利用是对于可再生材料及能源的再利用,最为常见的再生材料为木材以及建筑骨料,可回收利用为再生地板,家具,铺地,墙体等。能源方面,主要为太阳能和生物能,相应减少其他不可再生能源的消耗。如在本人负责设计的“福州儿童医院病房大楼”设计中(80米高层,在建),集中热水系统采用太阳能和空气源热泵结合的制热系统,晴天时使用太阳能,阴天时采用热泵制备热水,节能减排效果明显。并可大量减少电能源的消耗,节省了运营成本。(图10)

2案例分析

绿色建筑的概念可延伸至规划尺度,同样是以兼顾可持续发展,维护环境为目的,这点国外的建筑师做得更到位。“20/20公园”即是一例(图11),它位于荷兰的一块填海地上,以WilliamMcDonough“从摇篮到摇篮”的理念为设计主旨,充分考虑区域性生态连通性和现场生物多样性,以及工作场所健康性。该方案将地区性垃圾处理系统、能源供应和水系统整合处理,消除了各种各样的污染和浪费⑤。前期的环境数据分析包括观测太阳路径,测定风玫瑰图,场地交通分析,生态整合和联系等。通过分析,朝向方面,在荷兰的纬度上,建筑最佳朝向为东偏北15度,使场地夏季减少太阳照射时间,冬季则最大化获得太阳光(图12);风向方面,选择有利于通风和捕捉夏季盛行微风的建筑朝向,减少能源需求,场地景观用于减缓冬季强风(图13)。本案还采用能源,热,废物中和处理系统,将办公室废水和餐厅绿色垃圾送至中央处理系统现场集中处理,通过沼气发电方式产生的热量,为酒店提供加热热水能量(图14)。另外还配备雨水和废水处理系统,废水收集后在现场统一处理,净化后可作为中水进行冲厕(图15)。在屋顶方面,主要铺设了太阳能光伏系统和屋顶植被(图16)。植被可以储存及释放热能,防止温度突变,绿色屋顶还可收集雨水,流入场地设置的储存所以便再次利用。景观设计方面,整合了室内,运河等多个要素,屋顶绿化和生态长廊与周边环境相联系,建筑体量与开放空间相交融(图17)。通过建筑体量调整,使得室内可以看到运河。停车场的屋顶也做成景观,与周围环境很好的过渡,保持了综合生态系统和生物多样性。

3结语

随着近年来经济的发展,能源消耗也在逐年增加,由此产生的碳排放,环境污染等情况也越来越严重(图18)。针对这一问题,国内也开始推广绿色建筑,以期通过合理设计及一些技术手段,实现建筑的节能减排。绿色建筑的数量在中国也逐年增长,2011年,通过评估的绿色建筑数量超过千座(图19),尽管相对建设总量而言比例仍然很小,但增长的趋势证明了绿色建筑的市场正在不断扩大。推广绿色建筑不仅是政府的职责,也是每一位公民的义务。目前,我国的建筑建设规模远大于西方发达国家,消耗了大量的各种自然资源,长此以往,资源将被消耗殆尽。因此,每位社会成员有责任和义务为建筑节能和推动“绿色节能环保建筑”的发展出一份自己的力。绿色建筑能节约资源和能源,减少二氧化碳的污染,为使用者提供更舒适的环境,成为应对全球气候变暖的重要手段和策略。每位设计者更应该在建筑创作中寻找平衡点,为社会和行业的发展探索出一条可持续发展的道路。

作者:温蓓单位:福建省建筑设计研究院

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