基于环境、气候条件的建筑节能设计研究
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摘要：文中介绍了广州市萝岗区凯达楼节能设计的过程、特点，对节能应用提出了自己的看法，对相关设计和研究具有一定的参考意义。
关键词：环境；气候；节能；
建筑物节能降耗的技术措施很多，但哪种最合理、经济、有效？我觉得基于环境、气候条件的节能技术、措施是比较合理、经济有效的。我们在设计广州市萝岗区凯达楼这一项目时在这一方面作了深入研究。
1、设计任务解读：
凯达楼位于广州市萝岗中心区西南部，是该区十三个执法部门的联合办公用房。项目周边绿化很好，可建设用地面积25642㎡。任务书要求容积率30%。萝岗区作为广州的一个新区，业主在制定能源可持续发展规划时提出把该区打造成绿色环保、可持续发展的生态新区。在设计任务书明确提出要将萝岗中心区打造成一个生态型、环保节能型的新区，凯达楼就位于新区中。
我们从节能的角度分析，本项目要做一个体量分散的方案，而非一个高大体量、集中式建筑物。因为高大体量、集中式建筑物势必消耗更多能量，对节能环保不利。
2、环境、气候条件分析：
我们在拿到任务书后，首先分析了广州市的气候环境。广州位于我国东部沿海，在热工分区上属于夏热冬暖地区，南亚热带季风性海洋气候，东南向季风明显，冬夏室外风速比较高；太阳高度角大，太阳辐射强烈，冬季日照率51%，夏季日照度30%；最冷月平均干球温度13.3℃，最热月平均温度28.4℃，极端最高温度38.7℃。广州地区夏季时间长，但炎热时间比较短。冬季最冷月平均温度在10℃以上，根本不用采暖，相对湿度在70%以上，长年湿度大，气温的年较差和日较差都小，雨量充沛。再者从广州的风玫瑰图（如图1）可以看出广州夏季6、7、8月份主要风向为东南风。对于利用自然通风是有利条件。为减少能耗，夏季防热，遮阳、保温、通风是该项目需要重点考虑的。
然后分析了建筑物所处的环境。从卫星图上可以看出，基地周边环境绿化很好。东西为山岗，南面地势较低较平，北面为山。这种地形有利于引导风南北对流。如图1、2所示
3、节能技术措施的形成过程：
首先我们分析了当前很多已建项目节能设计存在的问题：建筑规划上欠合理，建筑物四周绿化面积少，没有充分考虑环境绿化对建筑物室内热舒适的影响，严重影响室内热舒适性；许多建筑隔热措施不够，年代稍久的建筑外墙大多为180㎜粘土砖墙，这样的围护结构难以建立一个舒适的室内热环境；由于受到市场经济大潮影响，建筑设计上重美观轻隔热，片面追求豪华，墙体外维护结构很多采用玻璃幕墙，忽视了太阳辐射和室外气温对室内环境热舒适的影响；没选择合适的体形系数及窗墙比，如高层建筑，窗墙比往往过大等。我们的节能设计要避免这些问题。我们采取如下措施：
在规划层面：针对气候和环境条件中季风明显，利用好以自然通风。自然通风利用风压、热压产生的空气流动，达到带走室内热量，降低室内温度的目的，不仅能改善空气品质，又能大幅减少空调能耗，减少污染，提高热舒适度，因此自然通风是比较经济而又成熟的降温方式，成为广泛采用的生态节能技术措施。
从范围上可分为小区自然通风组织和室内自然通风组织，其中建筑规划布局是组织良好自然通风的先决条件。基于以上分析，我们在总体构思时结合地形地貌，充分考虑基地周围的环境条件及与周围建筑的关系，将建筑物分散为三部分，分别为凯达楼（一）、凯达楼（二）、凯达楼（三）（以下简称凯一、凯二、凯三。凯一主要功能是办公，凯二主要功能是食堂，凯三主要功能是车库。）并且合理选择建筑的朝向和窗墙面积比。将凯一分为三个板式塔楼，顺应山体的山势条状排列，这样很好地利用了自然风；地上一至六层，部分地下一层。凯二靠山边布置，地上四层，第一层部分半地下布置。凯三半地下布置。其中凯三的半地下布置，既减少了能耗又不会阻挡凯一、凯二自然通风。如图2所示
再者将建筑物体型尽量做到简单，凯一体型系数控制在较小值0.260；建筑平面上室内空间通过门厅、内庭院、休息廊等空间形式引入穿堂风；这样减少了建筑物得热、加强了散热。（如图3所示）同时凯三的屋顶绿化增加了整个区域的绿地率，为凯一、凯二提供了较好的室外热舒适性条件，且在凯三适当部位布置采光井节省照明能耗。
规划完成后做了建筑风环境分析，分析结果如图4示（2）。从分析结果可以看出整个建筑物通风条件是极好的。
业主委托华南理工大学做了个节能研究。其研究结果如下：外窗节能措施对总节能率的贡献为84.5%，外墙节能措施对总节能率的贡献为12.4%，屋顶节能措施对总节能率的贡献为3.1%。针对这一研究结果我们采取了如下措施：
首先对于外窗这一“耗能大户”：设计了高效的遮阳体系。太阳的辐射能是夏季空调的主要负荷，而建筑外窗是太阳辐射透入室内的主要部分之一，外窗遮阳对降低建筑能耗，提高室内居住舒适性有显著的效果。有模拟数据表明，当外窗综合遮阳系数从0.9降低到0.3时，建筑制冷能耗降低了整整30%。凯一采用了深凹进去的窗及不锈钢遮阳板、凯二采用了深挑檐加水平和竖向遮阳百页的隔热遮阳措施，减少太阳辐射热。如图6、7所示。外窗选用中空6+9+6厚蓝灰色LOW—E中空玻璃，并且可开启面积大于30%。
外墙采用200厚加气混凝土块墙，外面干挂石材，增强围护结构的保温、隔热性能。
对于屋面：据相关测算由于广州地区夏季日照时间长，太阳辐射强度大，通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60～80℃，顶层室内温度比其下层室内温度要高出3～5℃。因此，提高屋面的保温隔热性能，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是减少空调耗能，改善室内热环境的一个重要措施。
针对常规屋面传热系数大的缺点，本项目屋顶采用了30厚聚苯板保温层，其上设置绿化种植屋面，这种种植屋面具有良好的夏季隔热、冬季保温特性和较好的热稳定性，可以防夏季辐射热。
4、节能措施效果分析：
通过上述处理后再节能计算，参照建筑物空调年耗电量指标 Ec为71.4 kw.h/m2，本工程空调年耗电量指标 Ec为69.0kw.h/m2，符合公共建筑节能技术规范，达到节能50%的目标（2）。上述指标是在外窗采用一般铝合金框情况下的计算数值，若采用断热铝合金框节能效果肯定会更加明显。但由于断热铝合金造价高的原因，本工程采用了一般铝合金不能不说是一种遗憾。
5、结语
本项目由于具备合理、经济、有效的节能措施，与自然环境良好结合，而获得2011年度国家勘察设计协会优秀设计三等奖。建筑节能工作是一个复杂庞大的系统工程，需要方方面面的相互协调配合、深入研究、共同努力才能实现，不能指望“一招制胜”。节能建筑也不是各种新技术和新设备的“堆砌物”。要基于项目所在地区的气候条件、环境特点，进行模拟分析和综合优化设计，才能制定出合理、经济、有效的节能措施。
参考文献
（1）公共建筑节能技术规范
（2）《广州市萝岗中心区建筑节能设计分析》学建筑节能研究中心、萝岗中心区能源规划项目华南理工大学课题组