能效建筑规划设计方法

罗杨

【摘要】近年来，随着全球气温变暖，为了保障室内舒适的热湿环境以及光环境，建筑物必须用大量的资源进行采暖、空调以及照明。本文结合能效建筑规划设计方法，对能效建筑设计原理以及能效建筑区域规划进行了简要的探究和分析。

【关键字】能效建筑；区域规划；设计原理

根据实际调查显示：发达国家在建筑能耗消耗的比例较大，约占总能耗的40%左右，我国建筑能耗占总能耗相对较低，2010已经提高到35%左右。随着建筑业快速发展，建筑工业以及相关部门越来越重视可持续发展战略，因此，能效规划建设越来越重要，并且逐渐成为可持续发展的重要方法。具体的能效规划设计，就是根据当地环境特征，在自然资源的基础上，充分利用技术、设计方法，降低对有机能源的依靠，不断满足室内建设要求。当前，我国建筑设计更倾向于建筑功能以及外观设计，从而忽略了建筑能效和初始阶段建设要求，进行建筑能效设计规划。根据实际应用结果来看：能效设计难以设施的原因是多种的，最主要的原因是，在建筑初始规划设计中，缺乏建筑师使用或者接受的计算软件和方法。本文结合英国马丁建筑以及城市研究设计所提供的热能、照明计算方法，对能效建筑规划进行了探讨。

一、能效建筑规划设计原理

（一）被动式建筑

在建筑设计中，被动式建筑主要是通过建筑设计，在冬季时，让各个建筑物能够充分利用太阳辐射进行取暖，进而不断减少通风渗透以及维护过程造成的热量损失；在夏季时，尽量减少由于室内生活、太阳辐射以及设备散热造成的热量。从设计概念来看，我们可以将整个建筑物分成非被动区和被动区。被动区，会受周边建筑环境以及气候因素影响，例如：照明、通风、太阳辐射、建筑物遮挡等，进深通常为整个建筑层高度的2倍；非被动区，只受散热设备以及室内生活影响，通常不受外界气候影响，白天也需要照明设施。

在建筑规划设计中，LT方法就是根据这一原理，计算为维持室内生活的热、光、湿环境要求的能量，进而建立起对应的能量方案。和目前广泛利用的建筑热模拟不同的是，LT方法能有效简化数学模型，根据建筑设计中的矛盾进行探讨；因此，建筑规划所需的数据被局限在了很小的区域，在方案比较中，更加简便、灵活。同时，在建筑设计完毕后，由于自身因素限制，要对建筑设备选择以及热过程分析进行细致的分析，就会受到局限。

（二）设计参数

在能效建筑设计中，设计规划的主要目的是，通过优化建筑参数，在既满足室内设计要求的同时，又能达到节能的目的。设计参数主要包括：建筑、设备、照明、维护结构以及热工参数。

在建筑参数地点选择中，为了保障气象数据的准确性，必须将逐小的辐射值、气温值集中到对应的软件中，通过确定地点，让气象数据及时存储到相关程序中。对于建筑尺寸，通常可以直接将图像从屏幕中进行输入。建筑方位，当图像存储时，方位也被确定。在建筑结构类型中，通常分为：轻型、中型、重型三种形式。在建筑功能划分中，可以分成办公室、学校、住宅等，只要建筑功能明确，作息时间也就确定，它是影響建筑能耗的重要因素之一。

在设备参数中，供热效率，主要指锅炉热效率；制冷效率，则是相关设备制冷的效率；室内散热，既包括设备散热，也有人体散热；冬季换气数量，主要是根据健康需求，为用户提供的新鲜空气；夏季通风，主要包括：大风量、小风量的自然通风和夜间通风。

在照明参数中，照度设计主要是根据房间具体功能，对相关数据的输入过程。在围护性结构参数中，外墙传热、屋顶传热、地面传热系数，是根据相关设计要求，进行的数据输入。

（三）应用实例

在某建筑楼规划设计中，建筑物使用时间为早上9点到下午6点，锅炉效率为0.85，建筑结构为中型，制冷效率达到2.5，计算机设备以及人员散热达到15W/m2，室内照度规划为300lux，冬季换气数量为每天24次，冬季采暖温度可以打动19度，夏季空调温度为21度，过热时的温度为23度（如表一）。

地点 英国南部

建筑功能 办公楼

建筑结构类型 中型建筑

供热效率 0.85

制冷效率 2.5

室内散热 15W/m2

冬季换气次数 1次/h

设计照度 300lux

屋顶传热系数 0.25W/m2.K

外墙传热系数 0.45W/m2.K

地面传热系数 0.45W/m2.K

窗户传热系数 2.9W/m2.K

冬季采暖设置温度 19℃

夏季空调设置温度 21℃

夏季过热温度设置 23℃

表一、能耗设计参数示意表

1、窗墙比

在能效建筑规划设计中，窗墙比是窗户面积和围护结构面积的比。在LT软件计算中，可以根据建筑输入信息生成不同区域的窗墙比和能耗关系曲线。需要注意的是：能耗一般为原能，包括输送过程、生产过程的损失。照明需要的能量，随着窗墙比增大而逐渐减小，尤其是当穿墙比面积低于35%时，效果尤为明显；当窗户面积增大时，不仅有利于采光，对降低用电能耗也有很大作用，当窗墙比高于40%时，采光对降低照明用电基本上没有太大作用。

（二）通风

在能效建筑规划中，夜间以及自然通风是排除室内散热，增强内部舒适性的重要方法。对于建筑物是否需要自然通风，必须通过方案比较结果而定。在过热天数指标中，如果一天有连续2小时大于舒适温度，就称为大热天。在建筑能耗设计中，设计因素以相互影响的关系存在，例如：增加窗户面积，不仅可以降低用电能耗，还能充分利用的自然光照进行照明，尤其是冬季，对降低采暖负荷、方便太阳辐射接受具有极大的作用，但是窗户面积增加过大时，就会加大空调负荷，不利于夏季散热。

二、能效建筑区域规划设计

在建筑能耗规划中，不仅受方位、布局、位置等单体建筑参数影响，同时还受周边环境差以及建筑影响。如：一座建筑，街对面的建筑高度和该建筑材料、距离会直接影响建筑采暖、照明以及空调能耗。因此，在能耗建筑规划中，必须综合考虑建筑规划和能效设计方案。

（一）计算方法

在能耗建筑区域规划中，必须结合LT计算方法，对整个城市进行能耗规划。英国剑桥大学在建筑研究中，通过城市建筑布局，在充分利用Matlab图像处理中，得到LT能量方位、朝向以及城市高度相关参数，再将LT计算的能耗结果反应到规划设计中。在这过程中，建筑师不需要专业的Matlab处理技术，只需要在CAD中，根据颜色进行区别，再以JPG格式输出。

（二）应用实例

1、DEM（城市数字高度）

在城市建筑区域规划中，通过CAD颜色处理输出后，Matlab程序根据自身功能，将该图像转换成方便分辨的建筑平面图形，也就是城市数字高度模型。

2、建筑物参数图

在建筑参数中，数字高度通过输入对应的Matlab程序，让计算机生成建筑物所需的参数图。

结束语：

通过以上分析可以看出，LT方法，在建筑输入中，具有参数少、使用方便、灵活、便于比较等特点。目前，Matlab程序和LT方法相结合的方法在建筑工业中，已经得到了良好的应用。因此，在实际工作中，必须充分利用的个能效设计原理，再结合实际环境，让区域规划获得最大效益。

参考文献：

[1] 徐雪莲.能效建筑规划设计方法[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（20）.

[2] 姚润明，Koen Steemers，Nick Baker等.能效建筑规划设计方法[J].建筑学报，2004，（8）：62-64.

[3] 郑文晖.建筑节能气候设计方法研究[D].浙江大学，2003.