高层商业建筑被动式节能设计.docx

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1、高层商业建筑被动式节能设计【摘 要】高层建筑是能源消耗大户，发展绿色建筑节能工程对 我国生态环境的可持续发展具有重要意义。本文通过介绍建筑的能耗 情况，阐述了建筑被动式节能设计中存在的问题，并结合工程应用实 例探讨了高层建筑被动式节能设计方案的可行性，以供实践参考。【关键词】高层建筑；被动式节能；自然通风；设计方案随着我国城市化进程的不断加快，城市建筑行业得到进一步的发 展，许多建筑逐渐向大型化、多功能化和综合化的方向发展。根据相 关数据显示,建筑能耗约占我国社会总能耗的30%以上,与工业能耗、 交通能耗并列成为了我国能源消耗的三大“能耗大户”，虽然在单位 面积能耗和人均能耗与发达国家相比并不

2、算很高，但建筑能耗增加的 趋势愈加明显，无疑加大了我国能源供应的压力。被动式节能设计是 近年来应用较为广泛的一种节能形式，能够合理利用自身的优点达到 有效的降低建筑使用能耗的目的，在我国提倡绿色经济的大势下，被 动式节能设计工作得到了我国广大建筑工作者的重视。本文重点探讨 了高层建筑被动式节能设计工作，希望对减少我国建筑能耗有所帮助。1 .高层办公建筑的能耗特点1）相比同等面积的低层和多层办公建筑，高层办公建筑容纳人 数众多，信息处理量大。为保持正常的运作，高层办公建筑在电梯、 空调、供水、供暖、管理等方面要消耗大量的能源。2）高层办公建筑照明能耗偏高。3）高层办公建筑的照明与办公设备比例较高

3、，加之人员相对密集，导致内热源发热量较大。4）由于办公时间固定且办公人员作息规律明显，办公建筑具有 间歇使用的特点即白天使用频率高、能耗高,夜间无人使用、能耗低。2 .高层办公建筑被动式节能设计常见问题2.1 自然采光利用率低由于基地条件限制、结构原因以及建筑和办公空间新需要等，现 代高层办公建筑大多采用方形、圆形、矩形等形式，即标准层平面长 度和宽度相差不多，办公空间围绕垂直核心筒布置。其进深尺寸一般 为812m,有的多达20m左右。照度随进深距离增加呈递减趋势， 侧窗采光由于光线不足，很难满足大进深高层办公建筑的要求，因此, 导致室内人工照明大量增加。2. 2室内自然通风组织差早期的多层和

4、低层办公建筑，大多为板型平面，以廊道联通各使 用单元，为建筑的自然通风提供了可能。而现代高层办公建筑，一方 面室内大多为大进深办公空间，另一方面房间外墙可开启面积非常有 限，室内空气气流组织基本依靠设备系统来实现。因此，即使在室外 空气处于人体热舒适状态下，办公建筑仍然需要开启通风系统，甚至 可能还需要开启制冷系统，空调能耗由此大幅增加。3. 3围护结构保温隔热能力差建筑的外围护结构包括屋面、外墙、外窗以及地面等部位。对于 高层办公建筑而言，由于其竖向表面面积远大于横向屋面面积，因此, 墙体与窗户的保温隔热能力成为了衡量其围护结构保温隔热能力的 决定性因素。3.高层办公建筑被动式节能设计实践针

5、对高层办公建筑能耗特点和被动式设计的常见问题，笔者进行 了总结分析，以期找到解决这些问题的办法，达到更好的节能的目的。 为此，在建筑设计中关注到了高层办公建筑的采光、通风与保温隔热 的被动式设计。4. 1项目简介某大厦26层，占地面积1.2万m2,总建筑面积4万m2,容积率2 . 65,建筑密度26%,绿化率33九2.2 自然采光设计通常情况下，要使建筑有良好的自然采光，可以在基地允许的情 况下，将塔式标准层变为板式或交叉式平面布置，增加自然采光的几 率。但是，这一措施必然会导致由于建筑体型系数增大而带来的能耗 增加，即使照明能耗有所降低，也得不偿失。而本项目采用的是改变平面组织方式的办法。即

6、在方案的平面布 局中采用中庭是的布置方式，增加建筑中心部位的自然采光（如图1 所示）。房间的进深都控制在8. 1m以下，同时，大部分房间采用双向 采光；更为有效的是，由于研究院的特殊性质，很多设计所采用了开 放式大空间，减少了隔墙对光线的遮挡，进一步增加了自然采光。同 时，由于采用了空中花园的设计，减少了楼板对于光线的遮挡，也增 加了大进深处的自然采光照度。2.3 自然通风设计自然通风可以增加室内的空气流动，降低室内温度，带走室内水 汽，有效增加室内的热舒适度。在本项目中，所有的窗户都可以根据 使用者的意愿，自由开闭，充分利用自然通风。平面设计大部分楼层 采用了开放式大空间设计，减少了对空气流

7、动的阻挡，让空气在室内 流动更顺畅。更为重要的是，中庭空间形成了一个巨大的拔风烟囱； 三层通高的空中花园也同样形成了烟囱效应。由于办公建筑人员较多、 办公设备也较多，因此，室内的内热源很大，再加上中庭巨大的高度 差，会产生十分明显的热压通风的效果。3 . 4外围护结构设计本建筑体型规整，体型系数仅0.2,南向窗墙面积比为0.49,北 向窗墙面积比为0.47,西向窗墙面积比为0.45,东西窗墙面积比为 0. 46o外墙采用200mm加气混凝土砌块，传热系数0. 39W/ (m2 K)； 外窗和玻璃幕墙均采用6+12+6遮阳型Low-E中空玻璃，传热系数 1.8W/ (m2 K),遮阳系数为0.4

8、5。虽然此建筑的窗墙面积比较大， 但是设计中充分考虑了自遮阳，窗户内凹为800mm,可以在夏季有效 遮挡太阳的直射辐射。4 .被动式设计的节能效果分析为了验证被动式设计的节能效果，利用热工分析软件DesignBuilder进行了能耗分析，结果如图2所示。图中“参照建筑”即按照GB50189-2005公共建筑节能设计标 准中的建筑模型进行计算：其外墙的传热系数为0.6W/ (m2-K)； 屋顶传热系数为0. 55W/(m2 K)；外窗的传热系数为2. 3W/(m2 K), 遮阳系数为0.6；照明功率密度为现行值llW/m2；空调和采暖系统为 两管制风机盘管系统。计算得到参照建筑的采暖、空调、照明

9、的能耗密度分别为17. 6, 10. 33,25.41kW - h/m2。当采用了前文介绍的外围护结构后，其采暖、 空调的能耗密度分别为17.05, 9. 66kW - h/m2o可以发现采暖空调的 能耗都有所降低，总能耗约比参照建筑的能耗降低约2. 3%o由于采用了遮阳型的Low-E中空玻璃，有将窗户内凹800mm,二 者共同的遮阳效果导致了采暖能耗密度有所增加，为17. 98kW - h/m2； 但空调能耗密度明显降低，为8.05kW-h/m2；总能耗有所降低。与 参照建筑的能耗密度相比，降低了约3. 6%。自然通风的引入导致了空调开启的时间明显减少，因此，空调能 耗密度降低更加明显，达到

10、了 5. 16kW - h/m2o与参照建筑的能耗密 度相比,降低了约9.0%。如果建筑的照明采用节能灯具，照明功率密度由现行值降低为目 标值，即9W/m2,则照明能耗密度降低为20. 79kW-h/m2；同时，由 于照明能耗密度的降低，其散热量也有所降低，导致空调能耗降为 5. 10kWh/m2,而采暖能耗增加到18. OOkWh/m2。总之，与参照建 筑的能耗密度相比，降低了约17.7%。考虑到自然采光的效果可以达到节能75%以上，那么照明能耗实际降低为5. 20kW - h/m2；再加上灯具使用的减少，内热源也明显减 少，空调能耗也会降低。因此，与参照建筑的能耗密度相比，最终的 节能效果约为47. 1虬5 .总结高层建筑被动式节能设计是一项综合性工程，涉及到遮阳设计、 自然采光、自然通风和保温隔热设计等方面的工作。因此，建设单位 必须重视建筑的被动式节能设计工作，制定出可行性较高的设计方案, 以达到降低建筑能耗的效果。本工程在实施被动式节能设计方案后， 有效降低建筑能耗约45%,并取得了较好的经济效益。参考文献：1黄钊鸿.高层建筑被动式节能设计的探讨J.城市建设理论 研究.2012年第33期2赵洋；聂金哲；李晓锋.某商业建筑中庭被动式节能优化设计J .建筑科学.2012年第10期