建筑节能设计第二章

L/O/G/O建筑节能设计第二章建筑规划设计中的节能技术建筑选址建筑布局与朝向建筑体形设计要求建筑的日照环境及间距设计4123建筑遮阳设计5建筑环境绿化设计62.1建筑选址1．向阳原则①在冬季寒冷地区，建筑应选在能够充分吸收阳光，且建筑与阳光仰角较小的地方；夏季炎热地区，建筑应选在与阳光仰角较大，且能相对减少太阳辐射的区域。②未来建筑向阳面前方应无固定遮挡，造成不必要的能源浪费。③建筑的位置应能有效避免主导风向的寒风，以降低建筑围护结构的热能渗透。④建筑应处在最佳朝向范围内，从而使建筑争取更多的太阳辐射。⑤合适的日照间距是建筑充分得热的先决条件，间距太大会造成用地浪费通风原则①在不影响夏季主导风向的情况下，应尽量减少冬季主导风对建筑的影响；②山峰、树林、构筑物等永久地貌或建筑物对夏季主导风向的影响；③对一些基地内的物质因素加以组织和利用，为建筑物内部提供最简洁、最廉价的通风条件。减少能量需求原则①避免“霜洞”效应②避免辐射干扰③避免局地疾风④避免雨雪堆积⑤充分利用水陆风图2-1建筑物的“霜洞”效应拓展阅读自然灾害与建筑选址建筑正对“川”形山冲口低洼处可能发生灾难在干旱的河道上修建住宅招致水灾建筑距离沙石结构的山体太近面临山体滑坡的威胁城乡聚落建在正对山口的低洼处将面临自然灾害楼房距离江（河）岸太近存在塌陷隐患台风影响下的金帅饭店大楼倒塌2.2.12.2.22.2.32.2.42.2建筑布局与朝向点式和条式住宅组合布置时，应将点式住宅布置在朝向较好的位置，将条状住宅布置在其后，以便利用空隙争取日照，如图B所示：2.2.1争取良好的日照条件在布置多排多列楼栋时，应采用错位布局，以便利用山墙空隙争取日照，如图A所示:图2-3错位布置图2-4点式和条式住宅组合布置处于严寒地区的城市，其住宅布置可采用东西向住宅围成的封闭式或半封闭的周边式方案。这种布局不仅可以扩大南北向住宅间距，还可以形成较大的院落，对节能节地有利。南北向与东西向住宅围合一般有四种情况，从对争取室内日照，减少日照遮挡方面来看，方案2和方案4的布局方式最好。方案1方案2方案3方案4全封闭围合时，住宅楼的开口位置和方位以向阳和居中为好图2-5南北向与东西向住宅的围合方式2.2.2建立气候防护单元3.改善风环境2.空间布置方式1.平面布局建筑群的布局，一般可从建筑平面和空间两个方面来考虑：1．平面布局并列式错列式周边式斜列式自由式图2-6建筑群的布局方式2．空间布置方式空间布置同样也应注重建筑的自然通风，并合理地利用建筑地形。建筑的空间布局应采用“前低后高”和有规律地“高低错落”的处理方式。例如利用向阳的坡地使建筑顺其地形的高低，逐一排列一幢比一幢高平地建筑，则应采取“前低后高”的排列方式，使建筑逐渐加高平地建筑也可采用建筑之间“高低错落”的方式布局，使高的建筑和较低建筑错开布置3．改善风环境受来自西伯利亚冷空气的影响，我国北方城市冬季寒流风向主要是西北风，因此，在建筑规划中为了节能，应采用封闭西北向的周边式布局方式:图2-7建筑的几种避风方案abc2.2.3避免局地疾风在建筑布局时，将高度相似，且长度是高度2-3倍的建筑排列在街道两侧，并两排建筑物间的过道中会形成风漏斗现象，如图2-8所示，会使风速提高30%左右，在建筑布局中应尽量避免。图2-8风漏斗现象示意图若干幢建筑组合时，在迎冬季风方向减少某一幢，或当某幢建筑远高于其他建筑时，均能在相邻空间产生下冲气流，如图（b）和（c）所示。图2-9建筑物组合对气流的影响abc案例分析——北京劲松西社区图为1996年规划设计的北京劲松西社区，该小区属于第Ⅱ气候区，即寒冷地区。2.2.4建筑朝向1．选择建筑朝向要考虑的因素2．各向墙面及居室内的日照时间和日照面积4．主导风向与建筑朝向.3．各向墙面的太阳辐射热量和紫外线量1．选择建筑朝向要考虑的因素①冬季要有比较充足和一定质量的阳光射入室内②炎热夏天应尽量减少太阳通过窗口直射室内和居室外墙面③夏天应有良好的通风，冬天应避免冷风的侵袭④建筑物的朝向选择要充分利用地形，并要注意节约用地⑤要充分考虑居住建筑与其他公共建筑之间的遮挡问题考虑因素2．各向墙面及居室内的日照时间和日照面积建筑墙面的日照时间，决定其接受太阳辐射热量的多少炎热地区，住宅的多数居室应避开最不利的日照方位统计不同朝向墙面在不同季节的日照时数，求出日照时数日平均值，进行综合分析严寒地区，夏季日晒过热短暂，冬季全年日照时间长，建筑也可采用东西朝向还需对最冷月和最热月的日出、日落时间做出记录3．各向墙面的太阳辐射热量和紫外线量另一方面是太阳直射强度日变化曲线与日气温曲线的关系图2-11北京地区太阳辐射量图2-12日照量与紫外线量的时间变化一方面是最冷月和最热月的太阳累计辐射强度太阳辐射热量J/（cm2・d）4．主导风向与建筑朝向个体与整体实际运用中避免住宅长轴垂直于夏季主导风向主导风向直接影响冬季住宅室内的热损耗及夏季居室内的自然通风。对于单幢住宅的通风，房屋与主导风向垂直效果最好；对于整个住宅群，则希望房屋与主导风向成一定角度。根据日照和太阳辐射确定住宅基本朝向后，核对季节主导风时，主导风向常与建筑朝向形成夹角。拓展阅读-偏东南而居的苏州人家“临流筑舍”的苏州2.3建筑体形设计要求2.3.2设计有利于避风的建筑形态2.3.1控制建筑体形系数从建筑节能的角度出发，建筑物单位面积对应的外表面越小，其外围护结构的热损失就越小，因此应将建筑体形系数控制在一个较低水平。建筑物不仅要避寒风，还应注意其长度、进深和高度之间的关系，使建筑的背风面产生较大的涡流区域，从而减小风速和风压。本节内容2.3.1控制建筑体形系数建筑体形系数S是指建筑物与室外大气接触的外表面积A0（不包括地面、不采暖楼梯间隔墙及门户的面积）V0与其所包围的建筑体积的比值，即：00()21112()AnhblblSVnhbllbnhn—建筑层数，b—建筑宽度，l—建筑长度，h—建筑层高由式2-1可知，对于相同体积的建筑物而言，体形系数越大，则单位建筑空间的热散失面积越大，建筑物的能耗就越高。一般建筑物的体形系数宜控制在0.30以下。式2-1图2-14和表2-2所示为相同体积下，不同建筑体形的建筑体形系数。建筑体形外表面积0A建筑体积0V建筑体形系数S图2-14（a）80.064.01.25图2-14（b）81.964.01.28图2-14（c）104.064.01.63图2-14（d）94.264.01.47图2-14（e）132.064.02.01图2-14相同体积下的不同建筑体形表2-2相同体积建筑的不同体形系数0A0VS0A0VS根据上式，建筑体积一定时，建筑的宽度、长度和总高的变化都会引起建筑体形系数的变化。一般来说，控制或降低建筑体形系数的方法主要有以下几点。通过减少建筑面宽、加大建筑幢深的手段，以加大建筑的基底面积，从而降低建筑的热损失增加层数一般可加大体量，降低耗热指标严寒地区节能型住宅的平面形式应追求平整、简洁，如直线形、折线形和曲线形1．减少建筑面宽，加大建筑幢深2．增加建筑物的层数3．建筑体形不宜变化过多2.3.2设计有利于避风的建筑形态从节能的角度考虑，应创造有利的建筑形态，减少风流、降低风压、减少热能耗的损失。风在条形建筑背面边缘会形成涡流。当建筑物高度越高、深度越小、长度越大时，其背风面的涡流区越大，成形的流场越紊乱，对减少风速和风压越有利，如图2-15～图2-17所示。图2-15建筑物长度a变化对气流的影响图2-16建筑物深度b变化对气流的影响图2-17建筑物高度h变化对气流的影响此外，在对建筑或建筑群进行布局时，还应注意以下几种情况下风环境对建筑的影响①“L”形建筑中，图2-18中的第二种布局对防寒风有利。②“”形建筑形成半封闭的院落空间，图2-19所示的布局对防寒风十分有利。图2-18“L”形建筑风环境平面图图2-19“”形建筑风环境平面图③全封闭形建筑当有开口时，其开口不宜朝向冬季主导风向和冬季最不利风向，而且开口不宜过大，如图2-20所示为适宜的布局方式。④将迎冬季季风面做成一系列台阶式的高层建筑，有利于缓冲下行风，如图2-21所示。图2-20全封闭形建筑风环境平面图图2-21台阶立面缓冲下行风⑤建筑物高度是对风速产生影响的重要因素。⑥不同的平面体形在不同的日期内，建筑阴影位置和面积也不同，节能建筑应选择相互日照遮挡少的建筑体形，以增强太阳辐射得热，如图2-22所示。图2-22不同体形的房屋在不同节气的阴影2.4建筑的日照环境及间距设计2.4.1居住建筑的日照标准2.4.2住宅群的日照间距2.4.3建筑瞬时阴影距离系数争取冬季建筑日照时间和夏季避免强烈的太阳辐射、合理地布置建筑间距，及最大限度地利用太阳能资源，是建筑节能设计中非常重要的环节之一。1．日照时间2．日照质量居住建筑的日照质量是通过在日照时间内，室内日照面积的累计而得到的，即在日照时间内每小时室内墙面和地面上阳光投射面积的总和。我国地处北半球温带地区，夏季能要免较强的日照，冬季要获得充分的直接阳光照射。一般以冬至日或大寒日底层住宅室内得到日照的时间，作为最低的日照标准。2.4.1居住建筑的日照标准建筑气候区类别I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅶ气候区Ⅳ气候区V，Ⅵ气候区大城市中小城市大城市中小城市日照标准日大寒日冬至日日照时数（h）≥2≥3≥1在效日照时间段8:00～16:009:00～15:00日照时间计算起点底层窗台面注：底层窗台面是指距离室内地坪0.9m高的外墙位置。表2-3住宅建筑的日照标准2.4.2住宅群的日照间距日照间距是指建筑物长轴之间的外墙距离。住宅群的间距主要涉及通风、防火、日照、绿化和其他方面的内容，但在实际操作中，这些因素成了决定间距退让的关键因素。1．平地建筑日照间距的计算2．坡地建筑日照间距的计算包括1．平地建筑日照间距的计算在平坦地面规划时，若已知前后两栋建筑的朝向、外形尺寸，及所在地区的地理纬度，则可计算出为满足规定日照时间所需间距，如图2-23所示。m为后栋建筑底层窗台位置。图2-23平地建筑日照示意图（a）平面示意图（b）立体示意图00cotcosDHhg（2-2）D0—建筑所需日照间距（m）；H0—前栋建筑计算高度，即前栋建筑总标高减去后栋建筑第一层窗台标高（m）；h—太阳高度角（°）γ—后栋建筑墙面法线与太阳方位所夹的角，可由得出（°）；A—太阳方位角，即当地正午时为零，上午为负值，下午为正值（°）；α—墙面法线与正南方向所夹的角，以南偏西为正，南偏东为负（°）则两建筑日照间距D0为:Aga当建筑物为南北朝向时，，则日照间距D0为0a00cotcosDHhA当建筑物为南北朝向时，正午的日照间距D0为00cotDHh（2-3）（2-4）2．坡地建筑日照间距的计算一般情况下，当建筑群的走向与等高线关系一定时，向阳坡的建筑以东南或西南向间距最小，南向次之，东西向最大；背阳坡则以建筑南北向布置时的间距最大。向阳坡与背阳坡的建筑间距示意图如图2-24所示。（a）向阳坡建筑日照示意图（b）背阳坡建筑日照示意图图2-24坡地建筑日照示意图参照图2-24可以得出，向阳坡的建筑间距D0为00h0[sintan]costansintancoshddWD（）agwgagw（2-5）背阳坡的建筑间距D0为00h0[sintan]costansintancoshddWD（）agwgagw（2-6）h—前栋建筑的高度（m）；d，d’—分别为前、后栋建筑地面设计基准标高点与距外墙外面的距离（m）；α—地形坡向与墙面的夹角（°）；γ0—建筑物法线面的地面坡度角（°）；γh—太阳高度角（°）；W—后栋建筑底层窗台距设计基准点（或室外地面）的高差（m）；ω—建筑方向与太阳方位的差角（m）。2.4.3建筑瞬时阴影距离系数建筑在阳光下会产生阴影。但从节能角度考虑，总希望建筑南墙面的太阳辐射面积在整个采暖季中不会因被其他建筑遮挡而减少，为此，就需要研究建筑物各瞬时的阴影长度。图2-25和表2-4所示为北京地区