分析建筑在工程設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用范文

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1主要技術(shù)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%，熱工占39%(圖1)。因此減少能源消耗，需從這兩方面著手。如在本人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的“皇庭丹郡”住宅小區(qū)項(xiàng)目中(近30萬平方米，已建成)，住宅的平面均為南北通透，公共空間、私有空間均自然采光，有效地減少照明能耗，提高自然光的比重，充分體現(xiàn)以人為本(圖2)。照明方面的主要策略包括利用自然光，采用感應(yīng)控制系統(tǒng)，換用節(jié)能燈泡等。其中利用自然光是被動(dòng)式設(shè)計(jì)的主要方面之一，設(shè)計(jì)者可以通過選擇建筑朝向，確定開窗形式等實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部合理的光照分布，從而減少能源消耗。確認(rèn)建筑朝向是建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)步驟之一。

首先分析所處基地的太陽軌跡(圖3)，之后根據(jù)太陽軌跡的動(dòng)態(tài)特征設(shè)計(jì)建筑物的外墻及開窗，以達(dá)到減少眩光和防止過度熱量進(jìn)入室內(nèi)的目的。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是根據(jù)不同季節(jié)的太陽位置，確定不同的采光方案。在遮陽方面，根據(jù)季節(jié)變化的入射角，確定相應(yīng)的遮陽措施。以南向?yàn)槔?，開窗大小可以根據(jù)冬夏太陽的入射情況而定，以夏天遮擋陽光直射，冬天引入陽光為宜(圖4)③。東西向由于方位角較小，不宜使用水平遮陽，而應(yīng)使用垂直遮陽，因此視野較差，在功能上可布置次要房間。而北向天光較為均勻，可按需求開窗并無需進(jìn)行遮陽措施。熱舒適度方面，夏天主要為制冷能耗，冬天主要為采暖能耗，因此，夏天需減少室內(nèi)熱量的吸收，冬天則相反，需減少熱量的流失，同時(shí)盡量吸收環(huán)境熱。這一熱量的來源，主要為太陽熱源，因此在考慮采光的同時(shí)，也要避免吸收或散失過多熱量。如在夏季，遮擋陽光的同時(shí)還應(yīng)與自然通風(fēng)結(jié)合考慮(圖5)。因此在方案設(shè)計(jì)的初期，還應(yīng)考慮不同季節(jié)的盛行風(fēng)向，利用成角度的盛行風(fēng)與建筑朝向的相互作用，帶走室內(nèi)多余的熱量，降低室內(nèi)溫度，提高舒適度。另外使用不同的外墻材料也將達(dá)到不同的效果，如采用淺色木質(zhì)構(gòu)架與磚墻，都能使得室內(nèi)溫度較為恒定(圖6)，冬夏皆宜。如在本人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的“農(nóng)村商業(yè)銀行辦公大樓”項(xiàng)目中(130米超高層，中標(biāo)項(xiàng)目，在建)，標(biāo)準(zhǔn)層平面通過玻璃幕墻的折疊關(guān)系，東南向可導(dǎo)風(fēng)入室，加強(qiáng)自然通風(fēng)，西向的遮陽玻璃有效遮擋了日曬，提高室內(nèi)舒適度，有效降低建筑能耗(圖7)。

感應(yīng)控制系統(tǒng)是通過使用照度感應(yīng)器，讓人工照明進(jìn)行自動(dòng)開、關(guān)動(dòng)作的機(jī)制。照度感應(yīng)器，是利用日光產(chǎn)生明暗變化作為開關(guān)的感應(yīng)器，即當(dāng)亮度達(dá)到某個(gè)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，感應(yīng)器便會(huì)發(fā)揮作用。更為常見的是動(dòng)作感應(yīng)器，它針對(duì)人體放射的熱能進(jìn)行偵測(cè)，在偵測(cè)區(qū)域內(nèi)有人類活動(dòng)便會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮。由于只在必要時(shí)提供照明，所以燈具也能長(zhǎng)久使用，且對(duì)于節(jié)省能源效果顯著④。節(jié)能燈節(jié)電效果也十分明顯，據(jù)專家測(cè)算，如果以功率為11瓦的高品質(zhì)節(jié)能燈代替60瓦的白熾燈，不僅亮度提高20%－30%，還能減少耗電80%。在生命周期內(nèi)，白熾燈，緊湊型節(jié)能燈和LED的二氧化碳排放量有所不同。在相同的光量輸出的情況下，75W白熾燈的照明效率為12lm/W，15W節(jié)能燈照明效率為60lm/W，6W的LED照明效率為150lm/W。LED節(jié)能燈的工作壽命假定為25000h，在此工作時(shí)間內(nèi)，分別耗費(fèi)1盞LED節(jié)能燈，3盞緊湊型節(jié)能燈和21盞白熾燈。由消耗電力而產(chǎn)生的二氧化碳排放為527克/千瓦時(shí)。三類燈具在25000h工作時(shí)間內(nèi)排放的CO2如(圖8)所示，由此可見，LED節(jié)能燈的能源消耗及碳排放量最低，普及使用將大程度降低人工采光的能耗。在“農(nóng)村商業(yè)銀行辦公大樓”項(xiàng)目中，各種場(chǎng)所設(shè)置智能設(shè)備控制系統(tǒng)，光源采用光效高的T5三基色熒光燈、高效節(jié)能燈，誘導(dǎo)標(biāo)志采用高效LED光源。節(jié)約用水方面，可通過裝設(shè)分流量衛(wèi)生潔具，可感應(yīng)水龍頭和中水利用系統(tǒng)來達(dá)到。其中，中水利用是指將生活用水，如洗衣，淋浴后的廢水收集，再使用于灌溉和沖廁(圖9)。分流量衛(wèi)生潔具和可感應(yīng)水龍頭已得到廣泛運(yùn)用，但仍需使用者的正確配合，才能真正發(fā)揮效用。如在本人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的“海峽婦女兒童活動(dòng)中心”項(xiàng)目中(60米4萬平方米建筑綜合體，中標(biāo)項(xiàng)目，在建)，衛(wèi)生器具配置均采用節(jié)水型衛(wèi)生器具，公共衛(wèi)生間設(shè)置自動(dòng)感應(yīng)龍頭洗手盆;設(shè)置了中水處理設(shè)備，洗浴盥洗排水回收至中水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后將其用于澆灌綠地、沖洗室外路面，洗車等;還設(shè)計(jì)了雨水回收利用系統(tǒng)，有效地節(jié)約用水，以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。廢物利用是對(duì)于可再生材料及能源的再利用，最為常見的再生材料為木材以及建筑骨料，可回收利用為再生地板，家具，鋪地，墻體等。能源方面，主要為太陽能和生物能，相應(yīng)減少其他不可再生能源的消耗。如在本人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的“福州兒童醫(yī)院病房大樓”設(shè)計(jì)中(80米高層，在建)，集中熱水系統(tǒng)采用太陽能和空氣源熱泵結(jié)合的制熱系統(tǒng)，晴天時(shí)使用太陽能，陰天時(shí)采用熱泵制備熱水，節(jié)能減排效果明顯。并可大量減少電能源的消耗，節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本。(圖10)

2案例分析

綠色建筑的概念可延伸至規(guī)劃尺度，同樣是以兼顧可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)環(huán)境為目的，這點(diǎn)國(guó)外的建筑師做得更到位?！?0/20公園”即是一例(圖11)，它位于荷蘭的一塊填海地上，以WilliamMcDonough“從搖籃到搖籃”的理念為設(shè)計(jì)主旨，充分考慮區(qū)域性生態(tài)連通性和現(xiàn)場(chǎng)生物多樣性，以及工作場(chǎng)所健康性。該方案將地區(qū)性垃圾處理系統(tǒng)、能源供應(yīng)和水系統(tǒng)整合處理，消除了各種各樣的污染和浪費(fèi)⑤。前期的環(huán)境數(shù)據(jù)分析包括觀測(cè)太陽路徑，測(cè)定風(fēng)玫瑰圖，場(chǎng)地交通分析，生態(tài)整合和聯(lián)系等。通過分析，朝向方面，在荷蘭的緯度上，建筑最佳朝向?yàn)闁|偏北15度，使場(chǎng)地夏季減少太陽照射時(shí)間，冬季則最大化獲得太陽光(圖12);風(fēng)向方面，選擇有利于通風(fēng)和捕捉夏季盛行微風(fēng)的建筑朝向，減少能源需求，場(chǎng)地景觀用于減緩冬季強(qiáng)風(fēng)(圖13)。本案還采用能源，熱，廢物中和處理系統(tǒng)，將辦公室廢水和餐廳綠色垃圾送至中央處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集中處理，通過沼氣發(fā)電方式產(chǎn)生的熱量，為酒店提供加熱熱水能量(圖14)。另外還配備雨水和廢水處理系統(tǒng)，廢水收集后在現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一處理，凈化后可作為中水進(jìn)行沖廁(圖15)。在屋頂方面，主要鋪設(shè)了太陽能光伏系統(tǒng)和屋頂植被(圖16)。植被可以儲(chǔ)存及釋放熱能，防止溫度突變，綠色屋頂還可收集雨水，流入場(chǎng)地設(shè)置的儲(chǔ)存所以便再次利用。景觀設(shè)計(jì)方面，整合了室內(nèi)，運(yùn)河等多個(gè)要素，屋頂綠化和生態(tài)長(zhǎng)廊與周邊環(huán)境相聯(lián)系，建筑體量與開放空間相交融(圖17)。通過建筑體量調(diào)整，使得室內(nèi)可以看到運(yùn)河。停車場(chǎng)的屋頂也做成景觀，與周圍環(huán)境很好的過渡，保持了綜合生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性。

3結(jié)語

隨著近年來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗也在逐年增加，由此產(chǎn)生的碳排放，環(huán)境污染等情況也越來越嚴(yán)重(圖18)。針對(duì)這一問題，國(guó)內(nèi)也開始推廣綠色建筑，以期通過合理設(shè)計(jì)及一些技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能減排。綠色建筑的數(shù)量在中國(guó)也逐年增長(zhǎng)，2011年，通過評(píng)估的綠色建筑數(shù)量超過千座(圖19)，盡管相對(duì)建設(shè)總量而言比例仍然很小，但增長(zhǎng)的趨勢(shì)證明了綠色建筑的市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大。推廣綠色建筑不僅是政府的職責(zé)，也是每一位公民的義務(wù)。目前，我國(guó)的建筑建設(shè)規(guī)模遠(yuǎn)大于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，消耗了大量的各種自然資源，長(zhǎng)此以往，資源將被消耗殆盡。因此，每位社會(huì)成員有責(zé)任和義務(wù)為建筑節(jié)能和推動(dòng)“綠色節(jié)能環(huán)保建筑”的發(fā)展出一份自己的力。綠色建筑能節(jié)約資源和能源，減少二氧化碳的污染，為使用者提供更舒適的環(huán)境，成為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的重要手段和策略。每位設(shè)計(jì)者更應(yīng)該在建筑創(chuàng)作中尋找平衡點(diǎn)，為社會(huì)和行業(yè)的發(fā)展探索出一條可持續(xù)發(fā)展的道路。

作者：溫蓓單位：福建省建筑設(shè)計(jì)研究院