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摘要: 本文利用调研测试结果,设计出广州地区典型的办公楼建筑模型及其通风空调方案,针对目前常用的24种窗户节能方案,利用美国能源部开发的DOE-2软件对各方案进行建筑物全年的能耗计算。对比分析各方案的计算结果,定量分析了不同窗户节能措施对建筑能耗的影响。结合办公楼建筑的特点,提出了广州地区该类建筑在外窗热工性能、外窗遮阳方式以及窗墙比取值等方面的具体建议。
关键词: 办公楼 节能 外窗 遮阳 窗墙比
1 概述 办公楼建筑规模大,室内人数多,照明量大,内部发热量很大。在空调供冷期中,白天上述内部发热量蓄积于围护结构内,夜里室外气温下降,希望热量向外排得越快越好;在过渡季节,内部发热量的自然排放受阻也会使供冷时间延长。因此,在不考虑供暖、夏热期又较长的广州地区,办公楼建筑围护结构的保温隔热与放热的平衡问题尤为重要。窗户作为围护结构保温隔热的薄弱部位,其处理就较为复杂。一方面,应把外窗视为放热和减少办公室照明负荷的部位,不宜过分绝热和过分减小面积;另一方面,若不考虑窗户的绝热,夏季又会由窗户向室内侵入大量的热量(包括太阳直射得热),从而增大供冷负荷,影响室内热舒适度[1]。因此,必须根据该地区的气候特点和办公楼建筑的负荷特点,对外窗进行适度的节能设计。本文针对广州地区办公楼建筑的特点,利用美国能源部开发的DOE-2软件进行建筑物全年的能耗计算,对模拟计算的结果分析比较,得出了该地区办公楼建筑外窗节能设计的一些结论。
【关键词】 高层办公楼;设计;常见问题;具体设计
随着社会建设步伐的日益加快,将设计高层办公楼抬升到了设计人员工作的重要地位,使此种办公楼设计成为时代热点。鉴于高层的办公楼往往建设在人口密集、经济繁荣、交通便捷的地带,而且在体型方面不同于其他建筑楼群,设计人员在进行设计的过程中,便不能将其他高层建筑的设计方案以及思路原封不动的应用于高层办公楼的设计工作中。近年来,设计人员为了完善高层办公楼这类项目的设计方案,纷纷展开了对其设计中常见问题以及具体设计环节等工作的研究,为目前开展设计工作提供了有益的参考。
一、高层办公楼设计工作中常见问题分析
1、建筑体型问题
办公楼在功能方面的定位较为简单,设计人员在进行建筑体型设计时,一般不需要过多地考虑建筑内容与功能等问题,但是,由于办公楼常处于繁华地段,代表着某个区域的整体风貌,其体型设计必须实现与城市建设的总体规划、城市地域特点、周围环境等方面的协调。因此,设计人员必须在设计中对高层建筑的几个角度进行完善处理,以保证建筑的圆融性。同时,高层办公楼的建设在某种程度上代表着时代的风貌、社会的特征,在设计体型时,设计人员还应当尽量地结合当前时期的时代以及社会环境,通过应用新型节能的材料、技术、工艺等,使建筑在体型及外立面,凸显出对于生态化、人本化的设计理念。
2、开间进深问题
高层办公楼建设于寸土寸金的繁华地段,设计人员必须尽可能地对建筑进行处理,利用有限的土地,获得最大的可用空间,这就需要设计人员对建筑的开间进深进行优化设计。就目前来看,办公楼一般普遍采用3.4m到3.6m的开间,而进深方面则多为6.0m到6.6m。设计人员在进行设计的过程中,要尽量地根据具体的应用需求,对开间和进深进行选择,选定之后,再结合具体的开间与进深数值,对立柱等构件进行设计,避免过多的立柱影响到立面线条的明朗性,同时尽可能地根据办公室办公人员来开展不同的房间设计。
3、门厅设计问题
设计人员在为高层办公楼设计门厅时,要以办公楼的规模以及性质为基础,对其进行确定,同时充分考虑到门厅设计的私密性以及健康性。就私密性来讲,敞开式的门厅容易使外部人员对楼内建筑一览无余,而屏风式与格栅式的门厅则能够起到适当的遮挡作用。就私密性来讲,门厅设计应当做到内外有别,并能够对洁污进行有效区分。同时,设计人员要注意在设计方式上,对门厅进行良好的处理。如果门厅需要的较高的空间高度,设计人员可以将层高加高,或者是在室外增设踏步,提升两翼地下室的高度,或者还可以将门厅设置为两层高度并在其中加设回廊。
4、垂直交通问题
高层办公楼垂直交通以电梯为主,楼梯为辅。但是,设计人员在设计时,必须处理好楼梯与电梯的关系。一方面,要将楼梯设置在较为显眼的地方,保证较低楼层的员工可以在高峰期间走楼梯上下班,以缓解交通的压力。另一方面,还要根据人群的最大流量以及密集程度分布等因素,设置适当的电梯台数以及容重荷载,以保证电梯应用的顺畅性。
二、高层办公楼具体方面的设计工作
1、标准层
高层办公楼的标准层,主要分为办公区域、卫生间、前室、公共走廊、电梯厅、楼梯间、开水间、管井等几个方面,本文下面就对办公区域、卫生间及管井设计加以分析。
1)办公区域约占据了总面积的70%,可以将核心筒设置于平面中心部位,而各办公空间则围绕核心筒呈圆形分布,这样可以保证办公室的布局规整性、空间利用高效性等。
2)卫生间作为特殊场所,其设计则应当具有前室,并在前室部位设计镜台、洗手盆、烘干器、肥皂盒等,而且要着重注意视线设计,对卫生间进行适当的遮蔽,以避免一眼看到卫生间的内部。并在卫生间的合理位置,为其设置拖布池和其他的清洁用具。
3)管井方面设计包括给水井道、空调机房、电井等几个方面,设计人员要以高层民用建筑的防火规范对其中的竖向井道进行单独的设计,借用耐火极限值在1h以上的不燃烧体作为其井壁材料,并为井壁设置丙级的防火门。而且,建筑高度小于100m的办公楼,要利用不燃烧体对管井进行分隔(每个分隔层约间隔2层到3层的楼板),而高于100m的办公楼建筑,则为每一层设置防火分隔。同时,借助不燃烧体将管井与房间、走廊等连接的孔隙部位填实。
2、核心筒
办公区域的核心筒设计形式,主要包括中央型(建筑中心)、型(建筑四周)、分离型(建筑两边以上)、偏心型(建筑一边)这样几种,在进行设计的过程中,设计人员要注意以下几点问题:
1)、核心筒设计中必须具有两步以上的防烟楼梯,并且前室的面积要在6㎡以上,如果单层面积处于1500㎡以上,还要设置消防电梯(前室面积如上),若前室需要合用,则其面积必须在10㎡以上。只有这样,才能够保证占据整栋楼约30%面积的核心筒设计的合理性,从而使办公区域的建设获得完善的核心筒基础。
2)、需要严格做好电梯以及电梯厅的设计。电梯的数量与载重要以高峰、人数等来确定,同时,还可以根据高峰期的分布特点,利用调整电梯速度的形式,来缓解交通压力。而电梯厅的设计则通常为双层轿厢、快速梯和分区梯集合、传统式三种方式,其中的电梯都是组队型的一对一排列,约三台电梯作为一组,且电梯厅的净宽大约设为3m。如果高层办公楼的层数在30层以上,设计人员应当利用上下分区的形式设置电梯,约10层为快速梯的停站,然后转为分组梯。此外,设计人员还要为高层建筑设置疏散楼梯,此楼梯应当设置在人员疏散的可能方向部位,比如,靠近电梯厅的位置,还应当考虑双向的疏散,即火灾后一个方向不通后折返容易选取的方向。
3、消防
设计人员为高层办公楼设计消防装置,要考虑到消防通道、消防出口、防火分区、疏散楼梯以及灭火设备等几个方面的问题,同时要做好对于消防控制中心的设计。具体来讲,在进行消防设计时,要保证不同功能分区入口的独立设定,并采用防火卷帘、隔墙、防火门等分隔不同防火分区,还要做好对于防火分区疏散宽度的控制。每个分区要分成不同的防烟分区,而各防烟分区的面积要在500㎡以下,可用结构梁作为防烟分区的划分界限。此外,必须设置简单明了畅通的疏散楼梯,除了上文所阐述的疏散楼梯方面的设计要求外,还要做好对于相邻的安全出口之间的最大距离设定,即两出口之间的房屋长度要在40米以内。
三、结语:
高层办公楼作为标志性建筑,其设计工作牵涉到多方面的问题,在进行设计的过程中,设计人员一定要针对具体的要求以及相关设计规范,认真处理好各个细节问题,并努力推动具体设计部位的优化设计。
参考文献
[1] 朱蓉. 高层办公楼的设计点滴[J].广东科技, 2011(14)
[2] 冯琪. 高层办公楼电梯系统设计浅析[J].城市建筑, 2010(08)
[3] 林晓伟.浅谈高层建筑框架核心筒结构设计[J].中国新技术新产品, 2011(24)
随着社会经济的不断进步,人们在满足基本生活的同时,对建筑的功能使用也提出了更高的要求,现代办公楼建筑更要满足这一条件。本文结合建筑设计实例,对办公楼建筑设计进行了探讨,旨在关注办公楼的准确定位,呼唤建筑设计的理性回归。
【关键词】多层办公楼;建筑设计;
一、工程概况
某办公楼工程基地净面积(规划退红线后)为20080m2,总建筑面积约17980m2,容积率为0.895。在此基地进行首期项目建筑设计,主要功能以满足业主办公、产品开发、物流调配及业务洽谈等日常工作的需求而设计。本工程地势平坦,周边自然环境颇佳,地块北面临景色优美的海滩。
二、现代企业办公楼设计的理性解读
主题化、个性化、人性化、配套化及生态化是办公楼建筑设计发展的趋势,是建筑师必须面对并能激发创作灵感的重要课题。首先应当指出,追求主题化、个性化并非意味着建筑师的作品从此有理由单一的为了标新立异、凸现自我而与周边环境格格不入。相反,建筑师的作品应当更多地关注基地周边乃至整个区域的协调发展,从而避免建筑作品在整个区域中显得很别扭,甚至对基地周边原本良好的自然环境资源造成难以弥补的破坏。其次,强调办公环境的优劣不仅仅是指基地周边具备良好的自然环境资源,而能否给使用者创造一个宜人工作、生活、休息及交流空间是至关重要的。工作、就餐、休息、娱乐及交流诸多空间各得其所。功能配套,环境优美,对于业主的高效运转以及增强员工的凝聚力和归属感是不容忽视的要素。建筑师针对地段的自然特质、建筑与周边环境的关系、建筑使用者与内外空间的互动这三个特点进行了理性的分析与研究,运用简洁、克制的设计手法塑造现代办公建筑形象。
三、理性的设计
所谓理性就是接受现实客观存在并做出合理反映的态度。没有理性的开始多半会导致后继过程的失控。办公楼的设计首先应当充分结合地块实际状况和项目所在区域特点,进行怎样的定位。如何将建筑物安置在基地环境中,会直接影响到建筑物的美学品质。办公楼的办公形态主观需求,已从聚集化、标准化向分散化、个性化转变。有条件时,办公建筑的容积率宜控制在1以内,办公建筑的层数则可控制在6层以下,整体规划的布局能够做到相对灵活,各功能的空间处理、区内建筑物之间的栋距能够完全M足规范要求,且区景宽阔,园林绿化和景观面积大,交通流线和建筑物通风采光良好。
因此,建筑师将办公楼、物流中心分别设计为6层和5层,并且基地内所有建筑物高度都将控制在24m以下,最直接的目标就是希望办公中心能以"低姿态"尽可能地接近地面、接近自然,节约垂直交通联系费用,尽可能地节能环保。这也是"绿色建筑"必不可少的课题。其次,办公楼的设计应当针对办公楼的服务对象(包括工作性质、工作状态以及员工组成等)进行个性化、人性化的设计,也即品味。在良好的基地环境中,建筑的角色并不仅仅是去配合,而是应当引入新的元素进一步完善现有的环境,使建筑与环境互相触合。
1.理性的躯壳
建筑师的理想是,通过简洁的设计,使设计作品在内容和时间上经得起考验,并符合安全、经济、适应、美观的建筑设计方针。建筑师有义务将建筑设计得合理易解,出于对这个理念的坚信,德国GMP建筑师事务所冯・格康建筑大师的作品表现出形式上的审慎和在材料上的统一。办公楼宜采用以保证办公空间均有良好的南北朝向布置,创造实用、高雅、舒适、宜人的办公环境,十分必要。例如:利用两个办公建筑侧向之间的栋距,将2个矩形体块围合成一个高跨的半露天中庭。如图1:
规整、简约的建筑平面带来建筑造型的干净、理性。方正中略呈变化的立面造型、白色外墙防水涂料、屋顶浅绿色盖头、墨绿色铝合金窗以及绿色仿木铝合金百叶,体现着设计者驱除繁杂的初衷,以理性的躯壳诠释企业形象。正如冯・格康先生所说:"终究是要把建筑物建造成为一座尽可能耐久地、理所当然地为其内部丰富多彩的人类活动所服务的外壳。"
2.复合的空间
中庭不仅为南北两侧的办公空间带来自然通风与天然采光,营造了良好的生态小环境,而且使理性的躯壳蕴涵了复合的内容。办公楼主入口设计在东侧,以青石板铺地的首层中庭即是门厅,突破了办公建筑通常的入口模式,即过道门厅不占用好朝向。使长向的南面面积充分利用为办公用房,给进入者以豁然开朗的视觉感受。次入口北侧办公空间5-6层在东端做4.2m的缩入,留出了一个6.4m高的空间用以栽植绿化,既丰富了立面造型,又将绿茵引入建筑,与中庭的绿化遥相呼应。如图2:
逐层演变的露台和空中走廊是交通聚散的空间,是交流休息的场所,更是一个个的舞台,看与被看,生动有趣。复合的功能消解了办公空间的匀质和单调,给人以更多的自由选择和体验。中庭西侧自3层起仅用无色透明玻璃幕墙进行围合,5层露台则完全开敞,此时的建筑物尤如取景器,海滩美景尽收眼底。露台采用经过防腐处理的架空木板铺地,雨水经过架空层有组织排放到首层庭园浇灌绿地。天然材质的青石板、木板铺地,令人不禁抚今追昔、梦回故里;而配备白色氟碳漆饰面护栏的轻盈钢梯和回廊,则昭示着企业高效创新的时尚精神。随着时光的推移,阳光雨露会给庭园中的红枫绿茵送来蓬勃生机,风霜雨雪亦将在青石、木板乃至金属材质上刻下岁月的痕迹,业主对此说:"若干年或更长的时间以后,这都是公司企业文化的积淀和见证。"
四、结束语
建筑师应当奉献自己的道德和智慧,在为社会创造建筑实体的同时,引领人们感受与众不同的空间体验,为城市空间的延续预设更高的起点。本文旨在呼唤建筑设计的理性回归并努力将之付诸实践。
参考文献
【关键词】现代办公建筑;形象;空间
1现代办公建筑外部形象分析
和其它建筑不同,现代办公建筑应有自己的形象特征,具体由使用主体而定的,如政府行政办公楼、企事业单位办公楼等,都有自己明显的形象特征。
例如一般政府办公楼通常具体设计尺度宏伟、体量巨大,给人以强烈的视觉感受;企业或事业单位办公楼,因受其所属行业特性影响而各有不同形象特征:
有的含蓄严谨,有的活泼灵巧;有的是摩天大楼,有的是低层别致;无论建筑形象如何,都会对当地城市区域的艺术风格和美学价值产生一定的影响。因此,我们在进行办公建筑设计时,应首先对办公建筑所在地的环境进行认真分析,
确定所设计的办公建筑,能与城市周围环境相协调的同时,具有自己独特、新颖的形象,把建筑设计与城市环境融为一体。
进行现代办公建筑设计时,除了考虑设计能满足使用功能、技术和经济等方面的要求外,还要考虑其环境与城市协调的重要性,使空间形体与内在秩序相协调和谐。
如当办公建筑位于市中心繁华商业地段时,通常用地都会紧张,设计时要采用集中布局方式,以便能比较好地解决留停车、人流活动的空间,以及外部交通条件,为城市提供更多的公共空间,同时达到和城市景观和谐协调。
2现代办公设计应考虑内容
2.1外部形象设计
2.1.1主与从的构图
建筑物主与从的关系可以通过轴线的关系呈现出来。如以建筑物作为轴线组织平面和空间形体;体量组合中的主从关系,可以是对称的布局,也可以是不对称的布局,在不对称的体量组合中,也可通过体量的大小、高低、粗细、横竖、虚实以及材料的不同质感和色彩的处理手法,来表达其体量组合中的主从关系。
2.1.2对比
通过建筑物体量、线形、虚实、质感以及色彩之间的对比,使建筑物产生具体
个性鲜明的形象感。
2.1.3标志与独创
通过简洁富有表现力的几何图形,表现出建筑物的时代感与标志性,整体上丰富城市轮廓线,认真做好细部处理,使建筑物从整体与细部和谐统一,适度采用新型材料和高科学技技术,增强建筑的标志性与独创性。
3建筑物内部空间
现代办公建筑,主要功能是生产办公议题。进行空间设计时,首先要考虑其办公属性。布局平面时,应把行政办公部分与技术用房分开,尽量使平面布局具有一定灵活性。
通常与外部交往较多的部门如行政办公及相关配套的生活福利设施,如饭堂、会客室等,布置在办公楼的底层和裙楼中,当中大部分功能集中在一侧配楼内,另一侧办公楼则集中安排领导职能办公部分,形成两大功能区。办公路线横向展开,以保证各部分功能空间的紧密联系。
集中中心可设一个现代化中枢,使之与功能空间形成一个整体,为各层提供一个不同形式的趣味空间。人流量大的空间(比如多功能报告厅)可布置在建筑首层,在院内设单独入口,满足大量人流疏散要求。有些办公建筑都设有现代化中庭与办公走廊连接,中庭设有回廊,共同形成"办公室内街",将办公楼的内部功能划分变得富有弹性,既能形成明确的竖向分区,又能满足不同要求的大、中型办公室,在使用过程中,可动态地根据需要改变格局,具有更大的可变性和适应性。
4其它设计考虑
在进行办公建筑设计时,还应考虑以下内容:一是重视生态环境设计。办公建筑如有舒适、健康的空间和良好的办公环境,将会极大地提升建筑物的品牌形象.吸引高端公司进驻。
二是重视节约能耗设计。
节约能耗是我国长期实行的基本国策,办公建筑实现节约能耗,能体现环境友好,使建筑物及客户的运营成本降低,提高建筑物在同类产品市场上的竞争力。
三是提高室内健康舒适度。办公环境健康舒适,能有效提高工作效率,减少生病缺勤率,增加对客户的吸引力。
5某开发区综合办公大楼设计分析
本项目为位于某大都市开发区,将建一栋高层办公、商务酒店(经济型)为一体的23综合大楼,总建筑面积约29886m2,并设置地下车库。
5.1设计理念
本办公建筑位于开发区,在开发区的企业中高科技企业居多。故在建筑设计重点是1、具有高科技企业的特色;2、与开发区的的现有办公建筑能形成整体风格前提下又有自己特色。因此经综合考虑,把本项设计目标定为:1、能反映开发区特点,与四周环境和谐统一;2、具有时代创新特性;3、注意保护环境,实现可持续发展;4、降低建筑物造价。因此,本项目设计理念如下:
(1)办公建筑物能与开发区现有建筑和环境和谐协调;
(2)所设计的建筑造型,能满足功能需要,造型变化遵从于序列规则之中;
(3)通过经典的建筑语言,达到细节的比例和模数的统一:
(4)具有多样性和灵活性,满足现代办公建筑需求。
(5)在保证环境友好的前提下,适度采用经济合理的新型材料,达到美观目的。
5.2总平面设计
总平面图布置在满足有关规范规定要求前提下,具有以下特点:
(1)建筑采用新古典主义风格,典雅、大气。
在古典元素的基础上进行简化,并加入现代新技术元素, 通过古典与现代的视觉碰撞,通过选用特定的材质和色调的搭配,使新的办公建筑形成大方、耐看的新古典主义风格,塑造城市新地标。
办公楼主体建筑平面采用规整方形与弧形相结合的方式,在满足科技办公楼的建筑要求的同时,其简洁明快的现代风格与四周建筑相协调,功能造型环境与人实现和谐统一。
(2)设立大型地下停车库满足员工停车要求。本项目24层办公主体地下室和下沉式地下车库联成一体,两者之间不设结构缝,实现了地下车库停车位最大化,停车位近百个。
(3)大厦的地下室安设有变配电间、风机房和水泵房等公用辅房,这样实现了动力站房公用管线至上部大楼的最短距离,方便对公用站房的管理,节省投资。
(4)建筑物北边位于城市交通要道,这里设定为在主要车行出入口,里面设有一条长为6m的环状消防通道,路网构架和现有市政道路相连,总体设计实现人、货分流,满足人流、物流和消防的需要,符合城建规划及交通安全管理规范,
(5)办公大楼主入口前面设置大面积绿化,营造出品位高雅、亲切宜人的景观环境,所建绿化面积达2400多平方米。此外,还对3楼商业群楼屋顶进行绿化,绿化面积达到达30%。使建筑物与附近景观环境协调呼应。
5.3建筑平面设计
本项目主要功能是为开发区高新技术产业提供办公和经营之用,为满足现代办公建筑的多样性和灵活性需求。经认真分析研究,确定本项目平面设计为大空间建筑平面布局模式,体现了对高科技产业的适应性、多样性和使用上的灵活性。具体特点如下:
(1)建筑有效空间的最大化。
大楼建筑平面为长方形规整布置,中间部分均为办公等多功能的建筑空间。以利于分隔和有效利用空间。建筑中间布置消防电梯和楼梯、客货电梯等交通核心单元,东西两端各设置公用生活设施及疏散楼梯间,解决垂直交通间题。以满足高科技产业的办公建筑要求。
(2)空间的灵活分隔。建筑设计内部可用轻质隔墙隔断,充分考虑了建筑空间的灵活分隔和布置,做到既可分层整体出租,也可局部灵活分隔,最大限度满足各种不同用户的需求,体现建筑较强的通用和灵活性。符合高新技术企业的特点。
(3)中庭的形象设计。建筑设置两层裙房,在底层裙房东面设置中庭,二层通高,轩敞气派,屋面设置采光天窗,使中庭创造良好的共享空间,为今后企业入驻提供良好环境。同时为今后布置总服务台、商务中心、银行、小型超市等造有利条件。
(4)良好的安全疏散通道。建筑的主出入口设置圆弧形底层办公及酒店入口,加强入口空间导向性。建筑南边设置了非机动车库入口,满足生产的需要。同时在东边两端各设置疏散的商业出入口。地下车库为一个防火分区,设五个人员疏散出入口;地上群房部分共享大厅作为一个防火分区,其余每标准层为一个防火分区。
建筑地上部分楼层均设三部防烟疏散楼梯和消防电梯。使整个建筑符合消防设计的要求该综合大厦立面采用经典的三段式,大楼逐层退台,为适应高新技术办公企业的使用需要,以简洁的形体与扇形的布局相结合,建筑外立面采用稳健清新的浅灰色为主色调,裙楼材料选用石材,塔楼选用仿石面砖,配以黑灰色铝合金型材竖向杆件以及银灰色透明玻璃,利用材料的虚实对比,以及色彩的明暗搭配形成挺拔
俊朗、浑然一体的远景效果(见图1),
而材质本身色彩的细微变化以及立面构件细部的处理又给人以层次丰富,富有质感的近景感受。
建筑平面中每层均匀设置空调机房平台,平台栏采用方形钢格栅隔断,使空调机组隐藏在里面,同时使立面有强烈的韵律感和阴影变化的虚实对比。
裙楼外墙采用厚度约13毫米的仿石面砖,通过设计分析及各种连接节点的试验,达到技术要求,并取得了良好的应用效果。让建筑物具有天然石材般的外观,坚硬的外表让建筑的线条更加清晰,轮廓更加明朗。(见图2)
5.4结束语
现代化办公建筑是城市重要的代表性建筑之一,正向着灵活、智能、高耸、综合的方向发展,广大设计人员,在对其进行设计前,要认真研究不同办公建筑的各自定位和需求,包括建筑物所在地的城市、交通、景观、空气等因素,以及办公企业文化等,设计出符合企业办公需要又安全、舒适的办公建筑。
参考文献
关键词:深圳中航城办公楼;节能设计;能耗;屋面绿化;自然通风;外墙围护
1.概述
在现代经济社会快速发展的背景之下,整个建筑行业的发展速度、发展规模均呈现出了显著的提升趋势。但在各种现代化技术设备综合应用的过程当中,建筑能耗方面的问题日益严峻。据相关统计资料数据显示:当前技术条件支持下,建筑能耗已占到了社会总能耗的近30%比例,部分地区更是高达40%。为了能够与建筑行业节能、绿色的发展趋势相契合,就要求特别关注对各类建筑的节能设计工作。
南方地区大部分属于我国发达地区,经济发展较快,生活水平较高,人口约1.5亿,国民生产总值(GDP)约占全国的15%,是我国建筑节能工作的新重心。
《广东省建筑节能设计标准实施细则》将夏热冬暖地区划分为南北两个区。广东省共计21个地区,其中韶关、梅州、河源、清远、等地区属于夏热冬暖地区的部分,按北区进行建筑节能设计;广州、深圳、珠海、中山、汕头、汕尾、揭阳、佛山、惠州、东莞、肇庆、云浮、潮州、江门、茂名、阳江、湛江等17个地区均按南区进行建筑节能设计。
下文结合深圳中航城办公楼工程实例对建筑节能设计谈一体会。
2.工程概况
深圳中航城办公楼坐落于深圳市福田与罗湖双中心的叠加商务区,属于办公以及商业服务综合体建筑物;建筑总高度199.9米,地下4层,地上41层;总建筑面积约为126867 m2,其商业面积约30000 m2,办公面积约71200m2。为了尽可能的减少不可再生能源的消耗以及减少由此带来的环境负面影响,并给深圳中航城办公楼的使用者提供健康、舒适、高效的工作环境,本工程将降低建筑能耗和低碳运营的可持续发展理念融入到建筑设计中,从建筑围护结构、自然通风、高效新型空调等多个方面,运用了相应的节能技术措施。为了验证采用多种节能后的节能效果,本文还采用了动态能耗模拟分析软件对生态办公楼的全年能耗进行了分析计算。
3.气候特征
本项目地处深圳,属建筑气候分区中的夏热冬暖地区南区。室外全年逐日干球温度典型分布见图1所示:
图1 室外逐日温度
4.建筑节能措施
广东省实施细则的一般规定:北区内建筑节能设计应主要考虑夏季空调,兼顾冬季采暖;建筑物通过采用合理的建筑节能设计,增强建筑围护结构隔热、保温性能和提高空调、采暖设备能效比的节能措施,在保证相同的室内热环境的前提下,与未采取节能措施相比,全年空调和采暖总能耗应减少50%。基于上述特点,夏热冬暖地区应从以下几个要点着手,在《夏热冬暖地区建筑节能设计标准》和《公共建筑节能设计标准》等规范的指导下,做好建筑节能的设计。
4.1.自然通风利用
从节能和舒适的角度考虑,应优先采用被动方式,依靠自然手段来维持室内的热舒适环境。
《公共建筑节能设计标准广东省实施细则》规定“建筑总平面的布置和设计,宜利用冬季日照并避开冬季主导方向,利用夏季自然通风。”
南方地区室内通风良好,可以最大限度地减少空调的使用时间,建筑节能的关键技术之一是自然通风设计。
根据该办公楼本身和周围环境以及气候特点,利用热压通风和风压通风相结合的方式,确定并优化室内合理的气流组织方式,以期实现有效的、可调节的自然通风。在建筑外立面的正压区和负压区的适当部位开窗,起到通风口的作用,增强室内穿堂风的冷却效果。建筑采取南北朝向或接近南北向(如南偏东)布局,有利于自然通风,增加居住舒适度。深圳夏季(4-10月)大多盛行东南风和西南风,在小区布局和建筑体形系数基本确定的情况下,通过这样的规划措施,可以得到良好的小区通风和室内通风,从而达到如下节能效果:(1)改善住区热环境,降低房间自然室温,增加舒适感;(2)居住区良好的通风和热岛强度的下降可以提高空调设备的冷凝器的工作效率,有利于节省设备的运行能耗;(3)能够有效地缩短房间空调器开启的时间,节能效果明显。
4.2、围护结构设计
深圳中航城办公楼围护结构节能设计主要包括墙面、屋顶、门窗的保温隔热设计以及建筑外窗的遮阳设计。
外窗是建筑节能设计关键步骤之一。因普通窗户的保温隔热性能比外墙差很多,且夏季太阳辐射通过窗户入室内增加了总得热量,成为夏季空调负荷的主因。
外墙体建筑节能设计按广东省实施细则“建筑围护结构外表面吸收系数”和“建筑热工设计常用计算参数”等计算。
广东省实施细则:公共建筑“房间外窗的开启面积不应小于窗面积的30%;各朝向的窗墙面积比不应小于10%;当窗墙面积比小于12%时,外窗应全部可开启”。深圳中航城办公楼窗墙面积比高达68%,远远满足需求。
外窗节能设计应考虑:控制各朝向窗墙面积比,外窗的遮阳、传热系数和综合遮阳系数等规范的标准。
本工程地处夏热冬暖区域,由于该区域的气候环境条件表现为:冬季寒冷,夏季炎热,冬季夏季持续时间长。在外窗的节能设计上,采用“Low-E中空玻璃开窗”的做法。它的平均传热系数、平均吸收系数、平均热惰性指标和综合遮阳系数等容易达到规范的节能要求。实现以下几个方面的优势:(1)由于Low.-E中空遮阳性玻璃幕墙所对应的遮阳系数取值较低,因此对于室外强光具有显著的遮蔽性能;(2)Low.-E中空遮阳性玻璃幕墙太阳能透过率水平较低,对于室内太阳热辐射的控制效果突出;(3)Low.-E中空遮阳性玻璃幕墙表现出了良好的中远红外线反射率,使得室外二次热敷热不易进入室内。中空结构下能够降低空调运行能耗。在以全玻璃幕墙干预的情况下,夏季高热环境下,不会对室内采光产生影响,且可对远红外热辐射进行有效的阻挡,降低热量,避免因室内空调长时间制冷而出现能耗加重的问题;反之,冬季温暖环境下,能够对远红外热辐射进行有效的发射,避免室内热量大量流失。
4.3、屋面节能设计
屋面节能设计的原理与外墙节能一样,主要节能措施有保温屋面、架空通风屋面、坡屋面和绿化屋面等技术,通过改善屋面层的热工性能、阻止热量的传递,达到节能的目的。
1).得热
热岛是由于人们改变城市地表面引起小气候变化的综合现象,是城市气候最明细的特征之一。其中太阳辐射是热岛效应形成的最直接原因。“热岛”现象在夏季出现不仅提高中暑机率,而且会加重污染,并增加建筑的空调能耗。本项目采用Ecotect模拟计算D1、D2地块夏至日08:0:0~19:00的太阳累积辐射得热以及屋顶部分的太阳得热,计算模型如图2:
2)设计措施
作为护保温隔热设计重要组成部分的屋面保温设计采用屋面绿化形式。屋面绿化是通过屋面防水层上的培养及种植各种绿色植物,利用植物的蒸腾和光合作用遮挡和吸收太阳辐射热,能减少太阳辐射热对屋面的影响,达到保温隔热的目的。屋面上种植的花草灌木不但可以提高城市绿化的覆盖率,还可以有效缓解城市的“热岛效应”,改善建筑的微化缓解气候,提高建筑的热工性能。本项目裙楼屋顶绿化设计如图3所示:
从模拟结果可以看出,裙楼屋顶采用绿化后太阳辐射热平均值分布为3788.06Wh,辐射得热累积值只有原来的63%左右(图)。可见,采用绿化等凉爽屋面设计后,屋顶太阳辐射得热得到非常明显的改善,证实通过屋顶绿化设计的方式取得了良好的节能效果。
5、节能效果分析
为了验证该办公楼采用各种节能措施后的节能效果,本文采用了动态建筑能耗模拟计算软件eQUEST对建筑全年 8760 小时进行动态模拟。
5.1.软件eQUEST模拟
建筑能耗模拟所需要的输入计算参数主要包括建筑内部热扰参数、通风空调作息表、室内环境控制参数等。对该办公楼,这些计算参数的选取上基本上都参照“从化养生谷项目提供的设计图纸、相关的机电设计参数”及《LEED Green Building Rating System For Coll&Shell Development Version 2.0》、《中国建筑热环境分析专用气象数据集》、《公共建筑节能设计标准》、《ASHRAE90.1-2004-All》、《采暖通风与空气调节设计规范》进行设置。在此基础上,本文采用eQUEST软件对采用围护结构(包括建筑结构、围护结构材料、供暖空调方式与系统分布、室内人员活动规律、照明情况等)等几项节能措施后办公楼的节能效果进行了模拟分析,并与不采取节能措施的建筑能耗进行对比。
5.2.能耗计算结果与分析
根据表 2 设置基准建筑和设计建筑的主要参数,分别模拟该办公楼(设计建筑(Proposed Building)与基准建筑(Baseline Building)的能耗,根据模拟结果算出设计建筑相对于基准建筑的能源费用节能率。
能源利用形式及能源价格:电价:1.0694 元/kWh;天然气:4元/m3。
由模拟结果可知,基准建筑全能耗费用平均为:
$(1316755+1293824+1298975+1316563)/4=1306529.3
设计建筑年运行能耗费用为:$1126685
由于本项目中采用了冰蓄冷技术,年节省运行费用约70 万元,约美元 $102941.18。
根据以上结果初步计算节能率如下:($Baseline Building - $Proposed Building)/ $Baseline Building =(1306529.3-(1126685-102941.18))/1306529.3=21.64%
根据以上初步计算结果可知,设计建筑与基准建筑的全年能耗费用相比可减少21.64%。
4 结束语
综上所述,通过对深圳中航城办公楼进行节能措施介绍和能耗模拟分析,得出以下结论:
1、低能耗是深圳中航城办公楼的一大亮点,它采用多种先进的节能产品,集成了低能耗围护结构、高效节能窗和自然通风等多种节能技术,为推广和应用新型的节能技术和措施提供了参考。
2、通过模拟软eQUEST 对办公楼的全年8760 小时能耗进行计算和节能分析,结果说明通过各种节能措施的集成应用,该办公楼的节能效果十分显著。
总而言之,建筑节能具有相当的复杂性以及系统性特征,多以外墙节能、屋面节能、地面节能、采暖制冷节能、通风节能、以及幕墙门窗节能作为研究的对象。不同地区建筑物对于节能的要求有所不同,需要相关工作人员明确节能需求与标准,采取针对性的节能设计方案,通过构造的调整,对建筑材料的合理选择,在不对建筑物功能产生影响的情况下,确保建筑物节能效果得到有效的发挥。本文以深圳中航城办公楼工程实例作为研究对象,就该办公楼在建筑节能设计方面的实施要点进行了综合分析与探讨,望能够给办公楼的节能设计提供有益参考。
参考文献:
[1]《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003;
[2]李军,邹志荣,杨旭等.西北型节能日光温室采光设计中方位角和前屋面角的分析、探讨与应用[J].西北农业学报,2003,12(2):105-108.
[3]周良,张国强,彭建国等.建筑节能及暖通空调仿真软件的现状和发展[J].湖南大学学报(自然科学版),2000,27(6):103-108.