第二讲建筑规划设计与节能

2.建筑规划设计与节能宁波工程学院王波2013-9-16一、区域及总平面设计1.区域规划设计a.规划方法•尽量使基地朝向阳光•争取良好的自然通风和自然遮阳•使未来建筑减少对能量的需要b.选择要求•地理和地貌特征•植被•气候因素（太阳辐射、风、雨雪）•小气候受保护范围•水面和硬地状况2013-9-162.总平面设计•开敞南空间•“风影区”概念•“自然空调”利用•“阴影保护”效应(冷巷效应，但消防不满足)•避免“恶性风流”•应用“掩土建筑”(平地可挖南土填至北侧以掩土节能)•“树叶屏蔽”效果•利用构筑物•“下风向至凉”作用世界最生态环保的博物馆。皮亚诺美国新建的加州博物馆起伏的凸起构成了2.5英亩的屋顶，使整个建筑和金门公园周围的绿色空间构成一个整体此屋顶上种植有9种当地植物，占地2.5英亩，是旧金山最细长的本土植被区域。此屋顶能吸收98%的雨水，因此它不需要灌溉。通风电脑模拟本地风模式有助于建筑师设置了屋顶上的7个土墩，以实现最大的空气流通。其山谷和展示空间保持一致。通风口凉爽空气吹入土墩，带走里面的温暖空气，直达屋顶的通风口，提供持续不断的空气循环，减少对空调的需求。采光自然光可达到此建筑90%的展示空间，使电力使用实现最小化。多用途照明此外，此建筑的墙壁和天窗是由高性能玻璃制成的，能反射最多的热量，而屋顶太阳能板可供应此博物馆10%的电力需求。水利用旧金山的海滩附近有一处泵站，可以通过下埋的管道，从太平洋将2.5英里外的水泵吸到此博物馆地下室的一个蓄水池中。在此进行处理、加热和运送到水族馆和珊瑚礁。建筑师在做规划的时候刻意地设计绿化防风林，预防来自西北面的山风和东北的干燥寒冷的风建筑规划节能应从分析地区的气候条件出发使建筑在冬季最大限度的利用自然能采暖，多获得热量和减少热损失，夏季最大限度的减少得热和利用自然条件来降温冷却。建筑规划节能设计建筑节能设计步骤一、分区：所设计的居住建筑所属气候分区，根据所属气候分区进行节能设计。二、总图（一般规定）1.选址：宜选用有良好光照和自然通风条件的地块，不宜布置在洼地2.布局：建筑群体的平面和竖向布局，宜采用交错排列，斜、坡地台阶排列等形式。不宜采用不利于自然通风的周边式和混合式布置；有条件时，宜引入水陆风或山谷风。避开冬季北向风口地段。3.朝向：宜为南偏西5o至南偏东30o之间。1.选址及气候•积极应对气候条件Tunisiamatmata如何应对干热气候？靠山窑如何应对寒冷气候？如何避免不利风向？寒冷气候充分利用太阳能和地热的建筑湿热气候如何利用自然通风？利用自然通风的建筑湿热气候如何利用水？印度昌迪加尔法院路易康孟加拉国国民议会夏热冬冷地区如何利用植物？改善小环境绿化系统对小环境的影响节能居住小区规划设计时，应有足够的绿地和水面，严格控制建筑密度，尽量减少水泥地面，并应利用植被和水域减弱城市热岛效应，改善居住环境。小环境与下垫面不同下垫面的地表面温度下垫面对气温的影响砖石地面草地裸露的土地蒸发漫反射反射反射漫反射蒸发漫反射反射“经杜堂”是集“筑波”式”“毛坯房”的建筑无控自然能源设计，协和共建式等要素为一体，以环境共生为目标，有12户构成的三层集合住宅。“经堂杜”环境共生的基本手法是采用自然能源设计功能，最大限度的利用户外充足的环境潜能。在考虑建筑平面规划之前，首先积极着手改善。整理户外环境，把户外做为一个大的天然空调装置来规划，结合无控能源设计，积极进行自然能源调整是这个项目的成功之举。案例：日本“经堂杜”环境共生住宅出色的建筑规划节能方面：建筑外部环境特色：与环境共生外部环境的主题是造林—绿化，主要从三方面着眼：1）:保留原有树木夏季树木多的小空间的微空气侯与周围的建筑。沥青暴路面相比，人体感觉舒适的多，经堂杜拥有5棵120多年树龄的榉树，这些树木可控制热岛现象，防止白天气温上升，夜间还可以降低外气温。优先考虑保护带来自然恩泽的树木是首要的举措。出色的建筑规划节能方面：建筑外部环境2）绿地的节点种植新的植物，进一步改善环境。规划用地的南方有大片的阳竹林。绿地规划采用与周围绿化用连续感的树种。在建筑南侧空地选种落树种，夏季可以遮阳，冬季落叶后让阳光射入窗内。（3）植物隔热尽可能排除损失舒适环境条件的不良因素。占有大面积建筑物本身成为吸收夏季阳光照射的“热块”，为解决建筑自身的矛盾，将建筑彻底用绿色植物覆盖。屋顶垫土120cm，营造小森林和菜园，露台做成凉亭，花架上植物为檐，裸露的墙面多采用爬藤植物，并预先在墙面上装置了爬藤用网络架，进行垂直绿化。出色的建筑规划节能方面：建筑外部环境•争取使建筑向阳、避风建造①居住建筑的基地应选择在向阳、避风的地段上。②注意选择建筑的最佳朝向，以南北向为主。③选择满足日照要求、不受周围建筑严重遮挡的基地。2.选址与地形2013年9月9日1)避免凹地建筑霜冻效应•霜洞效应：洼地冷空气聚集造成气温低于地面上的空气温度（热空气有什么效应呢？烟囱效应）窝风影响2)避风建宅冷风•利用建筑自身的合理布局，改善建筑组团的日照、通风环境，优化建筑微气候条件；2.建筑组团布局、间距•群体建筑关系与风从通风角度出发，错列式、斜列式比行列式、周边式要好2013年9月9日改善日照条件建筑群错位布局，利于山墙空隙争取日照2013年9月9日条式和点式组合布置，利于空隙争取日照2013年9月9日建筑布局避开不利风向阻隔冷风和降低风速避免风旋、风漏斗等局地疾风建筑组团布局与改善风环境•（1）尽可能注意使道路走向平行当地冬季主导风向，有利于避免冬季积雪•，如果高度相似的建筑排列在街道两侧，并用宽度是其高度的2-3倍建筑与其组合易形成回风漏斗，造成高速风，则加剧建筑热损失。•（2）组合的建筑群体当一栋建筑远高于其它建筑时，它将受到强大的下冲气流的冲击。•当若干栋建筑组合时，在迎冬季季风方向减少某一栋，将产生由于其间的空地带来的下冲气流。这些下冲气流与附近的水平方向的气流形成高速风及涡流，从而加大风压，也会造成建筑热损失加大。•朝向选择依据•日照–冬季有适量、质量的阳光进入室内–减少夏季太阳直射室内或居室外墙面–不同建筑体型的自遮挡通风–夏季良好的通风；冬季避免冷风渗透地形–充分利用地形并节约用地3.建筑朝向地区最佳朝向适宜朝向不宜朝向哈尔滨南偏东150-200南至南偏东200南至南偏西150西北、北北京南偏东300以内南偏西300以内南偏东450以内南偏西450以内北偏西30以内上海南至南偏东150南偏东300南偏西150北、西北南京南偏东150南偏东250南偏西100西、西北合肥南偏东150南偏东250南偏西50西、西北武汉南偏西150南偏东150西、西北广州南偏东150南偏西50南偏东220南偏西50至西南宁南、南偏东150南、南偏西东、西我国主要城市住宅建筑最佳朝向和适宜朝向•居住建筑日照标准：冬至日正午前后2小时以上的日照时间，以底层居室为参照标准•日照间距概念：指前后两排房屋之间，为保证后排房屋在规定的时日获得所需日照量而保持的一定的建筑间距，即建筑物之间的外墙距离•影响因素：用地地形、建筑朝向、建筑物长度和高度、地理纬度、日照标准等4.建筑间距建筑间距平地建筑日照间距计算D0---日照间距H0---前栋建筑计算高度h-----太阳高度角ץ-----后栋建筑墙面法线与太阳方位所夹的角ץ=A-acos00ctghHD建筑与风环境冬季防风•1.建筑主要朝向注意避开不利风向；•2.利用建筑的组团阻隔冷风；•3.减少建筑物冷风渗透耗能。•若采用“L”型或凹型平面，形成半封闭的院落空间，对冬季防风有利，注意建筑开口不应朝冬季主导风向。凹型平面防风示意图1.建筑主要朝向注意避开不利风向；2.利用建筑的组团阻隔冷风；单元组团式气候防护单元3.减少建筑物冷风渗透耗能。•对于高层建筑由于风随建筑高度的增加而增大，高处的风受建筑阻挡，可以在迎风面建筑高度的大约2/3以下部分形成风的涡流，使风速加快，进而增大风压，造成建筑的热能损失。2013-9-91.季风的建筑配置（适用类型：集合住宅、学校等）•利用邻近的街道及建筑物之间的空间引导风吹人基地•将建筑群之缺口或开放空间迎向夏季盛行风向，使风易于达到建筑群内•建筑群之配置宜将较大的开放空间置于上风处，而将较小者置于下风处•建筑物对夏季风向错开排列•使规则并列的建筑群朝向与盛行风向成一角度，可让风吹及每一建筑物•组合形态的建筑物（“工”、“口”、“日”字型）易造成风流的死角，解决对策是加大排与排之间的距离及中庭尺度，或采用透空性的建筑形态代替密闭式形态•建筑配置于迎接主导风向的上风处，使建筑群其他部分获得适当的通风效果夏季通风设计方法•如果另一个建筑物处在前面建筑的涡流区，很难利用风压组织起有效的通风的。a.高度与漩涡区b.宽度与漩涡区c.进深与漩涡区2013-9-9日本的藤田高司利利用风洞试验得出：a.当H=2D时（一般五层的住宅即这类），即D=1/2H（D即建筑间距，等于前排建筑高度的一半），第三排建筑物以后的风压系数差几乎为零即自然通风效果很差b.当D=H时，即建筑间距等于前排建筑高度，第三排建筑物的风压系数差为0.3左右，比前一种通风要好些，但也不理想，因为要达到较佳通风效果，风压系数须达到0.5左右c.当D=2H时，第二排建筑的风压系数可达0.6，第三排建筑以后的风压系数可达0.5以上，这时可达到较满意通风效果2013-9-9日本的佐藤监利用风洞试验得出结果：a.当建筑高度H等于纵深D时，建筑面宽L越宽，其反应点的距离E越长，直到L/H=5时，E才趋于常值b.当建筑面宽L等于纵深D且H/L﹥3时，E/L=1.4~1.6，说明高层建筑虽然高度很高，但气流可以通过建筑两侧较便捷到达建筑背后，不受高度影响。竖向形态高层对风的阻碍较小c.当建筑高度H等于面宽L是，有两种现象：当D/H非常小时，即建筑很薄，E=2.5H；当D/H﹥1，E/H=1.0~1.5，D/H﹥10时，E=1.4。这一类型建筑对内部通风极不利，但对相邻建筑通风影响不大。2013-9-9风向投射角对涡流区长度的影响利用绿化导风2013-9-9植物与防风绿篱当围墙2013-9-9利用地形风•海陆风•山谷风•后院风、花园风、林园风•街巷风•中庭风2013-9-9ChesapeakeBayFoundationHeadquartersinAnnapolis,MD,•利用水面的自然空调作用ChesapeakeBay利用水陆风•底层架空，减少基地破坏•恢复海湾典型生态Mr.GregMella雨水储存罐2013-9-94.建筑风的防治（适用类型：一般建筑、高层建筑）•建筑风的定义：由于风与大楼间的相互作用，而使风速于建筑物周围产生局部增大变化的现象称为建筑风。由于建筑风不但影响结构耐风性能，甚至带来生活上的困扰（如行人的安全与舒适）而产生所谓的大楼风害。2013-9-91.高层建筑群体中，风洞效应造成的“恶性风流”因素•a.高层建筑角落部分形成猛烈气流的“角落效应”•b.被吸入建筑物背风面真空区而形成激烈下漩湍流的“尾流效应”•c.建筑物紧密相依而形成狭长空间，形成气流的“通道效应”a.建筑平面转角处理：角部锯齿状处理、平面流线型、平面圆形化建筑长边与常年风向平行、加大建筑群邻栋间隔避免局部峡谷风2013-9-9•d.高层建筑物角部相对而造成的“漏斗效应”•e.高层建筑平行排列而形成相互避风的“屏障效应”2013-9-92.高层建筑与周围建筑之间的风环境若在高层建筑的上风向有多层建筑会产生：•气流停滞点•背风漩涡•“转角流”•“穿越流”（下层由柱子支撑或有人行道）不当风场的危害高风速影响人员行动最为极端的莫过于1982年美国纽约曼哈顿岛世界贸易中心附近一栋高层建筑前的广场上，一位女士在行走时被强风刮倒而受伤，一怒之下向纽约最高法院控告建筑设计和施工上的缺点并要求赔偿650万美元。2013-9-9解决高层建筑风环境问题的方法•设计手法的作用在于减少气流在迎风面向下的底层效应a.将建筑物主体加在裙房上b.裙房上部有可供气流穿越的通道c.高层建筑的一二层加设出挑平台，平台上