办公建筑被动式设计方法研究

办公建筑被动式设计方法研究

田,琪

身份证号码：210103199307015720 

摘要：公共建筑能耗随着经济发展一直呈现增长趋势，然而办公建筑占据其很大一部分，其中空调与照明能耗占比较大。办公建筑群体组合空间复杂，立面造型丰富，由于体量较大，在设计时通常使用中庭空间来保证一定的采光与通风。建筑师在建筑设计前期应优先考虑结合被动式的节能手段，则会对建筑节能产生很大的效果。通风与采光是办公建筑在节能上应该主要考虑的问题，在考虑具体某项节能手段对节能效果不同影响时，需要依据模拟进行精确研究，本文主要在建筑设计阶段通过通风与采光的模拟手段对办公建筑被动式设计进行节能效果探讨。

关键词：办公建筑；被动式设计；节能分析

1.1平面通风优化

进行建筑设计时，如何将通风设计融入到建筑设计中对实现良好的自然通风效果至关重要，要充分利用室内外空间环境条件来组织和诱导自然通风顺利进行，耗能最小的情况下使建筑室内环境达到理想状态。以某办公建筑为例，该建筑群由多个建筑围合组成，东西向与南北向长宽比为4:1。现拟在建筑内部设置一个中庭，以缓解进深过大带来的通风、采光不佳的问题，

在方案阶段，初步考虑两种平面布置方案，方案1为由五个长方体组成三面围合、一面开敞式布局。方案2由四个体块两两围合成两个中庭布局。分别对两种方案在场地中进行风环境模拟。从室外风环境模拟可以得出，在该项目所在地区常年主导风作用下，方案1中庭呈半围合状态，开口位置顺应场地主导风向，开口位置风压较高，建筑中庭内自然通风效果良好。方案2中庭分别由两个建筑围合而成，呈封闭状态，由于受到南北向墙体的遮挡，室外风仅能通过东西侧墙体间开口进入中庭，建筑中庭的通风情况较差，不利于空气流动。同时，由于方案1建筑东西侧能形成较大风压，建筑南北向风压差较方案2大，对该建筑室内通风也有一定促进作用。综合以上原因，最终选择方案1进行深化设计。

室内通风设计上，判断通风是否良好的条件应以人体在空间感受为判断依据，在办公建筑中，风速在0.25-1m/s之间时人体的使用感受较好，因此对自然通风效果的判断就取决于该风速分布占比。

办公建筑房间进深比大多在1:1~1:2之间，因此选取这两类单元模型进行优化设计，选取横向采光排列，对长窗排列和短窗排列进行通风模拟，入口风速基于总平数值取1.8m/s。从结果看，1:1空间模型下，长窗分布的形式室内流场分布较为平均，但各风口相互作用小，室内较为内侧的空间通风情况较差。室内无遮挡的条件下，室内风均为从窗口来的风速较高的直向风，局部位置呈现无风状态。采取短窗分布情况，靠近窗附近流速较大，带动内墙附近空气流动效果较小，但由于短窗分布时，各风口来流风之间会产生相互影响，室内风速达到适宜状态空间较多。经统计后，长窗分布形式能达到舒适度的比例为19.3%，短窗分布形式舒适风速的比例为48.2%。

从进深较大的1:2空间来看，与正常进深空间一样，长窗排列时室内流场分布较为平均，由于风路径足够长，室内不会出现局部静止状态，但相互间干扰较少，无遮挡的情况下室内风速与窗口风速基本不变，风速过大。短窗排列时开窗在靠近窗附近流速较大，但由于多股风之间有交流影响，靠近内侧空间风速会因为干扰达到舒适状态。长窗排列房间室内能达到舒适风速的比例为17.2%，短窗分布的比例为59.3%。因此在采光满足的条件下，为使建筑室内通风效果更好，应选较为密集的短窗布置方式。

1.2采光通风设计

办公建筑中庭空间不仅可以提供交流和休息的空间，更能解决建筑一部分采光与通风问题。为了更好通过建筑自然通风进行节能和获得良好的舒适度，可采取在温度适宜的过渡季节进行通风设计。

考虑布局及地形限制，中庭平面没有较大变化空间，中庭高度对建筑热压通风尤其是大进深建筑至关重要。因此对中庭的优化主要通过修改中庭顶部高度来判断对室内通风效果的影响。分别对中庭天窗开启高度设定为3m、5m、7m，3种方案进行分析。

当天窗高度为3m时，建筑东侧主要依靠西侧室外风贯穿通风，但风速过小达不到理想的通风环境，因此不做考虑。天窗开启高度从3m增至5m时，西侧通风效果大幅改善，室内风速能够达到舒适需求，但东侧通风效果依然较差。天窗处的负压使东侧上层通风效果有较大改善。当天窗高度增至7m时，能看到办公楼东侧通风有明显改善，天窗处负压能够克服室内自然通风阻力，使办公楼东、西两侧自然通风都能靠烟囱效应实现较大改善。通过风速来看，5m和7m的中庭天窗高度下室内适宜风速占比相差不大，也就是说，同等条件下，5m和7m的中庭天窗高度条件空调能耗相近。这时就需要综合考虑天窗对建筑的采光影响，因此将5m和7m的天窗进行采光效果比对。

通过模拟天窗高度分别对顶层和底层平面采光影响发现，中庭高度差2m的变化对底层影响不明显，但在顶层的影响上，天窗高度5m时采光效果较好，，采光照明的耗能更少。再考虑到当天窗高7m时，室内风速超过1.5m/s的占比加大，会有更多不舒适的区域，出于节能和减少成本的考虑，综合考虑建筑通风与采光情况，建筑采用天窗高度5m的通风方式。

总结

进行建筑设计时，为达到较好的室内舒适环境和尽可能降低建筑能耗，需要将建筑设计与节能设计综合进行考虑。建筑空间形式、外部条件等因素各不相同，设计时不能一概而论，应因地制宜的考虑建筑所处的环境、形式等各方面条件，具化建筑的模型形象条件，并充分考虑建筑能耗重点发生部位和形式，才能得出适合建筑自身的设计手法。优先考虑被动式节能设计手段，并通过相应模拟手段，针对具体建筑具体分析的方法，才能直观并且清晰的得到设计较优解，以达到更好的建筑设计和节能效果。

参考文献：

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[2] 李卓，王洪珍. 浅谈Radiance在建筑光环境设计中的应用[J].光源与照明，2016(01):39-41.

[3] 基于fluent软件的北方高效宿舍室内空气平直控制研究