李 勤1， 李 薇2
(1.北京建筑大学 建筑与城市规划学院， 北京 100044; 2.中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176)
摘 要：随着社会经济的快速发展，大型公共建筑日益增多，也使得高能耗的问题日益突出. 论文结合公共建筑的设计实践，从总平面布局、形体设计、结构体系的选型、维护材料的选择、建筑风环境及光环境等方面探讨了城镇公共建筑节能设计的基本原则与方法.
关键词：西部城镇； 公共建筑； 节能设计
1.1 节能在建筑设计中的意义
近年来，随着各种资源的过度使用而引起的环境和社会问题日益突出，国家对节能环保的关注力度越来越大，节能在建筑中的应用也越来越多，随之国家出台了多项有关绿色节能的规范来控制新旧建筑的节能设计，因此，在建筑中绿色节能已经成为必不可少的设计之一.
在国家西部大开发的背景下，西部地区近年来发展迅速，在此过程中许多新建筑拔地而起，既有公共建筑，又有居住建筑. 众所周知，公共建筑的研究是建筑行业的前沿阵地，利用其独特的优势和社会认可度，有利于引导与推动建筑节能向社会覆盖；同时，公共建筑的能耗又是数倍于居住建筑，因此在公共建筑设计过程中引入节能概念具有重要意义.
1.2 公共建筑节能设计内涵及要求
1.2.1 公共建筑节能设计的内涵
人们一般认为的节能大约是对资源的节约利用和污染的处理排放，但对建筑设计来说，其内涵则更加广泛. 建筑设计的节能是包括了在建筑全生命周期内，节能、节水、节地、节材、因地制宜、保护环境等各个层面的可持续发展.
1) 在开始设计前，应综合了解建筑所在地域的气候、资源、自然环境、经济、文化等特点，因地制宜地选择建筑形态，尽可能的利用及保护自然环境，既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境，同时又要做到建筑与自然的和谐统一.
2) 合理的建筑规划和方案设计能有效地适应恶劣的微气候环境. 所以在设计中，充分考虑用地的节约利用，从建筑功能、建筑形体、结构选型、建筑日照及朝向等方面综合考虑，选择合理完善的综合设计. 充分利用自然通风和采光，例如可以创造竖向中庭空间，引导自然风竖向循环缓冲热传导.
3) 在充分满足建筑使用功能要求的前提下，对建筑空间进行合理分隔，以改善室内保温、通风、采光等微气候条件，达到节能目的.
4) 合理选用建筑节能材料，如新型保温材料、防水材料在墙体、屋顶中的应用，控制天然石材、木材在墙体、地面的大面积使用，水暖电等应选择更加节能环保的系统.
5) 建造过程中，尽量选择当地的新型节能材料，同时避免材料、水电等能源的浪费.
6) 考虑在建筑完成使用功能拆除以后，建筑垃圾能大量的回收利用.
1.2.2 公共建筑节能的设计要求
文中选择陕西省渭南市某公共建筑作为实例对节能加以阐述. 该项目位于夏热冬冷地区，《公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)》对建筑维护结构的传热系数和遮阳系数限值都有具体规定：屋面传热系数≤0.70W/(M2·K)；外墙及挑空楼板≤1.00W/(M2·K)；对于窗户来说，其传热系数根据窗墙面积比的不同而不同，随着窗墙面积比越大，对传热系数和遮阳系数的要求越高，即传热系数K值可遮阳系数SC值越小；但相比于严寒及寒冷地区，这些要求还是相对较低的，如表1所示.
2.1 建筑区域位置及工程概况
陕西省渭南市某直辖县拟建一银行综合服务大楼，此公共建筑是县城的金融商务中心和行政文化中心，建筑的场地位于县城中心. 所处位置承担着县城新区与旧区共同发展的纽带作用，建筑建成后也是县城经济文化的载体，是该县城标志性的建筑之一.
表1 夏热冬冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值[1]
围护结构部位传热系数K W/(M2·K)屋面≤0.70外墙(包括非透明幕墙)≤1.0底面接触室外空气的架空或外挑楼板≤1.0外窗(包括透明幕墙)传热系数KW/(M2·K)遮阳系数SC(东、南、西向/北向)单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比≤0.2≤4.7———0.2<窗墙面积比≤0.3≤3.5≤0.55><窗墙面积比≤0.4≤3.0≤0.50><窗墙面积比≤0.5≤2.8≤0.45><窗墙面积比≤0.7≤2.5≤0.40>
该公共建筑占地约10 747 m2，总建筑面积为1.98万m2，容积率为1.60，共86 m高. 设计为地上和地下两部分，地上20层，为办公、银行营业大厅等，地下1层，为人防、汽车库等.
2.2 总平面布局及形体设计
建筑基地呈长方形，西侧及南侧为城市道路，总图布局避免了常规设计中占地较多较大的布局方式，将主体建筑集中于场地临城市道路的西侧，而将南侧近一半的用地留出用做景观绿化，停车位也绝大部分设置于地下，这样既考虑了随着当地经济发展有可能产生的后期开发用地，也提升了建筑品质，改善建筑周边小环境,建筑总平面如图1所示.
图1 总平面图
建筑采用裙房加塔楼的形式布置功能，首先可将对外营业和内部的办公从功能和形体上进行分开。其次，城市的发展最重要的是经济的发展，银行作为经济的载体之一，其形象应成为区域的标识，所以塔楼高耸的形体也形成了视觉的焦点，成为周边的汇聚中心. 体形设计上选择了较为规整的立方体作为主塔，减少较大凹凸，有利于降低建筑耗材的使用，并避免采用大规模的玻璃幕墙，使建筑的体型系数满足规范要求，为建筑整体的节能打下良好的基础.
2.3 结构体系及维护材料的选用
2.3.1 结构体系——钢结构体系
与传统的钢筋混凝土体系相比，钢结构体系在施工和综合效益等方面都有突出的优势：钢结构自重比较轻，比钢筋混凝土结构要轻30%～50%；钢结构断面小，室内建筑布局灵活，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右；钢结构施工周期短，施工不受气候和季节影响，而且施工方便，建造速度快，而且钢结构体系在拆除以后90%都可再回收利用，真正实现了全生命周期的可持续发展. 本设计选用了钢结构体系作为支撑体系，也是综合分析对比后的选择.
2.3.2 轻质墙体材料选用——本地、环保、可回收
在材料选择上，主要考虑不同材料的物理性能(保温、隔热、防水、防潮、防火、隔声、减震)和力学性能(抗冲击、抗风压等)以及环保性能，并结合当地建材及施工条件，最终选择了发泡水泥复合板作为墙体及屋面主要维护材料，如图2所示. 这种材料容重约为钢筋混凝土的1/3～1/4，保温隔热性能也优于钢筋混凝土，并且距本地不远的郊区就有厂家生产这种材料，运输费用和购买成本较低. 而且发泡水泥复合板这种材料是利用新技术将普通水泥与工业废料有机组合，在生产的源头上实现了废料再利用.
图2 发泡水泥复合板
外墙基墙采用水泥基轻质复合墙板，共分3层，内侧为60 mm厚水泥纤维发泡复合板，增加的纤维能够增强抗冲击性和抗裂性；中间层的50 mm厚玻璃棉毡满足了保温隔热以及隔声的要求，玻璃棉毡外侧设置了铝箔，可以有效地隔热和保温；第三层为15 mm厚水泥纤维板，便于粘结固定外层的保温材料. 这三层构成了基础的墙体，在其外侧再设置保温材料(泡沫玻璃棉板)、隔热材料(铝箔)以及外饰面材料(石材幕墙)，如图3所示. 综合来说墙体自重轻，保温隔热性能好.
图3 外墙构造做法
分室墙也分为了层，采用了90 mm厚墙板+40 mm厚玻璃棉+90 mm厚墙板(墙板为发泡水泥复合板)的构造做法，主要是考虑到室与室之间对舒适性和隔声的综合要求，较厚的墙板使人感到安心，玻璃棉起到了隔热隔声以及较好隔撞击的效果. 室内的内隔墙为90 mm厚轻质板隔墙，满足了日常工作的要求.
建筑外墙采用了外保温的构造做法，即保温材料覆盖在建筑的外表皮上，相比于外墙内保温做法，可以有效地抑制室外气候对建筑的影响，减少外墙与室外的热交换.
2.3.3 环保型门窗
建筑外窗选用了5+12A+5塑钢窗，即5 mm玻璃+12 mm空气间层+5 mm玻璃，双层玻璃有效地隔绝了室外的噪声和太阳辐射，而空气间层的导热性能弱于固体材料，也有效的降低了室内外的热交换，这样的中空玻璃对提高室内温度恒定性有明显的优势. 并且普通玻璃及塑钢材料价格合理，没有过高的成本压力，同时这种窗在市场上较为普通，采购没有难度，业主也乐于接受.
考虑到建筑西侧的日照时间长，太阳光线角低的特点，西侧立面的窗户选择了了内部活动式百叶窗来调节日光进入建筑方式，以降低因西晒带来的过多能耗. 并且百叶选择了磨砂玻璃材料，既遮阳，又达到了装饰的效果，而且在百叶关闭后保持了晶莹剔透的视觉效果，不影响室内的采光，达到功能与效果的统一.
2.3.4 种植屋面与倒置保温设计
种植屋面是提高城市绿化覆盖率、减缓“热岛效应”、降低大气污染、节省能源、截留雨水、延长防水层使用寿命、改善生态环境和美化城市景观的有效途径.
因此，在屋面节能设计上本方案采用种植屋面，在3层裙房的屋顶上设计了大面积的植被绿化，同时在20层塔楼的屋面采用倒置式保温设计(保温层在上防水层在下)，这两种做法都可以有效地在夏热冬冷地区改善屋面的隔热节能.
2.4 建筑风环境及光环境
2.4.1 建筑风环境
本地区主导风向为冬季盛行西北风，夏季盛行东南风，所以在设计中充分利用这一自然条件，设置了东西向通透的内部走廊，有效地组织了自然通风，同时自然光线明亮的内部走廊也提供了较好的室内交通感受.
2.4.2 建筑光环境
基地北侧为商业建筑，东侧为居住用地，南侧和西侧都为城市道路，设计中将较高的塔楼设置于基地的西侧，可以尽可能将建筑对周边环境的日照影响降到最低，通过日照分析也可以看出，新建建筑对东侧的居住用地几乎没有影响，也保证了北侧的商业建筑绝大部分都有3 h以上的日照，综合来说对周边环境的日照没有明显的影响，日照分析如图4所示.
图4 日照分析图
随着环境意识的提高，人们已经越来越认识到节能设计的重要性. 关注环境、以人为本、以环境为本，已成为建筑设计发展的必然趋势. 专业设计人员要切实把节能理论贯彻于规划与设计中，在公共建筑的规划、设计、新建(改建、扩建)、改造和使用过程中，都要执行建筑节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料，利用可再生能源，力争从设计到建造，从使用到拆除的全生命周期中，都能够节约资源、节能能源，以实现可持续发展.
参考文献：
[1] GB/T 50189—2005，公共建筑节能设计标准[S]
[2] 程杰,郝斌,刘珊,刘幼农.建筑节能发展趋势分析与模式探讨[J]. 建筑经济, 2013(8):97-99
[责任编辑：牛志霖]
Research on Energy Efficiency Design of Public Buildings in Western Towns
Li Qin1, Li Wei2
(1.School of Architecture and Urban Planning, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044;2.Capital Engineering & Research Incorporation Ltd, Beijing 100176)
Abstract：With the rapid development of social economy, large-scale public buildings have been built, but at the same time the problem of high energy consumption is more serious. Compared with the design practice of public buildings, the basic principles and methods of energy-saving design of urban public buildings are discussed in the paper from aspects of general layout, shape design, selection of structural system, selection of maintenance materials, building wind environment and light environment.
Key words：western towns； public building； energy saving design
文章编号：1004-6011(2017)01-0006-04
收稿日期：2016-01-30
基金项目：国家自然科学基金项目(51408024)
作者简介：李 勤(1981—)，女，副教授，博士， 研究方向：建筑设计.
中图分类号：TU201.5
文献标志码：A
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