节能建筑的选址与总体布局

5.3　节能建筑的选址与总体布局

建筑基地的选择和总平面设计规划是节能建筑设计的重要组成部分，基地选择是否得当会直接影响节能的效果。基地首先要选址合理，规划得当，使得建筑有比较好的周边环境，结合当地的气候、地理条件，通过建筑的规划布局，充分利用周边环境多种自然因素，以创造有利建筑节能的微气候环境，达到建筑节能的目的。

5.3.1　节能建筑的选址

节能建筑设计在选址时，应考虑到地理位置、地形地貌、气候特征、日照、植被生长和人文环境等方面对建筑节能的影响，建筑选址的科学性、合理性将直接影响节能建筑设计。

1.建筑选址的原则

(1)节能建筑首先要满足冬季采暖的目的，利用太阳光是最经济、合理的有效途径，并且阳光又是人类生存的必需条件。

(2)遮阳是建筑防止过多的夏季太阳辐射达到致凉目的的有效措施，基地遮阳条件主要来自绿化遮阳、建筑遮阳。

(3)在满足冬季采暖要求的同时必须兼顾夏季致凉问题，即尽量不用常规能源消耗而利用自然提供的条件达到室内创造凉爽的方法，争取良好通风，利用夜间凉爽的通风使室内降温。

2.建筑选址的要求

1)避免凹地建筑

建筑基地不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹地处，凹地建筑不仅不利于夏季自然通风，而且冬季冷气流在凹地里易形成对建筑物的“霜洞”效应，位于凹地的底层或半地下层建筑若保持所需的室内温度会相应增加耗能，如图5.5和图5.6所示。

图5.5　河谷风环流

图5.6　对建筑物的“霜洞”效应

选址时还必须考虑到建筑物可能受到的“窝风”影响。处于山谷位置的建筑物往往会受窝风的影响，由于冬季的风往往来自北向或西北向，因此，设在这个位置的建筑物有可能在冬季里受到南向或东南向吹来的窝风，如图5.7所示。

图5.7　处于山谷位置的建筑物所受窝风的影响

2)避风建宅

基地内的寒流走向将会影响未来建筑的微气候环境，造成能量需求增加。因此在建筑选址和建筑组群设计时，充分考虑封闭西北向(寒流主导向)，合理选择封闭或半封闭周边式布局的开口方向和位置，利用建筑群的合理布置，达到避风节能目的。

空气流动形成风，风对室内热环境的影响主要有两方面:一是通过风力作用和室内外温差产生的热力作用(烟囱效应)而造成的，其途径主要通过门窗口或其他孔隙进入室内，形成冷风渗透;二是作用在围护结构外表面上，使对流传热系数变大，增强外表面的散热量。冷风渗透量越大，室温下降越多;外表面散热越多，房间的热损失就越多。冷风渗透和冷风均对建筑物冬季防寒保温带来不利影响，尤其严寒地区和寒冷地区冬季季风对建筑物和室外小气候威胁很大。

为了改善室内空气质量，提高室内空气清新度，在严冬季节，严寒地区建筑物应设置必要的自然通风的通气道，但会带来热损失。在设计中应根据当地风环境、建筑物的位置、建筑物的体形，在合适的位置设置通气道，改善室外环境，为建筑物内部通风提供条件。

考虑到冷风对室内热环境的影响，节能建筑应该尽可能选择避风基地建造。基地环境条件不影响夏季主导风向吹向未来建筑物，并考虑冬季主导风尽量少地影响建筑。现有的植被、其他需保留的建筑物等也可以被用来作为拟建建筑物的挡风屏障。

3)争取日照

人类生存、身心健康、工作效率均与日照有着密切的关系。在严寒和寒冷地区的冬季，人们更需要获得更多的日照。入射到玻璃窗上的太阳辐射，直接供给室内一部分热量;入射到墙或屋顶上的太阳辐射，使围护结构温度升高，能减少房间的热损失，同时，围护结构在白天储存的太阳辐射热，到夜间可以减缓温度下降。日照对于建筑节能有着很重要的意义。

对于建筑内部空间来说，争取日照包括争取更长的日照时数、更多的日照量和更好的日照质量三个方面。在建筑选址时，应从以下几方面考虑。

(1)建筑基地应选择在向阳、避风的地段上，为争取良好的日照提供先决条件。

(2)选择满足日照间距要求、不受周围其他建筑严重遮挡的基址。一定的日照间距是建筑充分得热的先决条件，而太大的间距会造成用地浪费。

(3)建筑位置要有效避免西北寒风，以降低建筑围护结构的热能渗透。

(4)建筑应满足最佳朝向范围，使建筑内的各主要房间有良好朝向，以使建筑争取更多的太阳辐射。由于不同朝向上太阳辐射强度变化很大，因此选择合理建筑朝向对争取更多的太阳辐射量最为有利。

5.3.2　节能建筑的总体布局

总体布局是节能建筑的一个重要方面，建筑的合理布局，有利于改善日照条件。

1.改善日照条件

在采暖季节，应使建筑物争取最大限度获得太阳辐射热量，以利节能。建筑的合理布局，有利于改善日照条件。建筑群中不同形状、布局、走向的建筑其背向都将产生不同的阴影区，地理纬度越高，建筑物背向的阴影区的范围也越大，因而在组合布置时，应注意从一些不同的布局处理中争取良好日照，并同时可以组织建筑阴影效果达到遮阳的目的。如在住宅总体布局时，可采用如下方法。

(1)在多排、多列楼栋布置时，采用错位布局，利用山墙空隙争取日照，如图5.8所示。

图5.8　错落布置争取日照

(2)点、条组合布置时，将点式住宅布置在好朝向位置，条状住宅布置在其后，有利于利用空隙争取日照，如图5.9所示。

(3)在严寒地区布置时可通过利用东西向住宅围合成封闭或半封闭的周边式住宅方案。这种布局可以扩大南北向住宅间距，可以形成较大的院落，对节能节地有利。

图5.9　条、点式结合布置改善日照效果

(4)全封闭围合时，开口的位置以向阳和居中为好。

2.改善风环境

1)避开不利风向

我国北方地区冬季寒流风向主要是西北风。而各地区最冷月(即1月份)的主导风向也是不利的风向，故在建筑规划中为了节能，应封闭西北向，合理选择封闭或半封闭周边式布局的开口方向和位置，使得建筑群的组合做到避风节能，建筑布局时，尽可能注意使道路走向平行于当地冬季主导风向，有利于避免积雪。

2)阻隔冷风与降低风速

通过适当布置建筑物，降低冷天风速可减少建筑物和场地外表面的热损失。建筑间距与建筑高度之比在1∶2的范围以内，可以充分利用风影效果，使后排建筑避开风的侵袭，如图5.10所示。

图5.10　建筑物紧凑布局具有良好的防风效果

利用建筑组合将较高层建筑背向冬季寒流风向，减少寒风对中、低层建筑和庭院的影响，以创造适宜的微气候。以实体围墙作为阻风设施时，应注意防止在背风面形成涡流，可在墙体上作引导气流向上穿透的百叶式孔洞，使小部分的风由此流过，而大部分的气流在墙顶以上的空间流过，这样就不会形成涡流。

3)避免局地疾风

在建筑群体组团设计时，应消除造成的基地内部的“局地疾风”的隐患，对建筑防风性能而言，这种风流如角落风、尾流风、漏斗风等，会增加建筑采暖负荷。

(1)在建筑布局时，若将高度相近的建筑排列在街道的两侧，并用宽度是其高度的2～3倍的建筑与其组合会形成风漏斗，这种风漏斗可以造成高速风，提高风速30%，加剧建筑热损失，如图5.11所示，在布局时，应尽量避免。

图5.11　风漏斗改变风向与风速

(2)当建筑群体中各栋建筑高度和间距相近时(如图5.12(a)所示)，气流无下冲现象;当一栋建筑远远高于其他建筑时(如图5.12(b)所示)，它将受到沉重的下冲气流的冲击;当若干栋建筑组合时(如图5.12(c)所示)，在迎冬季节季风方向减少某一栋建筑能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水平方向的气流形成高速风及涡流，从而加大风压，造成热损失增加。

图5.12　建筑组合产生的下冲气流

(a)建筑高度和间距相近;(b)一栋建筑高于其他建筑;(c)若干栋建筑组合

当低层与高层建筑如图5.13布局时，当冬季季风入侵时，会形成比较大的湍流，称为风旋，使风速加大，进而增大风压，造成热能损失增大。研究结果表明:若高层建筑物前方有低层建筑物，则在行人高度处的风速与在开敞地面上同一高度处风速之比值，其风速扩大1.3倍，建筑物拐角处气流风速扩大2.5倍。

图5.13　低、高层建筑物间的相互作用

(3)当建筑在规划设计时为了满足消防通道要求，以及解决人流疏散要求需要设计过街门洞时，由过街门洞穿过的冬季季风气流，引起局部风速加大，称为风洞效应，见图5.14，由建筑物下方门洞穿过的气流使自由风速扩大3倍、在建筑布局时，应避免风洞效应的发生。

图5.14　风洞

3.建立气候防护单元

利用建筑的布局，形成优化微气候的良好界面，建立气候防护单元，对节能有利。气候防护单元的建立，应充分结合地形、气候特征、建筑物的功能、建立人工生态平衡系统。图5.15采用单元组团式布局，形成较完整、封闭的庭院空间，利用和争取日照，避免季风干扰，组织内部气流，利用建筑外界面的反射辐射，形成对冬季恶劣气候条件的有利防护，改善建筑的日照条件和风环境，达到节能的目的。

图5.15　单元组团式布局