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基于构造设计学的建筑节能设计研究

【摘要】基于构造设计学的概念，力图在建筑设计中，尽量不

依赖耗能设备，而在建筑形式、空间、布局和构造上采取措施，充

分利用天然资源和地理条件，采取被动式构造设计手段，以改善建

筑环境，实现微气候建构。本文具体地从建筑设计中的自然通风、

自然采光、遮阳以及围护结构的改善等几方面探讨了如何节约能

源，从而保护生态环境。

【关键词】绿色建筑设计；建筑节能；构造设计

1引言

建筑系统本身是巨大的消费者。它总会这样那样地给生态环境

带来负面影响。那么如何体现实行低耗能、克服严重的环境污染，

采取节约型建筑技术体系呢?有关专家提出了“构造设计学”的概

念，即要求在建筑设计中，尽量不依赖耗能设备，而在建筑形式、

空间、布局和构造上采取措施，充分利用天然资源和地理条件，采

取被动式构造设计手段，以改善建筑环境，实现微气候建构，来满

足生活舒适的要求[1]。本文正是基于这样的概念，从建筑设计中

的自然通风、自然采光、遮阳以及围护结构等几方面来阐述如何节

约能源，从而保护生态环境。

2关于自然通风的设计

通过流体力学原理分析，建筑通风的形成机理主要在于室内外

温差造成的热压差(△p)，该热压差造成气流流动动力，并通过建

筑洞口有效的高差设计，强化气流动力，而形成建筑通风。有关△

p形成的通风值的评价依据在于：洞口高差△h和空气密度差△p，

只要在设计中把握好二者，就能达到热压通风的目的。尤其是洞口

高差△h，在设计中完全可以控制，其措施有：(1)建筑剖面设计的

通风调整。在剖面设计中控制洞口高差，以尽量大的△h值来加强

温差所产生的通风反应，尤其是在住宅建筑中，使出风口高度大于

进风口高度，使室内气流呈上升趋势。(2)建筑空间设计的通风调

整。为了加强建筑通风，在建筑设计时，结合一些功能目的(楼梯

间、中庭)，设计具备“烟囱效应”的空间体系。

其次，还有压力体型系数的差c1-c2，建筑师虽无法改变室外风

速v，但可以通过体型设计来控制c1-c2，如建筑迎风面的调整和

建筑的导风调整。建筑形体控制方法的主要作用就在于通过对建筑

物、构筑物的平面、剖面的形式，以及其形体间的空间组合关系的

有效控制，并通过对所设计环境中植物的合理选择与配置来创造有

利于居民生活的“再生风环境”。人工构筑物和绿化植物的遮挡作

用的运用，是对建筑周围再生风环境进行调节的一种有效途径。

另外，建筑自然通风设计还应考虑：南向是冬季太阳辐射量最

多而夏季日照减少的方向，并且我国大部分地区夏季主导风向为东

南向，所以从改善夏季自然通风房间热环境和减少冬季的房间采暖

空调负荷来讲，南向是建筑物最好的选择；住宅楼的进深以10m至

13m为宜，太浅或太深都不利于室内空气流动；建筑高度对自然通

风也有很大的影响，一般高层建筑对其自身的室内自然通风有利，

而在不同高度的房屋组合时，高低建筑错列布置有利于低层建筑的

通风。

3关于自然采光、遮阳的设计

自然采光能够非常显著地减少能耗和运行费用。国外的研究证

明自然采光能形成比人工照明系统更为健康和更为兴奋的工作环

境，长期不见日光或者长期在人工光环境下工作的人，容易发生季

节性的情绪紊乱、慢性疲劳等病症。为保证一定的日照时间，建筑

物在设计时还需考虑环境的遮挡问题，如住宅与阳光障碍物的距离

一般不应小于障碍物高度的两倍。

自然采光需要建筑围护结构上的开口或洞口的位置正确，允许

日光进入并充分分配和发散光线。设计良好的系统能避免因直射引

起的会削弱视力和产生不舒适的多余的亮度和得热，为控制多余的

亮度和反差，窗户上往往会设置一些附加件，如遮阳、百叶和格栅，

如有可能，采用自动控制装置，当自然光足以维持理想的照明水平

时，使灯光变暗或把灯关闭，在尽量节省照明能耗的同时维持所需

的工作照明或环境照明，往往也是很理想的。另外，利用落叶树木

在夏季可遮挡多余的过热的日光，冬季树叶枯落后，对日光的进入

影响一般不大于20％。自然采光环境除了居室日照外，还要考虑室

外场地才能形成明媚愉人、有利身心健康的好环境。

4关于围护结构及材料的设计

围护结构必须平衡通风和日光的需求，并提供适合于建筑地点

的气候条件的热湿保护。围护结构的设计对于建筑在运行中的耗能

是一个主要因素，因此，在设计时应考虑[2]。

4.1确定建筑物的位置和朝向，尽量减少气候因素对围护结构

的影响

经调查，在其他条件相同