办公建筑节能设计思考

办公建筑节能设计思考■ 宋德萱 程 光 ■ Song Dexuan Cheng Guang作者单位：同济大学建筑与城市规划学院 （上海 · 200092）收稿日期：2009-06-19Thinking on Energy Saving Design of Office Building[摘 要] 本文基于节能建筑设计的基本原理，从办公建筑节能设计的一般原则、建筑的体型控制、自然采光与通风的节能设计、建筑的外围护结构及遮阳设计等方面对办公建筑节能设计实践进行分析，指出现代办公建筑节能设计的重要性，并提出设计技术手法及其应用的可能与前景。

[关键词] 办公建筑　节能设计　技术方法　应用[Abstract] By analyzing the energy saving design in office buildings both in China and abroad, the paper explores several points from the rational of energy saving design, including the principle of energy saving design in office buildings, control of building shape, natural ventilation and lighting design, exterior protection structure and sun-shade design. Besides, the importance of energy saving design in modern of fi c e buildings and the approaches of design technology are raised here. Through case studies, the application possibility and prospects of energy saving design in of fi ce buildings are elaborated.[Key words] Office building, Energy saving design, Approaches of technology, Application自20世纪70～80年代以来，我国对建筑节能工作日渐重视，进行了一系列建筑节能设计与技术措施的应用及推广工作，取得了一定的成果。

随着国民经济的蓬勃发展，尤其是城市化进程的加速，办公建筑的建设量十分巨大，为适应目前的经济水平并满足人们的使用需求，办公建筑能耗日趋增加。

因此解决办公建筑节能矛盾迫在眉睫，探索适合于办公建筑的系统的节能设计策略成为当前重要的研究课题。

一、办公建筑的能耗特点及节能现状据统计，空调采暖和照明用能目前约占我国办公建筑总能耗的70%～80%（图1），这就要求我们在办公建筑的设计中，必须充分考虑通过提高照明和空调设备的效率实现建筑节能的目的。

为从根本上提高办公建筑的节能效果，建筑设计初期就应贯彻建筑节能的思想和策略方法，以做到办公建筑设计的“本源节能”。

现阶段我国办公建筑的用能现状主要表现出以下几个特点：1．节能设计挖潜不足办公建筑量大面广，加之人员流动频繁、活动集中、空间闲置多等特点，导致其能源消耗存在很大浪费，因而节能潜力巨大，通过应用节能设计与技术，节能效果将十分明显。

同时，节能技术的成熟应用将为公共建筑的节能设计起到相当的借鉴作用。

由于我国节能技术、方法的相对薄弱，迫切需要从整体上开展办公建筑的节能研究。

2．建筑设计对节能策略重视不足目前相当一部分办公建筑由于设计上的“先天不足”导致建筑能耗居高不下，而很难在建成使用后通过调节或简单改造进行改善，因此，在建筑设计开始阶段就应贯彻一系列节能意识与节能技术的应用体系，使建筑设计为建筑节能奠定良好的基础，为节能设计创造良好的条件和可能。

3．注重设备节能，忽略建筑设计层面节能　基于办公建筑的使用特点，人们往往更关注高能耗的空调和照明等设备的节能研究，力求通过提高空调效率、研制节能照明工具提高建筑的整体节能效果，却忽视了建筑设计本身的作用。

合理、有效的建筑节能设计完全可以最大限度地减少建筑对于设备的依赖，从根本上提高建筑整体的节能效率，而且也能塑造独特的建筑形式。

4．过于强调节能评估结果建筑节能工作往往十分注重节能评估，以评估的结果作为判定建筑节能优劣的唯一标准，而针对建筑评估的要求也存在“重结果、轻实际”的现象。

节能评估并没有针对各类办公建筑的不同特点进行分类执行，而且为了使建筑符合国家相关节能规范的要求，往往最后还要篡改评估结果。

通过所谓的“静态”及“动态”评估，任何办公建筑设计均可以通过节能评估要求，导致许多评估结果虚假成分居多，违背了建筑节能工作最根本的目的。

二、办公建筑节能设计指标控制及设计方法基于办公建筑的能耗特点，建筑设计可以从以下几方面指标入手，采取相应的设计方法进行控制，达到建筑节能设计的要求。

1．体形系数控制在建筑设计中，建筑形态的塑造常被划入纯艺术的范畴，但不合理的建筑形态往往会给建筑节能设计带来很大阻碍。

建筑的体形系数S 是指建筑物与室外大气接触的外表面积F（不计算地面）与其所包围的建筑体积V 之比（S=F/V）。

体形系数越大，单位建筑空间的热散失面积越大，能耗也就越大。

因此，如何减小建筑的体形系数，成为办公建筑节能设计的关键。

建筑体形系数控制具有一定的规律，因此办公建筑节能设计可以采用适宜的规律方法进行节能控制。

首先，高层办公建筑可以采用“高度反比规律”和“F/V—L/A”替代规律进行建筑体形系数控制，即S 随建筑高度的增加而减小，以及通过控制建筑外墙平面长度之和与所围成的建筑面积之比值，降低建筑体型系数，实现建筑节能。

其次，多层办公建筑可以采用“正方极限律“和“联列递减律”对建筑体形系数进行控制，即越是接近正方形的建筑平面对建筑的节能越有益处，以及通过联列的方式将建筑的各个功能单元进行组合，形成外围合的建筑，在一定程度上减小建筑的体型系数。

国家科技支撑计划重大项目资助课题（2006BAJ03A07）城市建筑| 主题专栏 | Urbanism and Archtecture | Feature-Theme自然采光是办公建筑节能设计的一个主要途径，对人的生理和心理健康有较大的益处。

影响建筑自然采光的因素主要包括开窗的朝向、面积、倾斜角度以及平面的进深和层高、窗户外遮阳装置的设置等。

传统的自然采光方式主要有侧窗采光、天窗采光和中庭采光几种：侧窗采光是最常见的一种采光方式，其光线具有明确的方向性，通过它可以看到室外的风景，拓展了室内使用者的视野；天窗采光的方式在办公建筑中多通过平天窗实现；中庭则可以成为一种自然光的收集器和分配器，使自然光在中庭内部得到二次或多次漫反射，为进深较大的办公空间提供自然采光的可能。

随着现代办公建筑功能及空间需求的多样化，采光需求也发生相应变化。

得益于先进的现代技术和手段，当代办公建筑可以利用导光管、光导纤维、采光隔板和导光棱镜窗等实现自然照明。

导光管是由采光的集光器、用于传输光的管体部分、用于控制光线在室内分布的出光部分组成（图3），适合于自然光充足的地区，但由于其采光方式并不稳定，往往需要人工光源作为补充。

光导纤维的优势在于一个聚光器可以引出多个光纤，光纤截面尺寸小、可灵活弯折，而且传光效率较高。

采光隔板是在侧窗上部安装一个或一组反射装置，使直射光经过一次或多次折射进入室内，以提高房间内部的照度。

导光棱镜窗是利用棱镜的折射作用改变入射光的方向，使太阳光照射到房间的深处，有效减少窗户附近的眩光，提高室内照明的均匀度（图4）。

4．外围护结构设计建筑的外围护结构决定了其热工性能，对建筑的能耗具有很大影响。

由于不同地区气候特性的差异，建筑外围护结构的节能措施也有所不同。

一般情况下，寒冷地区的建筑对外围护结构的保温隔热性能要求较高，因此我国北方地区的建筑多采用内保温的复合外墙处理方法；夏热冬冷地区为满足两季气候要求，办公建筑多采用玻璃幕墙或大开窗方式，此种虽然在冬季可以较好实现太阳得热，在夏季却成为建筑节能的障碍，很多针对玻璃幕墙的隔热方法经济性不佳，成为该地区外围护构造做法的一大难点。

无论面对何种气候条件，建筑的窗墙比都会直接影响建筑的节能效果，建筑设计应该在满足建筑通风及采光基本要求的情况下，尽量少开玻璃窗或不开窗，充分论证办公建筑应用玻璃幕墙的利弊。

遮阳也是建筑节能行之有效的技术手段，建筑设计中多采用形态本身和外部构件两种遮阳方式。

如英国著名建筑师Norman Foster在伦敦市政厅的设计中，将建筑体型设计为一个朝向西南的变形球体，有效减少了能够被阳光直射的外墙面积，同时层层出挑的倾斜楼板也成为下一层空间的遮阳构件（图5）。

遮阳构件根据与外围护结构的相对位置划分，有内遮阳和外遮阳两种。

内遮阳的构件不显露于室外，对材料的要求较低，缺点是虽然阻挡了一部分阳光辐射热量，储存于遮阳构件的热量仍然会导致室内温度升高。

外遮阳的方式在现阶段比较经济、有效，节能收益为10%～24%，而用于遮阳的建筑投资则不足2%。

遮阳操作分为手动调节和自动调节两种。

手动调节可以根据使用者需求进行控制，简单易行；自动控制相对而言较为复杂，如阿拉伯世界研究中心的智能遮阳设施会根据阳光的强弱自动调节采光遮阳窗（图6）。

对办公建筑而言，采取手动调节的外遮阳系统、严格控制窗墙比、尽量少用玻璃幕墙、采取建筑的自遮阳系统以提高围护结构的节能效果是节能设计的关键。

三、案例分析1．香港大学教学楼香港大学教学楼由香港大学建筑系主持设计。

建筑师充分利用自然光、通风和绿化，将建筑设计与节能技术融合统一。

建筑的不同楼层设有多个空2．自然通风设计建筑的自然通风是由于建筑开口处存在压力差而形成的空气流动，根据产生压力差的不同原因，自然通风可以分为风压自然通风、热压自然通风（图2）、热压和风压相结合的自然通风以及机械辅助式自然通风。

不同地区由于温度、湿度、太阳辐射量、风速等气候特点的差异，对自然通风的要求也有所不同。

我国北方地区的建筑因为要同时满足气密性和保温性的需求，自然通风更多是为了达到其室内维持良好空气品质的最小换气量，因此多采用热压通风这种“烟囱效应”的方式实现“封闭式的自然通风”，进行有序换气。

南方热湿地区，尤其是一些高温高湿地区（如上海），自然通风是实现直接蒸发制冷的最好方法，因此多采用扩大“新风量”的开放式自然通风设计。

在建筑的室外环境设计中，可以通过合理的朝向布局、建筑迎风面与城市街道的关系处理、绿化与水体的合理布置等方法进行自然通风的引导，避免由于建筑本身形态和不合理布局而导致的局部热空气聚集的“热岛效应”，坚持引风入城、导风过城、“留风”的室外风环境设计原则。