2.3 建筑规划阶段的节能设计

建筑规划布局是进行建筑规划节能中的重要环节。影响建筑规划设计布局的主要气候要素包括日照、风向、气温、雨雪等，通过把这些要素与规划设计布局密切结合起来，改善微气候环境，建立气候防护单元，以达到节能的目的。

建筑规划布局的设计要点主要包括建筑的平面和空间分布、建筑的朝向、建筑的间距、外部环境等。这里的每个要点都可以用建筑节能的思维去进行科学支撑，而不是单从功能、艺术等建筑要素进行考虑。

2.3.1 建筑的平面和空间分布

对建筑进行平面和空间分布时应该考虑日照和风环境的因素。通过合理调整建筑平面和空间分布争取良好日照以及改善风环境对建筑的影响。常见的建筑群体平面的布局有行列式、周边式和自由式 3 种。

1）行列式

行列式布局是最为常见的建筑群平面布局形式，是指建筑按照一定朝向和合理间距成排布置的方式。按照排列方式的变化可以形成并列式、错列式、斜列式、周边式和自由式几种，如图 2.6 所示。这种方式一般选取能够争取最好的日照朝向，比如南向，因为建筑群体朝向一致，在合理调整间距的情况下使大多数建筑内部得到良好的日照，且通风良好。行列式中的错列式还可以利用错位布局在两栋建筑间的空隙中获得更多的日照，如图 2.7 所示。

某些地形情况下，建筑群还可以采用斜列式使建筑用地效率和优化日照有机结合，如图2.8 所示。

2）周边式

周边式布局的建筑群在场地内进行环绕布局，朝向多样。在日照方面，封闭内侧的日照不理想，同时东西朝向的建筑面在南方地区会出现过度日照；在通风方面，因为建筑群内部几乎封闭，对风场的阻挡作用明显，有相当多的区域处于弱风区中，使得整个环境的风速也比较低，但是这种布局方式在我国北方严寒或部分寒冷地区因为起到一定防风效果而成为可以考虑的布局方案，如图 2.9 所示。

3）自由式

自由式布局是根据建筑地形及周边道路、环境自由排布。这种方式没有特定约束，建筑的形制也可以多样，合理运用节能规划原理可以获得良好的日照和通风。在空间规划上，还可以依据地形和建筑本身高低的不同进行合理布局以达到争取良好的日照及通风（夏季）和防风（冬季）效果。比如，把较高建筑的建筑或者地形较高的建筑布置在北部，以争取更大范围的日照，同时可以阻挡北部来风，对于北方寒冷地区的冬季防风这是个有利因素（图 2.10）。同时在一些沿街建筑上，可能会存在体型较长的情况，其后方的建筑容易处在风影区内，这时候为了获得较好的通风效果可以考虑在建筑上设置通风廊，或者架空建筑底部，以利于导风（图2.11），同时如果这种处理方式和建筑场地的消防通道相结合，则可以达到建筑设计和节能设计的有机统一。

实际工程中，由于还要考虑地形、道路、水体以及容积率等影响因素，建筑布局实际是各种设计要素的综合平衡，布局因此而变得多样。

2.3.2 建筑的朝向

选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能措施。建筑朝向的选择的基本原则是在冬季争取到良好的日照，而在夏季能够尽量利用太阳方位角的变化减少太阳辐射得热，同时考虑在风环境中使主要房间在冬季能够避开主导风向。在规划设计中，建筑的朝向应根据房屋内部空间的特性、地形、当地主导风向、太阳的辐射、建筑周边环境以及各地区的气候等因素，通过调查、研究、分析、评价来确定。我国的建筑朝向主要以南略偏东或偏西较为适宜。

对于气候炎热的南方地区，尤其需要考虑的是应尽量避免建筑的主立面为东西朝向，防止夏季东、西方太阳直射而引起屋内温度过高，同时考虑建筑的主立面方向与夏季主导风向垂直，便于通风。而对于北方寒冷地区，住宅建筑的主立面方向应平行于冬季主导风向，以防止冷空气渗透量增大。

2.3.3 建筑的间距

建筑的间距是规划设计重点考虑的要素之一，主要受到建筑防火、日照、噪声、卫生及地震安全等因素的影响，其中建筑的日照间距是影响建筑利用太阳能的重要因素，同时还会影响建筑的自然采光水平。日照间距是指一年中冬至日，满足北向底层房间获得日照时南北房之间的外墙间距，如图 2.12 所示。

建筑的日照间距是由日照标准，当地的地理纬度、建筑朝向、建筑物的高度、长度以及建筑用地的地形等因素决定的。在建筑设计时，应结合节约用地原则，综合考虑各种因素来确定建筑的日照间距。

根据《城市居住区规划设计标准》（GB 50180—2018），我国各地区对居住建筑的日照间距有明确的规定，如表 2.3 所示。

2.3.4 协调建筑外部环境

建筑整体及外部环境设计是在分析建筑周围气候环境条件的基础上，通过选址、规划、外部环境和体型朝向等设计，使建筑获得一个良好的外部微气候环境，达到节能的目的。规划设计中还可以利用建筑周围的绿化进行导风，如图 2.13 所示，其中图（a）是沿来流风方向在单体建筑两侧的前、后方设置绿化屏障，使得来流风受到阻挡后可以进入室内；图（b）则是利用绿化后方的负压作用，设计合理的建筑开口进行导风。就绿篱而言，负压区的气流可向下移动，同样树冠下的气流则向上移动。但是对于寒冷地区的住宅建筑，需要综合考虑夏季、过渡季通风及冬季通风的矛盾。

1）合理选址

建筑的合理选址主要是根据当地的气候、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。建筑设计中，既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境，为建筑节能创造条件，又要不破坏整体生态环境的平衡。

2）合理的外部环境设计

在建筑位置确定之后，应研究其微气候特征。根据建筑功能的需求，应通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境，创造建筑节能的有利环境，主要方法为，在建筑周围布置树木、植被，既能有效地遮挡风沙、净化空气，还能遮阳、降噪；创造人工自然环境，比如，在建筑附近设置水面，利用水来平衡环境温度、降风沙及收集雨水等。

3）合理的微环境规划和体型设计

合理的微环境规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。像蒙古包的圆形平面，圆锥形屋顶能有效地适应草原的恶劣气候，起到减少建筑的散热面积、抵抗风沙的效果；对于沿海湿热地区，引入自然通风对节能非常重要。在规划布局上，可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压，即使在无风时也能形成通风，在建筑体型设计上形成风洞，使自然风在其中回旋，获得极好的通风效果，达到节能的目的。日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向，夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。然而，建筑的朝向、方位以及建筑总平面的设计应考虑多方面的因素，建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约，要想使建筑物的朝向均满足夏季防热和冬季保温是困难的。因此，只能权衡各个因素之间的得失，找到一个平衡点，选出这一地区建筑的最佳朝向和较好朝向，尽量避免东西向日晒。

控制体形系数主要还是要控制平面形状。同样的建筑面积，直接临室外空气的外墙长度越长，就意味着外墙面积越大，体形系数就越大，就越不节能、越不经济。一般条式建筑体形系数应小于等于 0.35,点式建筑体形系数应小于等于 0.40。从几何形状比较来看，同样面积前提下的外墙长度，圆形最短，其次是方形，第三是长方形，而且长方形长短边比例越大，外墙越长。因此，设计大进深的长方形平面比狭长形长方形平面更节能、更经济、更省材。

2.3.5 建筑单体节能设计

单体建筑的节能设计，主要是通过对建筑各部分的节能构造设计、建筑内部空间的合理分隔设计，以及一些新型建筑节能材料和设备的设计与选择等，更好地利用既有的建筑外部气候环境条件，达到节能和改善室内微气候环境的效果。

1）建筑各部位的节能构造设计

建筑各部位的节能构造设计，主要是在满足其作为建筑的基本组成部分的要求之外，通过对各部位（屋顶、楼板、墙体、门窗等）的造型、结构、材料等方面开展进一步设计，充分利用建筑外部气候环境条件，达到节能和改善室内微气候环境的效果。

①屋顶的节能设计。屋顶是建筑物与室外大气接触的一个重要部分，其主要的节能措施是：采用坡屋顶；加强屋面保温；根据需要，设置保温隔热屋面（架空隔热屋面、蓄水屋面、种植屋面等）。

②楼板层的节能设计。主要是利用其结构中空空间，以及对楼板吊顶造型加以设计。例如，将循环水管布置在其中，夏季可以利用冷水循环降低室内温度，冬季利用热水循环取暖。

③建筑外墙的节能设计。墙体的节能设计除了适应气候条件做好保温、防潮、隔热等措施，还应体现在能够改善微气候环境条件的特殊构造上，例如，寒冷地区的夹心墙体设计，被动式太阳房中各种蓄热墙体（如水墙）设计，巴格达地区为了适应当地干热气候条件在墙体中的风口设计等；而在马来西亚，杨经文设计的槟榔屿州MennamUmno大厦外墙中，则外加了一种“捕风墙”的特殊构造设计。其在建筑两侧设阳台开口，开口两侧外墙上布置两片挡风墙，使两个通风墙形成喇叭状的口袋，将风捕捉到阳台内，然后通过阳台门的开口大小控制进风量，形成“空气锁”，可以有效地控制室内通风。

④门窗的节能设计。门窗的节能设计主要考虑：

a.控制建筑不同朝向的窗墙面积比；

b.设置遮阳措施，我国节能标准中规定，夏热冬暖地区、夏热冬冷地区以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑的外窗（包括透明幕墙）宜设置外部遮阳；

c.根据需要合理地组织门窗的通风换气，尽量采用自然通风；

d.严寒、寒冷地区建筑的外门宜设门斗或采取其他减少冷风渗透的措施，其他地区建筑外门也应采取保温隔热节能措施；

e.选择高性能的建筑门窗和幕墙技术，建筑门窗和建筑幕墙要改变消极保温隔热的单一节能观念，把节能和合理利用太阳能、地下热（水）能、风能结合起来，积极选用节能和可再生能源相结合的门窗和幕墙产品。

⑤建筑物围护结构细部的节能设计。细部的节能设计可从以下各部位着手：

a.热桥部位应采取可靠的保温与“断桥”措施；

b.外墙出挑构件及附墙部件，如阳台、雨罩、靠外墙阳台栏板、空调室外机搁板、附壁柱、凸窗、装饰线等均应采取隔断热桥和保温措施；

c.窗口外侧四周墙面，应进行保温处理；

d.门、窗框与墙体之间的缝隙，应采用高效保温材料填堵；

e.门、窗框四周与抹灰层之间的缝隙，宜采用保温材料和嵌缝密封膏密封，避免不同材料界面开裂，影响门、窗的热工性能；

f.采用全玻璃幕墙时，隔墙、楼板或梁与幕墙之间的间隙，应填充保温材料。

2）合理的建筑空间设计

合理的建筑空间设计是指在充分满足建筑使用功能的前提下，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，达到节能的目的。例如，在北方寒冷地区的住宅设计中，经常将使用频率较低的房间如厨房、餐厅、次卧室等房间布置在北侧，形成对北侧寒冷空气的“温度阻尼区”，从而达到节能及保证使用频率较高房间的舒适度的目的。

3）选用建筑节能材料

建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面，随着科技的发展，大量的新型高效材料被不断研制并应用到建筑设计中，起到了更好的节能效果。例如，新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中的应用，达到了更好的保温防潮效果；新型透光隔热玻璃在门窗中的应用，起到了更好的透光隔热效果；采用可调节的铝材遮阳板，达到遮阳的目的。另一方面，要结合当地的实际情况，尽量发掘一些地方节能材料，将其更好地应用到建筑节能中。

以德国低能耗建筑为例，根据建筑能耗大小划分为 3 个等级：低能耗建筑、三升油建筑、微能耗/零能耗建筑，其每平方米建筑使用面积一次性能源消耗量分别为 30 ~ 70,15 ~ 30,0 ~ 15 kW·h /（m ² ·a），其低能耗建筑设计与技术体系完整，在朝向、体形系数、窗墙面积比、外墙和屋顶外窗热工性能、冷热桥、遮阳、冷暖方式、高效设备及输配系统、可再生能源利用等方面有具体要求，如图 2.14 所示。