寒冷地区办公建筑被动房技术设计浅析

寒冷地区办公建筑被动房技术设计浅析
发布时间：2021-03-04T09:36:46.803Z 来源：《建筑实践》2020年第31期作者： 1于萍 2邢飞
[导读] 本文以寒冷地区办公建筑为主要分析对象，办公建筑类型其内部空间及外部形态的不同
1于萍 2邢飞
中国中建设计集团有限公司 100044
都市发展设计集团有限公司 116011
摘要：
本文以寒冷地区办公建筑为主要分析对象，办公建筑类型其内部空间及外部形态的不同，导致建筑的能源消耗也是不同，分析办公建筑各自特点，提出被动式办公建筑的设计方法，以减少其能源消耗。

关键字：寒冷地区；办公建筑；被动房；零能耗；
正文：
1）概述：
低能耗、零能耗在我国已经越来越被重视，被动式建筑是指对于被气候影响的因素很小的一项低能耗建筑，在德国，被动房是指建筑仅利用太阳能、建筑内部得热、建筑余热回收等被动技术，而不使用主动采暖设备。

一种能量的平衡，接近零能耗的设计。

办公建筑是人们在室内一天时间中待得比较长的的地方，本文以寒冷地区办公建筑的被动式设计进行探究。

2）办公建筑类型特点：
办公建筑的类型不同，其中有很多因素会对其能源消耗和利用产出影响，下面对不同类型的办公建筑的不同内部空间形式、外部造型、能源消耗的不同方式进行一个系统分析，以便更有针对性的设计节能方案。

（图-1）
①·行政办公建筑：一般指各机关、团体、事业单位的办公建筑。

它的内部空间特点是小办公空间，比较独立隐私，一条走廊作为公共交通联系各个小的独立的办公空间，最后连接竖向交通核如：电梯、楼梯，这种单元式办公一般应用于多层建筑。

②·专职办公建筑：一般指设计、科研、商业、金融等专业性质的办公建筑。

这种办公空间内部设计就十分多样丰富了，一种类型是小办公空间结合大办公空间，这样既保护了私密性又有公共空间的共享性。

中庭一般设计成景观，供办公人员休息会谈采景、采光等综合用处，有时也会设计展示空间，更加凸显企业文化。

③·综合办公建筑一般指：办公建筑中含有商场、娱乐、餐饮等办公建筑。

这种办公建筑多以公共空间、共享空间为主，其公共空间形式和方式位置不同性质不同。

常见于高层办公建筑，其中庭大多也是设计成公共交通空间，以联系各个职能部门。

这种设计和专职办公空间有些类似。

综述：内部空间形式一般是小办公空间、大空间办公室办公空间、单元式办公室空间、景观式办公空间。

而办公建筑除以上三类主要办公空间的分布外，还存在一些附属空间，如公共用房会议室、多功能厅、接待室，资料室、档案室、打印室、卫生间、变配电间、机房等。

整体设计结合横向竖向分布参考。

内部空间功能分布决定外部造型也会有很大变化，如：行政办公建筑一般方方正正，形体规矩，大多以长方形为主。

人员活动范围平均，热能消耗平均。

这类的大多数建筑在外窗设计时均是统一标准，长方形或正方形为主，但由于每扇窗对应的房间为封闭式空间多一些，建筑内部通风一般不好。

而专业性办公建筑它的外部形体造型一般较为丰富多样，复杂不规律。

人员活动集中，热环境不理想。

体型系数相对比也比较大。

由于立面设计的需求，经常为了其个性的效果采用大面积的玻璃，例如一些金融办公建筑的外立面大多是玻璃幕墙，这样造成建筑窗墙比多大，能耗增加。

还有综合办公建筑一般式采用中庭的设计，其通风要优于格子间单一的办公环境。

人员活动更为集中，由于其特殊性空间在其内部的存在，它的热能消耗也是非常大，热点集中为几个区域块。

（图2-1）
图片来源：网络收集
3）办公建筑能耗特点：
①·能耗使用时间集中，大多为8：30~~18：00，不需要夜间的采暖制冷。

；比较适合太阳能集热及风能的利用。

②·机械设备能耗占总能耗的65%，如照明设备设备、机械运转能耗、电脑等使用设备能耗。

③·新风设备能耗，办公建筑需要新风设备不断更换室内空气而带来了能耗的增加。

4）办公建筑被动式系统设计方法：
①·选址与布局：方案在设计时要结合集热、采光、通风三个方面进行。

即：尽可能在南偏东 25°至南偏西 25°以内，冬季采光好，夏季不会过热的方位，这里也要结合各地太阳高度角设计，以便获得更多的太阳能。

除此不应与冬季主导风向相一致，造成冬季热能的损耗，加大了室内的供暖负担，最好时布置主导风向入射角度小于45°的方位。

再者，需要同周边建筑保持合理的间距，以便太阳的照射。

周边环境设计：寒冷地区主导风向一般为西北风，我们如果能够合理利用绿色植被的设计，也可以有限的改善风环境对建筑影响。

②·建筑单体设计：a· 体形系数的控制，体型系数越大，其单位面积的建筑对外散热就越大，体系系数与建筑形体设计的复杂程度直接相关，《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015 中规定：严寒和寒冷地区的公共建筑体型系数：为 300＜A≤800 时，体型系数≤0.5，为 A＞800 时，体型系数≤0.4，其中 A指的是单栋建筑面积。

而被动房体型设计要紧凑，体型系数最好≤0.7。

结合寒冷地区气候特点，建筑形体设计尽量扩大南门的采光集热。

b· 办公建筑平面设计可采用东、西两向结合中庭的布置，中庭在建筑内的设计可以增加自然采光及良好的通风效果。

如果条件有限，也可以用采光廊来增加采光与通风。

c· 小办公空间、大办公空间、两者结合。

小办公空间的优势使设备使用分区控制，可以减少不必要的能源消耗，也比较适合办公空间相对私密的环境要求。

大办公空间的优势是具有良好的通风，照明设计如分区控制，不仅可以节约用电也可以做到能耗节省。

两者办公形式相结合比较适合现在办公常用模式，即保证了私密性，又可以能源集中，较少消耗。

自然采光与自然通风的设计可以减低照明能耗与设备能耗，增加室内的舒适度。

③·局部设计：
a· 保温设计：围护结构在房屋整体能源消耗中占比值较大，所以对它的保温性能要加以重视，提高围护结构的热工性能，常用方法是在外墙表面安装保温层，保温材料一般使用聚苯板、岩棉板和木质纤维板，其优点是保护外墙，节省室内空间，减少结露现象。

b· 无热桥构造：墙体与屋面组合式会出现接角、接头、缝隙连接口，这些位置会增加建筑内部的热量损失，标准面积的热损失公式与热桥系数、构件面积和温差相关。

无热桥设计是指被动房应尽量避免热桥或者达到可以忽略不计的程度。

衡量标准是。

设计时，节点的控制尽量达到最大控制，达到热量损失可以忽略。

常用“一支笔原则”来检验，用一只笔在建筑图纸上画线，其外围护结构不中断，若必须中断也要相应提高材料的热阻性能，节点构造连接处需要无空缺全面积搭接。

边角尽量选择钝角。

c· 气密性：气密层的设计与“一支笔原则”一同，尽量减少管线对墙体的穿越，常用内抹灰作为气密层，不同的建筑构件连接，气密性要保持永久性。

木质屋面与墙面用胶带或软管进行密封连接，地板与墙体的抹灰层要与混凝土楼板一体。

对于仍然有的缝隙要使用填缝剂填实，再抹灰刮缝收口。

d· 窗户：三层保温玻璃和隔热窗框，玻璃间填充气体、玻璃间距和图层的选择不同性能不同，高级的保温玻璃由三层玻璃组成，并在两侧均涂抹镀膜，这种玻璃热量不仅不容易散失，而且玻璃外窗也不容易形成露水或结冰。

保温窗框需要增加窗框厚度每增加玻璃在框内深度，并采用暖边间隔条。

e· 楼宇门：楼宇门也是建筑传热的薄弱环节，它的保温和气密性设计也有一定要求。

它的传热系数为。

四边设置密封条，保证气密性。

整体门扇有一定稳定性，不因为气候的变化而产生变形，必要时可以设计门斗，减少热量流失。

f· 新风系统：一般选择热效率高、风机功率消耗低的中央新风机组。

根据热舒适度要求，使室内空气质量得到提升，能源消耗降低。

设计时根据功能房间使用的不同，设计出风区、回风区和过流区位置，提高利用效率。

新风机组的机房也应尽量布置在传热维护结构附近，防冻、防躁设计时要重点考虑。

5）总结：
根据办公建筑的功能类型及能耗消损各自的特点情况，寒冷地区多层办公建筑在进行被动式节能设计系统方法时，要在整体布局、单体方位以及局部保温、气密性、无热桥、窗户、楼宇门等节点的多方面考虑，符合我国对被动房建筑的考核标准，大力发展推广低能耗被动房建筑。

文献：
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