建筑設(shè)計(jì)與氣候緩沖一種空間層級(jí)的設(shè)計(jì)思路
定 價(jià):88 元
叢書名:中國城鄉(xiāng)可持續(xù)建設(shè)文庫
- 作者:陳曉揚(yáng),蔡苗苗著
- 出版時(shí)間:2023/9/1
- ISBN:9787568099844
- 出 版 社:華中科技大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TU201
- 頁碼:214
- 紙張:
- 版次:1
- 開本:24cm
本書歸納了主次空間的常規(guī)布局類型,依據(jù)提升型和重構(gòu)型兩類思路提出空間層級(jí)優(yōu)化的原型。同時(shí)還結(jié)合案例說明了這種優(yōu)化模式在建筑布局設(shè)計(jì)中的可行性,并進(jìn)一步細(xì)化了子類型和具體手法,使之具備較廣的適用性。
建筑的次要空間一般不被重視,而它具有緩沖氣候的潛力,從這一獨(dú)特視角探討建筑布局設(shè)計(jì)的科學(xué)規(guī)律。人民生活水平不斷提高,建筑微氣候的重要性越來越凸顯。
能源危機(jī)的警示
能源危機(jī)在全球范圍內(nèi)已不是新鮮事。202年夏季以來,能源供給不足疊加高溫天氣,歐洲電價(jià)創(chuàng)新高,交易的次年法國電價(jià)達(dá)到了7.73元/千瓦時(shí),德國突破6.84元/千瓦時(shí),高電價(jià)直接導(dǎo)致高通脹和社會(huì)不穩(wěn)定。50年前和2022年西方能源危機(jī)的直接導(dǎo)火索都是國家或組織之間的博弈沖突。20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)是因?yàn)闅W佩克國家的石油減產(chǎn)和石油出口禁令,本次危機(jī)緣于俄歐沖突。它看起來是國家或組織之間的博弈引起的,但是究其根本,資源有限本身才是核心原因。據(jù)歐盟能源機(jī)構(gòu)預(yù)測,石化能源將在21 世紀(jì)內(nèi)開采殆盡,石油需求在2020―2030年達(dá)到峰值。有限的資源在全球進(jìn)行分配,加上國家實(shí)體之間的壁壘,供給不足不是偶然現(xiàn)象,以后或許會(huì)頻發(fā)并導(dǎo)致更深刻的危機(jī)。當(dāng)然,能源危機(jī)也給人們帶來了反思和改變,自20世紀(jì)70年代石油危機(jī)爆發(fā)以來,歐洲大力發(fā)展清潔能源,并直接推進(jìn)了《京都議定書》的簽訂和巴黎氣候峰會(huì)等事件,達(dá)成了節(jié)能減碳的全球共識(shí)。
從我國情況來看似乎是另一番情景,由于近年來能源供應(yīng)的平穩(wěn)和電網(wǎng)技術(shù)的支撐,電價(jià)一直維持在低位。這對于制造業(yè)大國維持競爭力至關(guān)重要,但也導(dǎo)致人們的能源危機(jī)意識(shí)并不強(qiáng)烈,節(jié)能動(dòng)力不足。我國電力消費(fèi)總量巨大并呈臺(tái)階式增長(圖1-1),電力供給快速增長有難度,2021和2022年的多地拉閘限電就敲響了警鐘。在發(fā)展快車道上的我國對電力的需求只會(huì)越來越大,現(xiàn)有的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)需進(jìn)一步優(yōu)化,節(jié)能降耗也相當(dāng)緊迫;仡^來看,21 世紀(jì)初開始大力發(fā)展清潔能源的策略起到了積極作用,截至2020年,清潔能源消費(fèi)的占比達(dá)到了24.4%(圖1-2)。但還需看到,煤電的消費(fèi)占比依然達(dá)到56.5%,而且較長時(shí)間內(nèi),它都將是我國主要依賴的能源,這給節(jié)能減排帶來了巨大挑戰(zhàn)。另外我國單位GDP能耗、人均能耗分別為世界平均水平的1.4和1.44倍[1],所以需要加大新能源的供給,而更為重要的是當(dāng)前需要注重能源消費(fèi)環(huán)節(jié),全面推行能源節(jié)約和提效。即使大力發(fā)展清潔能源, 如果不在有效節(jié)能上下功夫,遠(yuǎn)期供需矛盾也難以化解。況且,清潔能源生產(chǎn)的原材料供應(yīng)也是有限的,而且我國部分材料還受制于人。鋰、鎳、鈷、錳、稀土等重要生產(chǎn)材料的全球儲(chǔ)量都有限度。以新能源汽車為例,全球可開采鋰資源約為1350萬噸,按目前技術(shù)來估算,平均每輛電動(dòng)車消耗約7.5 kg 鋰2,全球鋰資源只能支撐制造約18 億輛鋰電池電動(dòng)車。重大能源技術(shù)的提升都不是持續(xù)發(fā)生的,而是脈沖式的,在重大技術(shù)革新發(fā)生之前,需求的爆發(fā)式增長都不可持續(xù)。我國尚未爆發(fā)大規(guī)模能源危機(jī),但是從需求增長的趨勢看,不可不防。所以無論從長遠(yuǎn)發(fā)展還是從能源安全的角度來看,節(jié)能提效始終都是極為重要的。
在節(jié)能方面,建筑領(lǐng)域任重道遠(yuǎn)。2019 年全國建筑全過程能耗總量為22.33億噸標(biāo)煤,占全國能源消費(fèi)總量的45.8%,碳排放占比達(dá)50.6%[2]。隨著我國居住條件的改善,用電量還在快速增長?照{(diào)普及率越來越高,居住環(huán)境越來越精致舒適。生活也越來越便利,坐在家中就可調(diào)用諸多的電器,還能調(diào)配大量的資源,遙控視線范圍之外的貨品和物流。但在這樣未來化的場景中,各種智能設(shè)備帶來的超級(jí)便利都需要巨大的電力增量支撐。它包含的不單是手機(jī)等智能設(shè)備的耗能,更多的是經(jīng)由它們發(fā)出的一道道資源調(diào)動(dòng)指令所帶來的耗能。然而壞消息是一定技術(shù)條件下的電力增量都有極限,關(guān)鍵性的清潔能源技術(shù)如氫能源和可控核聚變應(yīng)用都還未成形。從以往新技術(shù)應(yīng)用趨勢看,新技術(shù)投入大范圍使用要經(jīng)歷研發(fā)、試用和產(chǎn)業(yè)化等一系列環(huán)節(jié),更不用說突破性的新技術(shù)還在研發(fā)的路上。無論是因?yàn)槭苤朴谀茉淳o張,還是要順應(yīng)將來的技術(shù)發(fā)展,建筑的未來趨勢都是,一方面建筑可成為產(chǎn)生清潔能源的供給端,另一方面又要成為利用清潔能源的使用端,以節(jié)能降耗。對于建筑作為清潔能源的供給端,光伏建筑一體化(BIPV)和分布式風(fēng)能發(fā)電為建筑設(shè)計(jì)提供了方向。越來越多的房屋業(yè)主注意到了BIPV 在節(jié)電和投資回報(bào)上的吸引力,產(chǎn)品應(yīng)用逐漸被常規(guī)化。因?yàn)閲鴥?nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,目前光伏發(fā)電越來越具有經(jīng)濟(jì)效益,而且BIPV 又進(jìn)一步減少了遠(yuǎn)距離輸電的成本。2022 年6 月我國發(fā)布的《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》提出,到2025年新建公共機(jī)構(gòu)建筑、廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達(dá)到50%[3]。它在技術(shù)上主要依賴光電轉(zhuǎn)化的效率提升,建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域只是配合其一體化安裝,這對建筑表皮設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
對于建筑作為清潔能源的使用端,需要通過對建筑設(shè)計(jì)和機(jī)電設(shè)備的優(yōu)化,爭取利用環(huán)境中的自然能源。對于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域來說,需要通過科學(xué)的設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)能降耗的目的!冻青l(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》也提出,2030年前嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)新建居住建筑本體要達(dá)到83% 的節(jié)能要求,其他區(qū)域要達(dá)到75%的節(jié)能要求。建筑設(shè)計(jì)中的布局、朝向、形體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等方面都是影響能耗的因素。如果低能耗或近零能耗房屋得以大量建設(shè),這對降低社會(huì)總能耗的作用相當(dāng)可觀。在形體空間上進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)是*經(jīng)濟(jì)的手段,也是節(jié)能的源頭環(huán)節(jié)。
陳曉揚(yáng)
東南大學(xué)建筑學(xué)院副教授、建筑設(shè)計(jì)及其理論專業(yè)博士、國家一級(jí)注冊建筑師,從事建筑設(shè)計(jì)教學(xué)及實(shí)踐,主要研究方向?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)及其理論、綠色建筑等。
蔡苗苗
東南大學(xué)建筑學(xué)院碩士畢業(yè),現(xiàn)就職于金地集團(tuán)華中區(qū)域鄭州地產(chǎn)公司。
1 一種面向氣候的設(shè)計(jì)思路 001
1.1 建筑的氣候設(shè)計(jì)觀 002
1.2 氣候緩沖與空間設(shè)計(jì) 014
1.3 一種空間層級(jí)的設(shè)計(jì)思路 024
2 空間層級(jí)布局的類型 029
2.1 主次空間布局的層級(jí)類型 030
2.2 空間層級(jí)的熱緩沖性能初步分析 040
3 空間層級(jí)類型的熱緩沖性能 043
3.1 核心式空間層級(jí) 044
3.2 內(nèi)廊式空間層級(jí) 049
3.3 外廊式空間層級(jí) 054
3.4 南北式空間層級(jí) 062
3.5 圍繞式空間層級(jí) 066
3.6 垂直式空間層級(jí) 069
4 基于熱緩沖的空間層級(jí)模式 075
4.1 基于熱緩沖的空間層級(jí)原型 076
4.2 兩種優(yōu)化思路的可行性 090
4.3 提升型優(yōu)化 104
4.4 重構(gòu)型優(yōu)化 117
5 空間層級(jí)優(yōu)化子模式 127
5.1 附加熱緩沖腔體 128
5.2 嵌入熱緩沖腔體 139
5.3 次要空間布局調(diào)整 151
5.4 圈層式空間層級(jí) 156
5.5 內(nèi)嵌式空間層級(jí) 164
5.6 垂直式空間層級(jí) 171
6 結(jié)語 183
參考文獻(xiàn) 188
圖片來源 192
附 錄 193
彩 圖 211