绿建实验区近零碳小型办公建筑设计探讨

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论文字数:56525 论文编号:sb2025071514440853421 日期:2025-07-20 来源:硕博论文网

本文是一篇建筑论文,本文首先明确近零碳建筑的定义,对近零碳建筑相关标准进行研究,确定满足近零碳建筑的指标与计算内容。对小型办公建筑的案例进行分析,总结出小型办公建筑的形体、平面、空间的特征。
1绪论
1.1研究背景
1.1.1温室气体与环境问题
自20世纪70年代起,全球日益加剧的能源危机与环境挑战引发了国际社会的广泛关注。在此背景下,科技进步与生活水平的提升进一步推高了人类对能源的需求,尤其是对化石燃料的依赖。这一趋势催生了对节能措施、能效提升及可再生能源开发领域的研究兴趣。化石燃料的大量燃烧,导致温室气体排放量激增,这成为全球变暖的主要驱动力。这种气候变化引致的连锁反应,包括海平面上升、生物多样性的丧失以及自然灾害的频繁爆发,对人类的生存环境构成了前所未有的威胁。面对这些挑战,降低能源消耗、提高能源使用效率以及推广可再生能源的开发已成为全球共识[1]。
随着全球气候变化问题日益严重,温室气体的大量排放对人类生存和发展构成了巨大威胁,气候问题逐渐被人们所关注。2023年3月IPCC第六次评估报告(AR6)的综合报告(SYR)中指出,人类活动所产生的温室气体导致了全球变暖(如图1.1所示)。2011-2020年,全球表面温度比1850-1900年平均水平高出1.1°C[2]。温度上升导致了对自然和人类的广泛不利影响和损失。

建筑论文怎么写
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1.2研究对象与概念界定
1.2.1研究对象
本文的研究对象为沈阳建筑大学绿建实验区的小型办公示范建筑项目,其近零碳设计作为研究的核心。该示范项目代表了先进建筑设计理念在实践中的应用,特别是在实现近零碳排放目标方面的具体实践。在方案设计阶段,为了确保建筑能够达到近零碳的目标,设计团队需要对各项涉及的参数进行详细的模拟试验。这些试验包括建筑的能源需求分析、能源效率评估、可再生能源系统的配置以及建筑材料的环境影响等方面。通过对示范项目设计阶段及其实施过程的深入探讨,为类似建筑项目的近零碳设计提供实证支持和理论参考。1.2.2概念界定
(1)小型建筑
小型建筑的建筑功能特殊并且在设计过程中需要考虑的内容复杂,并且在建筑节能减碳的设计过程中更具有代表性。小型办公建筑常应用于工业园区、科技产业园是为独栋的小形建筑。而在目前各类建筑碳排放相关研究与实践中,更多的是关注大型公共建筑的节能与减碳问题的研究,对于小型建筑的碳排放研究较少。并且对于小型建筑的基本概念与体量形式也并没有明确的定义内容。
(2)办公建筑
公共建筑,作为民用建筑的关键组成部分,扮演着在建筑节能与减排领域的重要研究角色。这类建筑涵盖了办公建筑、商业建筑、旅游建筑以及科教文卫建筑等多种类型,每种类型由于其独特的建筑功能,对建筑碳排放的贡献各异。特别是小型办公建筑,这类广泛应用于综合商业区、工业厂区、科技园区等,具有体量独立且面积较小的特点,其建筑碳排放相对较高。
综合以上分析,本文中所研究的小型办公建筑以实际工程为依托,将小型办公建筑定义为将其限定为总建筑面积不超过2000平方米,且建筑总高度不超过三层的独立式办公建筑。
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2小型办公建筑近零碳概述
2.1近零碳建筑概述
2.1.1近零碳建筑定义
近零碳建筑介于低碳建筑与零碳建筑之间,具有相对较低碳排放的特征。根据我国的定义,近零碳建筑是在适应气候特征与场地条件的前提下,通过优化建筑设计以降低建筑用能需求,提高能源设备与系统效率,充分利用可再生能源和建筑储能,并满足近零碳建筑碳排放与电气化指标的建筑类型。
近零碳建筑通过以下几方面的措施和技术手段实现其目标。首先,通过合理的建筑布局、材料选择和技术集成,最大限度地降低建筑的能源需求。其次,提高能源设备与系统的运行效率,例如采用高效暖通空调系统、节能照明设备以及智能控制系统。此外,广泛利用太阳能、风能等可再生能源,结合建筑储能技术,实现能源的高效利用和自给自足。
与之相比,低碳建筑在碳排放指标上相对宽松,主要通过减少化石能源使用和提升能源利用效率来降低碳排放,而对可再生能源利用和碳排放的具体要求较少。而零碳建筑在碳排放指标上更加严格,并且依据实际情况与目标,不仅要考虑建筑在运行阶段的建筑碳排放,更要考虑在整个生命周期内实现零碳排放。这不仅需要通过技术手段和管理措施实现极低的碳排放,还需要结合碳排放交易和绿色电力交易等碳抵消方式,确保最终的碳排放量为零。
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2.2小型办公建筑特征分析
2.2.1小型办公建筑形体特征
建筑的形体是整个建筑设计的基础,它不仅决定了建筑的外观和美学表达,而且深刻影响着建筑的功能布局、结构效率、环境适应性和文化象征。通过巧妙的形体设计,建筑师能够充分利用自然资源,提高空间使用效率,同时确保建筑与其周围环境和社会文化背景的和谐共生。对于以节能降碳为目标的小型办公建筑而言,建筑在满足周边场地需求的前提下,主要在建筑的朝向与建筑选型两方面进行设计研究。
(1)建筑朝向
建筑的朝向和形体设计密切相关,共同影响着建筑的能源效率、内部舒适度以及与周边环境的和谐关系。合理选择建筑的朝向可以最大限度地利用自然光和自然通风,减少人工照明和机械通风的能耗。通常,建筑物朝南或东南可以获得更多的日照,有利于冬季取暖;而通过合理的遮阳设计,夏季可以避免过多的热量进入室内。此外,结合场地的风向特点,优化建筑的朝向和开窗位置,可以提高自然通风效果,减少空调系统的使用频率。朝向决定了自然光的引入和热能的吸收,而形体设计则调节建筑与环境的互动,如风的引导和遮阳效果。恰当的朝向可以最大化日照利用,减少能耗;巧妙的形体设计则可以优化空间功能,增强建筑的美观与实用性。综合考虑这两方面的因素,是实现高效、舒适且环境友好的建筑设计的关键。
例如,陕西的秦风书阁在设计中主要采用了南向布局,建筑与当地整体环境相结合,综合考虑了建筑的总体形态、朝向、坡度调整、开口设置以及屋顶天窗的设计,优化了太阳能的利用,以在冬季最大化太阳辐射的获取(如图2.2)。同时,设计还强调了自然通风的机制,特别是在过渡季节及夏季,利用夏季午后特有的南北向下坡风,促进室内外空气的有效流通,达到自然降温的效果。此外,该项目在屋顶和南立面的设计中融入了一体化的光伏系统,进一步提升了建筑的能源自给能力。建筑室内的照明、多媒体设备、插座以及智能开窗所需的电能均由光伏系统提供,该系统采用铁锂电池组储能,并通过直流48V总线供电。光伏板的安装采用结构一体化预埋件和钢龙骨连接技术,兼顾美观性、安全性和成本效益。研究团队为秦风书阁配备了全面的监测设备,包括太阳辐照量、光伏发电效率、室内热湿环境和运行能耗等,并将这些数据实时传输到云端。
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3 示范建筑近零碳设计流程和条件的构建 ............................ 35
3.1 示范建筑基本概况 ...................... 35
3.1.1 示范建筑概况 ............................... 35
3.1.2 气候环境分析 ..................... 36
4 示范建筑近零碳设计影响参数研究 .............................. 47
4.1 建筑形体设计因子 .................................. 47
4.1.1 建筑朝向 ........................................... 47
4.1.2 体型系数 ................................... 49
5 示范建筑方案设计与模拟 ................................. 75
5.1 示范建筑总体设计 ......................................... 75
5.1.1 场地分析 ................................................ 75
5.1.2 朝向布局 .......................................... 77
5示范建筑方案设计与模拟
5.1示范建筑总体设计
5.1.1场地分析
示范建筑选址于沈阳建筑大学校园的东南侧,场地呈矩形,长25m,宽30m,建筑用地总面积为750㎡(如图5.1-a所示),场地内部平坦宽阔。整个场地的东侧、西侧和南侧均被茂密的树木包围(如图5.1-b所示)。场地周边的树木不仅为建筑提供了良好的视觉屏障和隐私保护,还在一定程度上减弱了外界噪音的干扰,创造了一个安静舒适的环境。周边自然的绿色屏障有助于提升建筑的生态效益,形成良好的微气候环境,在夏季,树木的遮阳效果可以显著降低建筑的冷却需求,从而提高建筑的能效表现。

建筑论文参考
建筑论文参考

场地内部较为平整,但与在场地的南侧场地与校园车道连接处存在1.5m的高差(如图5.2所示),由于场地的相对抬升,建筑物可以获得更为开阔的视线范围,尤其是朝向西南方向的自然景观和校园内的绿化带。同时,高差也为场地的无障碍设计带来了一定的挑战。场地坡道的设置、入口的过渡处理以及高差区域的防护设计都需要在设计中得到充分考虑,以确保建筑物的使用便捷性和安全性。
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6总结与展望
6.1主要结论
(1)近零碳设计的影响因子及其参数控制
以方案设计的流程为基础,选取方案设计中的形体设计、平面设计、空间设计、表皮设计、光伏屋面倾角设计做为建筑方案阶段的模拟因子,并选取建筑方案设计中常考虑的因素建筑朝向、体形系数、平面布局、中庭比例、建筑层高、窗墙比、细部构造、光伏倾角8个设计参数。通过对这些设计参数进行单因子模拟分析,研究得出了每个参数的最优选择范围,为示范建筑的最终设计提供了依据。
(2)综合设计模拟分析
在综合设计过程中,基于选取的8个关键设计因子,进行了正交试验设计分析,以系统地评估这些因子对建筑碳排放的影响。分析了每个设计因子在建筑碳排放中的贡献程度,还明确了它们的主次关系,为优化设计方案提供了科学依据。窗传热系数是对建筑碳排放影响最大的因素。优化外窗的传热系数能够显著降低建筑的能耗,提升整体能效。其次,建筑层高也被证实为影响碳排放的重要因素,合理控制建筑层高不仅有助于优化空间利用,还能减少建筑的热损失。外墙的热阻和屋顶的传热系数则分别排名第三和第四位,窗墙比和中庭比例紧随其后,建筑朝向和光伏屋面倾角虽然在影响因素中排名靠后,但在光伏系统的设计中,合理的朝向和倾角设置能够最大化太阳能的利用效率,直接影响到建筑的可再生能源贡献度。
 



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