時間：2022-07-31 10:52:14
導語：在地下建筑空間探討的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
【摘 要】隨著城市化進程的不斷加快以及城市人口的不斷增長，城市用地面積變得日益緊張。為了更好的適應城市化的進程，地下建筑及空間的開發逐漸受到人們的重視。地下建筑空間的開發和利用是建設集約型城市以及實現城市可持續發展的重要途徑。本文結合地下建筑空間特點，對地下建筑設計應注意的問題以及如何合理利用等方面展開了全面的分析探討。
【關鍵詞】地下建筑；空間特點；設計；注意問題
1 地下建筑空間的環境特點分析
1.1 地下建筑易受土壤及其結構的影響
人們的工作與生活通常被建筑物外圍護結構分割成不同的部分，建筑工程也是一樣。和一般的建筑工程相比，地下建筑空間更容易受到土壤及其圍護結構的影響，將相當于地面建筑容易受到室外氣候的影響一樣。
1.1.1 土壤或巖體溫度作用
土壤的熱作用與地面自然環境的熱作用差別很大。一般認為從地面到地下10m左右的土壤是依靠太陽供給熱量的。隨著深度的增加,熱量對土地的影響也相應增加。白天,太陽的熱量影響到土壤的很淺的深度,通常在5～7cm 之間,但這種熱量在一個大約 10m 的深度內作持續的季節性運動。土壤隔熱性好而蓄熱量大,因而能在嚴酷多變的外界氣候條件下保持相對穩定的溫度。土壤的熱穩定性使得地下建筑的圍護結構擁有相對穩定的外界溫度, 對于一些需要恒定季節性溫度和恒定晝夜溫度的特殊建筑,地下建筑將更具優勢。
1.1.2 土壤或巖體濕度作用
在濕度方面, 地下建筑的圍護結構受到土壤、巖石、地下水位高低等的影響,有時會出現較為嚴重表面散濕現象,再加上缺少陽光照射,和有效的自然通風,圍護結構往往比地面建筑潮濕。
1.2 地下建筑室內熱濕環境
地下建筑中屬于室內的氣候因素主要包括三個方面:進入室內的陽光、空氣溫濕度、生產和生活所散發的熱量和水分。
1.2.1 進入室內的陽光和地上建筑相比，地下建筑由于其圍護結構的限制,一般難以通過側窗獲取陽光,雖然可以通過采光天窗、采光井等方式進行自然采光, 但大多數情況下仍無法與地面建筑相比。自然光線的不足對地下建筑室內環境造成了不利影響,如潮濕、陰暗。
1.2.2 空氣溫度濕度
地下空間中的空氣溫度隨季節變化及晝夜變化的波動幅度較小,相對于地面,有著十分明顯的滯后現象。地面溫度變化引起地表層發生的熱波,由于地下建筑覆蓋層及周圍巖土的衰減作用,對室內空氣溫度影響不大。當覆蓋層厚度超過10m,這種影響可忽略不計,這對創造恒定的室內溫度十分有利。在夏季,地下建筑內溫度比室外空氣溫度低,室外空氣進入地下建筑后,溫度下降,相對濕度升高,當壁面溫度低于露點時,即出現凝結水,致使地下建筑夏季雨季潮濕問題十分突出。
1.2.3 生產和生活所散發的熱量與水分
地下建筑中的生產活動與生活同樣會散發熱量和水分。由于地下建筑的封閉性較強,很多情況下難以通過自然通風排除熱量與濕氣,因此,地下建筑空間內的生產和生活過程中所散發的熱量和水分會增加地下空間的溫度和濕度。
2 地下建筑的主要能耗分析
分析地下公共建筑的環境特點及熱工性能可知,其圍護結構的保溫隔熱性能優于地面建筑,并且不需要遮陽。地下建筑主要能耗主要包括:采光能耗、空調能耗、動力能耗。根據徐州時尚大道地下商業街的能耗進行了測量, 表明最大的能量消耗是在有高制冷負載的8月份。另一個最大值是在有高取暖負載的2月份。年耗能的最大份額是照明,占 45%;第二位是空調能耗,占 44%;電梯及其他能耗占11%。
可見地下建筑中的采光能耗占的比例巨大,空調能耗也十分驚人。我國的空調能耗中,新風能耗占空調能耗的25%-38%,在地下建筑中這個比例會更高。因此,自然采光與自然通風對地下建筑的節能意義重大。
3 地下建筑節能策略
3.1 充分利用自然采光
在地下建筑中應可能地利用自然采光,天然采光不僅節約了照明能耗, 更重要的是能滿足人們的心理需求。在地下空間可以采用以下多種建筑形式來進行自然采光。
3.1.1 天窗式
天窗采光適合于埋深較淺、地面部分為廣場或綠地的地下建筑, 陽光可以通過頂棚的天窗很容易到達室內,采光效率高,并可選擇各種形式的天窗,如:平天窗、鋸齒形天窗等。天窗采光適合用于公共建筑和工業建筑, 如展覽建筑、工業廠房等。
3.1.2 庭院式
對于規模不大的地下建筑,可采用庭院式自然采光。地下建筑的各部分功能圍繞一個小庭院布置, 并在與庭院相鄰的圍護結構上開設大面積玻璃門窗,從而可以攝取陽光和景觀。庭院式采光方法較適于規模不大的文化娛樂建筑。
3.1.3 下沉廣場式
對于城市中面積較大的開敞空間,常常使地面一部分下沉一定高度, 使廣場出現空間形態變化,并且結合地下建筑（如地下商業建筑、地下交通建筑等）形成多層次的復合空間,同時還為廣場周圍的地下建筑提供大量的自然光線。
3.1.4 地下中庭式
對于大深度的地下工程,地下中庭是一種改善空間環境的重要方法。中庭頂部可以由各種形態的空間網架加上采光玻璃面構成。中庭內可以種植植物,布置景觀,從而形成豐富的內部空間。因此, 多層地下建筑可以通過共享中庭獲得自然光線以及景觀效果。
3.1.5 技術應用
很多情況下, 地下建筑沒有條件通過天窗、側窗或中庭等引入自然光線, 此時就需要采用一些特殊方法將太陽光引入地下空間, 這種采光方法同樣可以使地下空間獲得陽光照明, 從而達到節能的目的。常見的方法有:導光管采光、棱鏡導光裝置、光導纖維、光電效應間接采光等。
3.2 自然通風
自然通風是利用室內外溫度差所造成的熱壓或風力作用所造成的風壓來實現換氣的一種通風方式,是對自然能源的有效開發和利用。經過合理設計的自然通風, 對改善室內空氣質量和節約能耗都有重要意義。自然通風與建筑設計關系密切,平面布局、風井的設置及風帽的選擇等都會影響自然通風效果。
摘要：隨著經濟的快速發展，人口人數的倍增，對于政府而言，維持城市生活的宜居性是一大挑戰。開發地下空間對城市建設至關重要，因為基礎設施以及各類建筑物的空間布置在常規的城市規劃中己經越來越難。地下空間的利用為城市的基礎設施、生活服務設施提供了新的空間，且不以消耗寶貴的地面空間為代價，因此城市可以保留其珍貴的地面公共空間，即使地面利用了，也可以開發地下空間。此外，城市之外的大規模國土資源也有很大地下空間開發利用的潛力。無論是建筑師還是城市規劃師，現在都在著眼于地下空間的利用，這能使他們為開發新空間而一展身手。
關鍵詞：地下建筑空間、設計、有效利用
一、前言
地下建筑空間的開發利用是保證城市可持續發展的充分和必要條件。當一個城市的經濟水平發展到了一定的程度時，城市就有了對地下空間開發利用的需求，不同的城市規模和城市擴展方式則會對城市地下空間的利用方式和開發規模有不同的選擇。對于地下空間的利用，人類己經有了較為豐富的經驗，如用于交通、市政公用設施、公共服務、防災、生產、儲藏等的各種利用形式，其中用于交通是城市開發利用地下空間的主要目的。隨著城市發展要求的不斷提升及施工技術的不斷完善，大型的地下綜合體己經成了未來城市地下空間開發利用的方向。眾多功能不同的地下設施構筑在一起，對地下建筑空間的布局也提出了更高的要求。
二、國內外地下建筑空間利用現狀
地下空間是有別于傳統的地上空間的，在城市空間的開發利用上有其獨特的優勢。比如地下空間在恒溫性、恒濕性方面有其獨特的優勢，在隔熱性、遮光性、氣密性等方面比地上空間更容易做到，在隱蔽性、空間性、安全性等諸多方面也遠遠優于地上空間。
國外在地下空間的利用上也是多方面的、廣泛的，很多設施被置于地下。通過點、線、面的有機結合將城市地下空間組合起來，形成網絡狀結構。其中生活設施有地下住宅及復式住宅，可以節約采暖、空調費用；城市設施除地下商業街、地下鐵、道路隧洞外，還有半地下式大學，即可以滿足與自然比較協調及對采光的要求，還能兼顧更新城市機能及節約能源；貯藏設施除食品貯藏外，保存放射性廢料的設施也在研究開發的規劃之中；交通設施有道路隧洞、地下停車場等；而地下核防護設施堪稱世界之最。
我國在地下空間利用方面與發達國家相比，存在較大的差距。在60，70年代，我國建設了一批地下工廠、早期人防工程，同時期還建造了北京、天津地下鐵道。但大規模城市地下空間的開發利用還是近年來的事情，隨著經濟的發展以及城市功能的需要，發達城市加快了開發和利用城市地下空間的步伐。雖然我國在大規模城市地下空間的開發利用上起步較晚，但預計規模和前景巨大，遠超世界發達國家大城市現有的發展程度。
三、地下建筑空間有效利用的意義
開發利用城市地下空間對于城市建設是至關重要的，因為受困于城市建設用地的限制，傳統的基礎設施以及各類建筑物的空間規劃己經越來越難。地下空間的開發利用在不以消耗寶貴的地面空間為代價的前提下，不但為城市的基礎設施、生活服務設施提供了新的空間，還可以為城市保留極其珍貴的地面公共空間。
地下建筑空間的開發利用對于城市可持續發展和環境改善的貢獻是多方面的。如：節省了大量的自然資源；減少了空氣污染和不必要的視覺和噪音污染；為建設低耗能、低廢棄城市提高了可能性；地下結構相對穩定，不易受地震等自然災害影響；能改善地面景觀，提高地面環境質量。
地下建筑空間的開發利用可以為城市提供更好的交通和一些地表無法修建的公用基礎設施，特別是城市的中心區，從而實現城市的可持續發展。在城市中廣泛開發利用地下空間可以建立獨立的通訊和服務空間層，成為增強城市凝聚力和韌性的關鍵設施。相對于地表高架基礎設施，地下交通空間的使用可以避免對城市社會結構的有害影響。
四、我國地下空間開發利用存在的問題
1、規劃體系不完善
在傳統的規劃體系中，地下建筑公共空間缺乏系統規劃的指導，需要在地下建筑空間規劃中進行重點研究。地下建筑空間規劃的主要任務是統籌協調地下公共活動、地下道路交通、地下市政、民防等功能系統的關系，處理好各系統的避讓和銜接，保證各系統順利和高效運轉。在地下空間的主要功能系統中，市政、道路交通以及民防均由專業部門編制專項系統規劃，指導系統的建設。地下建筑空間規劃系統的內容、技術要求均相對獨立，城市規劃主要著眼于專項系統與城市整體系統的銜接，經過長期實踐，己經形成了較為穩定的溝通機制和工作方法，保證專項規劃的要求可以在城市規劃中得到合理體現和落實。而在傳統的城市規劃體系中，對于城市公共空間的研究主要針對地上空間，相關的規劃內容在公共設施、綠地、景觀等系統中均有反映，但并不構成一個獨立的系統規劃，使地下公共空間缺少系統性的規劃指導。因此，在地下空間規劃中，有必要將地下公共空間作為一個完整的功能系統進行深入的研究。
2、法律體系不健全
談到地下建筑空間的規劃就不得不提到地下空間利用權。所謂地下建筑空間利用權，是指權利人依法利用地表以下一定范圍的空間并排除他人干擾的權利，土地作為一種自然資源和社會財富，土地是人類賴以生存繁衍的生活載體，也是人類社會得以發展的物質前提。隨著科技的進步，人們對土地的利用逐漸從地表延及地表上空，而后延至地表以下。但是由于相關空間利用立法的不完善，我國的地下空間利用處在一個貌似繁榮實則無序的紊亂狀態中，具體表現在：
（1）產權關系不明確
由于現行法律未對地下管線、建筑物、構筑物的產權關系進行明確，投資者建設地下管線建筑物、構筑物后拿不到產權證，導致城市地下設施的產權不清，主體不明確，引發了很多不必要的糾紛，投資者的相關權益無從保障，同時又給有關部門的管理工作帶來了困難。
（2）規劃不統一我國城市地下建筑空間的開發缺乏統一的、詳細的規劃，各行業按照各自的發展需要自行建成的地下管線和建筑，缺乏整體性、系統性，上下不協調，矛盾較多，綜合效益不明顯。
五、地下建筑空間的設計
地下建筑規劃的根本目的是根據城市的社會、經濟目標，合理分配城市空間，從而提高人們的生活水平，促使城市健康發展。當代的城市規劃設計必須將城市地上空間開發與地下空間開發相結合，充分發揮各自優勢，共同促進城市發展。在現代城市的整體規劃中，城市地下空間的規劃與設計己經被規劃設計人員列入城市發展計劃當中。即便在短期內沒有具體實施的地下建筑空間工程項目，在長期規劃設計中也會有地下建筑空間工程的計劃方案。
由于地下建筑空間、與地面空間、上部空間在開發利用方面存在不同，所以建設城市地下空間是相當有技術含量的，規劃時應遵循的大原則如下：首先，應符合國家的有關方針、政策，并且為生產力發展創造條件；第二，必須從實際出發，具體問題具體分析，貫徹勤儉建國的方針；第三，應貫徹建設與環境保護和可持續發展相結合的原則，同時體現出城市的藝術品位、文化素養、民俗歷史。
六、結語
地下建筑空間的開發利用己經成了現代城市可持續發展的重要保證。作為承擔城市多種功能的重要場所，地下建筑空間在城市中的開發利用規模會越來越大，但就目前來看，我國在規劃和開發利用地下建筑空間的過程中，仍存在很多問題，因此在今后的開發利用過程中，詳細調查、充分論證是規劃和決策的重要保證。另外，我國在地下建筑空間權屬的確定上還存在立法滯后的現象，這將在很大程度上限制我國對地下建筑空間的利用和發展。我們應充分借鑒國外發達城市對地下建筑空間開發利用的成功經驗，努力提升我國開發利用地下建筑空間的水平。
1外向性空間。
外向空間的本質是利用不同位置所創造的空間之間相互交融，在擴大整體空間容積的同時又進一步削弱了地下空間中會帶來給使用群體心理方面的不利因素。外向空間的營造有以下幾種途徑:
a．水平方向的交融。在地下建筑中利用多種元素和材質，例如玻璃墻、鏡面或透明玻璃等，對空間進行水平方向的界定，使其具有一定的視覺通透性，形成良好的面向建筑內部、中庭甚至更遠方向的景觀滲透。
b．垂直方向的交融。空間的融會貫通可以通過樓梯、夾層、中庭等豎向空間使地下建筑內部空間數層之間相互穿插。
2動態性空間。
在地下建筑空間中，可以營造動態來對地下空間進行破解。動態性空間的營造可以使用這些手法:
a．徑直利用固有的一些建筑內含動態元素，例如將一些觀景電梯、垂直扶梯等交通動向功能放在中庭中，再配合流水、動態雕塑等要素來制造出流動的空間效果。
b．利用使用者的活動本身。對使用群體活動的流線進行一定的組織，能夠在建筑中衍生出一個人為的“人看人”的空間。
c．光影。光線在不同時段當中被照射進來產生的光影效果，可以給地下空間帶來一定的變化和動感。使得空間有多重復合的效果。在地下建筑空間的設計要素中，重點分成以下幾個部分:
1)下沉式庭院。
下沉式庭院能夠為地下建筑空間提供陽光、景觀及和其他空間的橫向縱向聯系，并在建筑內部加強方向感。并且從地下建筑空間之中能夠享受一些外向性的庭院也可以帶給使用群體舒適感受。對于下沉式庭院適用尺寸的確定取決于它所預期達成的功能特點。若想使下沉式庭院成為地下建筑的主要休閑處和構成深刻印象的地方，那么首先就應考慮使中庭規模盡可能地擴大。而如果只是希望眼睛能聚焦于遠處，那么寬度達到5m左右就能滿足要求。在確定尺度之后，還應在下沉式庭院中創造出良好景觀。這些景觀應當有這幾個特征:內容豐富，可以包括建筑外立面、天空、地平線等，盡量利用自然景象。在下沉式庭院中廣泛應用綠化是比較理想的。植物可柔化由硬性材料構成的庭院圍合界面，與此同時還能加強下沉式庭院作為一個過渡體的形象。人自身在下沉式庭院中的活動也能構成景觀，因此為鼓勵人們進入到其中就應當提供可滿足休憩、就餐、娛樂等功能設施，提高庭院易達程度，并將其放在活動流線與開放區域的交集部分，使主要行走通道毗鄰下沉式庭院，這能使人們在地下建筑空間中活動時察覺到其存在，并有機會從其中大量穿過。
2)中庭空間。
在地下建筑中，中庭空間是一種常用的設計要素。它常常成為地下建筑空間中的核心地標，并構建出整個地下建筑的內在形象。由于其外向發射的空間特征，人們往往在很短的體驗時間內就能從中庭空間里感受良多，這使得建筑的設計理念更易于被接受。與此同時，在一個內向封閉空間環境中，多種釋放信息必須通過在豎向樓層分離的體察中才能得到。中庭可以是主要活動動線的一部分，可以是一個節點，它可以內含標志物或自身就是一個標志物。
3)獨特區域。
在大型地下建筑空間中應營造具有明顯特征的區域來加強方向感，而富含個性的空間也能令建筑自身更與眾不同。在功能比較單一的地下建筑中，區域可以用地點來區分(如在南端或在較高一層)，或是與建筑的某個明顯特征相掛鉤(如圍繞有綠化的邊庭)，但不管采取何種手段，這個區域應能被明確地表現。除此之外，還可以在某個較大區域中劃分若干個個性化的較小區域。在地下建筑空間設計中，應制造出簡單明了的室內格局以加強方向感，并應當強調出不同的應急出口，空間應營造清晰的形象以彌補外部景象的缺乏，在室內外環境中提供視覺上的連續性，提供愉悅的室內環境體驗。
作者：陽海輝單位：南華大學設計與藝術學院
摘 要:地下建筑的熱工環境與地面建筑有著諸多不同,因此在建筑耗能方面也有其特殊性。從地下建筑的熱工環境入手,分析了地下建筑的耗能特點,并從自然采光、自然通風、可再生能源利用三方面提出針對地下建筑的節能策略。
關鍵詞:地下建筑;熱工環境;節能策略
1引言
隨著地下建筑的不斷發展,城市里出現了多種功能類型的建筑形式,如:從公共建筑、交通建筑、辦公建筑、體育建筑以及居住建筑等。人類在地下建筑中的活動日益增加。我們一方面需要改善地下建筑內部空間環境,使其達到一定的舒適度標準,從而保障地下建筑的正常運行,另一方面也要有效控制地下建筑的運行能耗,節約運行成本。
地下建筑空間環境與地面建筑相比較,有非常顯著的特點,其中包含了一些有利因素與不利因素。我們在對地下建筑空間進行節能設計時,需要根據地下建筑空間的特點,有針對性地進行設計。
2地下建筑熱工環境分析
地下建筑空間環境受到室外和室內的雙重熱濕作用。與地面建筑不同的是,地下建筑圍護結構所接觸的是土壤或巖石,而不是地面環境中的太陽輻射、室外空氣的溫濕度、風、雨、雪等。土壤或巖石對地下建筑圍護結構的作用與地下建筑的熱工性能有密切關聯。
2.1地下建筑室外熱濕環境
建筑物外圍護結構將人們的生活與工作空間分為室內和室外兩部分,對地下建筑而言,土壤對其圍護結構的影響便相當于室外氣候對地面建筑的影響。
2.1.1土壤或巖體溫度作用
土壤的熱作用與地面自然環境的熱作用差別很大。一般認為從地面到地下10m左右的土壤是依靠太陽供給熱量的。隨著深度的增加,熱量對土地的影響也相應增加。白天,太陽的熱量影響到土壤的很淺的深度,通常在5～7cm之間,但這種熱量在一個大約10m的深度內作持續的季節性運動[1]。土壤隔熱性好而蓄熱量大,因而能在嚴酷多變的外界氣候條件下保持相對穩定的溫度。土壤的熱穩定性使得地下建筑的圍護結構擁有相對穩定的外界溫度,對于一些需要恒定季節性溫度和恒定晝夜溫度的特殊建筑,地下建筑將更具優勢。
2.1.2土壤或巖體濕度作用
在濕度方面,地下建筑的圍護結構受到土壤、巖石、地下水位高低等的影響,有時會出現較為嚴重表面散濕現象,再加上缺少陽光照射,和有效的自然通風,圍護結構往往比地面建筑潮濕。
2.2地下建筑室內熱濕環境
地下建筑中屬于室內的氣候因素主要包括三個方面:進入室內的陽光、空氣溫濕度、生產和生活所散發的熱量和水分。
2.2.1進入室內的陽光
地下建筑由于其圍護結構的限制,一般難以通過側窗獲取陽光,雖然可以通過采光天窗、采光井等方式進行自然采光,但大多數情況下仍無法與地面建筑相比。自然光線的不足對地下建筑室內環境造成了不利影響,如潮濕、陰暗。
2.2.2空氣溫度濕度
地下空間中的空氣溫度隨季節變化及晝夜變化的波動幅度較小,相對于地面,有著十分明顯的滯后現象。地面溫度變化引起地表層發生的熱波,由于地下建筑覆蓋層及周圍巖土的衰減作用,對室內空氣溫度影響不大。當覆蓋層厚度超過10m,這種影響可忽略不計,這對創造恒定的室內溫度十分有利。
在夏季,地下建筑內溫度比室外空氣溫度低,室外空氣進入地下建筑后,溫度下降,相對濕度升高,當壁面溫度低于露點時,即出現凝結水,致使地下建筑夏季雨季潮濕問題十分突出。
2.2.3生產和生活所散發的熱量與水分
地下建筑中的生產活動與生活同樣會散發熱量和水分。由于地下建筑的封閉性較強,很多情況下難以通過自然通風排除熱量與濕氣,因此,地下建筑空間內的生產和生活過程中所散發的熱量和水分會增加地下空間的溫度和濕度。
3地下建筑的主要能耗分析
分析地下公共建筑的環境特點及熱工性能可知,其圍護結構的保溫隔熱性能優于地面建筑,并且不需要遮陽。地下建筑主要能耗主要包括:采光能耗、空調能耗、動力能耗。根據徐州時尚大道地下商業街的能耗進行了測量,表明最大的能量消耗是在有高制冷負載的8月份。另一個最大值是在有高取暖負載的2月份。年耗能的最大份額是照明,占45%;第二位是空調能耗,占44%;電梯及其他能耗占11% (見圖1) 。
可見地下建筑中的采光能耗占的比例巨大,空調能耗也十分驚人。我國的空調能耗中,新風能耗占空調能耗的25%-38%[2],在地下建筑中這個比例會更高。因此,自然采光與自然通風對地下建筑的節能意義重大。
4地下建筑節能策略
4.1 充分利用自然采光
在地下建筑中應可能地利用自然采光,天然采光不僅節約了照明能耗,更重要的是能滿足人們的心理需求。在地下空間可以采用以下多種建筑形式來進行自然采光。
4.1.1天窗式
天窗采光適合于埋深較淺、地面部分為廣場或綠地的地下建筑,陽光可以通過頂棚的天窗很容易到達室內,采光效率高,并可選擇各種形式的天窗,如:平天窗、鋸齒形天窗等。天窗采光適合用于公共建筑和工業建筑,如展覽建筑、工業廠房等。
4.1.2 庭院式
對于規模不大的地下建筑,可采用庭院式自然采光。地下建筑的各部分功能圍繞一個小庭院布置,并在與庭院相鄰的圍護結構上開設大面積玻璃門窗,從而可以攝取陽光和景觀。
庭院式采光方法較適于規模不大的文化娛樂建筑。
4.1.3下沉廣場式
對于城市中面積較大的開敞空間,常常使地面一部分下沉一定高度,使廣場出現空間形態變化,并且結合地下建筑(如地下商業建筑、地下交通建筑等)形成多層次的復合空間,同時還為廣場周圍的地下建筑提供大量的自然光線。
4.1.4 地下中庭式
對于大深度的地下工程,地下中庭是一種改善空間環境的重要方法。中庭頂部可以由各種形態的空間網架加上采光玻璃面構成。中庭內可以種植植物,布置景觀,從而形成豐富的內部空間。因此,多層地下建筑可以通過共享中庭獲得自然光線以及景觀效果。
4.1.5 技術應用
很多情況下,地下建筑沒有條件通過天窗、側窗或中庭等引入自然光線,此時就需要采用一些特殊方法將太陽光引入地下空間,這種采光方法同樣可以使地下空間獲得陽光照明,從而達到節能的目的[3]。常見的方法有:導光管采光(如圖2)、棱鏡導光裝置、光導纖維、光電效應間接采光等。
4.2自然通風
自然通風是利用室內外溫度差所造成的熱壓或風力作用所造成的風壓來實現換氣的一種通風方式,是對自然能源的有效開發和利用。經過合理設計的自然通風,對改善室內空氣質量和節約能耗都有重要意義。自然通風與建筑設計關系密切,平面布局、風井的設置及風帽的選擇等都會影響自然通風效果。
4.2.1 平面布局
平面布局決定著自然通風系統的風路組織,直接影響自然通風效率。風路設計的重點是如何將新風引入地下建筑,與室內空氣進行置換后排出室外。在布置地下建筑平面時應盡量保證風路暢通,減少死角,避免氣流短路。
4.2.2 風井設置
在地下建筑設計中,中庭的應用十分普遍。中庭受到陽光照射,會產生溫室效應,產生熱壓作用,有利于空氣排出。因此我們可以將其作為排風風井,必要時設置機械裝置,輔助排風(如圖3)。
進風井應根據自然通風的風路組織需求,圍繞作為排風井的中庭設置。進風井風口部分應該考慮周圍地面環境的影響,避開有空氣污染的位置,同時要加裝空氣凈化裝置[4]。為了有利于空氣進入,可以在風口內部設置冷卻裝置,促使空氣下沉。風口要盡量利用風壓,根據需要安裝進風型風帽或排風型風帽。
5可再生能源利用
可再生能源利用是近年來的熱點。可再生能源包括風能、太陽能、生物能、地熱能和海洋能等,它對環境無害或危害很小,資源分布廣泛,適宜就地開發利用。適合在地下建筑中使用的可再生能源主要有太陽能利用、風能利用和地熱能利用。
5.1 太陽能應用
通過建筑設計手段和技術手段,可以利用太陽能為地下建筑提供自然照明。有條件接受較多陽光照射的地下建筑,同樣可以借鑒地上建筑利用太陽能的方式,為內部空間提供采暖所需的熱量。例如在共享中庭內部設置太陽能集熱裝置,在冬季為地下建筑冬季采暖提供熱量補充,在夏季可以起到除濕的作用。
5.2 風能利用
風能的利用主要有兩方面:一是通過風壓作用輔助地下建筑空間進行自然通風,二是通過風力發電裝置進行發電。風力發電裝置要求有較好的風力資源,常見的做法是將發電裝置至于高處,因此適宜應用在附建于高層建筑的地下建筑。風力發電裝置可安裝在地面建筑頂部,以捕獲得更多的風力資源,但必須控制噪聲對周圍環境的影響。
5.3 地源熱泵應用
地源熱泵系統與傳統的空調系統相比有很多不同,如不需要冷卻塔、不需要鍋爐、不需要機房等,這些特點有利于地源熱泵系統在地下建筑中的應用,但同時也需要增加一些設備和投資,如土壤熱交換器、循環水泵、低溫型熱泵機組等。對于較深的地下建筑,有足夠的空間敷設土壤熱交換器,非常適合用地源熱泵系統代替傳統的空調系統[5]。
6結語
地下建筑的應用日趨廣泛,人們在其中的活動逐漸增多,能耗問題不容忽視。建筑師在方案設計階段就應該考慮節能因素,將節能設計作為方案設計的一個重要部分。我們要通過借鑒先進的生態節能設計方法,結合地下建筑的特點,有針對性地進行研究,在保證舒適度的同時,最大限度地降低建筑能耗。
隨著地下建筑的不斷發展,城市里出現了多種功能類型的建筑形式,如:從公共建筑、交通建筑、辦公建筑、體育建筑以及居住建筑等。人類在地下建筑中的活動日益增加。我們一方面需要改善地下建筑內部空間環境,使其達到一定的舒適度標準,從而保障地下建筑的正常運行,另一方面也要有效控制地下建筑的運行能耗,節約運行成本。
地下建筑空間環境與地面建筑相比較,有非常顯著的特點,其中包含了一些有利因素與不利因素。我們在對地下建筑空間進行節能設計時,需要根據地下建筑空間的特點,有針對性地進行設計。
2地下建筑熱工環境分析
地下建筑空間環境受到室外和室內的雙重熱濕作用。與地面建筑不同的是,地下建筑圍護結構所接觸的是土壤或巖石,而不是地面環境中的太陽輻射、室外空氣的溫濕度、風、雨、雪等。土壤或巖石對地下建筑圍護結構的作用與地下建筑的熱工性能有密切關聯。
2.1地下建筑室外熱濕環境
建筑物外圍護結構將人們的生活與工作空間分為室內和室外兩部分,對地下建筑而言,土壤對其圍護結構的影響便相當于室外氣候對地面建筑的影響。
2.1.1土壤或巖體溫度作用
土壤的熱作用與地面自然環境的熱作用差別很大。一般認為從地面到地下10m左右的土壤是依靠太陽供給熱量的。隨著深度的增加,熱量對土地的影響也相應增加。白天,太陽的熱量影響到土壤的很淺的深度,通常在5～7cm之間,但這種熱量在一個大約10m的深度內作持續的季節性運動[1]。土壤隔熱性好而蓄熱量大,因而能在嚴酷多變的外界氣候條件下保持相對穩定的溫度。土壤的熱穩定性使得地下建筑的圍護結構擁有相對穩定的外界溫度,對于一些需要恒定季節性溫度和恒定晝夜溫度的特殊建筑,地下建筑將更具優勢。
2.1.2土壤或巖體濕度作用
在濕度方面,地下建筑的圍護結構受到土壤、巖石、地下水位高低等的影響,有時會出現較為嚴重表面散濕現象,再加上缺少陽光照射,和有效的自然通風,圍護結構往往比地面建筑潮濕。
2.2地下建筑室內熱濕環境
地下建筑中屬于室內的氣候因素主要包括三個方面:進入室內的陽光、空氣溫濕度、生產和生活所散發的熱量和水分。
2.2.1進入室內的陽光
地下建筑由于其圍護結構的限制,一般難以通過側窗獲取陽光,雖然可以通過采光天窗、采光井等方式進行自然采光,但大多數情況下仍無法與地面建筑相比。自然光線的不足對地下建筑室內環境造成了不利影響,如潮濕、陰暗。
2.2.2空氣溫度濕度
地下空間中的空氣溫度隨季節變化及晝夜變化的波動幅度較小,相對于地面,有著十分明顯的滯后現象。地面溫度變化引起地表層發生的熱波,由于地下建筑覆蓋層及周圍巖土的衰減作用,對室內空氣溫度影響不大。當覆蓋層厚度超過10m,這種影響可忽略不計,這對創造恒定的室內溫度十分有利。
在夏季,地下建筑內溫度比室外空氣溫度低,室外空氣進入地下建筑后,溫度下降,相對濕度升高,當壁面溫度低于露點時,即出現凝結水,致使地下建筑夏季雨季潮濕問題十分突出。
2.2.3生產和生活所散發的熱量與水分
地下建筑中的生產活動與生活同樣會散發熱量和水分。由于地下建筑的封閉性較強,很多情況下難以通過自然通風排除熱量與濕氣,因此,地下建筑空間內的生產和生活過程中所散發的熱量和水分會增加地下空間的溫度和濕度。
3地下建筑的主要能耗分析
分析地下公共建筑的環境特點及熱工性能可知,其圍護結構的保溫隔熱性能優于地面建筑,并且不需要遮陽。地下建筑主要能耗主要包括:采光能耗、空調能耗、動力能耗。根據徐州時尚大道地下商業街的能耗進行了測量,表明最大的能量消耗是在有高制冷負載的8月份。另一個最大值是在有高取暖負載的2月份。年耗能的最大份額是照明,占45%;第二位是空調能耗,占44%;電梯及其他能耗占11%(見圖1)。
可見地下建筑中的采光能耗占的比例巨大,空調能耗也十分驚人。我國的空調能耗中,新風能耗占空調能耗的25%-38%[2],在地下建筑中這個比例會更高。因此,自然采光與自然通風對地下建筑的節能意義重大。
4地下建筑節能策略
4.1充分利用自然采光
在地下建筑中應可能地利用自然采光,天然采光不僅節約了照明能耗,更重要的是能滿足人們的心理需求。在地下空間可以采用以下多種建筑形式來進行自然采光。
4.1.1天窗式
天窗采光適合于埋深較淺、地面部分為廣場或綠地的地下建筑,陽光可以通過頂棚的天窗很容易到達室內,采光效率高,并可選擇各種形式的天窗,如:平天窗、鋸齒形天窗等。天窗采光適合用于公共建筑和工業建筑,如展覽建筑、工業廠房等。
4.1.2庭院式
對于規模不大的地下建筑,可采用庭院式自然采光。地下建筑的各部分功能圍繞一個小庭院布置,并在與庭院相鄰的圍護結構上開設大面積玻璃門窗,從而可以攝取陽光和景觀。
庭院式采光方法較適于規模不大的文化娛樂建筑。
4.1.3下沉廣場式
對于城市中面積較大的開敞空間,常常使地面一部分下沉一定高度,使廣場出現空間形態變化,并且結合地下建筑(如地下商業建筑、地下交通建筑等)形成多層次的復合空間,同時還為廣場周圍的地下建筑提供大量的自然光線。
4.1.4地下中庭式
對于大深度的地下工程,地下中庭是一種改善空間環境的重要方法。中庭頂部可以由各種形態的空間網架加上采光玻璃面構成。中庭內可以種植植物,布置景觀,從而形成豐富的內部空間。因此,多層地下建筑可以通過共享中庭獲得自然光線以及景觀效果。
4.1.5技術應用
很多情況下,地下建筑沒有條件通過天窗、側窗或中庭等引入自然光線,此時就需要采用一些特殊方法將太陽光引入地下空間,這種采光方法同樣可以使地下空間獲得陽光照明,從而達到節能的目的[3]。常見的方法有:導光管采光(如圖2)、棱鏡導光裝置、光導纖維、光電效應間接采光等。
4.2自然通風
自然通風是利用室內外溫度差所造成的熱壓或風力作用所造成的風壓來實現換氣的一種通風方式,是對自然能源的有效開發和利用。經過合理設計的自然通風,對改善室內空氣質量和節約能耗都有重要意義。自然通風與建筑設計關系密切,平面布局、風井的設置及風帽的選擇等都會影響自然通風效果。
4.2.1平面布局
平面布局決定著自然通風系統的風路組織,直接影響自然通風效率。風路設計的重點是如何將新風引入地下建筑,與室內空氣進行置換后排出室外。在布置地下建筑平面時應盡量保證風路暢通,減少死角,避免氣流短路。
4.2.2風井設置
在地下建筑設計中,中庭的應用十分普遍。中庭受到陽光照射,會產生溫室效應,產生熱壓作用,有利于空氣排出。因此我們可以將其作為排風風井,必要時設置機械裝置,輔助排風(如圖3)。
進風井應根據自然通風的風路組織需求,圍繞作為排風井的中庭設置。進風井風口部分應該考慮周圍地面環境的影響,避開有空氣污染的位置,同時要加裝空氣凈化裝置[4]。為了有利于空氣進入,可以在風口內部設置冷卻裝置,促使空氣下沉。風口要盡量利用風壓,根據需要安裝進風型風帽或排風型風帽。
5可再生能源利用
可再生能源利用是近年來的熱點。可再生能源包括風能、太陽能、生物能、地熱能和海洋能等,它對環境無害或危害很小,資源分布廣泛,適宜就地開發利用。適合在地下建筑中使用的可再生能源主要有太陽能利用、風能利用和地熱能利用。
5.1太陽能應用
通過建筑設計手段和技術手段,可以利用太陽能為地下建筑提供自然照明。有條件接受較多陽光照射的地下建筑,同樣可以借鑒地上建筑利用太陽能的方式,為內部空間提供采暖所需的熱量。例如在共享中庭內部設置太陽能集熱裝置,在冬季為地下建筑冬季采暖提供熱量補充,在夏季可以起到除濕的作用。
5.2風能利用
風能的利用主要有兩方面:一是通過風壓作用輔助地下建筑空間進行自然通風,二是通過風力發電裝置進行發電。風力發電裝置要求有較好的風力資源,常見的做法是將發電裝置至于高處,因此適宜應用在附建于高層建筑的地下建筑。風力發電裝置可安裝在地面建筑頂部,以捕獲得更多的風力資源,但必須控制噪聲對周圍環境的影響。
5.3地源熱泵應用
地源熱泵系統與傳統的空調系統相比有很多不同,如不需要冷卻塔、不需要鍋爐、不需要機房等,這些特點有利于地源熱泵系統在地下建筑中的應用,但同時也需要增加一些設備和投資,如土壤熱交換器、循環水泵、低溫型熱泵機組等。對于較深的地下建筑,有足夠的空間敷設土壤熱交換器,非常適合用地源熱泵系統代替傳統的空調系統[5]。
6結語
地下建筑的應用日趨廣泛,人們在其中的活動逐漸增多,能耗問題不容忽視。建筑師在方案設計階段就應該考慮節能因素,將節能設計作為方案設計的一個重要部分。我們要通過借鑒先進的生態節能設計方法,結合地下建筑的特點,有針對性地進行研究,在保證舒適度的同時,最大限度地降低建筑能耗。