地下建筑的热工环境与节能策略

摘 要：随着人们生活水平的提升，对于地下建筑也提出了更为严格的要求，地下建筑不仅要满足安全性需求，还要符合节能减排的政策要求。地下建筑的设计与施工有着一些特殊之处，施工难度更高，并受到多种因素的影响，地下建筑的主要能耗分为3部分：采光能耗、空调能耗、动力能耗。该文主要针对地下建筑的能耗问题与节能策略进行分析。

关键词：地下建筑 热工环境 节能策略

中图分类号：TU111 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0083-02

随着我国综合国力的提高，人们的生活水平不断提高。人类在地下建筑中的活动日益增加，为了满足人们的需求，地下建筑不断得以发展壮大。但是地下建筑又不同于地面建筑，为了让其和地面建筑有一样的舒适度标准，不但要改善地下环境，使其正常运行，也要控制成本，并进行节能设计。

1 地下建筑热工环境分析

地面建筑受地面环境的影响，而地下建筑则受到土壤或岩石的影响，这些物质对维护其结构和热工性能有着不可或缺的作用。下面将分别介绍室外和室内的双重热湿作用对地下建筑的影响。

地下建筑室外热湿环境：地下建筑受到无限厚岩石或土壤的包围，就像地面建筑被室外空气和气候包围一样，这些物质对围护其结构有着重要影响；土壤或岩石的温度作用：与地面建筑不同，地下建筑主要靠土壤进行传热。热量对土壤的影响随土壤深度的增加而增加，还随昼夜及季节的变化而变化，因而具有局限性。但土壤蓄热量大、隔热性好，因此热稳定性好，这对一些特殊建筑是非常重要的；土壤或岩石的湿度作用：地下建筑的一大特点就是潮湿，造成这个现象的原因有很多，如缺少阳光，通风不畅等，还会受到地下水位和土壤巖石的影响。

2 地下建筑室内湿热环境

进入室内的阳光、空气温湿度、生产和生活所散发的热量和水分是影响地下建筑结构的气候因素。

（1）进入室内的阳光。地下建筑处在地面以下，无法像地面建筑那样通过侧窗来获取阳光，以致采光不足，容易使地下建筑阴暗潮湿。（2）空气温湿。地下空气温度变化多端，夏季雨季时的潮湿问题尤为严重，这是由凝结水造成的。（3）生产和生活所散发的热量与水。地下建筑的通风效果差，封闭性强，在地下建筑中的生产和生活所产生的热量和水分散发不出去，使地下空间的温度和湿度相应提高。

3 地下建筑的主要耗能分析

地下建筑的主要能耗分为3个部分：采光能耗、空调能耗、动力能耗。据研究表明，采光能耗所占比例巨大，其次是空调能耗。因此地下建筑节能主要考虑自然采光和自然通风。

4 地下建筑节能策略

4.1 自然采光

自然采光可以在节约能耗的基础上改变地下建筑昏暗的状况，其方式有很多种：

（1）天窗式。这种形式主要适用于工业厂房，展览建筑等深度较浅，且地面部分无建筑物，多为广场或草坪的地下建筑。通过这种方式，阳光可直接到达室内；（2）庭院式。这种形式主要适用于占地面积较小的文化娱乐性建筑。大面积的玻璃门窗则设在于庭院相邻的围护结构上，由此可以摄取阳光；（3）下沉广场式。这种形式主要适用于城市中规模较大的开放空间。它会使整体建筑出现空间形态变化，形成多层次的复合空间。另外，在完成其自身采光的目的同时，其周围的建筑也可以通过它来采光；（4）地下中庭式。这种形式主要适用于深度较大或多层的地下建筑，并且其空间环境也可以由此得到改善。例如：内部种植各种花草，布置展览景观。顶部设置各种空间形态的采光玻璃；（5）技术应用。当建筑物没有应用以上各种形式的采光条件时，我们就需要科技手段来获取阳光，如：光导纤维、棱镜导光装置等。

4.2 自然通风

自然通风是地下建筑节能的另一大策略，有效的自然通风可以在很大程度上控制空调能耗。其方式主要有以下两种：

（1）平面布局。平面布局直接决定着地下建筑的通风效果，合理的平面布局由通风系统和风路组织构成。这就要求在建设地下建筑时要减少递死角的出现，以保证风路畅通。

（2）风井设置。风井主要设置在中庭建筑中。依照自然通风和风路组织的要求，我们可以利用风口的风压和周围环境，合理有效的设置风井，进行自然通风。进风井应根据自然通风的风路组织需求，围绕作为排风井的中庭设置。进风井风口部分应该考虑周围地面环境的影响，避开有空气污染的位置，同时要加装空气净化装置。为了有利于空气进入，可以在风口内部设置冷却装置，促使空气下沉。风口要尽量利用风压，根据需要安装进风型风帽或排风型风帽。

关于地下建筑空间的节能措施，需要综合考虑到各类影响因素，将节能要求与施工放置在同等重要的位置，不能顾此失彼。在设计过程中，需要充分考虑到采光通風的重要性，这也是一个难点地方，虽然国内外关于这一方面的研究已经足够深入，但是效果并不理想。为了进一步推进节能减排的要求，需要积极采用新方法与新技术来满足施工要求。

5 可再生能源利用

可再生能源是来自大自然的能源，它环保，资源广泛，因此对地下建筑节能有着很好的利用价值。主要有3个方面应用：

（1）太阳能。地下建筑可以利用太阳能来获取自然照明。不仅如此，设置太阳能集热装置在夏季可以除湿，冬季可以补暖，一箭双雕。（2）风能。这类能源适用于地面部分为高层建筑的地下建筑，以获取风力资源。其功能主要有两方面：利用风压进行自然通风；发电。（3）地源热泵。这类能源适用于深度较大的地下建筑。只要在土壤中镶嵌上土壤热交换器、换水水泵等装置，就可以完成制冷制热作用。

总之，地下建筑应用广泛，节能问题尤为重要。建筑师要利用建筑特点，结合各种先进技术，因地制宜，在舒适度的基础上尽可能的进行节能设计，降低能耗。

参考文献

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