Bina Şekil ve Layout Şekil Enerji Performansı Nasıl

Bir binanın fiziksel formu – şekli, yönelim ve iç düzenleme – yarı iletken olarak yaşam boyu ne kadar enerji tükettiğini belirler.Enerji Bölümü'nden farklı olarak ) inşa edilir. Yoksul geometri, diğer yandan, on yıllar boyunca verimsizliğe sahip olmak için sabitlenir.

Bu makale, bina şekli, düzeni ve enerji performansı arasındaki temel ilişkileri inceleyeceğiz.Ne kadar kompaktlık, yönelim, zemin planı ve uzaysal iyonların termal yükler, gün ışığı penetrasyonunu ve doğal havalandırmayı etkileyen faktörleri inceleyeceğiz - ve tasarımcıların bu faktörleri erken tasarım sırasında optimize etmek için ne yapabiliriz.

Neden Compactness Maddeleri: Yüzey-to-Volume Orantı

Bir bina yüzeyi hacmine kıyasla karşılaştırılır - yüzey-to-volume (S/V) oranı - özellikle de zarf-dominated binalar için en etkili geometrik parametre (evler, küçük ofisler, okullar).

Bir alan veya küp gibi mükemmel bir şekilde kompakt bir şekil, örneğin, 1000 m3 küpün yaklaşık 600 m2 yüzey alanı vardır, uzun süre, dikdörtgensellik kitabı ile aynı hacimde 800 m2 veya daha fazla ısı kaybı anlamına gelir.

Ancak, kompaktlık her zaman tek bir hedef değildir. Sıcak-humid iklimlerinde, biraz uzun süreli bir form çapraz-önemli bir şekilde geçiş teşvik edebilir. Soğuk iklimlerde, kompakt bir şekil neredeyse her zaman daha iyidir. Anahtar, S/V oranını diğer pasif tasarım stratejileri ile dengelemektir.

Form Faktörü: Pratik Bir Metrik Metrik

Tasarımcılar genellikle “form faktörü” kullanır - binanın maruz zarf alanının zemin alanını ölçtü - enerji verimliliğini değerlendirmek. Düşük form faktörü (örneğin, 1.5Passive House Institute'un yüksek bir form faktörü (örneğin, 3.0) aşırı kaynak hesaplamalarına göre, enerji talebini tahmin etmek için aşırı kaynak hesaplamaları gerekir.

Nasıl düzeltilmiş Gün Işığı ve Yapay Aydınlatma Yüklerini Etkiler

Bina düzeni - odalar, koridorlar ve açılışlar düzenleme - gün ışığının iç mekanlara ne kadar ulaştığı konusunda derin bir etkiye sahiptir. Merkezi bir temelle zemin planları, hatta güneşli gün ışığı saatlerinde bile, iyi tasarlanmış bir düzende, aksine, işlenmemiş alanların% 70-80'ine kadar faydalı bir gün ışığı sağlayabilir (genellikle toplam ticari bina enerji tüketiminin% 15-20'si için hesap verebilir).

Perimeter Derinlik ve Daylight Bölgesi

Etkili gün ışığı alanı, pencerenin yüksekliğini façade'den yaklaşık 1.5 kat daha uzatmaktadır. Tipik bir 3 metrenin üzerinde bir pencereden en düşük gün ışığı alır ve ikincil kullanımlara (kızılış, koridorlar, toplantı odaları) daha düşük ışık seviyelerini tolere edebilir.

Açık Kat Planı vs. Hücreleri Layouts

Açık zemin planları - her yerde bölümler en aza indirgeniyor - binaya daha derin nüfuz etmek için gün ışığı at, yapay aydınlatma ihtiyacı azaltır. Ayrıca düşük metre bölmeli açık hava bölümleri ile aydınlatmayı kolaylaştırabilir.Ancak, açık planlar görsel mahremiyet ve akustik kontrol ile karşılaştırılabilir.Bir orta zemin, cam bölmeler veya transomlar ile dolu bir "özellikle açık" bir düzendir.

Doğal havalandırma Potansiyeli Layoutout

Bina düzeni, doğal havalandırmanın mümkün olup olmadığını doğrudan belirler. Cross-ventilasyon - bir taraftan bir incel tarafta bir kenardan bir yana bir yana bir yerden bir yanar - tercihen iki açılış farklı yönlendirmeler üzerinde, tercihen rüzgar yönü ile uyumlu.

Single-Sided Composite Limitations

Birçok düzen tek taraflı havalandırmaya (yalnızca bir duvara rüzgarlar) güveniyor.Bu, özellikle hava koşullarında daha az etkili, özellikle de tek taraflı havalandırma için etkili bir penetrasyon derinliği sadece 2-2.5 kez pencere yüksekliği ile sabitlenebilir.Yerel açılışlar ters façades (veya hatta hatta bitişik façalar) hava durumu 3-5 kat daha yüksek. Örneğin, iki tarafta pencerelerle bir sınıf, iki karşıt duvarlarla kabul edilebilir bir şekilde, iki kat daha yüksek çözünürlükte.

Atrium ve Courtyard Strategies

Courtyards ve atria havalandırma yığınları olarak hareket eder, sıcak kablo iklimleri ile hava çizebilir.Yer avluya açık bir merkez avlu oluşturabilir: sıcak hava, avludan dışarı çıkar, serin havayı çevreleyen odalardan çekmeli.Bu pasif soğutma stratejisi, ısıtılabilir iklimlerde 30-50% s.

Termal Zoning: Uzaylar Kullanım ve Yükle

İç düzen, bina ısı ve soğutma için ne kadar kolay bir şekilde yerleşebileceğini belirler. Bina kabuğundan farklı olarak, zoning, yüksek iç ısı kazanımlarla donatılmış bir spor salonudur - sunucu odaları, spor salonları - hatta düşük yük bölgelerinden ayrı olmalıdır (sto, koridorlar).

Perimeter vs. Core Zoning

Enerji modelleri, perimeter bölgelerinin (bir dış duvardaki 4.5 m) iç temel bölgelerden çok farklı termal yüklere sahip olduğunu gösteriyor. Perimeter bölgeleri kışın ısı kaybeder ve yaz aylarında güneş ısı kazanır; temel bölgeler nispeten istikrarlı bir yıl boyunca uzanır.Yerel devir devrelerine ayrı olarak geri dönerler, sistemin gerçek taleplerine cevap vermesine izin verir.

Oryantasyon ve Onun Interaction with Shape and Layoutout

Şekil toplam yüzey alanını ayarlarken, eğim hangi yüzeylerin güneşe karşı ve üstün rüzgarlara karşı olduğunu belirler. 45 derecelik kompakt bir kare bina kuzey-south nedeniyle bir yana tamamen farklı güneş maruziyetine sahip olabilir.

Pasif Isıtma için Güneş Oryantasyon

Isıtmalı iklimlerde, binanın uzun eksenleri doğuya doğru yönlendirilmelidir, güneye karşı (Kuzey hemisphere) Bu yakalamalar düşük tavanlı kış güneşi, yüksek yaz güneşi (ve bu da aşırı uçları ile gölgelenebilir).

Shading ve Overhangs

Şapeli cihazların düzeni - bir sürünleme, louvers veya bitişik bina kanatları gibi - zemin planıyla entegre edilemez. İyi tasarlanmış bir overhang (öldürülmek için ölçeklendirilmiş) yaz aylarında tam güneş kabul edebilir ve duvarı engeller.

Vaka Çalışmaları: Eylemde Şekil ve Layout

Vaka 1: Compact Cube vs. "H" şekli

10.000 m2 zemin alanı ile bir okul binası düşünün. kompakt bir küp (yaklaşık 33 m × 33 m × 9 m) yaklaşık 3,420 m2. Aynı zemin alanı ile bir “H” şeklinde bir düzen, ancak enerji cezası çok yüksek performans ve yalıtım ile ilgili olarak ciddidir.

Vaka 2: Courtyard House in Hot-Dry Climate

Orta Doğu ABD'nin güneybatısındaki tek katlı bir avlu evi, avlunun etrafındaki bir ABD biçimindeki bir düzeni kullanıyor. Kompakt şeklin orta S/V oranı var, ancak avlunun düşük tavanlı bir uzay ve termal chimney sırasında, bu tasarım, havadaki ısınıyor ve çıkışları, aynı zeminin ısıtılmasıyla karşılaştırabiliyor.

Pratik Tasarım İş Akışı: Tüm Şekil ve Layout Erken

Doğru şekil ve düzeni almak için, enerji modellemesi şematik tasarım sırasında başlamalıdır - zemin planından sonra değil. Parametrik enerji analiz araçları (enerjiPlus, Sefaira veya Cove.tool) hızla onlarca şekil ve düzeni karşılaştırabilir: Key metrics takip etmek için:

  • [FONT:0]Surface-to-volume oranı[[Dönetici: 1) Soğuk iklimler için 02/m3 altında hedef, karışık iklimler için 0,5 altında.
  • [FONT=0)Gün ışığı özerkliği[[Dönetici:0)[[Dönetici:0)) - körler olmadan 50-70 meşgul saat boyunca% 50-70 lux) hedef.
  • [FONT:0) Doğal havalandırma oranı[[Dönem: 1) - Operable pencerelerle uzaylar için saat başına en az 4-6 hava değişikliği sağlar.
  • [FONT:0)Toplam enerji yoğunluğu (EUI)) - AIA 2030 hedeflerine veya yerel enerji kodlarına karşı karşılaştırma.

Layout Variants

Sabit bir bina hacminde, küçük değişiklikler yapıdaki büyük etkiler ortaya çıkabilir. Örneğin, merkezi koridoru kuzey tarafa hareket ettirin ve güneydeki tüm meşgul odaların gün ışığı profiline çevirebilir.Bir ışık iyi veya yerinde yer alan bir 20 metre-derin planına derin bir şekilde getirebilir.

Malzeme ve En Geliştirmeler Şekille Bu Etkileşimi

Bina şekli ve düzeni sadece onları kapatan zarf kadar etkilidir. Yoksul yalıtım veya yüksek hava sızıntısı ile iyi biçimli bir bina hala kötü performans gösterecektir. Tersine, verimli bir form, kısmen süper-ikant ve havaight zarf tarafından telafi edilebilir - ancak daha yüksek maliyetle.

Kompleks Şekillerdeki Termal Köprüler

Elongated or articated ways kaçınılmaz olarak daha fazla köşe, çatı kenarlarını ve zemin-slab bağlantılarını tanıtıyor - her 90 derece köşe, ısı kaybını yerel olarak% 5-10 oranında artırıyor.For Passive House sertifikası için, lineer termal aktarma ( ⁇ -değer) en aza indirmek gerekir, ki bu genellikle tasarımcıları daha az köşelerle daha basit şekillerde itir.

Pencere-to-Wall Oran ve Layoutout

Bina pencerelerin nereye yerleştirildiğini ve pencere duvarının oranını (WWR) doğrudan enerji yüklerini etkiler. Kompakt bir binada, güney façadasında% 30-40'ın% 40'ı faydalı olabilir; batıda veya doğu façades, daha düşük bir WWR (20-30%) ısıtmayı kontrol etmeyi tercih eder.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

  • [0]Pitfall 1: Tüm façadelere eşit şekilde glating yaparak görüşlerinizi doğrulayın.[DÜT:1) Sonuç: Doğu ve batıda güneş aşırı ısıtma, glare ve yüksek soğutma yükleri. Çözüm: kuzey ve güneyde glaning; doğuda ve batıda küçük, gölgeli açılışlar kullanın.
  • [FONT:0)Pitfall 2: Derin zemin plakaları ışıkla iyi değil; Sonuç: Sürekli karanlık temel, yüksek yapay aydınlatma yükü. Çözüm: Çevrek aydınlatma programına giriş; derin planlar için ina veya ışık scoops.
  • [FONT:0)Pitfall 3: Güneş zemin planı, termal zoning'i önleyendir.) Sonuç: Bir termostat karışık kullanım alanına hizmet eder; diğerleri soğukken bazı yolcular aşırı ısıtılır. Çözüm: taşınmak bölmeleri kullanın veya farklı alanlara bölmeleri kullanın.
  • [FONT:0)Pitfall 4: Doğal havalandırma potansiyeli üzerinde kompaktlık şekillendirmeden önce; ) Sonuç: mühürlenmiş, havali bina ücretsiz soğutma için açık hava kullanma yeteneği olmadan. Çözüm: Soğuk iklimlerde bile, rüzgar basıncından korunmak için en az iki arkadaki en az opera camlar için tasarım.

Sonuç: Geometry ve Performansı Bir Günden Bütünleme

Bina şekli ve düzeni ikincil estetik karar değildir - enerji tüketimi için temel ayar oluşturan birincil performans değişkenleridir. Günde ışıklandırma ve havalandırma dostu bir düzen ile eşleştirilmiş kompakt, iyi odaklı bir şekil, geleneksel bir tasarıma kıyasla yıllık enerji kullanımını azaltabilir, daha iyi mekanik ekipman için ek maliyetle.

Mimarlar ve mühendisler erken işbirliği yaparken, tasarımdan önce geometri seçeneklerini test etmek için simülasyonu elde edilir. Burada belirtilen ilkeler -surface-to-volume oranı, perimeter günlük ışık bölgeleri, çapraz-ventilasyon yolları, solar yönelim ve termal zoning – bu ilk önemli kararları vermek için net bir çerçevede.

Karbon bütçeleri ve yükselen enerji maliyetleri çağında, bina şekli her zamankinden daha önemlidir. Doğru olmak, sıfır enerjili bir ortama doğru en uygun maliyetli adımlardan biridir.