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试论建筑节能设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-21  来源:中国幕墙网  浏览次数:1180
核心提示:  窗。屋顶)以及采暖空调等各种节能问题。  1建筑能耗状况及节能意义自1973年世界能源危机以来,各国都十分重视节约能源的问题,兴起了世界性的节能运动,并把节能称为五大能源之一,与煤炭、石油、天然气

  窗。屋顶)以及采暖空调等各种节能问题。

  1建筑能耗状况及节能意义自1973年世界能源危机以来,各国都十分重视节约能源的问题,兴起了世界性的节能运动,并把节能称为五大能源之一,与煤炭、石油、天然气、水电四大常规能源相提并论。我国能源利用率不高,建筑能耗占全国总能耗的30%,建筑节能的潜力很大。所谓建筑能耗,是指建筑在使用过程中的能量消耗,主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事、家电和热水供应等能耗,其中以来暖和空调能耗为主。作为耗能大户的建筑,节约能源将是今后发展的必然趋势。建筑节能的技术途径,主要依靠减少围护结构的散热以及提高供热、制冷系统的热效率两个方面。前者要求加强门窗、外墙、屋顶和地面的保温隔热;后者则要求系统设备合理配套运行控制调节灵活,并有能量计量装置。

  我国节能工作起步较晚,与发达国家相比。能源浪费又十分严重。如我国建筑采暖耗热量:外墙大体上为气候条件接近的发达国家的4~5倍,屋顶为2.5~5. 5倍,外窗为1.5~2.2倍;门窗透气性为3~6倍,总耗能是3 ~4倍。造成这种状况的主要原因是,过去由于节能意识淡薄,致使房屋设计不合理,只强调工程初始投资,而很少考虑建成后的日常运行能耗和费用;采用传统建筑材料建造房屋时,建筑设计保温标准偏低,加上设备效率不高,运行管理不善等等,导致了能量严重流失和浪费。如果听任高耗能建筑大行其道,建筑能耗增长的速度将远远超过我国能源生产可能增长的速度,国家的能源生产势必难以长期支撑这种浪费型需求,从而不得不组织大规模的旧房节能改造,将耗费更多的人力物力。了解我国建筑能耗现状与发达国家的差距,就会觉得建筑节能工作任重而道远。把建筑节能作为我国可持续发展战略的一部分,在保证和提高建筑舒适性的前提下,有效地利用能源,尽量降低建筑物使用过程中的能耗。

  2优化建筑规划设计在建筑规划阶段,要慎重考虑建筑物的朝向、间距、体型、体量、绿化配置等因素对节能的影响,改善室内热环境。在建筑的平面布局方面,朝向选择很重要,冬季应有适量的阳光射入室内,避免冷风吹袭;夏季则尽量减少太阳直射室内及外墙面,应有良好的通风。

  可见,从节能和热环境考虑,建筑物以南北向或接近南北向为好,避免东西向,若不能都为南北向,主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位,减少围护结构的散热量。同时,注意建筑间距与节能的关系,使建筑南墙的太阳辐射面积在整个采暖季节中不因其它建筑的遮挡而减少。

  在建筑设计中,原则上应减少建筑物外表面积,适当控制建筑体型系数(即建筑物外表面积与其所包围的体积之比)减少建筑面宽,加大进深或增加组合体建筑外形宜选用长条型,而体型复杂、凹凸面过多的塔式住宅对节能不利。应重视造型规整,如住宅应尽量采用多单元的“一”字型,特别是采暖住宅建设应增加层数,避免建造单元少特别是点式平面的低层住宅。

  现行住宅多为北入口、北楼梯,目的在于减少北侧房间。但是,对于多数北方城市来说,冬季主要风向是北风,给入口造成的冷风侵入量太大,加大了住宅的采暖能耗。因此,寒冷地区多层住宅不应采用开敞式楼梯间,入口处设置门斗或采取其它避风措施,减少散热。

  另外,要重视屋檐、挑檐、遮阳板、窗帘、百页窗等的构造措施,对于调节日照节省能源是十分有效的,尤其是玻璃幕墙建筑,必须考虑良好的遮阳遮光条件。

  利用建筑周围自然条件,可以改善区域环境微气候,如适当地安排树木花草,既起美化作用,也是建筑节能的一项技术措施。所种植的树木应选择长得较高,枝叶伸展较宽,夏日茂盛,冬天落叶的乔木,以便夏季利用树木、爬藤遮挡阳光直晒,利用蒸腾作用降低环境温度,节约空调能耗,到了冬季树木落叶后又可让阳光照进室内。国外有的建筑在南面设游泳池,夏季可使周围空气湿润凉爽,到了冬季,水面将阳光反射至建筑物,可获得更多太阳热能。

  3提高围护结构节能的科技含量建筑物的能耗是由其围护结构的热传导和冷风渗透两方面造成的。试验表明,住宅围护结构的耗热量,要占建筑采暖热耗的1/3以上,显然,如果建筑围护结构具有良好的保温隔热性能,便可减少冬季室内传出室外的热量和夏季室外传入室内的热量,从而减少因保持室内舒适热环境所需要提供的采暖和制冷能量。

  为降低能耗,均从单项如墙、顶、门、窗等围护结构着手,重视其热工特性,设计中应该找出其经济热阻,同时还必须考虑其围护结构的“吸热性”和“热容性”指标。

  3.1墙体节能墙体是建筑围护结构的主体其功能主要是承重、防水、防潮、隔热、保温。节能建筑设计的关键,就在于承重结构设计的合理性,承重结构布局对于节能工程造价的高低影响极大。我国长期以实心粘土砖为主要墙体材料,用增加砌筑厚度来满足保温要求,这对能源和土地资源是一种严重浪费,一般单一墙体材料往往难以同时满足保温、隔热要求,因而在节能的前提下,应进一步推广空心砖墙或复合墙体技术,复合墙体越来越成为当代节能墙的主流。其一般做法是,用砖或钢筋混凝土作承重墙,并与绝热材料复合,绝热材料主要有岩棉、矿棉、玻璃棉、聚苯乙稀、膨胀珍珠岩、加气混凝土等。复合墙的做法有三种:①内保温,将绝热材料复合在外墙内,施工简易,目前应用较广泛;②外保温,将绝热材料复合在承重墙外侧,这样热稳定性好,可避免冷桥,居住较舒适,但外保温要经得起日晒雨淋和冰冻的侵袭;③中间保温,将绝热材料设在外墙中间,可取得良好的保温性,但要填充密实,避免内部空气对流,并要做好内外墙体间的拉结。

  当然,某些单一材料墙体同样可以达到减少能耗的作用。比如,加气混凝土外墙与传统粘土砖墙相比,其计算导热系数约为粘土砖砌体的29%,是一种保温性能好、节能显著的墙体材料。又比如,空心砖和空心砌块外墙,既节省粘土用量,减轻自重,且有高于实心粘土砖热阻值的优势,特别是利用工业废料的制品更是具有利废、环保意义。

  在具体设计中,如果不论墙的朝向如何,各面墙均采用相同的传热系数,则需在每面墙上都增加相同厚度保温层,这样虽然也可节省能耗,但从经济角度来看,由于各朝向所吸收到的太阳辐射量差别很大,特别是南向墙冬季得热较多,西向墙增加保温所得的效益不如北向墙保温效益发挥得充分,而东西向墙的保温效益则在南北向墙之间,因此不如将增加的保温材料集中设置于北墙或东西墙,这样可以减少保温费用,在构造上也容易做得比较简单。外墙保温宜采用各朝向不均匀分布的原则,且用浅色饰面,这样才能选出最佳方案,获得最好的节能效果。

  3.2窗户节能窗户在建筑中的主要作用是采光、通风,同时也起围护作用,即保温、隔热、隔声、防火及室内外联系等。

  窗户也是薄壁的轻质构体是耗热的薄弱环节。普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物冬季保温或夏季降温能耗的50%以上,改善其绝热性能是节能的重点部位之一。应区别不同朝向控制窗墙比,尽量避免东西向开大窗,提高窗户的遮阳性能(可用固定式或活动式遮阳)同时,要根据空调设备价格和制冷采暖费用的比较去确定合适的玻璃品种,从各种玻璃的太阳能阻隔特性和导热性两个方面去比较其节能效果,选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃和中空玻璃等等,并提高其气密水平。此外,窗上加贴透明聚脂膜,也颇有效。近年来涌现的节能门窗(如聚氯乙烯塑钢门窗、单框双玻彩板钢窗和铝合金窗)的保温性和气密性都较好。但是,加强窗户的气密性以减少空气渗透耗热量,应保证室内空气质量达到基本的卫生要求。

  3.3屋顶节能在不断地改进建筑外墙、外窗的保温性能后,还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施要点,其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大;其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果,如选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在,一些建筑的屋面保温,采用岩棉板保温层代替常规的浙青珍珠岩或水泥珍珠岩做法,就克服了常规做法的诸多缺点。

  高效保温材料已经开始应用于屋面,以膨胀型泡(1)加强建筑节能意义的宣传和国家及省市有关1994-2015沫聚苯板作保温层、上铺防水层的正铺法为多,有的单位研究采用倒铺法,即聚苯板设在防水层以上,使防水层不直接受日光曝晒,以延缓老化,但聚苯板应采用挤出法生产的闭孔型,不与屋面粘结,上用压块(卵石或混凝土薄板)固定。南方住宅用架空板隔热也十分普遍。近年来坡顶屋面发展较快,这种屋面便于设置保温层,可顺坡顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉毡,也可在天棚上铺设绝热材料,还可喷、吹或直接铺设玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩等松散材料作为屋面保温层。

  我国南方夏季日照时间长,而且太阳辐射强度大,通常水平屋面外表面的空气综合温度达到60~80°Q顶层室内温度比其下层室内温度要高出2~4C.因此,提高屋顶的保温隔热性能,对提高抵抗夏季室夕卜热作用的能力尤其重要。为防止大量辐射热侵入室内,应在屋顶设高效隔热层,这是减少空调耗能的一个重要构造措施。其实,屋面的利用是城市空间利用的一个重要方面,通常民用建筑约占城市土地面积的1/4充分利用屋面对开发城市、改善生态环境、完善城市化建设具有重大意义,蓄水屋面和屋顶花园就是其中多功能综合利用屋面的形式。

  4对采暖系统及空调系统的节能要求采暖、空调的节能工作必须与建筑围护结构的节能同步进行。居住建筑的共同特点是供人们居住使用,而且一般都是昼夜连续使用,对室温和空气质量有较高的要求,建筑节能的重点都是放在节约采暖和降温能耗上。要从合理规划和选择采暖设备开始,改善采暖供热系统的设计和运行管理,以提高锅炉的运行效率;加强管道的保温,以提高室外管道的输送效率。

  总之,为提高采暖系统热效率,应积极发展集中供热,以最大限度地节省燃料消耗。对短期内不能联网集中供热的小区,应先着手建小区集中锅炉房供暖,并留出接网余地。节能目标应符合国家民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)提出的具体要求,将采暖能耗控制在规定水平上。

  从尽可能节省制冷设备用能的角度考虑,最好的方法莫过于不使用制冷或通风设备即可降低室内温度,如抑制在室内产生热、促进室内的热吸收、减少热量进入室内、引导热量向室外散失。即使采取设备措施,也要采用高效节能(耗电量少,制冷量大)的空调设备或系统,以及合理的运行方式等,以便提高空调设备的运行效率。

  5其它建议文件、标准的贯彻执行。节能不仅需要有力的政策、法规和健全的管理制度,更要在思想上提高认识引起重视。意识到能源问题的严峻性,把建筑节能作为国家的大政方针来抓,以建筑节能立法和节能技术的研究推广予以保证,鼓励节能,限制耗能,堵塞漏洞,反对浪费。这样,大家有法可依,在经济政策上予以引导,把节能放在优先地位、保证经济的可持续发展。

  建筑节能设计必须依靠各专业的通力合作。

  建筑节能作为一个系统工程涉及到方方面面的问题。

  比如,建筑节能是一个综合性的问题,它涉及自然环境、小区规划、建筑设计以及居民生活方式等多种因素。作为建筑设计的技术人员,必须改变高能耗的建筑设计现状,除了在实际设计中仍以使用功能与形式为主体外,要求增加一个重要内容一建筑节能。若使建筑技术各学科(规划、设计、物理、结构、材料、水、暖、电等)通力协作,则潜能更大。所以需要多方面各种专业的互相支持配合和共同努力,创作出既符合建筑学原理,又符合节能原则的优秀建筑。

  采用高效经济的节能型建材和先进的构造技术。建筑业承担着节约建材生产能耗和房屋日常使用能耗的义务和责任。一些轻质墙体材料、屋面材料、门窗材料、保温隔热材料、密封材料等各种节能型建材,能够大量节约建材生产能耗和房屋使用能耗。另外,只要选择好适应当地条件的经济合理的技术增加4%~ 7%的建筑造价,可以达到节能30%的效果;增加915%的建筑造价,达到节能50%的目标是完全可行的。

  借鉴国外建筑节能方面的成功经验。

  建筑节能是当今世界最突出的科研课题之一,已成为世界性的大潮流,正引导着多方面的建筑技术、产品和组织发生重大变化。欧美各国认为,在实行建筑节能的各项措施中,隔热保温是最主要的节能措施,因而在设计中非常注意围护结构的隔热保温,几乎所有新建建筑都采用隔热材料,大力研究和生产各种性能良好的保温材料。一些大型办公楼、展览中心、会议中心、百货商场等建筑物的空调系统,常采用节约能量的变风量系统、双风道系统、变水流量系统等,它们可以根据冷热负荷的变化而改变送风量,或调节双风道的冷热风混合比,或增减冷热水流量来保持稳定而舒适的温湿度条件,根据负荷变化而增减能量的供应,以节省能量消耗和减少浪费。在暖通空调设备方面,空气热源式热泵、水热源式热泵、热回收式热泵、与锅炉相结合的热泵等。因此,应该借鉴发达国家建筑节能的经验,包括建立节能政策、制定建筑节能立法,特别是采取的建筑节能措施方面(如自动控制技术在节能中的应用)大力推进建筑节能的技术进步。

  尽可能利用环境能源减少矿物能源的消耗量。

  建筑节能主要包括两个方面:一是节约:即从提高供暖(空调)系统效率和减少建筑本身所散失的能源;二是开发,即开发利用新能源,从环境中获得廉价的自然能源(热能或冷能)。比如使用太阳能采集器,用于夏季制冷、冬季为室内提供补偿热量,提供热水等。又比如,绿色建筑以建筑布局结构本身形成一个良好的能量循环系统,内部设高大中庭,其它空间围绕布置,或设共享的室内外过渡空间。福斯特设计的世纪塔办公楼和法兰克福商业银行就是很好的生态建筑范例。我们要借助系统论观点从规划、设计、构造、园林绿化等方面充分合理地利用当地气候资源,寻求人、建筑、环境与经济、节能之间的最佳结合,以提高建筑的整体效益。

  6结束语我国正面临建筑产业现代化,同时要走可持续发展道路,推广适合我国国情带有先进性的节能建筑,是必须迈出的一步。我国的建筑节能有着巨大的潜力,前景是光明的。只要我们认真扎实地在以上各个环节中做好工作,就可以有效地降低建筑耗能量,利用“后发”优势,迎头赶上,为中国建筑业、能源业作出贡献。

 
 
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