时间:2023-03-03 10:22:16
建筑节能工作有许多环节,建筑装饰节能是建筑节能工作的重要一环,其实施的结果会直接影响建筑节能的效果,在建筑装饰过程中可以通过许多措施来降低建筑能耗,可以通过建筑外装饰与内装饰两个方面采取有效措施使建筑装饰达到节能目的,本文结合作者多年从事建筑装饰项目管理的实践,对建筑装饰节能问题做了一些归纳,并提出了一些自己的见解与想法,谨供大家作参考之用。
一、实施建筑节能的主要途径目前在我国实施建筑节能的主要途径较多,但与建筑装饰装修相关的大概有以下几个方面:
1.改进建筑装饰设计和施工技术、方法,制订推动节能的建筑法规,建立健全促进节能材料、设备生产和应用的法规体系,为建筑及建筑装饰节能工作的推进提供良好的法律环境。
2.室内环境控制成套节能,技术的研究和设备开发,特别是围护结构的改造。
3.加大投入,加强建材设备的生产、施工技术及产品应用技术的研究开发,其发展的重点应针对外墙装饰(幕墙)和室内装饰的特点,研究新型低能耗的围护结构(包括墙体、地面、顶棚、门窗)体系成套节能技术及产品。
4.积极发展能满足建筑所需要的材料和设备的生产。
5.大力发展生产和运输能耗低的轻质、高强材料及建筑装饰用塑料制品。
6.努力改进生产技术,提高管理水平,大幅度降低材料和设备生产的单位能耗。
为满足人们日益增长的物质和文化需求,符合当今时代的需要,除创造良好的建筑功能和美观的建筑外形,对建筑室内外装修设计也日益重视,现代的室内外装饰装修设计与建筑设计已密切结合,不可分割,并作为建筑设计的进一步深化、补充和完善,因此节能在装饰装修设计中也应予以充分考虑。
二、建筑外装饰的节能措施建筑的保温层设置方式取决于围护结构,围护结构一般都需要满足承重和保温两方面的要求。
一种是单一构造的砖砌体,如加气混凝土墙体或屋面等;另一种是在承重墙体的基础上增加专门的围护材料来达到建筑物的保温效果,这些保温材料一般是一些轻质材料,以免增加建筑结构的承重负担,例如珍珠岩棉、泡沫聚苯乙烯等材料。这种保温的形式按保温材料所处的部位不同分为3种类型,分别为外保温、中间保温和内保温。其中中间保温方式必须在建筑设计时就应考虑执行,而外保温和内保温单面围护则可以在建筑本体完成后进行或者在尔后的室内外装修时再进行。
在建筑外墙外保温基层上增设0.1m~0.15m厚的保温层,将房顶和地下都“裹”上。保温性能是外墙保温质量的一个关键性指标。为此,应按所用材料的实际热工性能,经过热工计算得出足够的厚度,以满足节能设计标准对当地建筑的要求。与此同时,还应采取适当的建筑构造措施,避免某些局部产生热桥问题。一般来说,永久性的机械锚固临时性的固定以至于穿墙管道,或者外墙上的附着物的固定,往往会造成局部热桥。在设计和施工中,应力求使此种热桥对外墙的保温性能不会产生明显的影响,也不致尔后产生影响墙面外观的痕迹。
下面以墙体装饰材料的不同来谈谈装饰装修的外墙节能问题:
1.外墙贴面砖:在建筑外墙基础上另外增加一层围护结构,使建筑本体导热比值更低,无意中达到了节能的效果。
2.外墙涂料:传统的外墙涂料只起到装饰效果,可增强防水功能,基本无节能作用。现如今,在进行装饰设计中,外墙涂料的选用,应遵循建筑节能的原则,即:如若原建筑外墙采取了外墙外保温措施,则可选用不具保温节能功效的外墙涂料;否则,必须考虑选用具有保温或节能作用的外墙涂料,或选用隔热或导热比值低、防紫外线方面的涂料。
3.双层玻璃幕墙:其是由内外两道幕墙组成,内外幕墙间形成一个相对封闭的空间,热量在此空间内流动,称为热通道,它的节能原理是分别利用夏季热通道内的热烟囱效应和冬季热通道内的温室效应,达到减少夏季室外热量的传入和冬季室内热量的流失的目的。
1992年,德国Fraunhofer太阳能研究所的Voss.K[1]等人通过使用太阳能光热光电技术对德国一栋建筑物进行供热供暖,并进行了为期三年的检测研究发现:在气候较为温和的欧洲部分地区,通过精心设计可以使建筑物全年总能耗降低到10Kwh/m2以下,且建筑物所有能耗需求可以由太阳能提供。Voss.K由此提出“无源建筑”(EnergyAutonomousHouse,也称Self-sufficientSolarHouse),即无需和外界能源基础设施相连,通过太阳能光热光电系统与蓄能技术集成应用,保证建筑所有时段能源供应的建筑。“无源建筑”要求建筑物在以年为时间单位的时段内达到能量或排放量中和。由于“零能耗建筑”在实现上还较为困难且成本较高,欧洲目前公认的更加广泛的可实施的为“近零能耗建筑”(nearlyzero-energybuildings)。对于“近零能耗建筑”,各国定义不同,如德国的“被动房”(PassiveHouse,也翻译为微能耗建筑、零能耗建筑)[2],指在满足规范要求的舒适度和健康标准的前提下,全年供暖通风空调系统的能耗在0-15Kwh/(m2年)的范围内、建筑物总能耗低于120Kwh/(m2年)的建筑;瑞士的“近零能耗房”(Minergie,也称“迷你”能耗房,或“迷你”能耗标准)[3],要求按此标准建造的建筑其总体能耗不高于常规建筑的75%,化石燃料消耗低于常规建筑的50%;意大利的“气候房”(ClimateHouse,Casaclima)[4],指全年供暖通风空调系统的能耗在30Kwh/(m2年)以下的建筑。
2、近零能耗建筑政策及发展目标
欧盟于2010年7月9日的《建筑能效指令》(修订版)(EnergyPerformanceofBuildingDirectiverecast,EPBD)[5]在欧盟内部影响力巨大,它要求各成员国应确保在2018年12月31日后,所有的政府拥有或使用的建筑应达到“近零能耗建筑”,在2020年12月31日前,所有新建建筑达到“近零能耗建筑”(nearlyzero-energybuildings)。《建筑能效指令》定义零能耗建筑为“具有非常高的能效”的建筑,《指令》还要求“近零能耗建筑”能耗表达单位应使用kWh/(m2年)。欧洲暖通学会联合会(REHVA)的JarekKurnitski等专家[6]将“近零能耗建筑”进一步定义为:以各国实际情况为基础,在充分考虑节能技术成本效益比的前提下,其一次能耗>0kwh/(m2年)的建筑。欧盟专家还对零能耗计算的边界范围、一次能源转换系数、是否应考虑区域供热供冷等系统、是否应考虑电器使用能耗进行了探讨研究。虽然欧盟各国对“近零能耗建筑”定义和技术路径都不同,但大多数国家还是给出了相对明晰的发展目标,发展目标主要针对新建建筑,具体见表1[7]。
3、近零能耗建筑定义内涵分析
虽然“零能耗建筑”一词听起来很容易理解,似乎很容易定义,但目前各国政府及机构对于零能耗建筑研究的边界划分、计算范围、衡量指标、转换系数、平衡周期等问题还都不尽相同。物理边界的划分对能耗平衡的计算有着较大的影响。对建筑物来说,以单栋建筑还是建筑群(小区)作为计算对象,是需要探讨的问题。目前国际大多数意见还是以单栋建筑为计算对象,根据是否与电网连接,将零能耗建筑分为两种,一种是“上网零能耗建筑”(On-gridzeroenergybuilding),其由电网输送给建筑物的能量和建筑物返回给电网的能量达到平衡,即在计算期内,电表读数为0;一种是“网下零能耗建筑”(Off-gridzeroenergybuilding)[8],即与建筑一体化或建筑物附近与建筑物连接的可再生能源供电供热系统提供的能量和建筑能源需求量保持平衡,这类建筑也被称为“无源建筑”(EnergyAutonomousBuilding)[1]、“太阳能自足建筑”(Self-sufficientsolarhouse)[1]。按照节能设计标准,与建筑物设计相关的能耗包括供暖、供冷、通风、照明、热水使用等负荷,但也有许多与用户关联度较大的负荷,如插座负荷、电动汽车负荷还没有进入平衡计算。如果未来能源网中电动汽车使用量大幅度提升,虽然不会对建筑物负荷造成影响,但使用这类产品和设备会对建筑物用电平衡有影响,考虑到随着我国国民经济生活水平提高,居民用电会进一步增多,相关数据逐步完善,应在平衡计算时加入插座能耗等相关能耗。目前共有四类指标可以用于衡量零能耗建筑:终端用能、一次能源、能源账单、能源碳排放。四类指标的评价结论相差很多,如衡量地源热泵系统或者建筑光电一体化系统等可再生能源建筑应用对节能减排的效果,采用不同指标得出的结论会不同,通常认为采用终端用能形式或者能源账单作为衡量零能耗建筑的指标,操作起来相对容易。在统一衡量指标后,所有与建筑物相关的能量就需要通过不同的转换系数转换到与衡量指标单位一致。能源供给和使用链上的全部能源种类都需要转换,包括一次能源、可再生能源、换热、传输电网和热网。由于各个国家的能源结构不同,电网、热网组成不同,且随着可再生能源发电规模的逐步扩大,各国、同国家不同地区的转换系数都有很大差异,且变化很快。但转换系数的确定,对“零能耗建筑”计算结果影响很大。
4、国际典型“近零能耗建筑”示范工程实践
EikeMusal等人对德国、美国、加拿大、欧洲等国的282栋零能耗示范建筑使用的技术进行汇总,发现太阳能光电、太阳能光热、建筑遮阳、机械通风热回收、免费供冷等技术应用的比例相对较高[9]。Eike研究的各国零能耗建筑数量见图1,各种节能技术使用比例见图2。从图2可以看出,高性能保温结构和PV系统、太阳能热水系统以及热泵可再生能源应用系统在零能耗建筑中应用最为广泛,其次是自然采光、遮阳系统、被动通风等被动式技术的应用,高效照明、电器、办公设备、HVAC设备使用也比较广泛。美国新建筑研究所2012年3月《美国零能耗公共建筑成本及特性调查》[10],通过对21栋已经有实测数据的零能耗公共建筑进行研究发现:(1)早期零能耗建筑面积普遍较小,目前大型和综合性的建筑案例也在不断增加,教学/科研楼、办公楼、K-8学校、银行等建筑都可以设计为零能耗。(2)建筑物形式、规模、所处地理位置以及其他因素不同,如果不考虑PV的费用,建筑为达到零能耗的增量成本为3%-18%。(3)通过综合性设计方案,充分考虑建筑所在地点和功能,选用高效的围护系统、暖通系统和设备,达到零能耗建筑难度不大。通常优先考虑通过被动式设计降低建筑能耗,如果必须使用暖通系统,常见的系统为土壤源热泵与地板辐射系统联合。美国既有零能耗公共建筑各种节能技术使用比例见图3。
5、我国主要近零能耗建筑研究实践
2014年5月,住房和城乡建设部科技司组织开展,由中国建筑科学研究院具体组织落实的“被动式超低能耗绿色建筑项目”征集调研。截至2014年10月,共收到全国上报项目12个,其中住宅项目3个,公共建筑项目9个。从地域分布来看,严寒地区项目2个,寒冷地区项目6个,夏热冬冷地区项目2个,夏热冬暖地区项目2个。
6、结语
关键词健康建筑人居环境能源可持续发展
AbstractExplainstheideaofthelowenergyandhealthybuildinganditsrelationshipwithsustainabledevelopmentofhuman''''sinhabitantenvironment.Pointsoutthefourcriticalissuesinitsrealizationi.e.urbanenergyprogramming,energy-efficientbuildingdesign,urbanmicroclimateimprovementandbuildingautomation.
Keywordshealthybuildinginhabitantenvironmentenergysustainabledevelopment
1前言
随着我国国民经济的发展,城市建设发展很快,目前城市化水平为28%。按照世界上城市发展规律,这正是从起始阶段向城市化加速发展的转变阶段。在我国东部沿海地区,城市化水平已接近或超过35%,已经进入加速发展阶段。这都预示今后5年及下个世界我国城市化将有飞速发展。
城市化发展推动建筑行业的兴旺,随着人们对建筑环境要求的不断提高,北方地区建筑供暖,南方地区建筑空调,以及黄河下游、长江中下游流域建筑供暖与空调都成为极迫切的问题。近5年来我国房间空调器产量持续以40%的年增长率上升,就充分说明需要的迫切性,但随之而来的能耗的增加和对环境的污染。北方地区供暖耗煤已占全国总煤耗的11%以上,长江中下游地区空调器及热泵的发展已使该地区供电出现严重紧张和短缺。若充分满足这一地区建筑空调的要求,空调电耗将占该地区总电耗的30%以上,这将对这一地区的经济社会产生巨大影响。供暖燃煤直接污染大气,并释放产生温室效应的CO2,这已是老问题。大量空调设备的使用会放出CFC物质破坏大气的臭氧层已成为全球性的环境保护问题。此外,空调器在夏季将热量排入大气,在冬季又从大气中大量吸热,当空调器高密集度安装时,还会严重影响城市区域小气候。
城市化的发展使建筑能耗越来越大,工业发达国家建筑能耗占总能耗的30%~50%,我国的建筑能耗也达总能耗的10%以
上。目前人类所消费的能源绝大部分属于枯竭性能源(如石油、煤炭、天然气等),有关专家估计,按目前的能源消费增长率持续下去,枯竭性能耗只能维持200~300a左右,因此人类面临的能源问题是严峻的。本世纪70年代初世界性的能源危机曾推动了节能建筑的发展。
当今的建筑除了能耗大的问题外,还存在病态建筑的问题。根据欧洲的有关调查报告,在非工业建筑中,健康建筑(HealthyBuildings)只占50%~70%。所谓与建筑有关的疾病(BRI,BuildingRelatedIllness)指的是由于建筑物室内环境有害辐射(电磁辐射和放射性物质)、温湿度太高或太低、生物化学有害物浓度太高等引起的各种疾病或身体虚弱。建筑综合症(SBS,SickBuildingSyndrome)指的是建筑环境使人们产生的各种不舒适症状,如头痛、疲劳、感冒、恶心等。建筑建筑指的是具有满足人们居住或生产等活动要求的适宜的热环境、光环境、声环境和空气环境的建筑物。其中热环境包括室内的温度、湿度、洁净度和空气的流动速度等,光环境包括建筑物室内外的照明和色彩等,声环境包括建筑物室内外的噪声、音响效果和震动等,空气环境包括室内外的空气组成成分、气味等。造成SBS的主要原因可能是缺乏对建筑物的合理维护,建筑物热负荷、污染物负荷的变化,建筑设备控制方案的改变,或者建筑设计不合理等。
低能耗健康建筑指充分利用自然能源的被动式供热空调建筑,它能提供人们生活和生产需要的建筑环境,保证人体的卫生和健康,同时具有节能建筑能耗低的特点。低能耗健康建筑的研究在欧洲和日本等国家已受到相当的重视,美国由于能源比较丰富,着重研究的是健康建筑。MiltonKeynes是英国发展最快的城市,它位于伦敦和伯明翰的中间。MiltonKeynes有一个能源公园(MiltonKeynesEnergyPark),其中的建筑统一规划和设计,应用了多种建筑节能措施。该能源公园的建筑能耗指标是一般建筑的一半,因此深受用户欢迎。我国是发展中国家,能源的建筑速度远跟不上国民经济发展需求。目前我国人均年能耗不到1t标准煤(只达到世界平均值的三分之一),而想在本世纪末实现"小康"水平,人均能耗至少要达1.5~1.6t标准
煤。可见,降低建筑能耗,大力宣传和发展低能耗健康建筑将成为我国在21世纪的一个迫切和重要的工程。
地球是人类生存与发展的基础,为人类社会的文明和进步提供了适宜的空间和丰富的自然资源。近30年来,由于人口增
长,工农业发展,已经导致生态环境恶化和气候变化。1972年在斯德哥尔摩召开的联合国人类环境会议上,世界各国政府的代表共同发表《人类环境宣言》,第一次正式表达了世界各国人民对保护环境问题的强烈关注,明确提出可持续发展的概念。20年后的1992年6月3~14日,在里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上,来自一百多个国家和地区的一百多位政府首脑通过了《里约宣言》和《21世纪议程》两个纲领性文件。人类理智地选择可持续发展。可持续发展的最广泛的定义是"人类应享有以与自然相和谐的方式过健康而富有生产成果的生活权利",并"公平地满足今年后代在发展与环境方面的需要"。可持续发展的思想实质,一方面要求人类在生产时说可能地少投入、多产出;另一方面又要求人类在消费时尽可能地多利用、少排放。因
此,人类在转变传统发展模式、实行可持续发展战略的时候,必须纠正过去那种单纯靠增加投入、加大消耗实现发展的模式和以牺牲环境来增加产出的错误做法,从而使经济发展更少地依赖地球上有限的资源,而更多地与地球的承载能力达到有机的协
调。可持续发展强度以长远和全局的辩证眼光看待环境和发展,社会和经济的发展必须与地球生态自然环境的变化相适应,人类对自然资源和能源的消耗不能超出全球生态环境的极限,这样才能"成功地为后代留下一个可自下而上的星球"。
人类的绝大部分生活和生产活动在人居环境里进行,随着人们对建筑环境要求的提高,建筑一方面消耗更多的自然能源和资源,另一方面产生和排放更多的温室气体和废物。追溯历史,早在1980年,国际建筑师协会第14届大会发出的建筑师华沙宣言指出:要"认识到人类--建筑--环境三者之间有密切的相关性"。人居环境可持续发展要综合考虑城市化发展和环境保护问题,在保护中发展,在发展中重视保护。大力推广低能耗健康建筑是人居环境可持续发展的重要保证之一,人类不应该为短期的目的而牺牲长期的资源和环境,应时刻记住"地球不是我们从父辈那儿继承来的,而是从从自己的后代那儿借来的"。
2低能耗健康建筑的关键技术
低能耗健康建筑的实现涉及城市能源规划、节能建筑设计、城市微气候改善和建筑自动化等领域的科学技术的研究和应
用。
2.1城市能源规划
全面解决建筑物供暖和空调问题,对适应城市化的飞速发展,缓解能源紧张特别是电力供应不足问题,以及保护城市局部环境及大气臭氧层,都有极重要的意义。解决这一问题的关键在于合理的城市能源规划。通过研究城市能耗结构、能源转换、能源利用等环节,结合城市规划对整个能源系统进行总体设计,研究为解决建筑物供热、供冷、供燃气等的需要应配置的最合理的能源转化与能源输送系统,重点为我国北方地区热电联产、供冷相适应的大型的供热、供冷方式,与集中供热、供冷相适应的大型蓄冷蓄热装置以及全面规划电力、煤气、冷热源及蓄能的能源系统。
城市的能源规划首先要估算城市的能源需求,包括生活用能(热水、照明、电器、炊事、供暖、空调)和生产用能(工业、农业、林业、其它产业)的性质用量。然后要考察城市的能源结构,对各种可用能源,如电能、煤、燃气、沼气、太阳能、风能、潮汐能、地热能,进行定性和定量的调查和研究。最后制定出城市冷、热、水、电、气等能源的统一、联合供应,以实现城市能源系统的最优的社会和经济效果。
2.2节能建筑设计
节能建筑的设计思想是充分利用建筑所在环境的自然能源和条件,在尽量不能常规能源的条件下,创造出人们生活和生产需要的室内外环境。节能建筑的设计关系到三方面的研究内容:当地气候特征,室内环境的设计要求,以及建筑物的结构特
征。
当地气候特征指当地一年四季室外气象条件,如空气的温湿度、风速和风向、日照率、降雨量、积雪等。在冬季日照率大的地方,可以考虑太阳能的利用,如被动式太阳房、太阳能集热器。夏季日照率大的地方则要考虑建筑物的有效遮阳措施。夏季昼夜温差大的地方,可以利用建筑物的蓄冷特性进行自然冷却。
室内环境的设计要求包括对室内空气温湿度的要求。传统的设计方法要求空调建筑的室内环境必须维持在一个比较狭窄的温湿度范围,如温度在25~28℃之间,相对湿度在50%~70%之间。空调设备的容量是根据维持整个空调要求的温湿度值来决定的。近年来大量空调建筑的使用已带来所谓空调建筑综合症的问题,那长期生活在空调建筑中的人出现的某些症状,如疲劳、易感冒、恶等,总之是体抵抗环境变化的能力降低了。这是由于空调建筑的室内环境比较稳定,空气温湿度变化小;另一方面由于空调建筑的密封性好,室内空气品质差,人们得不到足够的新鲜空气。目前民办各国都在极力提倡FreeCoolingBuilding等利用自然冷却的非空调建筑,通过合理设计和使用管理,某些气候地区完全可以不使用常规能源而维持建筑环境达到设计要求,这种建筑就是所谓的"零能源"建筑(ZeroEnergyBuildings)。室内环境的设计应建立在对人体热舒适性研究的基础上。有关研究指出在室温不超过30℃房间,完全可以通过风扇提供的动态风来维持人体的热舒适。即使需要空调的房
间,也可以采用区域空调的办法来维持人体所在工作区的热舒适性,而没有必要维持非工作区的温湿度。可见采用区域性动态空调的方法会大大降低建筑物空调的能耗。
建筑物的结构特征指建筑物的造型、朝向、围护结构保温情况,外墙外窗的遮阳情况,以及建筑空间的通风换气情况。合理的建筑结构应该在夏季有效地组织通风和防止太阳照射,减少室内过热和潮湿;在冬季有效地利用太阳能对外墙外窗进行保温,提高室内温度;在过渡季有效地利用室外空气进行通风,改善室内空气品质。有关调查指出,位于同一地方的相同类型的建筑物,由于建筑结构的不同会导致能耗指标相差超过一倍。
2.3城市微气候改善
城市化的发展使为人类开始意识到建筑对城市微气候的影响。合理规划建筑形式与位置以改善城市小气候,妥善处理空调系统对外的热污染,以及全面考虑绿化、遮阳等对城市环境的影响将是城市建设规划和设计中的一个重要组成部分。
建筑群的布置应注意建筑物的空间和平面的布局,以减少和控制城市风沙和建筑物之间的强烈辐射对环境污染的作用。
城市水资源的规划对微气候也起明显的作用。河道的合理布置和走向往往可以改善城市局部区域的热岛效应。
城市的三维绿化对防止夏季太阳强烈照射,改善空气品质和美化环境都能起到不可估量的积极作用。
从气象观测数据可以知道,城市市中心的环境温度一般比效区的环境温度高出3℃左右。城市市中心由于工业、商业、娱乐业等建筑密集,加上人口也相对多,交通拥挤,造成市中心的热量相对大得多,形成局部热岛效应,如何改善市中心的微气候已成为城市人居环境研究的一个课题。
2.4建筑自动化
建筑自动化指建筑设备系统(如供热空调系统、给排水系统、照明系统、运输系统、消防系统、保安系统、办公系统、通讯系统等)的监测、管理、运行和控制的自动化。智能大厦的基础是通讯自动化系统CA、办公自动化系统OA、大楼自动化管理系统BA、消防自动化系统FA和信息自动化系统MA的有机统一。建筑自动化要求建筑设备系统的合理设计、有效使用以及运行控制过程中的能量节约,以保证建筑设备在提供要求的建筑环境的同时,达到初投资、运行费和维修服务费最小的优化目标。
建筑自动化不仅是实现能耗建筑的必要条件,而且也是建筑安全、舒适和适应性的保证。随着建筑物规模的增大(如日本计划在下个世纪建造一能够容纳一个城市的建筑,也称"建筑城市"),对整个建筑物的规划、设计和管理越来越像是对一个城市的规划、设计和管理。计算机技术的发展和应用为建筑自动化提供物质基础和技术手段。
3结束语
随着人们对"人类-建筑-环境"认识的深入,人居环境的可持续发展逐渐成为全球普遍关注的问题。低能耗健康建筑追求在尽量少用不可再生自然资源和能源的条件下,为人们生活和生产创造卫生、健康和合理的建筑环境,因此它是保证人居环境可持续发展的关键之一。低能耗健康建筑的实现取决于城市能源规划、节能建筑设计、城市微气候改善和建筑自动化等领域的科学技术的研究和应用。
4参考文献
1中国政府21世纪的白皮书
2DCroom.FutureHorizonsinBuildingEnvironmentalEngineering.Tsinghua-HVAC-95.北京,1995,9。
3吴良镛,广义建筑学,北京:清华大学出版社,1989。
关键词:外窗传热系数遮阳系数建筑能耗建筑节能
我国行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)第四章”建筑和建筑热工节能设计”中,对外窗热工性能作了如下规定:
4.0.4:外窗(包括阳台门的透明部份)的面积不应过大。不同朝向、不同窗墙面积比的外窗其传热系数应符合表4.0.4的规定。(表4.0.4略)
4.0.6外窗宜设置活动外遮阳。
该标准对外窗保温性能(传热系数K)作了具体规定,并建议外窗设置活动外遮阳,但标准对外窗隔热性能(遮阳系数SC或太阳传热因子SHGC)没有作出具体规定,不能不说是该标准的一个不足。实际上,我国夏热冬冷地区居住建筑的节能不仅与外窗的保温性能,而且与外窗的隔热性能紧密相关的。
本文首先确定了夏热冬冷地区基准性住宅和住宅节能方案,并选取上海、南京、武汉和重庆4个代表性城市作为分析对象,使用美国劳伦斯.伯克力国家实验室开发的DOE-2软件,对基准性住宅和3000多个节能方案进行摸拟计算,分析外窗传热系数(K)和遮阳系数(SC)对居住建筑能耗影响,并提出相应的看法和建议.
一、基准住宅的确定
(一)基准住宅模型是一座六层楼住宅,建筑平面如图1所示。
基准住宅热工参数和计算条件如下:
1、室内温度设定:冬季16℃,夏季26℃;
2、外墙:24cm粘土实心砖K=1.833W/(m2·K);
3、屋顶:砼板+保温板K=1.872W/(m2·K);
4、外墙面太阳辐射吸收系数ρ=0.7;
5、外窗:普通单玻铝合金窗,K=6.0W/(m2·K),SC=0.9;
6、建筑平均窗墙面积比:CM=0.3009;
7、换气次数:n=1.5;
8、设备能效比:冬季EER=1.0,夏季EER=2.2;
9、内热源:照明0.5875W/m2,其它251W(其中显热180W,潜热71W)。
(二)4个城市基准住宅全年能耗值计算结果
从表1可看出,4个地区住宅夏季空调能耗均占全年采暖与空调总能耗20%或以上,而夏季空调能耗中外窗太阳辐射传热占了相当大的比例,因此夏热冬冷地区居住建筑节能中,外窗隔热性能是不可忽视的重要因素。
表1城市上海南京武汉重庆
年采暖空调总能耗P总(kWh/m2)146.67164.27157.60116.67
年采暖能耗P暖(kWh/m2)116.98131.88117.6079.38
年空调能耗P空(kWh/m2)29.6932.4040.0037.29
空调能耗占总能耗比例%20.2419.7225.3831.96
二、节能方案的选择
1.室内温度设定:冬季16℃,夏季26℃;
2.外墙:24cm粘土实心砖+保温K=1.0W/(m2·K)和K=1.5W/(m2·K);
3.外墙面太阳辐射吸收系数ρ=0.7;
4.屋顶:砼板+保温板K=1.0W/(m2·K);
5.换气次数:n=1.0;
6.设备能效比:冬季EER=1.9,夏季EER=2.3;
7.内热源:照明0.5875W/m2,其它251W(其中显热180W,潜热71W);
8.建筑窗墙面积比CM变化范围:0.2498,0.3009、0.3535,0.3895,0.4256,0.4718;
9.外窗K和SC变化范围:
K—6.0,5.5,5.0,4.5,4.0,3.5,3.0,2.5,2.0;
SC—0.9,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4,0.3。
三、外窗保温隔热性能(K、SC)对住宅能耗的影响
本文通过3000多个节能方案的摸拟计算,选取代表性数据,绘制了外窗K值分别为3.0、4.5、6.0时的P-SC曲线图。图中,P总为全年采暖与空调总能耗,P空为夏季空调能耗,建筑平均窗墙面积比CM=0.3009。
从以上各地的P—SC曲线图可看出:
1.当建筑平均窗墙比CM不变,外窗K值增大(保温性能减弱),住宅年总能耗也随之增大;当外窗K值从0.3增大到0.6时,全地区各地住宅年总能耗平均增大15%左右.但K值变化对住宅夏季空调能耗影响不大。
2.当建筑平均窗墙比CM不变,外窗SC值增大(隔热性能减弱),住宅年总能耗也随之增大;当外窗SC值从0.3增大到0.9时,全地区各地住宅年总能耗平均增大9%左右,但东部上海、南京等地增大值小于中西部武汉、重庆等地增大值;SC值变化对住宅夏季空调能耗影响甚大,如在重庆,SC从0.3值增大到0.9时,空调能耗增大约20%。总之,SC值的变化,不仅对住宅夏季空调能耗,而且对全年总能耗均有影响,因此夏热冬冷地区居住建筑节能应考虑外窗遮阳隔热性能的影响。
表2列出了外窗K、SC值变化对住宅全年采暖与空调总能耗影响的部分数据。
四、夏热冬冷地区外窗热工性能节能设计
通过分析,在保证住宅节能50%的目标下,本文提出夏热冬冷地区外窗传热系数K和遮阳系数SC(太阳得热因子SHGC)的限值表3,供设计人员和今后对该标准修改时参考。
夏热冬冷地区居住建筑外窗的传热系数和遮阳系数限值表3外墙外窗遮阳系数SC(SHGC)外窗的传热系数K[W/(m2·K)]
平均窗墙面积比CM≤0.25平均窗墙面积比0.25<CM≤0.30平均窗墙面积比0.30<CM≤0.35平均窗墙面积比0.35<CM≤0.40平均窗墙面积比0.40<CM≤0.45
K≤1.0D≥2.5ρ=0.70.9(0.80)≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0≤3.0
0.8(0.71)≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5≤3.0
0.7(0.62)≤6.0≤6.0≤5.5≤5.0≤4.0
0.6(0.53)≤6.0≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0
0.5(0.44)≤6.0≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0
0.4(0.36)≤6.0≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5
0.3(0.27)≤6.0≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5
K≤1.5D≥3.0ρ=0.70.9(0.80)≤5.5≤4.0≤3.5≤2.5---
0.8(0.71)≤5.5≤4.0≤4.0≤3.0≤2.0
0.7(0.62)≤5.5≤4.5≤4.0≤3.0≤2.5
0.6(0.53)≤6.0≤5.0≤4.5≤3.5≤3.0
0.5(0.44)≤6.0≤5.0≤4.5≤4.0≤3.5
0.4(0.36)≤6.0≤5.0≤4.5≤4.0≤3.5
0.3(0.27)≤6.0≤5.5≤4.5≤4.0≤3.5
参考文献:
1、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001
关键词:太阳能新能源太阳能采暖太阳能建筑
太阳能作为一种热辐射能源,是一种无污染的清洁能源,对于太阳能的开发利用已经成为世界各国索取和利用新能源,进行节能、环保的重要研究项目之一,取得了较大的进展并已进入实用阶段。近几年随着我国经济的快速发展和对环境保护的重视,特别是在今年提出的建设节约型社会的方针后,太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新型环保新能源,一种较为简单、经济、环保、可靠的改善建筑环境的方法,一种很适合我国经济现状的采暖及供热方式,在我国得到了大力的推广和广泛的使用。
1主动式太阳能采暖
主动式太阳能采暖主要是通过集热装置来吸收太阳能并由热媒将所吸收的热量送入储热装置并加以利用。它对太阳能的利用效率较高,不仅可以供暖、供应热水,还能用于制冷等方面,但存在阴雨天气集热效率严重下降等缺点。近几年已在我国的城乡得到了广泛的推广与使用。
1.1太阳能热水器系统
在民用建筑中主要使用的是热度不高的热水,而将太阳能转化为温度不高的热水只要用简单的装置即可实现,因此被广泛采用。供应热水可以采取集中的方式,也可以用于单独的住宅中。集中供应热水,需要有一定物业投资,可以采取染油或燃气锅炉的作为辅助加热系统,可以取得显著的经济和社会效益,适用于人口较集中的城镇小区、宾馆等民用建筑。单独供应热水,设备简单,不需要专门的管理人员,适用于城乡各类民用建筑。目前在我国市场上常见的太阳热水器按其集热装置的不同分为以下几类:
1.1.1平板式热水器
由平板式太阳能集热装置和储热水箱组成,一般采用自然循环运行方式。热效率高,金属管板式结构、免维护、长寿命、性价比高。对于珠江流域等冬天不结冰的南方地区,选取用平板式太阳能集热器是非常合适的。平板型太阳能集热器的缺点是不抗冻。
1.1.2真空管热水器
由真空管太阳能集热装置和储热水箱构成,一般采用自然对流换热。真空集热管不但热损系数小,而且性价比也比热管、U型管等要高。对于长江、黄河流域冬天会结冰但冬天气温高于-20°C的地区,选用真空管太阳能集热器是比较合适的,既可以抗冻又具有较好的集热能力,但是真空管太阳能集热器的主要缺点是:不承压、易结水垢、易爆裂。
1.1.3闷晒式热水器
是集集热与贮热为一体的整体式热水器,一般由二至三个涂黑的圆筒组成,维护方便,结构简单、造价低廉,缺点是夜间散热大,热水不能过夜使用且在冬季也不能使用。目前在中国的产量正在逐步的减少,但在农村有较大的应用面积。
1.1.4热管式热水器
由热管太阳能集热装置和储热水箱构成,一般采用自然对流换热。具在-40℃的低温状态下也不会冻裂,热管内介质工作压力低,即使管壁温度高达300℃,也不会“爆管”。对于东北、内蒙、新疆等冬季气温低于-20℃地区的选用热管式热水器就比较适合。但缺点是热管的造价过高且热效率较低。
1.1.5U型管热水器
U型管式太阳集热器主要针对于温度要求较高温度工业热水,一般温度在70-90°C,它不但可承压而且产水温度高,价格又比热管低。但在民用建筑里的应用比较少。
1.1.6其他类型热水器
热管真空管热水器、真空管闷晒式热水器、U型管式真空管等,其原理不过是前面几种集热方式的综合,这里不再做专门的论述。
1.2太阳能热泵采暖系统
太阳能热泵采暖系统一般是指利用以太阳能直接辐射能量和空气中所储存的太阳能为作为蒸发器热源,辅以少量的电能驱动太阳能热泵而将换热器作为冷凝器的采暖系统。并可与制冷系统相结合用于夏季制冷。太阳能热泵采暖系统主要由热泵机组、辅助热源系统和太阳能集热系统三部分组成。太阳能集热板放置于室外平地或屋顶,板内有制冷剂流动,通过吸收太阳辐射能和空气中的热能汽化,再经压缩机压缩制热后,与管壳式热交换器中的水换热,将水加热到60℃用于供暖或生活用水。冬季太阳辐射量较小,环境温度很低,使用热泵进行太阳能低温集热,直接收集太阳能进行采暖。太阳能热泵采暖系统主要特点是花费少量电能就可以得到几倍于电能的热量,同时可以有效地利用低温热源,这是太阳能采暖的一种有效手段。例如利用双向式热泵技术,冬天向建筑供暖,投入1KWH的电力,可得到约4KWH的热能,夏天在向建筑提供冷能的同时提供卫生热水,投入1KWH的电力,可得到约7KWH的热能和冷能。热泵供热系统节能高达70%,节能效果非常显著。
2被动式太阳能采暖
最简单的被动式太阳能设计是那种之间获得式设计,即让阳光直接照射到建筑上并加热它。太阳光的热量储存在建筑物固有的蓄热体里,如混凝土、大理石地面或是石墙,都能储存并缓慢地释放热量。被动式太阳能采暖一个共同特征就是,朝南开一扇大窗,并采用保温性能好的建筑材料做墙体,且蓄热体一般置于这种好的保温材料做成的隔热墙之中。蓄热体一般指可以储存热量的集热体,多采用附属于隔热墙的形式存在于建筑物的墙体之间。隔热墙是由8到16英寸厚涂黑的石墙、热吸收材料、覆盖并距涂黑石墙3/4到6英寸距离的单层或双层玻璃。太阳光的热被储存在玻璃和黑材料之间的空气中,通过涂黑的石墙慢慢地传导到建筑物的内部。
3太阳能发电系统
家庭太阳能发电系统主要由逆变器、控制器、蓄电池组成,其光电转换率可达到19%-35%。逆变器是光伏发电系统的核心部件,负责把直流电转换为交流电以供交流负荷使用。控制器对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足负载需要时,控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后,控制器要控制蓄电池不被过充电。当蓄电池所储存的电能放完时,控制器要控制蓄电池不被过放电,保护蓄电池,同时并网市政供电系统,保证用户的正常用电。
4太阳能在制冷方面的开发和设计
目前,利用太阳能制冷空调不外有两种方法,一是先实现光-电转换,再以电力推动常规的压缩式制冷机制冷;二是进行光一热转换,以热能制冷。前者系统比较简单,但以目前的价格计算,其造价约为后者的3—4倍,因此国内外的太阳能空调系统至今仍以第二种为主,而后者又多采用吸收式太阳能制冷系统,一般来说吸收式制冷是液体气化制冷的一种,它和蒸汽压缩式制冷一样,是利用液态制冷剂在低压低温下气化已达到制冷的目的,所不同的是:蒸汽压缩式制冷是靠消耗机械功使热量从低温物体向高温物体转移;而吸收式制冷则靠消耗热能来完成这种非自发过程。并且吸收式太阳能制冷系统具有对热源温度要求低,可以在比较大的热源温度波动范围内工作的优点。该类系统的研究和利用得到了国际上极大的关注。其他例如太阳能喷射式制冷系统近几年也取得了广泛的关注。
5今后太阳能利用的发展前景
现在太阳能的利用已得到世界各国的普遍重视,太阳能的利用也到了一个新的发展阶段,这一阶段是加上太阳电池应用,为建筑物提供采暖、空调、照明和用电,完全能满足这些要求,称为“零能房屋”,并采用新的建筑一体化和模块化的设计从而实现太阳能技术和建筑艺术完美结合。这种一体化的设计思想是由美国太阳能协会创始人施蒂文、斯特朗20年前所倡导的,由于当时太阳能电池过于昂贵,无法实施。如今随着太阳能技术的不断进步和完善,其一体化思想的实现已成为可能。目前已经在我国建成经过了特殊设计太阳能建筑,该建筑是完全依赖太阳能提供热水、制冷、取暖、照明的“零能耗”的新型太阳能建筑示范楼。其建筑物耗热量指标小于10W/m2,建筑自身节能水平达到75%,考虑太阳能等可再生能源的利用,综合节能率超过了90%。建筑热工设计指标远高于国家节能50%标准并且达到欧洲现行最高的节能标准。从建筑使用中节约的能源费用角度去计算是具有明显效益的经济和社会效益的。由于采用了一体化和模块化的设计思想,使太阳能技术和建筑艺术取得了完美的结合。
参考文献:
1、《建筑节能》杨善勤,郎四维,涂逢祥编著.北京:中国建筑工业出版社,1999
2、《主动式太阳能建筑在西北地区的应用前景》赵敬源,郊永亮.西北建筑工程学院学报(自然科学版),2001,18(4):81-84
3、《太阳能在住宅中的应用》高芳藏.住宅科技,1989,2:33一35
4《我国太阳能建筑发展对策》陆维德.太阳能,1999,1:2一3
5、《新型太阳能吸附式制冷系统研究》李云苍,Eric,J.Hu等.新能源,2000,22(11):1一5,15
6、《新型太阳能连续型固体吸附制冷及供热复合机设计及性能模拟》张学军,王知竹.太阳能学报
7、《我国太阳能制冷空调研究与发展》李戬洪黄志成
1.1节能改造措施该大楼经过20多年的使用,存在办公环境差,外立面效果为脏、乱;存在结构、消防安全隐患;室内舒适性差,建筑能耗高;生产流线不合理;部分建筑设备及建筑构件老化及超过使用年限等问题。这次改造采用的技术主要有:遮阳、通风等被动式节能技术;外窗改造优先的围护结构改造技术;以人为本高能效的空调系统改造技术;高效节能的供水系统改造技术;切合实际的供配电和照明系统改造技术;光伏发电可再生能源利用系统;智能可控的空调集中系统及能耗监测系统。由于原来的屋面为架空预制钢筋砼隔热板,开裂老化严重,防水年限过期。外墙是钢筋混凝土框架结构+粘土多孔砖,外窗是铝合金框普通玻璃推拉窗,没有外遮阳措施,且气密性、水密性差。这次护结构节能改造,采用倒置式防水屋面进行防水层改造,采用40厚挤塑聚苯板敷设保温隔热层,进行了局部屋顶绿化,并增加太阳能光伏板。建筑外墙基本不变,减少南向带型窗面积,增设窗间墙。改动墙体部分采用自保温墙体蒸压加气混凝土砌块。南向窗台部分加胶粉聚苯颗粒保温砂浆增强内保温。减少南向外墙面积,控制窗墙比。南、北、东、西向外窗更换为普通铝合金框中空玻璃。结合建筑外立面增设外遮阳,沿街北、西、部分南向外墙立面增设固定翼型遮阳百叶,沿街东向外墙立面增设电动式固定翼型遮阳百叶。通风设计结合内装修平面调整,通过室内办公空间分隔和家具排列顺应和引导自然通风,合理组织通风线路。供配电方面重新对供配电容量、敷设电缆、供配电线路保护和保护电器的选择性配合等参数进行核算;低压配电室、层分配电箱尽量设在负荷中心;低压配电室设集中无功补偿和“电容器+电抗器”组合的无源滤波治理措施。结合屋面节能改造,安装总容量50KWp的屋顶太阳能光伏建筑一体化组件,供配电系统结合屋顶50KWp太阳能光伏发电进行配电。照明部分因为原有照明系传统照明灯具,采用电感整流器,无照明自控系统。现在选用发光效率高的光源、灯具效率高的灯具及能耗等级高的镇流器,如办公室均采用T5细管径荧光灯和格栅灯盘,选用能耗低的电子整流器;公共部位采用光控和时间控制等相结合的智能控制方式,根据照度、人员活动区域自动控制照明。另外办公区照明结合办公功能和自然采光,合理采用分区、分组、集中和分散方式来安排照明;采用一般照明和局部照明相结合;采用合理的灯具安装方式;在满足安装高度及美观需求前提下,尽可能降低灯具的安装高度。供水方面原来一层生活用水由市政管网直接供水,二层以上由合用水箱上行下给供水;埋地合用水池、合用水箱、镀锌钢管给水管材不能满足卫生需求;无水表计量装置。现利用市政压力直接供水的层数提至三层;四层以上由屋面生活水箱供水,并根据季节和用水状况采用市政压力之二组补水或加压泵补水;水箱改用不锈钢材质,给水管材改为卫生、综合造价低的管材;增加了水表计量装置;增设了水池、水箱超高水位报警功能;并增加了直饮水系统,为办公人员提供了健康、安全的饮水条件。空调原来是分体空调,无新风系统;室外机设置在临近外墙,显得比较凌乱。改造采用分区VRV+部分新风系统;VRV变冷媒新风机组采用高效能的变频一拖多空调系统,能效4.2以上;利用冷热交换机组,利用排风的余冷(热)量来预冷(热)室外新风;室外机组集中屋面,不影响外墙整体效果。另外还设置了相应的建筑智能化系统,建立和利用福建省能耗监测系统展示平台,对节能改造系统集成展示。
1.2节能改造后节能改造后,对各部门的房间格局进行了重新设计,集体办公区主要以大开间为主,并将分体式空调改造为中央空调。改造后各楼层北楼和南楼的年总能耗、人均能耗及单位面积能耗统计如表1.4、表1.5所示。分析计算改造后各楼层单位面积年能耗量如表1.6所示。为了更直观的对比改造前后各楼层单位面积年能耗量,以柱状图的形式表示如图1.1所示。
2数据及效益分析
该办公楼节能改造项目已于2013年完成,经数据对比、分析和计算,改造后建筑节能率可达到50.17%。其中,供水系统改造后,由于采用节水型卫生器具及减压控流等技术措施,每年可节水约为0.2万吨,节水率约为22.5%。供配电与照明系统改造后,同比预期每年可节省3.2万kWh电量,屋顶50kWp太阳能光伏发电系统每年可发电约4.5万kWh。暖通专业节能改造后,一方面因建筑围护改造,隔热保温性能提高,设备配置的负荷容量降低了8%左右,空调系统的运行费用降低,另一方面,大楼改造前空调采用分体空调,效率低下,设备的能效比仅为2.6~2.7kw/kw,采用能效高的VRV空调系统后,制冷COP值达4.2kw/kw,IPLV值为5.4kw/kw。核算改造前空调年耗电量约45万kWh,改造后空调年耗电量仅约为25万kWh,改造前后空调年耗电节省量约18.13万kWh。总计年节约的电能,按发电煤耗计算,共能节省65.3吨标煤,实现减排161.4吨CO2,削减4.9吨SO2等。由此可见,本办公建筑的节能改造措施是有效和可行的。特别是,本既有建筑节能改造,采用的技术和方案基本上都是常规技术,除增加屋顶50kWp太阳能光伏发电系统外,改造所花费的投资也是正常的需求投资,但采用这些技术的理念都是先进和最适宜的。改造取得了节能的效果外,外立面有了焕然一新的现代建筑风格,室内办公环境极大改善,舒适性提高,生产流线合理、建筑设备使用便捷、安全。
3能耗监测系统
改造前,该建筑物没有安装能耗监测和分析系统,所以各分项能耗和总能耗只能通过人工统计和估算得出,不仅费时费力,而且由于部门之间的差异和不同时段工作时间长短的不同,导致所得能耗统计数据与实际能耗有一定的偏差,准确性不高。改造后,该建筑物引进了能耗监测和分项计量系统,系统如图1.2所示。该系统分为现场监控层、通讯管理层和监控主站层。现场监控层由多功能电能仪表组成,分别就地安装在各自的配电箱上,并以现场总线形式接入通讯管理层,介质采用屏蔽双绞线,主要完成测量、电量参数等相关信号采集上传等功能;通讯管理层主要由通讯管理机组成,其主要任务是数据的处理、存放、调配,通信规约的转换,各个区间的通信衔接以及对本地系统状态的监视等;监控主站层由监控主机、UPS、数据服务器、WEB服务器,分项计量及能耗监测系统应用软件组成。监控主站层通过以太网与通讯管理层相连,实时采集现场监控层的监控数据,可完成包括能耗数据采集、能耗分项计量、能耗区域管理、能耗设备管理、能效数据分析评估、系统优化策略、节能潜力评估、能效信息和用户定制等若干系统功能。能耗监测平台能够简化人工抄表及统计的烦琐工序,只要各仪表根据标准接入采集网络,监控中心就能定时、定点地获取相关数据。通过在平台上简单的设置及操作即可对各建筑数据统一管理。而且数据采集设备采用的是系统开发商自主研发的控制代码,不需操作系统支持,不被网络病毒侵害,能够免受外界网络攻击。另外,要求采集设备能保证断电一定时间内数据不丢失,或通讯异常时,设备能保存重要数据,通讯恢复后向监控中心断点续传重要数据。
4结语
本建筑节能改造项目以人为本,以安全舒适、适用为前提,从实际出发,与使用功能相结合,采用当下最适宜的节能技术,具有较好的实施推广意义。通过建筑能耗监测系统不仅可以实现能耗数据远程传输功能,对既有监测建筑进行能耗动态监视,及时发现问题、完善用能管理;也可以通过对建筑实际用能状况的定量分析,以及同类建筑的能耗指标比较,评估和诊断建筑的能耗水平,充分挖掘被监测建筑的节能空间,提供有效的节能改造方案。
关键词:建筑节能设计;保温;围护结构
Abstract: nowadays the use of the plant is more and more common. Cold areas building more to consider the problem of energy consumption. This paper, from the thermal insulation design, roofing aspects of the design of steel structure plant design core issues to discuss, summarizes the key points of the design of the building energy saving, and puts forward some problems that should be paid attention to in the design and the suggestion, choose mainly from the process flow, energy conservation of the building design, technical and economic analysis to determine the comprehensive consideration.
Keywords: building energy saving design; Heat preservation; Palisade structure
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
引言:
我国是世界上第三能源生产和消费国,单位产值能耗名列世界前茅,表明我国经济效率能源利用率较低。我国建筑能耗目前每年已高达2亿吨左右标准煤,占全国总能耗量的1/4~1/3,是能耗大户。在节约能源中,建筑节能尤其值得关注。建筑节能不仅是为了减少能耗、提高经济效益的迫切需要,而且也是减轻大气环境污染、改善气候与生态环境、造福子孙后代的百年大计。
一、我国建筑能耗现状
建筑能耗主要包括建筑材料和建筑设备的生产用能、房屋建筑时施工用能、建筑物在使用期间的日常用能(采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等),房屋维修、拆除用能等四个方面,其中尤以日常使用能耗为最大。据国外分析,使用能耗与其他能耗之比一般为8:2~9:1,而采暖建筑大部份为9:1,其次是建筑生产能耗。所以在建筑节能中应以日常使用能耗为节能重点,而在使用能耗中则以采暖用能为主。据统计我国采暖地区约占国土60%,在全国城市民用建筑中采暖建筑占45%,而住宅建筑又占民用建筑中的70%,因此建筑的节能重点应是采暖能耗。特别是在工业生产中,厂房的节能设计及节能措施更加重要。
我国自八十年代才开始重视建筑节能,自八六年七月颁布“民用建筑节能设计标准”以来,在设计和实施过程中还没有引起足够重视,更缺乏监督,导致与国外差距拉大。譬如:我国建材工业能耗仅次于电力工业而居备工业中第二位,用于生产建筑钢材、水泥、砖瓦等各种建材的能耗,每年约1亿吨标准煤,占建材工业总能耗50%,随着经济发展、基建项目增加,这个比例还在扩大,而且单位能耗比发达国家高得多。因此,一方面要大力降低建材生产的单位能耗,另一方面要大力研制、开发低能耗的建材产品,以取代传统性粘土砖瓦的墙体材料,这已成为当前建筑节能中一个非常重要环节。
二、屋顶设计的问题
1、屋盖支撑。
规范第9.1.20条规定,屋盖支撑杆件宜用型钢,目前多数采用圆钢,甚至在8度地震区也有用圆钢的,必须引起高度重视由于人们对震害的感受不深,认为地震发生的概率很小,因此重视不够。作者建议8度地震区应用型钢截面,7度及7度以下视刚架跨度和荷载大小可考虑是否一律采用型钢。
2、钢结构厂房屋面设计的防水问题。
屋面防水设计涉及屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度等因素。屋面坡度,根据《屋面工程技术规范》的规定,屋面坡度最小为5%。但在实际工程中,一些外资钢构公司屋面坡度经常做到3%,甚至2%。考虑到同前国内钢构厂家技术力量、节点的处理、材料性能方面参差不齐,人们将屋面坡度控制在5%。在积雪较大的地区,坡度应适当增大。单坡屋面长
度,主要取决于工程所在区域的最大温差以及降雨所形成的最大水头的高度。根据收集的资料和工程设计经验,单坡屋面长度宜控制在70m以内,若超过70m,需做专题研究、特殊处理。哈尔滨地处严寒地区.冬季气温低,堆积的冰雪反复冻融,容易对普通钢屋面造成破坏,尤其是天沟处,造成渗漏,根据以往的经验,内天沟尚无成功的实例,故确定设计方案全部采用外天沟。另外哈尔滨冬季雪大,在高低跨处宜积很高的雪,威胁厂房安全,故确定设计方案采用一个屋脊双坡屋面。
3、提高屋顶的热工性能
屋顶构造设计应综合考虑防火、防水、保温、隔热措施,提高保温材料厚度,选择优质的保温材料。提高或改善屋面热工性能在北方着重是保温,在南方着重是隔热,因此要选择容量轻、吸水率、含水率较低的高效保温材料,如聚苯乙烯板,岩棉等。常见屋顶做法:
1)平屋顶,在北方较多应用,保温材料采用加气混凝土(50。100mm),已逐步推行岩棉制块、聚苯板等。
2)尖屋顶,在南方应用广泛,在顶内铺设轻质保温材料(玻璃棉、聚酯板),也可在天棚上铺设轻质保温材料。尖屋顶做法在西欧或发达国家很广泛。
三、提高围护结构的热阻
1、厂房围护结构存在的不足
建筑热工设计不仅应满足建筑热工和卫生要求,而且要立足于能源经济学的观点。现在一般厂房所用的围护结构的热阻仅仅是考虑了建筑热工和卫生的要求,即满足内表面和材料内部不结露,而很少考虑能源消耗的因素。欧美各国的研究分析认为:隔热保温是建筑节能最有效的途径并把改善建筑保温性能当作建筑节能的首要任务。许多国家制定了建筑节能法规。现在,我国厂房外墙外窗的综合传热系数一般在2.O~3.0W/m℃之间,超过美国节能控制标准的22%~52%;屋顶的综合传热系数一般在1.05~1.396w/m℃之间,超过美国节能标准50%~100%。美国建筑节能法要求采暖房屋的护结构必须采用导热系数小于0.233w/m℃的保温材料,对导热系数O.814w/m℃的砖砌体不视为保温材料。西北建筑设计院通过对北京和哈尔滨采暖耗能与造价之间的分析,得出两地采暖砖混建筑的外墙最佳保温厚度分别为2砖和3砖,但从墙体结构受力和室内有效面积等角度考虑是不合适的。我们应从设计上改变过去的传统和习惯,从建筑节能和能源经济学的角度出发,适当增加主厂房围护结构保温厚度或采用新型的高性能保温材料,以提高主厂房围护结构保温性能。
2、一般的解决措施
(一)尽量减少外门数量,缩小外门尺寸。有的工程中,工艺专业仅根据本专根据本专业的需要提出所需外门的数量和尺寸,建筑专业应对此逐一落实,是否需要这么多,这样大,尽量压缩。门洞留大了,热风幕吹风作用范围达不到封堵冷风的作用。在较寒冷的地区,这一条十分重要,设计人员一定要充分考虑到气候因素的影响,绝不应把东北地区与江南地区等同对待。
(二)凡有外门必设门斗,必加装热风幕。经验表明,凡这样处理的外门,保温效果根好,门斗加装热风幕,可在门斗区域造成一个缓冲空间,有利于减少室外渗入的冷风。地处严寒地区的某电厂主厂房主入口,就是做了上述处理,实际运行中,保温效果很明显。
(三)注意门型的选择。选用的主厂房外门一定要密闭性好,关闭可靠、结实。较大的外门上要特设供人通行的小门。据了解,目前电厂主厂房常用的大门的保温密闭效果都不太理想,急需设计一种新型的主厂房外大门。
(四)注意外门的位置。外门尽量避免放在当地冬季主导风向的位置,也要尽量避开当地寒潮来临时主导风向的方向。显然,在设计主厂房外门时,多做些工作,多动动脑筋,会收到十分明显而可靠的节能效果,可谓事半功倍。
结束语:
节能是我国的一项基本国策,建立节约型社会是我们的目标。作为耗能大户的工业厂房,节能工作任重而道远。厂房建筑节能可采取以下措施:1、充分利用设备散热量,从节能角度看,锅炉不应露天布置,应把锅炉放在厂房内,以回收锅炉设备的散热量。2、锅炉送风机室内吸风量应根据室外温度进行调节,以回收余热。尤其是在夏季,送风机应在室内吸风。3、提高围护结构保温性能,限制外墙综合传热系数在1.60~1.80w/m℃之间。4、减小窗墙之比,建议主厂房窗墙之比值控制在10%~20%之间。5、为减少冬季冷风渗透量,应改进大门结构、形式,设置门斗,凡有外门处均应设置热风幕。
参考文献:
[1]王小华.陈侨建筑设计与节能措施[期刊论文]-科技信息2008(24)
[2]胡伟民 建筑设计与节能浅论[期刊论文]-中国高新技术企业2008(10)
[3]陈明 对绿色建筑设计与节能技术探讨[期刊论文]-城市建设与商业网点2009(21)
[4]李先林 浅析提升我国绿色建筑经济效益的策略分析[期刊论文]-科技资讯2011(3)
[5]陈晓育.夏云中国乡土建筑绿色之途[会议论文]-2008
1.1好的功能划分立足引入自然环境的设计观念,提高室内舒适度,设计师应多引入人性化、自然化的观念和手法,分析不同地域环境、不同建筑空间特点,最大限度利用当地的自然条件,节约资源,创造自然宜人的舒适空间环境。
首先,分析居室所处的外部环境,如果有良好的外部环境,那么我们应该设法借用。其次,分析居室的内部结构,包括空间部分组成,划分动静,公共、私密空间。要尽可能保留建筑的原来结构,少做隔墙、隔断。保证每个空间都有本论文由整理提供良好的通风采光。如果一定要通过隔墙、隔断来表达设计效果、设计理念,则要尽可能把握不影响通风采光这样一个原则,否则的话,必然导致采用其他人工方式照明,增加能耗。另外,在室内设计过程中,要注重硬装修设计,尽可能简约。当然,简约并不是简单,它要求设计师要有专业的设计技能,熟练地运用设计技巧和装修材料来提升业主居室的装修品位,营造良好的居家氛围,同时最大限度地减少材料的浪费。实际上硬装的复杂“满做”并不等于豪华,天花、吊顶、墙饰等过于繁杂的设计,即使居室显得压抑沉闷,也浪费材料。节约是我们现代社会所提倡的。
1.2良好的光环境就人类视觉来说,没有光就没有一切。在室内设计中,光不仅是为满足人们视觉功能的需要,而且是一个重要的美学因素。光可以形成空间或者破坏空间,它直接影响到人对物体大小、形状、质地和色彩的感知。一个好的室内设计方案很多时候需要靠灯光来营造良好的氛围。但是在效果和节能之间我们应该做好取舍。当然能达到一种平衡是最佳的状态。比如:在室内划分动静两个区域,动———客人来时及会餐时要把大多数光源打开;静本论文由整理提供———看电视或聊天时,在沙发顶上或背后设计几盏装饰性很强的造型灯(用节能灯),此时打开,自然就有另一种“静”的氛围,如此一来既能达到豪宅的效果又能满足节能方案。
1.3好的色彩视觉效果人对环境的感受一方面是生理上的,另一方面是心理上的。如何保证达到真正的“节能”,这与专业的设计密不可分。室内设计中大面积色彩的使JournalofAnyangInstituteofTechnology2009年用对人的心理影响很大,因此,我们要把握好室内设计中色彩的设计[1]。
在进行室内色彩设计时,应首先了解和色彩有密切联系的以下几个问题:空间的大小形式,空间的方位。不同方位在自然光线作用下的本论文由整理提供色彩是不同的,冷暖感也有差别,因此,可利用色彩来进行调整,减少因为光线不足而长时间采用人工照明而减少节能。另外,因为色彩的冷暖感可以从心理上给人降温增温,从而可以将空调温度调高一些,或者将暖气开小一些。从而达到节能的目的。同时在室内设计过程中,可以随季节的变化而更换室内的一些软装饰,也可以达到同样的目的。
2节能从材料入手在可能的情况下,我们尽可能选择装饰材料后场制作,然后现场安装。据统计占整个装修成本60%左右的装饰材料,在现场装修时损耗率常在10%左右,但是如果采取“后场制作,现场安装”,可将材料的损耗降低2%~3%。在厨房的装修过程中,厨房的橱柜,可把后备板省略,后面直接就是瓷砖。除了节约材料外,后备板也有味且易生虫,受潮就很难处理。地板下铺活性炭:新居客厅铺的复合地板,很多人会在复合地板下面铺大芯板,现在可以铺一种叫铺垫宝的东西,加上活性碳,隔凉又隔潮而且不用黏合剂。减少建筑陶瓷使用量:家庭装修时使用陶瓷能使住宅更美观,不过,浪费也就此产生。部分家庭甚至存在奢侈装修的现象;本论文由整理提供另外尽可能使用轻钢龙骨、石膏板等轻质隔墙材料、塑钢门窗、节能灯等节能材料,尽量少用黏土实心砖、铝合金门窗等。
3节能本论文由整理提供需要技术的支持建筑的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的30%,其中最主要的是采暖和空调,占到20%[2]。
而要解决采暖和空调能耗做好的办法就是保温、增效、降耗。
3.1窗户“保温”性要强装修节能重点要做好室内保温。要特别注意选用符合所在地区标准的节能门窗,使气密、水密、隔声、保温、隔热等主要物理指标达到规定要求。使用中空玻璃塑钢窗;西向窗户最好安装可调控的外遮阳装置,并选择隔热保暖效果好的窗帘;不随意在墙面开槽,以免破坏原有墙面的内保温层;阳台与内室连通时要在阳台的墙面加装保温层。
入户门可在门腔内填本论文由整理提供充玻璃棉或矿棉等防火保温材料,安装密闭效果好的防盗门,在外门窗口加装密封条。使用建筑玻璃隔热膜:当今的建筑物比以往越来越多地采用玻璃。流行的大开间、高顶以及大面积使用玻璃已成为人们优先选择的规范。但是玻璃窗在浪费能源方面却是臭名昭著:玻璃反射产生眩光,玻璃能导致热量聚集致使能耗增加,而建筑玻璃隔热膜一层膜相当于24cm砖墙,隔挡高达79%的热量,高隔热节能,降低空调费用,保持室内冬暖夏凉。另外还有一种具有节能环保功效的低辐射镀膜玻璃,在发达国家已被广泛应用。欧美发达国家甚至通过立法要求必须或鼓励使用低辐射镀膜玻璃,其用量的大幅度上升,获得了巨大的节能效益。我们也应该在这方面引起重视。
3.2暖气管“热”到好处家里的暖气管道,在装修改造时,一定要认真进行整体规划,有的地方完全可以不必保留暖气片。市场上有一种精确智能控制室内温度的温控阀。它可以感知室内自由热量(人体散发的热量)根据设定温度计算定内所需热量调节散热器达到舒适目的,并且可以设定一周温度模式。比如白天家里没人可心设定8度,下本论文由整理提供班人回家前30分钟能将定温调至18度。
另外可将客厅设定22度,卧室16度,而卫生间可更高一些,洗澡时更舒服。通过这样的方式能更好的利用分户计量,真正达到节能、经济、舒适的目的。另外,暖气片作为采暖主要来源,对其进行装修时,宜少包饰,最大限度地发挥其散热性。很多的设计师在设计暖气片包饰时,通常的做法是将上边用板材封闭,只留出正面的部分,或花饰,或百叶,或其他形式。这往往忽略了一个问题,那就是冷热气流的方向问题,我们应该将暖气片上边也应该留空,供气流上下很好的循环,提高室内气温,减小能耗。
3.3提高建筑物的保温性能提高建筑物的保温性能将会达到很好的节能效果。计算表明,对于一间不采暖的房间从周围房间获取传热量可维持12~14℃室温,其他用户有近1/4~1/5的热量传给了该房间,其他用户将多支付这部分热费,很不合理。所以有必要增强户间建筑结构的隔热性能[3]。作为顶层住宅,我们同时还要考虑屋面给室内本论文由整理提供造成的能源消耗,除做好屋顶保温隔热工作之外,可以大力推广屋顶花园,一方面节约能源,另外一方面,可以解决城市绿地面积不足的问题。
没有屋顶绿化覆盖的平屋顶,夏季由于太阳的直接照射,屋面温度比气温高许多,不同颜色和材料的屋顶温度升高幅度不一样,最高的可达到80度以上。
而经过绿化的屋顶上,夏季绿化较好的屋顶,其种植层下屋顶表面温度仅仅20~25度左右,有效阻止了屋表面温度的升高从而降低了屋顶下室内温度。如果屋顶是地毯式草坪,墙壁是爬满凌霄,常春藤和爬山虎的,那么在夏季室内温度可下降2~4度,可节约空调耗电量的20%~40%。相反,在冬季,地毯式植物组成的“毛毯”层对屋顶起到保温的作用,平均气温要高2~4度[4]。
3.4大力推广太阳能的使用新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永本论文由整理提供不衰竭的新能源。在新世纪中,各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。太阳能具有普遍性、永久性、无污染性、安全可靠性。而且太阳能与建筑一体化是未来建筑的发展趋势。
4节能需要提高人的意识生活水平的提高,推动着家庭用能的升级。一个普通的城市家庭在用电,用水,用气等都有大幅度增长。
家庭能源开销也水涨船高,因此,无论是从自己的角度还是从国家的节能要求来讲,我们都应该树立强的节能意识。
4.1家庭照明改用节能灯以高品质节能灯代替白炽灯,不仅减少耗电,还能提高照明效果。以11瓦节能灯代替60瓦白炽灯,每天照明4小时计算,1支节能灯1年可节电约71.5度,相应减排二氧化碳68.6千克。按照全国每年更换1亿本论文由整理提供支白炽灯的保守估计,可节电71.5亿度,减排二氧化碳686万吨。
4.2在家随手关灯养成在家随手关灯的好习惯,每户每年可节电约4.9度,相应减排二氧化碳4.7千克。如果全国3.9亿户家庭本论文由整理提供
都能做到,那么每年可节电约19.6亿度,减排二氧化碳188万吨。与此同时,除了有节约用电的意识,还包括节约用水等涉及到生活方方面面的活动。除上所列举的有关住宅室内设计过程中的节能方法之外,还有诸如生态建筑技术体系,导光产品,可调节的自动照明技术等节能方式。都有待大家一一去认识和接受[5]。
5结论节能问题是我国“十一五”规划中重点目标之一,而建筑节能是重中之重。关于住宅室内设计中的节能问题,还没有引起大家的广泛关注和足够重视,国家法律不够完善,尤其是对普通民众,没有很强的约束机制。希本论文由整理提供望政府能在这方面做出努力,健全节能法律措施。
参考文献:
[1]季翔,陈志东.苏北地区住宅建筑节能与室内设计研究[J].工业建筑,2003(9):26-28.
[2]王超,周冰,徐兰兰.浅析建筑及室内设计中节能技术的应用[J].山西建筑,2008,34(7):249-250.
[3]夏大明,王峰.住宅建筑节能与室内设计研究[J].江苏建筑,2005,3(101):17-18.
[4]张仲军,李丹.浅议屋顶花园设计[J].广西质量监督导报,2007(6):60-61.
【关键词】 太阳能表皮光热光电采光遮阳
中图分类号:TK511 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
(一)概况
建筑高耗能问题已成为世界通病,全球能源调查报告显示,每年的建筑能耗约占总能耗的30% ~40%。我国情况更为严重,建筑能耗约占社会总能耗的31%,单位建筑能耗是发达国家的3倍。针对建筑能耗过高的问题,欧美国家不断深化与自然和谐共存的可持续发展的概念理念和技术,推广环保节能概念,利用清洁能源--太阳能与建筑结合的设计水平日益成熟。
我国自上世纪80年代起,各种节能政策和管理条例鼓励和督促建筑师转变思路,尝试环保节能建筑的设计,自本世纪以来不同类型竞赛与示范性建筑纷纷亮相,显示我国对太阳能与建筑一体化的重视程度,同时也表明太阳能建筑已逐渐成为当今建筑界的一个重要潮流之一(图1 )。
(二)问题
目前在我国,建筑与太阳能系统的结合仍然普遍存在以下问题:
1、利用形式单一。国内利用太阳能的主要方式是太阳能热水器, 1999年,全世界的太阳能热水器面积达5400万平方米,我国则高达到400万平方米,居全球之首。2008年全球太阳能光伏系统装机总量已累计达15GW,而国内光伏系统的累计装机容量仅为10万千瓦(100MW)。
2、安装使用粗放。太阳能热水器安装缺乏统一规划:规格各异、位置参差不齐、管道布置零乱;施工困难,太阳能装置易破坏屋顶防水层,无预设管道,管线长期暴露;建筑的防水、防雷、防风、承重方面造成安全隐患。
3、设计缺乏考虑。建筑师对于太阳能利用技术与建筑本身相互结合欠缺考虑。建筑外观处于杂乱无章的无序状态,形成视觉污染。
二、建筑表皮与新能源结合
太阳能与建筑一体化是建筑节能的重要途径,也是科技水平的综合运用。它是将太阳能利用技术与先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合,调整建筑耗能比例结构、提高太阳能保证率,为建筑提供采暖、制冷和热水,营建低能耗、高舒适性的使用环境。
(一)光电系统与表皮结合
主动式太阳能建筑往往由于建筑师设计与施工方安装不同步不协调而显得相互间格格不入。“一体化设计,统一施工”就是建筑方案设计之初,将光伏电池系统作为美学一部分纳入设计思路中,并做到从技术层面使之可行、可用,从艺术方面可观、可赏(图2 )。
光伏电池的物理特性为隔热保温,防水防潮,可作为玻璃幕墙成为建筑表皮的一部分;当光伏电池位于屋顶与墙壁等护结构时,彩色光模块与造型光模块可以成为屋面或墙体的构成材料,不仅节约外装,同时使建筑外观更具魅力。
(二)光热系统与表皮结合
国家《可再生能源中长期发展规划》要求,将太阳能热利用作为可再生能源发展的重点领域。大幅度提高太阳能供热系统能力,不仅提供热水,还可为家用采暖系统提供热力辅助,将太阳能与建筑的结合推向更深的层次。预计到2020年,太阳能热水器总集热面积将达到3亿平方米,可替代约5000万吨标准煤,总产值会超过3000亿元。
辐射板技术建筑一体化 图3辐射板技术与建筑表皮融为一体
在建筑的墙面和屋顶上安装具有选择性吸收涂层的辐射板,提高建筑护结构的保温隔热性能,利用太阳能、空气源和低温太空源,通过显热储存系统短期调节自然条件对系统性能的影响,建立超低能耗的可再生能源综合利用建筑,既可降低建筑所需能耗,又可减少对大气和环境的污染。辐射板系统可以满足建筑的外观材质与颜色的需要,管道藏于墙内,可替代暖气与空调,做到与建筑表皮融为一体(图3)。
2、结构与构件蓄热
为了贮存热量,把建筑物的围护结构里皮,装以蓄热材料,作成“特隆布墙”,将蓄热体直接设置在南面窗户的后面,当蓄热体吸收太阳辐射,加热后能再通过辐射和对流方式加热房间内部空气。
新型建筑外墙双层中空玻璃可以同时起到太阳热水器的作用,玻璃40%的面积是透明的,余下部分被盘旋状的可以通水的铜管以及银反射管所覆盖,覆盖物位于玻璃内层双层中空玻璃可以吸收太阳能,并把水加热,对于一个大楼来说,仅仅利用外墙玻璃就能把热水问题解决,每年可节省大量的电力和煤气。
(三)采光遮阳与表皮结合
据统计,建筑的空调系统与公共建筑的照明耗费的能源数据相当惊人。国内建筑由于文化传统考虑自然通风与采光,但国外一直以来崇尚机械通风采光。在节能为首的基础上,越来越多建筑师通过不同的采光与遮阳手段展现建筑的魅力。
1、导光系统与表皮结合
通过外部构件的设置,使得外部光线合理的引入内部空间,避免强光,同时也为背光侧引入太阳光。(图4)这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶”的现象,在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性,降低建筑内热能或冷能的流失,减少建筑的整体能耗。
遮阳系统与窗结合(图5) 图5 遮阳系统 不仅可以调节室内光
线的强度,更可以创造出令人震撼的建筑
表皮效果。
在室外或室内甚至双层体系中增加可调遮光百叶或安装倾斜角度可控的钢制遮阳板。此类建筑的前期投入并不比普通建筑高很多,但在长期运营过程中,却能取得很好的节能效益。
三、结语
国内利用太阳能方兴未艾,在已颁发的《可再生能源法》中明确规定:国家鼓励单位、个人安装和使用太阳能热水系统、供热采暖和制冷系统、光伏发电系统等设施,太阳能成为了最佳的替代性能源。如果太阳能系统中各种色彩和肌理的组件,也可以取代和节约昂贵的外饰材料(如玻璃幕墙等),使建筑物的外观统一协调,增加建筑美感。建筑与太阳能结合一举多得,建筑的表皮同样可以用蕴含的能量巨大的太阳能设施。不同学科对此问题思考的越多,对社会的贡献越大。
【参考文献】
[1]宣晓东.太阳能光伏技术与建筑一体化应用初探[D]..合肥工业大学硕士学位论文,2007.4
[2]艾明星.变相储能材料的研究[D].河北工业大学硕士学位论文,2003.3
[3]张扬.建筑遮阳设计研究[D] .同济大学硕士学位论文,2006.2,
[4]李齐颖.建筑中综合应用太阳能系列研究[D] .中国建筑设计研究院硕士学位论 文,2005.12,
【关键词】 民用建筑;结构节能;原理;措施
中图分类号: TE08 文献标识码: A
0 引言
随着我国经济及社会的发展,能源消耗消耗量急剧增加,能源危机迫在眉睫。我们亟需要开拓一条节能减排的绿色化道路,而民用建筑作为一种主要的建筑类型,其节能潜力巨大。基于此,笔者结合自己学习及工作的经历和经验,在相关理论的支撑下,对我国民用建筑结构节能原理及措施进行了较为系统的研究。
1 建筑节能概述
建筑节能是指通过建筑材料的合理选择、施工过程的有效控制、建筑使用过程中的资源消耗的整体控制,达到提高建筑性能及能源利用率的目标。一般来说,建筑节能主要通过建筑采暖、空调、照明、热水供应等方面的优化设计来达到节能的目的[1]。由此可以看出建筑节能所涉及的范围及内容比较广泛,几乎涵盖了从建筑设计开始,到建筑施工、使用的整个过程。所以说建筑节能是一项系统的工程。同时,建筑节能工程对于技术的要求很高。几乎所有的节能目标的实现都要用技术做支撑。比如围护结构的保温隔热技术、太阳能与建筑一体化技术、建筑遮阳技术等都是建筑节能的重要技术,另外还包括一些近年来比较受关注的照明节能技术、新型供冷供热技术等。这些技术决定着建筑节能的效果,因此在建筑规划设计之前,就要将建筑的节能与建筑本身的规划、设计、施工、监理等过程的管理紧密的联系起来,使之成为一个不可分割的整体。只有从系统的角度,站在战略的高度上,才能有效地实现建筑节能工程。
2 民用建筑结构节能的相关原理
对于民用建筑节能工程来说涉及到的相关原理,最重要的就是与节能技术相关的一些原理。一般来说,建筑物的能耗是由建筑本身的围护结构决定的,围护结构的冷风渗透和热传导共同造成了建筑物的能耗,所以要节能的话,也应该从这两方面着手。对于民用建筑来说,其围护结构主要是指墙体、屋面、窗户(玻璃幕墙)、外遮阳设施等[2]。这些结构最为主要的功能及作用就是防热御寒,保证建筑空间内不暴露在外部环境中,这样建筑在受到一定遮护的情况下,可以减少外部环境对室内环境的影响,可以形成一个相对舒适的空间。虽然,屋内温度及环境受到外部的影响,而且冬季与夏季的屋内外的热流方向截然相反。但是,都要求房屋的护结构具有一定的绝热性能,这样才能保证流出或流入的热量相对减少。由此可以看出建筑的护结构直接影响民用建筑的能耗。因此,对于民用建筑物来说,节能的主要途径包括墙、门、窗、顶等围护结构的节能。通过对围护结构的优化设计,减少建筑的能量损耗及消散,使房屋整体达到保温、隔热、透光、通风等要求,以满足节能的需求,达到最佳的节能效果。
3 民用建筑结构节能的相关措施
通过上面的分析可以看出,民用建筑的结构节能对于实现我国可持续发展战略及节能减排措施具有一定的促进作用。具体来说,笔者结合我国的发展实际,对我国民用建筑结构节能,提出几下几条改进措施。第一,建筑墙体的节能措施。可以在建筑的外墙部分建筑一个保温层,以增强外墙的保温效果。值得强调的是这种保温层,一定要经受得起撞击,如果受不起撞击的话,不仅保温效果会受到很大的影响,而且会增加使用的风险性,影响整个建筑的美观。同时,要尽量做好保温层与墙体之间的固定[3]。一般来说,实际建设的过程中,主要通过贴保温板、粉刷石膏、聚苯颗粒胶粉等方法,实现墙体的保温。第二,建筑门窗的节能措施。门窗是建筑与外界环境融为一体的主要连接。所以,门窗的节能设计对于整个建筑来说,影响也是非常大的。比如说,门窗的位置与方向、窗户的设计、玻璃的选择等,都是影响门窗获得太阳能的主要因素。另外,影响门窗热损失的因素还包括辐射、对流、空气渗漏等。所以,在选择门窗设计及安装的时候,要合理选用原片玻璃及隔热性能好的窗框材料。第三,建筑屋顶的节能措施。建筑屋顶的取材是决定其节能性能的关键因素。一般来说,要根据当地的环境气候及地理条件来综合确定。一般来说,屋顶的保温层不应该选用一些导热系数较高的保温材料,因为这种材料,虽然能够有效地防止热量的传递,但是吸水性能比较好。所以,会严重地影响材料本身的保温性能。所以,屋面应该铺设绝热材料或者采用倒置式屋面做法,也可以采采用植被屋面。第四,建筑楼板及遮阳设施的节能措施。一般来说,与外部环境接触的楼板主要包括挑板、过街楼等,如果不进行保温的话,会照成冷桥。至于遮阳设施,主要是窗、玻璃幕墙的配套设施,这些实施虽然表面上对建筑保温效果的提高,效果不明显。但是,对于调节日照、节省能源具有十分重要的作用。
4 结语
通过论文的研究可以看出,民用建筑结构节能不仅能够达到建筑节能的目的,还可以增加建筑整体的美观效果。所以,在民用建筑设计、建设与使用的过程中,要从建筑结构的角度,增强建筑的节能效果。最后,希望论文的研究为相关的工作者及研究人员提供一定的借鉴与参考价值,也为我国民用建筑结构节能的设计及运用做出一定的贡献。
【参考文献】
[1] 褚良银,陈文梅,李晓钟,刘培坤. 水力旋流器能耗机制与节能原理研究 Ⅴ.流场结构与能量耗损[J]. 化工机械,2009,06:8-12.
[2] 汪慧,张立亚,马桐年. 解读《天津市民用建筑围护结构节能检测技术规程》[J]. 天津建设科技,2011,03:11-12.
[3] 褚良银,陈文梅,李晓钟,刘培坤. 水力旋流器能耗机制与节能原理研究 Ⅵ.低能耗旋流器压力场结构及能耗降减原理[J]. 化工机械,2010,01:7-11.