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【摘 要】:建筑是用能大户,建筑节能是发展建筑业的需要。建筑耗能主要是指房屋采暖与照明、冰箱、电视机、空调、炊事及热水供应等一次性消耗能源。近年来房屋节能的重要性逐步受到建筑师的重视,如何在房屋建筑设计中,更好地利用自然能源,提高住宅建筑中能源利用效率,则是建筑师需要探讨的课题。
房屋建筑;能源利用;节能设计;
前言
目前,建筑耗能已成为我国耗能大户,且呈逐年攀升之势。建设部统计数字显示, 全国现有房屋近400亿m2属于高耗能建筑,每年新建房屋面积16亿m2～20亿m2 ,其中95 %以上是高耗能建筑。2000年,我国建筑年消耗商品能源共计3.76 亿t 标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6 % ,目前已上升到35 % ,超过工业和交通业成为首位,所以促进建筑技术的进步和建筑节能产业的发展已经势在必行。
因为建筑节能的迫切要求, 在进行房屋设计时一定要把建筑节能设计作为重要的一个环节。
1 贯彻节能建筑的设计原则
这里所指的“地”主要是指建筑物所在地的气候待征。各地区的节能建筑, 必须适应本地区的气候特征, 既不能照搬严寒地区的建筑型式, 也不能照搬夏热冬暖及海洋性气候地区的建筑型式, 更不能照搬四季如春的温和气候地区的建筑型式,一般说来设计时应遵循以下原则:
1.1 建筑物尽量采用南北朝向布置。否则, 须加强建筑围护结构的保温隔热性能而需增大建筑成本。
1.2 建筑群之间和建筑物室内, 夏季要有良好的自然通风,建筑群不应采用周边式布局型式。低层建筑应置于夏季主导风向的迎风面; 多层建筑置于中间; 高层建筑布置在最后面, 否则, 高层建筑的底层应局部架空并组织好建筑群间的自然通风。
1.3 按相关设计标准的规定, 尽量加大建筑物之间的间距, 尽量减少建筑群间的硬化地面, 推广植草砖地面, 提高绿地率, 加强由落叶乔木、常绿灌木及地面植被组成的空间立体绿化体系, 以便由树冠和地面植被阻档、吸收大部分的太阳直射辐射, 减小地面对建筑物的反射辐射, 降低区域的夏季环境温度,减轻区域的热岛现象。
1.4 应控制建筑物的体形系数不超过节能设计标准的规定。即尽量减少外墙的凸凹面和架a空楼板,不应设置外墙洞口处无窗户的凸(飘) 窗, 坡屋顶宜设置结构平顶棚或降低坡度,应采用封闭式楼梯间等。当体形系数超过标准的规定时,应加强围护结构的热工性能,计算建筑物的采暖空调能耗并不得超过标准的规定。
1.5 不应设置大窗户, 窗户大小以满足采光要求为限。门窗玻璃应采用普通透明玻璃或淡色低辐射镀膜玻璃的中空玻璃, 居住建筑和办公建筑不应采用可见光透光率低的深色镀膜玻璃或着色玻璃。门窗型材应采用塑料型材、断热彩钢及断热铝合金型材, 不得采用非断热铝合金及彩钢型材。还要求外门外窗具有良好的气密性、水密性、不小于30分贝的隔声性能和不小于2.5kPa 的抗风压性能。
1.6 屋顶和外墙既要保温又要隔热, 其保温隔热性能应符合建筑节能设计标准的规定,还要防止保温层渗水、内部结露和发霉。屋顶和外墙,不能采用单一的轻质材料和空心砌块材料(保温好,隔热很差) ,最适合采用厚实材料加轻质材料的复合构造做法。
1.7 屋顶和外墙的外表面, 宜采用浅色饰面层, 不宜采用黑色、深绿、深红等深色饰面层, 否则应加大屋顶和外墙保温隔热层的厚度, 计算其夏季的内表面计算温度不超过36.9℃,宜低于35℃。
1.8 加强分户墙和楼地面的保温性能, 使其符合建筑节能设计标准的规定。居室及办公室楼地面面层的吸热指数还应符合民用建筑热工设计规范的规定。
1.9 设有集中采暖、空调的节能建筑,应选用高效、低能耗的设备与系统,不得采用直接电热式采暖设备和装置,应设置分室温度控制装置, 住宅建筑必须设置分户热(冷) 量计量设施。除上述9点之外,节能建筑还应具备设计规范所要求的隔声性能等适用性能、安全性能、耐久性能和环境性能。
2 贯彻超前性外围护结构热工设计原则
现行建筑节能设计标准对建筑外围护结构热工性能的规定性指标,水平较低,仅仅是实现现阶段节能50%目标的需要, 距离舒适性建筑的要求甚远, 与发达国家的差距很大。建筑围护结构指建筑物及房间各面的围挡物, 如墙体、门窗、屋顶、地面等。其中直接与外界空气环境接触的围护结构称为外围护结构,如外墙、外窗、屋顶等;反之即为内围护结构,如内墙、楼地面等。
降低采暖和空调能耗的前提是满足居民的居住舒适度的要求,主要措施就是尽量保持室内的温度、减少室内热量或冷量通过围护结构散失, 所以提高建筑围护结构保温隔热性能是建筑节能工作的重要措施。建筑围护结构保温隔热性能是由组成围护结构的各部分材料性能所决定的, 材料的保温隔热性能通常用传热系数K来衡量, 传热系数越大,则表明材料传热的能力越强,那么保温隔热的效果就越差。提高建筑围护结构保温隔热性能就是要尽量降低围护结构各个部分的传热系数。从技术层面来看,通过合理的设计, 采取以下措施, 可有效的提高建筑物的保温隔热性能,降低能耗。
2.1应尽量减小建筑物的体形系数。体形系数是建筑物的表面积和体积之比。它的大小实际上反映了建筑物表面积的大小。我们对两栋体形系数分别为0.349和0.293 的同类型建筑的能耗量进行计算分析可知: 体形系数大的建筑物能耗量高13.8 %～15.5 %。以上对比结果表面,体形系数越大, 表明同等体积的房间, 表面积越大, 那么建筑物能量损失的途径就越多; 同时体形系数越小, 意味着建筑物外墙、外窗的面积较小,造价相对较低。因此,建筑设计应尽量减小建筑物的体形系数。
2.2 外门窗负担了建筑物主要的采光、通风的功能,选择适当的窗墙面积比、采用传热系数小的窗户、解决好东西向外窗的外遮阳问题,是提高外窗保温隔热性能的重要途径。
由于窗户的传热系数(4.7 W/ (m2·K)～2. 5 W/ (m2·K) )成倍大于外墙的传热系数(1.5 W/ (m2·K)～1.0 W/(m2·K) ) ,从建筑节能这个层面考虑,合适的窗墙面积比应该以满足室内采光需要(即住宅设计规范所要求的窗地面积比值) 为限。在经济条件许可的情况下,应采用中空玻璃塑料窗或采用断热桥的铝合金中空窗。对体形系数超标较多的别墅建筑,采用低传热系数的窗户则是必须的。
另外,节能建筑不宜设置凸窗和转角窗。其一、增大了建筑物的表面积,即增大了建筑物的体形系数(因凸窗和转角窗凸出外墙面的空气空间已与室内空气连通, 通过空气对流传热使二者融为一体, 故凸出空间已成为室内的一部分) , 从而增大了建筑能耗; 其二、增大了窗墙面积比, 即增大了建筑能耗; 其三、夏季暑天因日照时间较长, 阳光可以从多方向进入室内,不但增大空调能耗,还会降低室内舒适度; 其四、窗顶板和窗台板直接与室外空气接触, 等同于外墙, 但要达到外墙的保温隔热性能很难实施; 其五、增大了工程造价。
2.3 尽量减小屋面和外墙的传热系数, 增强屋面和外墙的保温隔热性能。标准所规定的围护结构传热系数的限值,只是建筑节能现阶段的目标值。随着经济的发展和社会的进步,建筑节能设计标准将分阶段进行修改,围护结构传热系数的限值也会逐步要求降低。由于建筑的设计使用周期为50年,几十年后再来对既有建筑进行节能改造是很困难的,特别是高层建筑。因此,对标准较高的住宅,特别是高层住宅, 其围护结构的传热系数宜适当低于标准所规定的限值,即贯彻建筑节能的超前性原则。另外,利用攀藤植被或落叶乔木对外墙予以遮阳(仅适用于低层或多层建筑) , 用绿化屋面对屋面实施遮阳; 通过采用浅色饰面面层材料反射阳光,也可从一定程度上增强外墙和屋面夏季隔热的能力。
3 建筑节能应使用新型墙体材料的原则
新型墙材具有以下优良特性: 轻质、高强度、节土、节能、保温和装饰。就其发展情况而言,有的品种重在花色,花色品种层出不穷, 如装饰装修材料; 有的品种重在功能, 如保温隔热材料; 有的则通过深加工衍生出多个品种,如新型板材等。采用新型墙体材料不但使房屋功能大大改善,还可以使建筑物内外更具现代气息,满足人们的审美要求; 有的新型墙材可以显著减轻建筑物自重, 为推广轻型建筑结构创造了条件,推动了建筑施工技术现代化,大大加快了建房速度。发展新型墙体材料,实施建筑节能,是当前一个时期内建造居住建筑的基本要求,也是提高人们的生活质量,适应社会发展的客观要求。
4 结语
建筑节能设计投资少, 见效快, 发展潜力大, 是打破能源" 瓶颈" 约束的有效途径, 也是全面建设小康社会的必然选择。由于我国大部分建筑的保温隔热性能差, 门窗的空气密闭性差, 导致我国的单位建筑面积能耗约为同纬度气候相近国家的2 到3倍左右,而且舒适性较差,所以促进建筑技术的进步和建筑节能产业的发展已经势在必行。
房屋建筑;能源利用;节能设计;
前言
目前,建筑耗能已成为我国耗能大户,且呈逐年攀升之势。建设部统计数字显示, 全国现有房屋近400亿m2属于高耗能建筑,每年新建房屋面积16亿m2～20亿m2 ,其中95 %以上是高耗能建筑。2000年,我国建筑年消耗商品能源共计3.76 亿t 标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6 % ,目前已上升到35 % ,超过工业和交通业成为首位,所以促进建筑技术的进步和建筑节能产业的发展已经势在必行。
因为建筑节能的迫切要求, 在进行房屋设计时一定要把建筑节能设计作为重要的一个环节。
1 贯彻节能建筑的设计原则
这里所指的“地”主要是指建筑物所在地的气候待征。各地区的节能建筑, 必须适应本地区的气候特征, 既不能照搬严寒地区的建筑型式, 也不能照搬夏热冬暖及海洋性气候地区的建筑型式, 更不能照搬四季如春的温和气候地区的建筑型式,一般说来设计时应遵循以下原则:
1.1 建筑物尽量采用南北朝向布置。否则, 须加强建筑围护结构的保温隔热性能而需增大建筑成本。
1.2 建筑群之间和建筑物室内, 夏季要有良好的自然通风,建筑群不应采用周边式布局型式。低层建筑应置于夏季主导风向的迎风面; 多层建筑置于中间; 高层建筑布置在最后面, 否则, 高层建筑的底层应局部架空并组织好建筑群间的自然通风。
1.3 按相关设计标准的规定, 尽量加大建筑物之间的间距, 尽量减少建筑群间的硬化地面, 推广植草砖地面, 提高绿地率, 加强由落叶乔木、常绿灌木及地面植被组成的空间立体绿化体系, 以便由树冠和地面植被阻档、吸收大部分的太阳直射辐射, 减小地面对建筑物的反射辐射, 降低区域的夏季环境温度,减轻区域的热岛现象。
1.4 应控制建筑物的体形系数不超过节能设计标准的规定。即尽量减少外墙的凸凹面和架a空楼板,不应设置外墙洞口处无窗户的凸(飘) 窗, 坡屋顶宜设置结构平顶棚或降低坡度,应采用封闭式楼梯间等。当体形系数超过标准的规定时,应加强围护结构的热工性能,计算建筑物的采暖空调能耗并不得超过标准的规定。
1.5 不应设置大窗户, 窗户大小以满足采光要求为限。门窗玻璃应采用普通透明玻璃或淡色低辐射镀膜玻璃的中空玻璃, 居住建筑和办公建筑不应采用可见光透光率低的深色镀膜玻璃或着色玻璃。门窗型材应采用塑料型材、断热彩钢及断热铝合金型材, 不得采用非断热铝合金及彩钢型材。还要求外门外窗具有良好的气密性、水密性、不小于30分贝的隔声性能和不小于2.5kPa 的抗风压性能。
1.6 屋顶和外墙既要保温又要隔热, 其保温隔热性能应符合建筑节能设计标准的规定,还要防止保温层渗水、内部结露和发霉。屋顶和外墙,不能采用单一的轻质材料和空心砌块材料(保温好,隔热很差) ,最适合采用厚实材料加轻质材料的复合构造做法。
1.7 屋顶和外墙的外表面, 宜采用浅色饰面层, 不宜采用黑色、深绿、深红等深色饰面层, 否则应加大屋顶和外墙保温隔热层的厚度, 计算其夏季的内表面计算温度不超过36.9℃,宜低于35℃。
1.8 加强分户墙和楼地面的保温性能, 使其符合建筑节能设计标准的规定。居室及办公室楼地面面层的吸热指数还应符合民用建筑热工设计规范的规定。
1.9 设有集中采暖、空调的节能建筑,应选用高效、低能耗的设备与系统,不得采用直接电热式采暖设备和装置,应设置分室温度控制装置, 住宅建筑必须设置分户热(冷) 量计量设施。除上述9点之外,节能建筑还应具备设计规范所要求的隔声性能等适用性能、安全性能、耐久性能和环境性能。
2 贯彻超前性外围护结构热工设计原则
现行建筑节能设计标准对建筑外围护结构热工性能的规定性指标,水平较低,仅仅是实现现阶段节能50%目标的需要, 距离舒适性建筑的要求甚远, 与发达国家的差距很大。建筑围护结构指建筑物及房间各面的围挡物, 如墙体、门窗、屋顶、地面等。其中直接与外界空气环境接触的围护结构称为外围护结构,如外墙、外窗、屋顶等;反之即为内围护结构,如内墙、楼地面等。
降低采暖和空调能耗的前提是满足居民的居住舒适度的要求,主要措施就是尽量保持室内的温度、减少室内热量或冷量通过围护结构散失, 所以提高建筑围护结构保温隔热性能是建筑节能工作的重要措施。建筑围护结构保温隔热性能是由组成围护结构的各部分材料性能所决定的, 材料的保温隔热性能通常用传热系数K来衡量, 传热系数越大,则表明材料传热的能力越强,那么保温隔热的效果就越差。提高建筑围护结构保温隔热性能就是要尽量降低围护结构各个部分的传热系数。从技术层面来看,通过合理的设计, 采取以下措施, 可有效的提高建筑物的保温隔热性能,降低能耗。
2.1应尽量减小建筑物的体形系数。体形系数是建筑物的表面积和体积之比。它的大小实际上反映了建筑物表面积的大小。我们对两栋体形系数分别为0.349和0.293 的同类型建筑的能耗量进行计算分析可知: 体形系数大的建筑物能耗量高13.8 %～15.5 %。以上对比结果表面,体形系数越大, 表明同等体积的房间, 表面积越大, 那么建筑物能量损失的途径就越多; 同时体形系数越小, 意味着建筑物外墙、外窗的面积较小,造价相对较低。因此,建筑设计应尽量减小建筑物的体形系数。
2.2 外门窗负担了建筑物主要的采光、通风的功能,选择适当的窗墙面积比、采用传热系数小的窗户、解决好东西向外窗的外遮阳问题,是提高外窗保温隔热性能的重要途径。
由于窗户的传热系数(4.7 W/ (m2·K)～2. 5 W/ (m2·K) )成倍大于外墙的传热系数(1.5 W/ (m2·K)～1.0 W/(m2·K) ) ,从建筑节能这个层面考虑,合适的窗墙面积比应该以满足室内采光需要(即住宅设计规范所要求的窗地面积比值) 为限。在经济条件许可的情况下,应采用中空玻璃塑料窗或采用断热桥的铝合金中空窗。对体形系数超标较多的别墅建筑,采用低传热系数的窗户则是必须的。
另外,节能建筑不宜设置凸窗和转角窗。其一、增大了建筑物的表面积,即增大了建筑物的体形系数(因凸窗和转角窗凸出外墙面的空气空间已与室内空气连通, 通过空气对流传热使二者融为一体, 故凸出空间已成为室内的一部分) , 从而增大了建筑能耗; 其二、增大了窗墙面积比, 即增大了建筑能耗; 其三、夏季暑天因日照时间较长, 阳光可以从多方向进入室内,不但增大空调能耗,还会降低室内舒适度; 其四、窗顶板和窗台板直接与室外空气接触, 等同于外墙, 但要达到外墙的保温隔热性能很难实施; 其五、增大了工程造价。
2.3 尽量减小屋面和外墙的传热系数, 增强屋面和外墙的保温隔热性能。标准所规定的围护结构传热系数的限值,只是建筑节能现阶段的目标值。随着经济的发展和社会的进步,建筑节能设计标准将分阶段进行修改,围护结构传热系数的限值也会逐步要求降低。由于建筑的设计使用周期为50年,几十年后再来对既有建筑进行节能改造是很困难的,特别是高层建筑。因此,对标准较高的住宅,特别是高层住宅, 其围护结构的传热系数宜适当低于标准所规定的限值,即贯彻建筑节能的超前性原则。另外,利用攀藤植被或落叶乔木对外墙予以遮阳(仅适用于低层或多层建筑) , 用绿化屋面对屋面实施遮阳; 通过采用浅色饰面面层材料反射阳光,也可从一定程度上增强外墙和屋面夏季隔热的能力。
3 建筑节能应使用新型墙体材料的原则
新型墙材具有以下优良特性: 轻质、高强度、节土、节能、保温和装饰。就其发展情况而言,有的品种重在花色,花色品种层出不穷, 如装饰装修材料; 有的品种重在功能, 如保温隔热材料; 有的则通过深加工衍生出多个品种,如新型板材等。采用新型墙体材料不但使房屋功能大大改善,还可以使建筑物内外更具现代气息,满足人们的审美要求; 有的新型墙材可以显著减轻建筑物自重, 为推广轻型建筑结构创造了条件,推动了建筑施工技术现代化,大大加快了建房速度。发展新型墙体材料,实施建筑节能,是当前一个时期内建造居住建筑的基本要求,也是提高人们的生活质量,适应社会发展的客观要求。
4 结语
建筑节能设计投资少, 见效快, 发展潜力大, 是打破能源" 瓶颈" 约束的有效途径, 也是全面建设小康社会的必然选择。由于我国大部分建筑的保温隔热性能差, 门窗的空气密闭性差, 导致我国的单位建筑面积能耗约为同纬度气候相近国家的2 到3倍左右,而且舒适性较差,所以促进建筑技术的进步和建筑节能产业的发展已经势在必行。