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【摘 要】建筑能耗向来是能源消耗的重要组成部分。目前我国节能建筑仍处在试点层面，尚未全面推行，建筑节能只相当于发达国家的起步阶段，节能工作行动迟缓。推动建筑节能成为全世界建筑界实现可持续发展理念的大趋势，也是时下中国经济社会面临的重要任务。本文综合考虑建筑节能的一些技术手段,从设计的角度提出了建造节能建筑的思路。
【关键词】建筑节能;现状;建筑设计
0我国建筑能耗现状
随着中国城市化进程的加快，越来越多的人口从农村转移到城市，建筑物的市场需求数量日益旺盛。截至2009年11月，我国房屋总面积已超过400亿耐，每年以16~20亿时新增建筑面积趋势，到2020年将新增建筑面积200多亿mZ。建筑面积的迅速增加及采暖、空调、家用电器的普遍使用，导致建筑能耗持续上升。由于建筑围护结构保温隔热和气密性能差，采暖空调系统能源效率低下，与气候接近西欧式或北美国家相比，中国住宅单位采暖面积要多消耗2一3倍以上的能源，且舒适性较差。其中外墙、屋顶单位面积能耗为发达国家同类建筑的3一5倍，窗户单位能耗为2一3倍。2001年对我国部分省市住宅建筑能耗的调查数据显示，北方采暖地区的住宅建筑单位能耗明显偏高。欧洲国家的住宅年实际采暖能耗已经普遍降低到6U时以下，领先的“高舒适度、低能耗”住宅则达3IJ耐以下，而我国住宅的平均采暖能耗超过16U时，即使按照节能50%标准新建的住宅采暖能耗也是8.75IJ时的水平。目前中国建筑能耗中有50%左右是供热和空调设施，北方城市集中供热的能源主要以锅炉为主，供热输配管网保温隔热性能差，整个供热系统的综合效率仅为35%一55%，远低于发达国家80%左右的水平。
近年来,随着社会经济和城市建设的飞速发展,人们开始对影响我们工作、生活的一个重要问题——能源问题,投入了更大的关注,能源问题已经成为当今可持续发展战略中的一个重要环节。尤其是建设节能型建筑已成为今后城市建设的重点发展方向,随着相关的法律、法规和标准的相继出台,建筑节能设计也已成为房屋建筑设计的重要组成部分。本文从建筑规划设计、空间布局、结构围护、环境设计四个方面论述了对建筑节能的影响。
1. 建筑节能与规划设计
综合分析各方面,影响居住环境的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流通。因此,规划节能的主要方向是一方面降低太阳辐射,另一方面增强房屋建筑的自然通风效果。
在规划设计中,房子朝向、间距以及房屋之间的相互组合关系是规划节能设计的重点。为满足要求,首先要考虑的是建筑的朝向,建筑的朝向主要应与当地夏季的主导风向一致,建筑群的入风口和出风口应结合主导风合理设置,利于自然通风,提高居住的舒适度。在建筑物的排列中应遵循南小北大、南低北高的原则。其次要考虑的是建筑的间距,居住房屋的间距应在满足规范日照间距要求上适当增大,有利于居住小区内的空气流通,从而使建筑物与空气的热交换加快,有效降低建筑物的温度,从而降低建筑能耗。第三,要合理安排建筑物间的组合,在满足采光、日照、防火等要求下,结合经济因素,利用建筑物的自遮挡和建筑群间的相互遮挡,减少太阳辐射对公共建筑的影响。
2. 建筑节能与空间布局设计
建筑节能在空间布局设计上主要要考虑立面和平面两个方面,主要要满足通风的要求。
立面设计应注意两点。一是在建筑物的上部设置出风口,使建筑物有良好的通风效果。具体可在建筑物中部设置若干上下贯通的垂直空间,出风口应高于建筑物屋面。二是进出风口的高低要适宜。进出风口的高低决定了室内空气流动的方向,对室内环境影响很大。其高度应结合房间的实际使用功能设计,起居室、书房、餐厅要以坐姿为参考,厨房可以站姿为参考,卧室可以卧姿为参考。
平面设计应注重以下几个问题:一是尽可能地形成室内空气对流。合理安排房间的门窗位置和窗户朝向,使形成穿堂风,增加房间内的空气流动,利于室内空气更新。二是尽可能地增加进出风口面积,合理选择窗户的开启形式,有利于室内保持较为稳定的风速和均匀的流场,提高室内舒适度。
3. 建筑节能与围护设计
无论是冬季保温还是夏季隔热,都主要是通过墙、屋顶、门和窗等围护结构的传热及空气渗透。在建筑围护结构设计中主要要注意以下几点。
3.1 墙体节能:
墙体是建筑外围护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。多年以来,我国建筑墙体一般采用单一材料,如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。单一材料导热系数大,一般为高效保温材料的20倍以上,由于建筑节能的需要,新型复合墙体已经出现,复合墙体主要通过在墙体主体结构基础上,增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。复合墙体很好地发挥了两种材料的长处,既不会使墙体过厚,又能承重,保温效果又好,因此,发达国家新建建筑已基本上采用了此种方式。我国要达到节能50 %的要求,除部分采用加厚的加气混凝土单一墙体外,使用复合墙体将是大势所趋。根据复合材料
与主体结构位置的不同,墙体保温包括内保温、外保温、夹芯保温等。外墙内保温是将保温材料置于外墙体内侧,做法有增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚
苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板及内墙贴聚苯灰抹粉刷石膏等。建筑外墙内保温技术的缺点是多占用使用面积,由于圈梁、楼板、构造柱等会引起“热桥”,热损失较大,容易引起开裂,延误施工速度,影响居民的二次装修和吊挂饰物,也容易破坏建筑外墙内保温结构。技术上的不合理性,必然将要被建筑外墙外保温技术代替。外墙外保温技术则是在主体墙结构外侧,固定一层保温材料和保护层,是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。做法有聚苯板薄抹灰外墙保温、聚苯板现浇混凝土外墙保温、聚苯颗粒浆料外墙保温等。建筑外墙有提倡使用加气混凝土砌块的趋势,这种材料虽导热系数较低,约0.2-0.3,可很大程度上降低墙体传热系数。
3.2 屋面节能:
现在,许多高效保温材料已经开始应用于屋面,一些建筑的屋面保溫,采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法,就克服了常规作法的诸多缺点。总而言之,屋面节能措施的要点是:①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,如果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;②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。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品,不仅适用于具有平面的屋面,也可用于带有曲面的屋面,其保温工程更可显示出它的优越性。
3.3 门窗节能:
外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅总能耗的40%。因此,我们在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下,尽量减小住宅外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗本身的保温性能,减少外门窗本身的传热量。其主要措施有:
3.3.1 控制窗墙比。窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值,按照JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》的要求,对不同朝向的房屋窗墙比做了严格的规定,指出北向的窗墙比不应超过20%、东向和西向的窗墙比不应超过30%、南向的窗墙比不应超过35%。
3.3.2 合理选择窗体材料。窗框材料木、塑料、塑钢、断热铝合金优于钢、铝合金。但木、塑料非现代建筑所青睐,断热铝合金由于造价较高,使得塑钢成为应用最为广泛的窗框材料,同时采用复合层玻璃(如中空玻璃窗)等方法提高窗的节能效果。
3.3.3 住宅外门及阳台门。住宅外门及阳台门在节能设计中可采用具有保温、隔声、防盗等功能的多功能户门及夹板门等。夹板门一般中间填充玻璃棉或矿棉等作为保温材料,节能效果较好。
4. 建筑节能与周围环境设计
4.1 建筑绿化设计。建筑绿化在节能上的含义及作用已是众所周知的,它可以调节温度,尤其是降低夏季温度,树木枝叶形成浓荫可以遮挡太阳辐射和地面、墙面和相邻物的反射热。经过测试,夏季林地及草坪的气温要平均低于普通场地气温2~3℃。同时在中午至下午3时的升温速率四周有绿化房间明显优于无绿化房间。不同的建筑绿化布置方法对节能均能起到一定效果。如:临街绿化、楼间绿化、楼旁绿化、屋顶绿化、墙体绿化等,尤其是屋顶绿化和墙体绿化对房屋内温度有直接影响。在树种选择上以种植由高大常绿乔木与灌木组成的足够量的绿化带,從生态角度改善居住环境。
4.2 建筑外遮阳设计。建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的外围结构,特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内,从而有效降低室内温度,达到节能的最终目标。在实际设计中,要合理选择外遮阳方式。建筑外遮阳的设置与建筑物的朝向都有着密切的关系。对窗户遮阳而言,栅格遮阳是较好的选择,挡板式遮阳、帘式遮阳、百叶遮阳等方式对于窗户遮阳都有非常好的效果。对于建筑墙体和屋面的遮阳,栅格遮阳和绿化遮阳是较为有效的方法。同时要合理设置遮阳板,避免影响室内空气的流动速度。
4.3 合理利用再生资源。太阳能、风能都是生态环保的可再生能源,如果能合理利用将是建筑节能的重要环节。建筑内部设置“太阳能烟囱”,可实现无风状态的自然通风。在建筑内部设置太阳能热水系统、空气能热水系统、太阳能供电系统,不仅能大大节约用电量,而且减少了对周围环境的污染。
参考文献
[1]杨善勤编著.民用建筑节能设计手册.北京市.中国建筑工业出版社.出版日期:1997.
[2]付祥钊主编.夏热冬冷地区建筑节能技术.北京市.中国建筑工业出版社.2002.
[3]刘春.住宅及景观设计绿色建筑节能技术的应用[J].山西建筑,2008.
【关键词】建筑节能;现状;建筑设计
0我国建筑能耗现状
随着中国城市化进程的加快，越来越多的人口从农村转移到城市，建筑物的市场需求数量日益旺盛。截至2009年11月，我国房屋总面积已超过400亿耐，每年以16~20亿时新增建筑面积趋势，到2020年将新增建筑面积200多亿mZ。建筑面积的迅速增加及采暖、空调、家用电器的普遍使用，导致建筑能耗持续上升。由于建筑围护结构保温隔热和气密性能差，采暖空调系统能源效率低下，与气候接近西欧式或北美国家相比，中国住宅单位采暖面积要多消耗2一3倍以上的能源，且舒适性较差。其中外墙、屋顶单位面积能耗为发达国家同类建筑的3一5倍，窗户单位能耗为2一3倍。2001年对我国部分省市住宅建筑能耗的调查数据显示，北方采暖地区的住宅建筑单位能耗明显偏高。欧洲国家的住宅年实际采暖能耗已经普遍降低到6U时以下，领先的“高舒适度、低能耗”住宅则达3IJ耐以下，而我国住宅的平均采暖能耗超过16U时，即使按照节能50%标准新建的住宅采暖能耗也是8.75IJ时的水平。目前中国建筑能耗中有50%左右是供热和空调设施，北方城市集中供热的能源主要以锅炉为主，供热输配管网保温隔热性能差，整个供热系统的综合效率仅为35%一55%，远低于发达国家80%左右的水平。
近年来,随着社会经济和城市建设的飞速发展,人们开始对影响我们工作、生活的一个重要问题——能源问题,投入了更大的关注,能源问题已经成为当今可持续发展战略中的一个重要环节。尤其是建设节能型建筑已成为今后城市建设的重点发展方向,随着相关的法律、法规和标准的相继出台,建筑节能设计也已成为房屋建筑设计的重要组成部分。本文从建筑规划设计、空间布局、结构围护、环境设计四个方面论述了对建筑节能的影响。
1. 建筑节能与规划设计
综合分析各方面,影响居住环境的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流通。因此,规划节能的主要方向是一方面降低太阳辐射,另一方面增强房屋建筑的自然通风效果。
在规划设计中,房子朝向、间距以及房屋之间的相互组合关系是规划节能设计的重点。为满足要求,首先要考虑的是建筑的朝向,建筑的朝向主要应与当地夏季的主导风向一致,建筑群的入风口和出风口应结合主导风合理设置,利于自然通风,提高居住的舒适度。在建筑物的排列中应遵循南小北大、南低北高的原则。其次要考虑的是建筑的间距,居住房屋的间距应在满足规范日照间距要求上适当增大,有利于居住小区内的空气流通,从而使建筑物与空气的热交换加快,有效降低建筑物的温度,从而降低建筑能耗。第三,要合理安排建筑物间的组合,在满足采光、日照、防火等要求下,结合经济因素,利用建筑物的自遮挡和建筑群间的相互遮挡,减少太阳辐射对公共建筑的影响。
2. 建筑节能与空间布局设计
建筑节能在空间布局设计上主要要考虑立面和平面两个方面,主要要满足通风的要求。
立面设计应注意两点。一是在建筑物的上部设置出风口,使建筑物有良好的通风效果。具体可在建筑物中部设置若干上下贯通的垂直空间,出风口应高于建筑物屋面。二是进出风口的高低要适宜。进出风口的高低决定了室内空气流动的方向,对室内环境影响很大。其高度应结合房间的实际使用功能设计,起居室、书房、餐厅要以坐姿为参考,厨房可以站姿为参考,卧室可以卧姿为参考。
平面设计应注重以下几个问题:一是尽可能地形成室内空气对流。合理安排房间的门窗位置和窗户朝向,使形成穿堂风,增加房间内的空气流动,利于室内空气更新。二是尽可能地增加进出风口面积,合理选择窗户的开启形式,有利于室内保持较为稳定的风速和均匀的流场,提高室内舒适度。
3. 建筑节能与围护设计
无论是冬季保温还是夏季隔热,都主要是通过墙、屋顶、门和窗等围护结构的传热及空气渗透。在建筑围护结构设计中主要要注意以下几点。
3.1 墙体节能:
墙体是建筑外围护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。多年以来,我国建筑墙体一般采用单一材料,如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。单一材料导热系数大,一般为高效保温材料的20倍以上,由于建筑节能的需要,新型复合墙体已经出现,复合墙体主要通过在墙体主体结构基础上,增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。复合墙体很好地发挥了两种材料的长处,既不会使墙体过厚,又能承重,保温效果又好,因此,发达国家新建建筑已基本上采用了此种方式。我国要达到节能50 %的要求,除部分采用加厚的加气混凝土单一墙体外,使用复合墙体将是大势所趋。根据复合材料
与主体结构位置的不同,墙体保温包括内保温、外保温、夹芯保温等。外墙内保温是将保温材料置于外墙体内侧,做法有增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚
苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板及内墙贴聚苯灰抹粉刷石膏等。建筑外墙内保温技术的缺点是多占用使用面积,由于圈梁、楼板、构造柱等会引起“热桥”,热损失较大,容易引起开裂,延误施工速度,影响居民的二次装修和吊挂饰物,也容易破坏建筑外墙内保温结构。技术上的不合理性,必然将要被建筑外墙外保温技术代替。外墙外保温技术则是在主体墙结构外侧,固定一层保温材料和保护层,是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。做法有聚苯板薄抹灰外墙保温、聚苯板现浇混凝土外墙保温、聚苯颗粒浆料外墙保温等。建筑外墙有提倡使用加气混凝土砌块的趋势,这种材料虽导热系数较低,约0.2-0.3,可很大程度上降低墙体传热系数。
3.2 屋面节能:
现在,许多高效保温材料已经开始应用于屋面,一些建筑的屋面保溫,采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法,就克服了常规作法的诸多缺点。总而言之,屋面节能措施的要点是:①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,如果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;②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。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品,不仅适用于具有平面的屋面,也可用于带有曲面的屋面,其保温工程更可显示出它的优越性。
3.3 门窗节能:
外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅总能耗的40%。因此,我们在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下,尽量减小住宅外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗本身的保温性能,减少外门窗本身的传热量。其主要措施有:
3.3.1 控制窗墙比。窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值,按照JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》的要求,对不同朝向的房屋窗墙比做了严格的规定,指出北向的窗墙比不应超过20%、东向和西向的窗墙比不应超过30%、南向的窗墙比不应超过35%。
3.3.2 合理选择窗体材料。窗框材料木、塑料、塑钢、断热铝合金优于钢、铝合金。但木、塑料非现代建筑所青睐,断热铝合金由于造价较高,使得塑钢成为应用最为广泛的窗框材料,同时采用复合层玻璃(如中空玻璃窗)等方法提高窗的节能效果。
3.3.3 住宅外门及阳台门。住宅外门及阳台门在节能设计中可采用具有保温、隔声、防盗等功能的多功能户门及夹板门等。夹板门一般中间填充玻璃棉或矿棉等作为保温材料,节能效果较好。
4. 建筑节能与周围环境设计
4.1 建筑绿化设计。建筑绿化在节能上的含义及作用已是众所周知的,它可以调节温度,尤其是降低夏季温度,树木枝叶形成浓荫可以遮挡太阳辐射和地面、墙面和相邻物的反射热。经过测试,夏季林地及草坪的气温要平均低于普通场地气温2~3℃。同时在中午至下午3时的升温速率四周有绿化房间明显优于无绿化房间。不同的建筑绿化布置方法对节能均能起到一定效果。如:临街绿化、楼间绿化、楼旁绿化、屋顶绿化、墙体绿化等,尤其是屋顶绿化和墙体绿化对房屋内温度有直接影响。在树种选择上以种植由高大常绿乔木与灌木组成的足够量的绿化带,從生态角度改善居住环境。
4.2 建筑外遮阳设计。建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的外围结构,特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内,从而有效降低室内温度,达到节能的最终目标。在实际设计中,要合理选择外遮阳方式。建筑外遮阳的设置与建筑物的朝向都有着密切的关系。对窗户遮阳而言,栅格遮阳是较好的选择,挡板式遮阳、帘式遮阳、百叶遮阳等方式对于窗户遮阳都有非常好的效果。对于建筑墙体和屋面的遮阳,栅格遮阳和绿化遮阳是较为有效的方法。同时要合理设置遮阳板,避免影响室内空气的流动速度。
4.3 合理利用再生资源。太阳能、风能都是生态环保的可再生能源,如果能合理利用将是建筑节能的重要环节。建筑内部设置“太阳能烟囱”,可实现无风状态的自然通风。在建筑内部设置太阳能热水系统、空气能热水系统、太阳能供电系统,不仅能大大节约用电量,而且减少了对周围环境的污染。
参考文献
[1]杨善勤编著.民用建筑节能设计手册.北京市.中国建筑工业出版社.出版日期:1997.
[2]付祥钊主编.夏热冬冷地区建筑节能技术.北京市.中国建筑工业出版社.2002.
[3]刘春.住宅及景观设计绿色建筑节能技术的应用[J].山西建筑,2008.