建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

徐秀麗,楊春輝

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司,深圳 518054)

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

徐秀麗,楊春輝

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司,深圳 518054)

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)龐雜且涉及廣泛的工程,也是建筑可持續(xù)發(fā)展的重要發(fā)展方向,涉及方方面面問(wèn)題。該文從建筑群規(guī)劃、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新能源利用等方面著手設(shè)計(jì),進(jìn)一步降低不可再生能源消耗,促進(jìn)我國(guó)建筑可持續(xù)發(fā)展。

建筑群規(guī)劃; 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù); 建筑節(jié)能新技術(shù)

建筑節(jié)能這個(gè)新興的課題,在建筑設(shè)計(jì)中要求也日益提高。節(jié)能建筑不僅可以使室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量有所提高,還對(duì)環(huán)境氣候起著一定的積極作用。起初的建筑只是一個(gè)遮風(fēng)避雨的場(chǎng)所,隨著時(shí)代的進(jìn)步、人們生活質(zhì)量的提高,對(duì)建筑的更高要求則是舒適度。而建筑的節(jié)能設(shè)計(jì),是在滿足建筑物舒適度的同時(shí),要合理的使用建筑材料,盡可能運(yùn)用節(jié)能型材料,進(jìn)一步降低建筑的冷熱損失。

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)際上就是建筑節(jié)能技術(shù)的體現(xiàn)。一個(gè)國(guó)家是否先進(jìn),其中一個(gè)主要標(biāo)志是節(jié)能技術(shù)的發(fā)展水平。我國(guó)的國(guó)策——可持續(xù)發(fā)展是否能順利實(shí)現(xiàn),其主要取決于新興能源的利用和開(kāi)發(fā)。我國(guó)建筑節(jié)能起步較晚,從建筑的能耗角度,發(fā)達(dá)國(guó)家高端能耗普遍比我國(guó)低很多。以1999年為例,美國(guó)各種能源消耗總量占全球的26%,其中建筑耗能已接近我國(guó)能源消耗總量。美國(guó)人口是我國(guó)人口的22%,假若我國(guó)人均建筑耗能水平達(dá)到美國(guó)人均水平,那么全球總耗能的40%是我國(guó)建筑能耗總量,這是難以想象的。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng),人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求越來(lái)越高,建筑節(jié)能同樣是以人的舒適和健康為基礎(chǔ)的。因此,建筑節(jié)能新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用,可以降低建筑物對(duì)不可再生能源的消耗。要達(dá)到建筑物的節(jié)能需求,應(yīng)該盡可能降低建筑物室內(nèi)能源總需求量,同時(shí)要大力開(kāi)發(fā)和利用一些可再生新能源,從而達(dá)到節(jié)能效果。建筑節(jié)能從以下幾個(gè)方面著手。

1 建筑群的規(guī)劃、設(shè)計(jì)

建筑節(jié)能設(shè)計(jì),首先從建筑群的規(guī)劃入手。建筑師要從建筑群體的各個(gè)領(lǐng)域出發(fā),要與能源、環(huán)境、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等各個(gè)專業(yè)專家緊密配合,摒除對(duì)建筑傳統(tǒng)能源的依賴。由此產(chǎn)生了一些新潮的設(shè)計(jì)理念,如微排建筑、低能耗建筑、零能建筑、綠色建筑等。

在過(guò)去的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中,建筑師注重的只是建筑的容積率以及各建筑間的間距是否滿足日照要求,整個(gè)建筑群的空間形態(tài)以及建筑物與地理環(huán)境是否協(xié)調(diào),卻很少考慮建筑物是否節(jié)能,建筑材料是否使用環(huán)保材料。而節(jié)能環(huán)保意識(shí)只是在建筑單體的設(shè)計(jì)階段才被重視,這就出現(xiàn)了一些單體建筑很難解決的問(wèn)題。

在節(jié)能設(shè)計(jì)中,首先是合理選址、合理利用自然環(huán)境。根據(jù)建筑群體周?chē)臍夂驐l件,結(jié)合建筑物本體所在的氣候環(huán)境特點(diǎn),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,要著重考慮利用地勢(shì)和周邊地理環(huán)境塑造出良好的建筑室內(nèi)微氣候,這樣可以減少使用建筑材料。現(xiàn)代眾多行業(yè)中,一些住宅投資方要求最大限度的利用土地,爭(zhēng)取更高的投資回報(bào),要求設(shè)計(jì)師把地塊按照最大的容積率布置整個(gè)用地,這種最大容積率布置會(huì)使住宅的舒適度降低,通風(fēng)不好,尤其是在夏季。住宅房間內(nèi)部聚積的熱量很難散失,只能采取措施降溫,極大的增加建筑物的耗能。當(dāng)前的許多住宅為了建筑造型犧牲了內(nèi)部功能,窗戶面積開(kāi)的過(guò)大,增加了冷熱損失,嚴(yán)重影響了建筑物的通風(fēng)和隔熱。這些不良影響都是由于在設(shè)計(jì)中忽略了通風(fēng)所致。

設(shè)計(jì)建筑時(shí),整體建筑的體量和朝向是合理設(shè)計(jì)應(yīng)該把握的主要方向。合理的建筑體形不僅可以獲得良好的室內(nèi)微環(huán)境,還可以降低能耗。因此,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也規(guī)定了建筑的體形系數(shù)要求。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

建筑從發(fā)展伊始,其功能即為保溫和隔熱。隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展,此功能也在不斷向前發(fā)展,除了更好的完成建筑內(nèi)外冷熱交換之外,還極大的降低了能耗量。目前圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)取得了相當(dāng)大的成果,更具時(shí)代意義,也更明晰了圍護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑體系中的巨大作用。

對(duì)于一棟建筑來(lái)講,圍護(hù)結(jié)構(gòu)與建筑的冷熱損失息息相關(guān),以多層住宅中的6層磚墻、混凝土梁樓板結(jié)構(gòu)為例,如北京地區(qū)建筑全部熱損失的76%是圍護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的,而哈爾濱地區(qū)全部熱損失的70%是圍護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的。因此,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的處理安置是減少能量損失的關(guān)鍵。因此,節(jié)能從改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量開(kāi)始——減小其傳熱系數(shù)。例如,采用熱阻大的材料,或者附帶保溫層的材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料,降低窗墻比等措施減少熱量的傳導(dǎo)。采用中空玻璃,同時(shí)采用閉孔的空心材料以減小空氣對(duì)流。不同性質(zhì)的建筑應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)條件等外因,綜合考慮后采取不同的措施。

一般情況下,增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用只是總造價(jià)的4%左右,而節(jié)能效果卻能增加近30%。這樣既改善了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù),又降低了建筑的冷熱損失,達(dá)到了冬季保溫、夏季隔熱的效果。目前,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)主要體現(xiàn)在墻體、門(mén)窗、屋頂?shù)葞讉€(gè)方面。

2.1 墻體的節(jié)能技術(shù)

在建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)中,首先要考慮的是建筑墻體節(jié)能技術(shù),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通過(guò)重置材料只靠增加厚度來(lái)達(dá)到保溫的目的,已經(jīng)達(dá)不到如今對(duì)能耗的要求,因此出現(xiàn)了復(fù)合墻體,而復(fù)合墻體也逐漸成為我們?cè)O(shè)計(jì)中的主要材料。這種墻體是用塊材或者鋼筋混凝土作為承重結(jié)構(gòu),同輕質(zhì)的保溫隔熱材料組合,或者是框架中用薄壁材料加以保溫、隔熱等輕質(zhì)材料組合成墻體。當(dāng)前的建筑市場(chǎng)中,保溫隔熱材料主要是巖棉、玻璃棉、擠塑板、保溫砂漿等。這些材料的生產(chǎn)和制作都需要采用特殊的工藝和設(shè)備。保溫砂漿是墻體外部使用的保溫材料,這種材料保溫性能不穩(wěn)定,因此,現(xiàn)在許多地方已經(jīng)禁止使用此種保溫方法。墻體的外表面使用板材保溫,性能穩(wěn)定,節(jié)能效果良好,我國(guó)也在逐步要求外墻保溫采用此種方法。

當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外的外墻保溫技術(shù)迅速發(fā)展,節(jié)能技術(shù)也不斷更新。一些新型節(jié)能材料應(yīng)運(yùn)而生,材料和外墻保溫技術(shù)相結(jié)合,才能更好的達(dá)到節(jié)能效果。所以,外墻保溫技術(shù)在大力度推廣和應(yīng)用的同時(shí),相關(guān)的技術(shù)革新也不容忽視,新型材料的開(kāi)發(fā)也應(yīng)跟上更新的步伐,才能真正實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

2.2 門(mén)窗的節(jié)能技術(shù)

建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,門(mén)窗也是節(jié)能設(shè)計(jì)中不可小覷的一份子。一棟建筑中,一般情況下門(mén)窗的面積大約占建筑總面積的30%,而門(mén)窗的冷熱損失可以達(dá)到整棟建筑的50%,門(mén)窗的設(shè)計(jì)對(duì)于建筑節(jié)能也起了很大作用。門(mén)窗可以采光、通風(fēng),起到圍護(hù)作用,也可以在建筑外形處理中起到一定的藝術(shù)效果。現(xiàn)代建筑風(fēng)格特點(diǎn)是增大門(mén)窗面積來(lái)增大采光和通風(fēng)的面積,還出現(xiàn)了各種全幕墻的玻璃建筑,這種全幕墻的現(xiàn)代建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求更高了。目前,對(duì)門(mén)窗的節(jié)能處理主要是改善材料的保溫隔熱性能和提高門(mén)窗的密閉性能。從門(mén)窗的材料來(lái)看,近年來(lái)出現(xiàn)了絕熱鋁合金型材、鋁木復(fù)合或者塑木復(fù)合UPVC塑料型材(硬質(zhì)聚氯乙烯)等一些技術(shù)含量較高的節(jié)能產(chǎn)品。當(dāng)前使用的硬質(zhì)聚氯乙烯材料,生產(chǎn)和使用中無(wú)污染、熱阻大、保溫隔熱性能好,此種門(mén)窗已經(jīng)在歐洲國(guó)家流傳已久,我國(guó)也正在廣泛的使用,并逐步代替鋁合金、型鋼等高能耗型材?，F(xiàn)代建筑中出現(xiàn)的全幕墻建筑充分考慮了建筑玻璃的冷熱損失,也是解決能耗的關(guān)鍵前提,因此出現(xiàn)了高技術(shù)的中空玻璃、鍍膜玻璃等,很好的提高了建筑的節(jié)能效果。

2.3 屋頂節(jié)能技術(shù)

建筑的屋頂也是建筑物保溫、隔熱的重點(diǎn)。寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)屋頂設(shè)計(jì)保溫層可以防止室內(nèi)的熱損失,夏熱冬暖等地區(qū)屋頂設(shè)計(jì)隔熱層防止夏季太陽(yáng)熱輻射傳遞到室內(nèi),夏熱冬冷地區(qū)建筑設(shè)計(jì)中要兼顧冬季保溫、夏季防熱。

保溫常用的節(jié)能屋面為倒置式屋面,聚苯乙烯泡沫設(shè)置在屋頂?shù)姆浪畬由厦?與傳統(tǒng)的屋面做法中防水層與保溫層的位置相反。此種屋面構(gòu)造的蓄熱能量較低,建筑內(nèi)外的熱量交換也較低,這種屋面是一種相對(duì)較好的節(jié)能形式,如果利用生態(tài)技術(shù)可以達(dá)到節(jié)能的效果,更符合可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策。于是相繼產(chǎn)生了一些生態(tài)環(huán)保的屋面形式,如我國(guó)南方地區(qū)應(yīng)用較廣泛的通風(fēng)屋面,利用屋頂花園的種植屋面,利用水的特性的蓄水屋面。

我們南方夏熱冬冷地區(qū)及夏熱冬暖地區(qū)廣泛應(yīng)用的通風(fēng)屋面,其特點(diǎn)是將原來(lái)屋面的混凝土屋面結(jié)構(gòu)改變?yōu)閹в锌諝飧魧拥慕Y(jié)構(gòu)形式。此屋面的內(nèi)表面溫差變化比普通的混凝土屋面延遲3～4 h,通風(fēng)效果良好,散發(fā)熱量速度快,室內(nèi)舒適度提高。

種植屋面是指利用屋頂形成一個(gè)綠色微氣候園的種植屋面,不但可以增加屋頂?shù)男蓓δ?還可以調(diào)節(jié)建筑的溫度。種植屋面有種植覆土和種植無(wú)土兩種類型,因?yàn)橹参镒陨淼墓夂献饔?、呼吸作用及其自身的蒸騰作用,可以起到很好的熱量吸收作用,甚至對(duì)溫度的調(diào)節(jié)功能比通風(fēng)屋面更勝一籌。

還有一種節(jié)能屋面是蓄水屋面,是通過(guò)在屋頂上設(shè)置貯水層來(lái)達(dá)到節(jié)能效果的屋面形式,利用水蒸發(fā)時(shí)需要吸收大量熱的特性,在夏季可以阻隔熱量傳導(dǎo)從而起到隔絕熱量的作用。但是此種屋面的貯水池,在設(shè)計(jì)中要考慮其會(huì)增加屋面荷載,要根據(jù)具體情況酌情采用。

3 建筑節(jié)能新技術(shù)

3.1 外墻的保溫技術(shù)

目前的建筑外墻保溫體系中,自保溫的外墻體系和復(fù)合保溫的外墻體系并駕齊驅(qū),對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提升起到了一定作用。從建筑節(jié)能角度來(lái)看,建筑的節(jié)能技術(shù)應(yīng)該是追尋在建筑合理使用壽命中節(jié)能功效長(zhǎng)期達(dá)標(biāo),原始材料投入應(yīng)較低,居住室內(nèi)環(huán)境舒適,建筑正常使用壽命長(zhǎng),本體維修費(fèi)用應(yīng)較低,從建設(shè)、使用、管理、維修等方面都應(yīng)具備合理性。當(dāng)然對(duì)不同建筑地點(diǎn)、不同性質(zhì)的建筑類型、不同建筑高度及不同使用功能的建筑應(yīng)根據(jù)地方特點(diǎn)及建筑的個(gè)性要求采用合理的外墻節(jié)能體系。

目前,建筑中大量使用的我國(guó)自主研發(fā)的各種節(jié)能型砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)已經(jīng)可以低于0.3 W/(m·K),甚至可以達(dá)到0.12 W/(m·K)的水平。我國(guó)北方50%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),采用砌塊墻厚300～370 mm;南方65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),砌塊墻體厚度240 mm,均可以達(dá)到節(jié)能要求。自保溫體系應(yīng)用廣泛,其特點(diǎn)是施工周期短,工程造價(jià)及圍護(hù)費(fèi)用較低,使墻體使用壽命可以達(dá)到建筑主體結(jié)構(gòu)使用壽命,也給建筑造型設(shè)計(jì)預(yù)留了更廣泛的發(fā)展空間。

3.2 節(jié)能型玻璃和節(jié)能型門(mén)窗

當(dāng)前市場(chǎng)的節(jié)能型門(mén)窗生產(chǎn)材質(zhì)已經(jīng)從單一的型材發(fā)展到了復(fù)合型材,建筑玻璃也由原來(lái)單一的玻璃發(fā)展到了傳熱系數(shù)較低的中空玻璃及鍍膜玻璃等,大大提高了門(mén)窗的節(jié)能效果,減少建筑的熱量損失。

3.3 太陽(yáng)能資源利用

太陽(yáng)能是一種典型的可持續(xù)性能源,近年來(lái)被推廣使用,是目前人類可以利用的最理想的可再生能源,最豐富的大自然饋贈(zèng),潔凈無(wú)污染。因此,全世界都在開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能技術(shù),太陽(yáng)能光能電能轉(zhuǎn)換技術(shù)的研發(fā),使建筑物應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)變成了現(xiàn)實(shí)。在歐美一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用非常重視,推出了各種“太陽(yáng)屋計(jì)劃”。而我國(guó)取得的太陽(yáng)能研發(fā)成果也是振奮人心的,由天津市奇信太陽(yáng)能科技有限公司研發(fā)的太陽(yáng)能集熱器在國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能領(lǐng)域成為了先驅(qū)者;太陽(yáng)能建筑——北京北苑太陽(yáng)能示范工程,此棟建筑的全部能源來(lái)自于太陽(yáng)能,如今已運(yùn)轉(zhuǎn)良好,成為了我國(guó)太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用建筑的成功先例。

在建筑中充分利用以太陽(yáng)能為代表的可持續(xù)能源,盡量取代傳統(tǒng)的污染性能源,同時(shí)考慮多功能轉(zhuǎn)換、余熱回收和自然空調(diào)等。多功能轉(zhuǎn)換一是使建筑構(gòu)件成為多種能量形式的轉(zhuǎn)換器,如將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能或電能以供利用,二是建筑物實(shí)現(xiàn)多種使用功能的轉(zhuǎn)換利用以節(jié)省資源。所謂“自然空調(diào)”,一是保護(hù)自然的生態(tài)環(huán)境,發(fā)揮綠色植物調(diào)溫調(diào)濕、防塵、減噪和改善大氣質(zhì)量的功效;二是利用建筑材料和深層土壤的熱惰性,通過(guò)有效的氣流組織,對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕,以改善室內(nèi)物理環(huán)境。因此,自然空調(diào)是一種既節(jié)能又沒(méi)有污染的空調(diào)方式。

4 結(jié) 語(yǔ)

總之,建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)是涉及廣泛的系統(tǒng)工程,建筑的節(jié)能技術(shù)也涉及了諸多領(lǐng)域、諸多部門(mén),需要各個(gè)部門(mén)的協(xié)調(diào)發(fā)展,才能更好的達(dá)到節(jié)能的效果。不僅要各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)支持,更需要政府部門(mén)強(qiáng)有力的支持,去過(guò)德國(guó)的人都會(huì)覺(jué)得德國(guó)城市綠化環(huán)境好、空氣質(zhì)量高,究其原因,德國(guó)全社會(huì)對(duì)能源、對(duì)環(huán)境有一種近乎敬畏的態(tài)度。德國(guó)政府、民間機(jī)構(gòu)及社會(huì)民眾的節(jié)能意識(shí)非常強(qiáng)。在推動(dòng)生態(tài)節(jié)能建筑方面,德國(guó)更是不遺余力。因此,借鑒西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),中國(guó)當(dāng)前應(yīng)該抓緊推廣建筑節(jié)能技術(shù),創(chuàng)造一個(gè)良好的人文環(huán)境。

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Design of Building Energy Conservation Design

XU Xiu-li,YANG Chun-hui
(China Triumph International Engineering Group Co,Ltd,Shenzhen 518054,China)

The building energy conservation design is a complicated system engineering,and also is an important research topic of building sustainable development,involving all problems aspects.From complex plan,retaining structures design to new energy using,this paper reduces consumption of non-renewable energy and promotes the sustainable development of our country building.

complex plan; retaining structure energy conservation technology; building energy conservation new technology

2014-06-16.

徐秀麗(1982-),工程師.E-mail:xxl@ctiec.net

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.027