發(fā)布時間:2022-04-20 10:15:59
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇建筑節(jié)能設(shè)計(jì)論文,希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1規(guī)劃與節(jié)能設(shè)計(jì)
在以往的規(guī)劃設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人考慮的往往是容積率、日照間距、空間形態(tài)、以及建筑與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)等問題,而很少從節(jié)能的角度來指導(dǎo)設(shè)計(jì),節(jié)能設(shè)計(jì)只有在單體方案設(shè)計(jì)階段才有所重視,從而產(chǎn)生了許多單體設(shè)計(jì)難以解決的問題。所以,提倡建筑節(jié)能首先應(yīng)該重視規(guī)劃節(jié)能。規(guī)劃節(jié)能是指在規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中充分考慮建筑與外部環(huán)境的關(guān)系,以節(jié)能作為指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要原則,充分利用自然資源,實(shí)現(xiàn)從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造先決條件的設(shè)計(jì)方法。其中,規(guī)劃節(jié)能對于居住建筑尤為重要。
影響居住區(qū)氣候環(huán)境及建筑舒適性的最主要的兩個因素是太陽輻射和空氣流動(即風(fēng)流)。因此,通過降低太陽輻射、增強(qiáng)建筑的自然通風(fēng)效果是規(guī)劃節(jié)能的主要方向。由此,建筑朝向、建筑間距以及建筑的相互組合關(guān)系將是規(guī)劃節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先,建筑的主要朝向應(yīng)迎合當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向(我國大部分地區(qū)以南北向或接近南北向布局為宜),利于自然通風(fēng),提高居住的舒適度。同時,南北朝向的建筑物在夏季所受到的太陽輻射也相對東西朝向建筑要少很多,可以節(jié)省夏季空調(diào)的用量;而在冬季時,建筑受到太陽輻射的情況剛好與夏季相反,從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗。第二,居住建筑的間距應(yīng)在滿足當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門的日照間距要求上適當(dāng)加大。增加建筑物的間距有利于居住區(qū)內(nèi)的空氣流動——風(fēng)量增大、風(fēng)速提高,從而使建筑物與空氣的熱交換增加,有效降低建筑物的溫度,從而降低建筑能耗。這需要規(guī)劃師在節(jié)約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點(diǎn),優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)。第三,居住建筑群的組合應(yīng)充分考慮整體的節(jié)能效果,以有利于居住區(qū)內(nèi)的自然通風(fēng)。具體應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①居住區(qū)規(guī)劃應(yīng)確保“風(fēng)道”的暢通,建筑群的入風(fēng)口和出風(fēng)口應(yīng)結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)合理設(shè)置,使空氣流通。②按照夏季盛行風(fēng)向作為建筑的主要朝向,排列建筑物應(yīng)遵循南小北大、南低北高的原則(見圖1),確保居住區(qū)內(nèi)建筑對自然風(fēng)的共享性,同時也使北面高大的建筑成為人工的風(fēng)障,這樣的建筑群體在夏季能迎合南風(fēng)、引導(dǎo)空氣穿越,冬季又能阻擋寒冷北風(fēng)的侵襲,較好地適應(yīng)氣候的變化[1]。③減少采用封閉式建筑組合,平面組合成“U”型的居住建筑組團(tuán),開口應(yīng)盡可能朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向,保證“U”型內(nèi)部建筑的空氣流通。④在規(guī)劃階段充分利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維模型的日照模擬運(yùn)算,在滿足采光、日照、防火等要求下,利用建筑物的自遮擋和建筑群間的相互遮擋,減少太陽輻射對居住建筑的影響。
2建筑單體的通風(fēng)與節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑市場中,住宅開發(fā)商為了達(dá)到土地最大利用率的目的,往往要求建筑師按容積率的最高值進(jìn)行設(shè)計(jì),甚至超值設(shè)計(jì),這樣導(dǎo)致許多新建住宅多為一梯六戶、一梯八戶,甚至一梯十戶以上都有。這種住宅單體平面在實(shí)際使用中通風(fēng)將十分不利,特別是在夏季,室內(nèi)積聚的熱量難以散失,必須采用人工通風(fēng)或空調(diào)降溫,大大增加了建筑使用的能耗。而且目前的許多住宅設(shè)計(jì),建筑立面窗戶的設(shè)計(jì)主要是從立面造型方面考慮——采光面積大,可開啟窗戶面積小,這樣的設(shè)計(jì)不但對隔熱不好,對通風(fēng)就更加不利。這都是因?yàn)楹鲆暯ㄖ误w的通風(fēng)設(shè)計(jì)所造成的。所以,一定要做好建筑單體的通風(fēng)設(shè)計(jì),而且要從平面和剖面兩方面考慮。
平面的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)注重以下幾個問題:第一,平面設(shè)計(jì)盡可能按有利于空氣的貫穿進(jìn)行考慮。建筑的進(jìn)深應(yīng)有效控制,避免建筑體型過于臃腫。房間的門窗位置應(yīng)合理安排,窗戶的朝向應(yīng)有利于形成穿堂風(fēng),從而增加房間內(nèi)的空氣流動,利于室內(nèi)換氣。第二,從通風(fēng)的角度來講,窗戶可通風(fēng)面積的大小是決定室內(nèi)風(fēng)速的關(guān)鍵,但前提是必須要保證進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的同時存在,才能由于正負(fù)風(fēng)壓的作用而形成空氣的流動。研究表明,空氣流動的平均速度取決于較小尺寸的開口。因此,單方面增大進(jìn)風(fēng)口或出風(fēng)口面積,并不能對室內(nèi)氣流平均速度有太大影響,而為了增強(qiáng)室內(nèi)穿堂風(fēng)的效果,必須同時增大進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。這樣也有利于室內(nèi)保持較為穩(wěn)定的風(fēng)速和均勻的流場,提高人體舒適度。第三,窗戶的開啟形式對通風(fēng)面積和氣流的流場均產(chǎn)生較大的影響。如推拉窗與平開窗比較(相同窗戶面積),平開窗的最大通風(fēng)面積是推拉窗的兩倍,通風(fēng)效果明顯優(yōu)勝。上懸窗與平開窗對比,兩者的最大通風(fēng)面積相同,但由于兩窗的窗葉開啟形式不同,所引導(dǎo)空氣產(chǎn)生不同的流場,造成的通風(fēng)效果也明顯不同。因此,從通風(fēng)的角度考慮,對于有利于建筑通風(fēng)的窗戶應(yīng)盡可能采用提高通風(fēng)面積的形式,窗戶開啟的角度和位置要慎重考慮,科學(xué)設(shè)計(jì),將室內(nèi)空氣主流場控制在房間剖面的主要使用高度。第四,當(dāng)建筑內(nèi)部不具備形成穿堂風(fēng)的情況下,有必要通過導(dǎo)風(fēng)板的設(shè)計(jì)盡可能增加形成空氣流通的條件。如一個房間只能單側(cè)墻開窗時,可考慮在此墻上相距一定距離開設(shè)兩個窗戶,兩窗之間設(shè)置垂直擋風(fēng)板(見圖2)。當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)在水平方向上與該擋風(fēng)板夾角較大時(60o~90o),在擋板的兩側(cè)就會形成明顯正負(fù)風(fēng)壓區(qū),氣流就會從第一個迎風(fēng)窗進(jìn)入而從另一窗戶流出,實(shí)現(xiàn)單側(cè)開窗的通風(fēng)[2]。因此,此做法較為適合在房間朝向與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向夾角較大時采用。
除了平面設(shè)計(jì)時應(yīng)對通風(fēng)重點(diǎn)考慮之外,建筑剖面的通風(fēng)設(shè)計(jì)其實(shí)也十分重要,一般應(yīng)注意以下兩點(diǎn):其一,進(jìn)出風(fēng)口的高低決定了室內(nèi)空氣流動的方向,對人體的舒適度影響較大。因此,一般應(yīng)結(jié)合房間的實(shí)際使用功能設(shè)計(jì)剖面的通風(fēng)高度。如辦公室,通風(fēng)高度應(yīng)設(shè)在人坐姿的頭部位置;住宅內(nèi)的通風(fēng)高度控制可按不同功能要求確定,起居室、書房、餐廳應(yīng)以坐姿為參考,廚房應(yīng)以站姿為參考,臥室可以臥姿為參考。窗臺的高度應(yīng)按實(shí)際通風(fēng)要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,才能獲得較為理想的通風(fēng)效果。其二,運(yùn)用文丘里管原理,在建筑物剖面的上部設(shè)置出風(fēng)口,使平面面積較大的建筑物也有良好的通風(fēng)效果。具體做法可在大進(jìn)深的建筑物中部設(shè)置若干貫通的垂直空間,此空間應(yīng)高于建筑物屋面,并設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的出風(fēng)口,由于太陽輻射的加熱作用使該空間形成煙囪效應(yīng),促進(jìn)氣流上升,實(shí)現(xiàn)熱壓通風(fēng)散熱,這就是所謂的“太陽能煙囪”。建筑內(nèi)部設(shè)置了“太陽能煙囪”,可實(shí)現(xiàn)無風(fēng)狀態(tài)的自然通風(fēng),室內(nèi)溫度得到了有效的降低,換氣次數(shù)得到了明顯的增加[3],在節(jié)能方面有很好的成效(見圖3)。該技術(shù)已被日本的文教建筑廣泛采用,在我國積極倡導(dǎo)節(jié)能的大形勢下,很值得我們借鑒。
3建筑外遮陽的運(yùn)用與節(jié)能設(shè)計(jì)
隨著節(jié)能技術(shù)的推廣,業(yè)界對建筑外遮陽也越來越重視。建筑外遮陽能有效地阻隔部分太陽光直接照射到建筑物的外圍結(jié)構(gòu),特別是防止太陽輻射穿過窗戶直接進(jìn)入室內(nèi),從而有效降低室內(nèi)溫度,達(dá)到節(jié)能的最終目標(biāo)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師經(jīng)常會為了達(dá)到造型效果而刻意增加立面上的裝飾構(gòu)板,這些構(gòu)件由于并非從遮陽方面考慮,所以形式作用大于實(shí)際功能。這并不符合設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)原則和節(jié)能原則。所以筆者認(rèn)為,建筑立面設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑外遮陽設(shè)計(jì)相結(jié)合,并注意三方面的問題:一是要明確各種外遮陽的適用性。建筑外遮陽的設(shè)置與太陽的位置、建筑物的朝向都有著密切的關(guān)系。在窗戶遮陽方面,實(shí)踐證明:水平遮陽能遮擋高度角較大、從上方入射的太陽光,適用于南向的窗戶;垂直遮陽能遮擋高度角較小、從側(cè)面斜入射的太陽光,適用于東北向、西北向和正北向的窗戶;綜合遮陽(或稱柵格遮陽)則綜合了水平與垂直遮陽的優(yōu)點(diǎn),適用于東南向、西南向和正南向的窗戶。此外,擋板式遮陽、簾式遮陽、百葉遮陽等方式對于窗戶遮陽都有非常好的效果,但對建筑采光則有一定的影響。而對于建筑墻體和屋面的遮陽,目前較為有效的方法是通過柵格遮陽和綠化遮陽。隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高,建筑遮陽技術(shù)已越來越趨向智能化、自動化、高效化。二是要從構(gòu)件的設(shè)計(jì)上合理處理好遮陽與隔熱的問題。傳統(tǒng)的實(shí)體構(gòu)件——水平、垂直和綜合遮陽與墻體相連,其吸收的熱量會直接傳遞給外墻,而且容易構(gòu)成半開放式空間,遮陽構(gòu)件受太陽輻射后溫度上升,其一部分熱量通過表面?zhèn)鳠嵊煽諝鈳ё卟⑾蛏蟼鬟f,但由于其它遮陽構(gòu)件的阻擋,反而容易產(chǎn)生積聚現(xiàn)象,在風(fēng)的作用下通過窗戶導(dǎo)入建筑室內(nèi),從而不利于隔熱(見圖4)。解決的方法是——在水平遮陽構(gòu)件的選擇上采用通透性的構(gòu)件,如金屬百葉、混凝土柵格板等,使上升的熱空氣能有效地散失,減少對室內(nèi)的影響。目前較為先進(jìn)的雙層玻璃幕墻系統(tǒng)中,為了利于熱空氣的上升,其兩層玻璃幕墻間的空氣夾層往往是一個可連續(xù)的整體,即垂直方向上的間隔均為通透的金屬構(gòu)件,確保熱空氣能上升并帶走熱量。因此,在遮陽構(gòu)件的選擇上要細(xì)致研究,不斷更新設(shè)計(jì)。三是要合理設(shè)置遮陽板,避免影響室內(nèi)空氣的流動速度。因?yàn)檎陉柊宓拇嬖跁ㄖ镏車娘L(fēng)壓產(chǎn)生影響,當(dāng)其角度與風(fēng)向不一致時,風(fēng)速將會大大降低。實(shí)踐證明,由于設(shè)置了遮陽板,室內(nèi)風(fēng)速會減弱22%~47%。而且,遮陽的設(shè)置方式也會對氣流產(chǎn)生不同的影響。如實(shí)體水平遮陽板直接連接在窗頂,氣流進(jìn)入室內(nèi)后會上升,不利于房間中下部的通風(fēng)。若在實(shí)體板與墻體間增加空隙,或在遮陽板上部的墻體流出通風(fēng)口,又或?qū)⒄陉柊逶O(shè)在高于窗頂一段距離的位置,都能使得氣流的方向得到有效的調(diào)節(jié),使房間中部和下部均得到良好的通風(fēng),提高室內(nèi)環(huán)境的舒適性。而對于垂直遮陽來說,由于風(fēng)向是經(jīng)常變化的,所以固定的垂直遮陽板應(yīng)順應(yīng)所在地夏季的主導(dǎo)風(fēng)來設(shè)置相應(yīng)的角度,而更好的方法是采用可調(diào)節(jié)的垂直遮陽板,使建筑最大限度地適應(yīng)氣候的變化。目前較為先進(jìn)的智能建筑,其外遮陽構(gòu)件都是根據(jù)太陽輻射、風(fēng)向等氣候因素變化由電腦控制自動調(diào)節(jié),具有相當(dāng)高的氣候適應(yīng)能力。
4熱橋問題與節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對建筑保溫起到?jīng)Q定性的作用,但其中的熱橋問題往往是人們所最容易忽略的。當(dāng)代建筑由于追求造型的變化,立面上的凹凸進(jìn)退增多,突出墻體、屋面的構(gòu)件也越來越多,外飄窗得到了廣泛的使用,這些設(shè)計(jì)手法豐富了建筑造型,卻無形中增加了熱橋的產(chǎn)生,對建筑節(jié)能帶來不利的影響。產(chǎn)生熱橋的原因主要有兩個:一是因?yàn)樵摬课坏膫鳠嵯禂?shù)比相鄰部位的傳熱系數(shù)大得多,熱阻小,保溫性能較差;二是因?yàn)樵摬课坏氖軣崦娣e遠(yuǎn)小于其散熱面積,從而失熱過多,內(nèi)表面溫度較低。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土梁、柱、板的相互交接處,外墻與外墻、內(nèi)墻、以及窗戶的連接處,保溫門窗中的金屬門框,以及突出屋面的女兒墻、排氣孔與屋面交接部位等,都是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱橋形成的主要部位[4]。在寒冷的季節(jié),室內(nèi)的熱能就會通過熱橋大量地流失。不妥善處理好這個問題,對于建筑節(jié)能會造成很大的影響。因此,在需要考慮冬季保溫的地區(qū),必須要做好外墻、屋面以及門窗的保溫,構(gòu)件自身的物理性能應(yīng)滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。在防止熱橋產(chǎn)生的構(gòu)造處理方法上,墻體的外保溫比內(nèi)保溫更為有效,可避免室內(nèi)外溫差加大,保持較為穩(wěn)定的室溫和舒適度,防止保溫層受潮,避免熱橋的產(chǎn)生。實(shí)踐證明,在采暖期采用相同厚度保溫材料的外保溫要比內(nèi)保溫減少約1/5的熱損失,而在夏季,墻體的外保溫做法還能減少太陽輻射熱和室外熱空氣與外墻的表面換熱,隔熱效果也優(yōu)于內(nèi)保溫做法[5]。對于建筑中使用較多的鋁合金門窗,解決熱橋的方法是改采用新型的斷熱橋型鋁合金門窗或鋁塑復(fù)合門窗,且應(yīng)同時配置三玻中空玻璃或Low-E中空玻璃,這樣就能保證門窗達(dá)到節(jié)能65%的要求[6]。其它的如屋面、外墻角、挑出構(gòu)件與主墻體的連接位等熱橋部位,應(yīng)嚴(yán)格按照國家規(guī)范要求加強(qiáng)建筑局部的保溫措施,防止熱散失。從總體上講,防止熱橋的產(chǎn)生就要平衡建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱,控制各組成部分的傳熱系數(shù)相接近,保證各部位的傳熱均勻。這就需要建筑師熟悉各種建筑材料的物理性能,在設(shè)計(jì)時對用材要仔細(xì)研究,合理配置,從根本上減少熱橋的產(chǎn)生,最終達(dá)到節(jié)能的目的。
5結(jié)語
當(dāng)然,建筑節(jié)能是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及方方面面的問題。上文所提及的四方面問題只是其中的一部分,它們往往不被重視甚至被忽視,這會造成許多的設(shè)計(jì)漏洞,使建筑物能耗增加。所以,筆者專門把它們選出來進(jìn)行探討,正是為了拋磚引玉,希望同行們能多加指正,集思廣益,共同探討建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的新方法,在今后的設(shè)計(jì)中多研究、多嘗試、多積累、多總結(jié),在有限的條件下將建筑功能與藝術(shù)和技術(shù)更好地結(jié)合,使建筑設(shè)計(jì)的各個方面都能體現(xiàn)節(jié)能的原則,努力創(chuàng)造低成本、高效率的節(jié)能建筑。
論文關(guān)鍵詞:農(nóng)村建筑節(jié)能;節(jié)能設(shè)計(jì);能源綜合利用
論文摘要:分析了我國北方農(nóng)村地區(qū)建筑現(xiàn)狀,針對農(nóng)村建筑的特點(diǎn),提出一些建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施以及能源綜合利用方式。強(qiáng)調(diào)農(nóng)村建筑規(guī)劃體系建立和建筑節(jié)能的管理,以期為北方廣大農(nóng)村農(nóng)民提供一個健康、舒適的節(jié)能建筑。
隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,我國農(nóng)民的生活水平不斷的提高,他們對自己的居住條件的要求也越來越高。長期以來,我國北方農(nóng)村地區(qū)建筑特點(diǎn)是占地多,建造技術(shù)水平低,缺乏科學(xué)性,甚至是忽視最基本的建筑熱工性能和舒適性要求,特別是缺乏統(tǒng)一的建筑規(guī)劃,能源利用率低,導(dǎo)致其建筑土地利用率低,保溫隔熱性能差,能耗大,舒適度低。因此,為了提高農(nóng)民生活質(zhì)量,應(yīng)以改善居住條件為重點(diǎn),科學(xué)制定農(nóng)村建筑規(guī)劃體系,因地制宜地在廣大北方農(nóng)村地區(qū)推廣建筑節(jié)能技術(shù),發(fā)展節(jié)能建筑。
1農(nóng)村建筑節(jié)能設(shè)計(jì)
1.1北方農(nóng)村建筑現(xiàn)狀分析
我國北方地區(qū)農(nóng)村建筑要適應(yīng)日常居住生活和農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)的雙重需要,居民建筑類型大多為單戶、雙戶以及多戶并聯(lián)的建筑類型。長期以來,我國農(nóng)村建筑大多為個人建造,農(nóng)民隨意建設(shè),農(nóng)村建筑缺乏規(guī)劃和設(shè)計(jì),造成建筑的功能劃分不合理,用地浪費(fèi)。在房屋建設(shè)的過程中,由于技術(shù)和施工條件的限制以及經(jīng)濟(jì)條件的制約,農(nóng)民建房時多選用一些落后的建材,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍采用傳統(tǒng)的做法,致使其建筑能耗大,不利于節(jié)能。
1.2建筑規(guī)劃布局
我國北方農(nóng)村大多地區(qū)冬季寒冷,夏季炎熱。建筑規(guī)劃選址中應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩韮?yōu)勢,根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn),合理地安排建筑與周圍環(huán)境因素之間的關(guān)系。在建筑平面的布局時,要充分考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活習(xí)慣,合理地安排建筑物功能分區(qū)。
1.2.1建筑選址應(yīng)避免在山谷、溝底等區(qū)域,這主要考慮冬季氣流在這些區(qū)域里形成對建筑物的“霜洞”效應(yīng),會使其能耗增加。建筑朝向應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件和氣候條件,選擇最有利的自然采光和通風(fēng)的區(qū)域,注意冬季防風(fēng)和夏季有效利用自然通風(fēng),減少能耗。
1.2.2建筑類型上應(yīng)多采用兩戶或多戶并聯(lián)的布置形式,減少建筑體系系數(shù),有利于降低建筑能耗。
1.2.3根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生活習(xí)慣,將居住建筑和農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)用房進(jìn)行合理的劃分。例如將臥室、大堂宜布置在南向,飼養(yǎng)室、農(nóng)副產(chǎn)品加工室宜布置在北向。
1.2.4規(guī)劃中應(yīng)注重綠化環(huán)境。綠化可以改善建筑群體的氣候條件,可以調(diào)節(jié)氣溫、降低溫室效應(yīng)、隔熱遮陽、減少噪聲,是優(yōu)化建筑室內(nèi)環(huán)境、減少建筑能耗的有效措施。
1.3建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)
1.3.1外墻
外墻散失的熱量約占整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的25~28%,因此應(yīng)在寒冷地區(qū)的北方農(nóng)村建筑外墻設(shè)計(jì)中應(yīng)采用外墻外保溫。依據(jù)當(dāng)?shù)匾延械脑牧希侠磉x擇建筑外墻材料,推廣使用空心磚或混凝土空心小砌塊等節(jié)能磚。同時在建造時靈活選取構(gòu)造措施,利用農(nóng)村地區(qū)容易獲得的材料(稻殼,麥秸等)作為外墻保溫材料,使外墻獲得良好的隔熱效果。
1.3.2屋面與地面
北方地區(qū)農(nóng)村建筑屋面散熱量占總散熱量的15%左右,地面約為6%。在屋面建造時應(yīng)采用坡屋頂,設(shè)置架空層或平屋頂,設(shè)置吊頂層。選用導(dǎo)熱系數(shù)小,吸水率低,易于就地取材的保溫材料。重視地面保溫,在地面墊層下鋪設(shè)廉價的爐渣等其他保溫材料,并注意地面防潮設(shè)計(jì),減少地面散熱量。
1.3.3門與外窗
長期以來,北方農(nóng)村建筑的門窗建造較為簡陋,大部分為單層,而且密封性較差。外窗的熱損失量,約占整個房屋的30%。為了減少外窗的熱損失,在滿足自然通風(fēng)和采光的要求下,減少窗墻比,應(yīng)采用雙層窗或單框雙玻璃窗,增強(qiáng)其密封性,以此來提高窗的總熱阻。外門應(yīng)采用雙層,若采用單層應(yīng)作保溫處理,提高外門的隔熱性能。尺寸較大的門窗應(yīng)在室內(nèi)加裝門窗簾,也有利于減少門窗的熱損失。
2能源的綜合開發(fā)與應(yīng)用
2.1太陽能開發(fā)與應(yīng)用
北方農(nóng)村地區(qū)有著豐富的太陽能資源,建造太陽能綜合利用建筑,在屋頂放置太陽能利用設(shè)備可提供生活熱水、采暖系統(tǒng)以及照明等綜合應(yīng)用。特別是近年來太陽能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的應(yīng)用,適合應(yīng)用在無集中供暖的農(nóng)村建筑。在過渡季節(jié),利用太陽能熱水還可以強(qiáng)化自然通風(fēng)。
2.2沼氣開發(fā)與應(yīng)用
沼氣是一種清潔的可再生能源。在北方廣大農(nóng)村地區(qū)各種農(nóng)作物的秸稈,牲畜的糞便等都可以作為產(chǎn)生沼氣的原料。沼氣不僅用來解決農(nóng)村燃料缺乏問題,也可以應(yīng)用沼氣進(jìn)行采暖和照明等綜合利用。另外沼液和沼渣可以作為有機(jī)肥料,施在農(nóng)田和果園里。沼氣建設(shè)與種養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合,通過資源的優(yōu)化配置,延伸了經(jīng)濟(jì)鏈,使能源得到有效的循環(huán)利用。目前我國農(nóng)村大多采用單戶的沼氣建設(shè),受技術(shù)條件的限制經(jīng)常沼氣產(chǎn)量不足,而且安全性較差。建議采用多戶集中建造高效的沼氣設(shè)施,集中管理,有效利用資源,這樣能使沼氣設(shè)施能源利用率高,便于為廣大農(nóng)民提供高效、潔凈、安全的沼氣能源。2.3其他能源的開發(fā)與應(yīng)用
我國有著豐富的淺層地?zé)崮茉矗诒狈睫r(nóng)村地區(qū)可以開發(fā)利用當(dāng)?shù)氐牡責(zé)豳Y源,為集中規(guī)劃建造的村鎮(zhèn)建筑群提供熱源,宜于集中熱水供應(yīng)和采暖設(shè)施建造,從而節(jié)約燃料的使用。在北方農(nóng)村的一些地區(qū)風(fēng)能資源也較為豐富,利用其建造風(fēng)力發(fā)電,供應(yīng)日常的生活和照明用電,既方便又廉價,節(jié)約用電。
3農(nóng)村建筑節(jié)能管理
農(nóng)村建筑的節(jié)能不僅僅是在體現(xiàn)在節(jié)能設(shè)計(jì),節(jié)能管理也是很重要的一方面。建立健全建筑節(jié)能管理機(jī)制,是落實(shí)建筑節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)的前提。首先,在新建農(nóng)村建筑時應(yīng)注重改變觀念,統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè),進(jìn)行初期的建筑項(xiàng)目可行性論證報告以及綜合利用能源的可行性方案設(shè)計(jì)。要按照節(jié)能設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行建造,加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì),充分利用當(dāng)?shù)匾子谌〉玫牧畠r又節(jié)能的建筑材料。其次,在建筑建成后注重農(nóng)民節(jié)能意識培養(yǎng),統(tǒng)一管理一些集中的公用能源設(shè)施,例如集中的沼氣設(shè)施或采暖系統(tǒng)。
4結(jié)束語
目前,在我國北方農(nóng)村地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)條件的制約,多數(shù)農(nóng)村建筑未能使用節(jié)能設(shè)計(jì),這就需要國家和當(dāng)?shù)卣峁┱吆徒?jīng)濟(jì)支持,開發(fā)出適合在農(nóng)村地區(qū)的廉價節(jié)能的建筑材料和能源利用設(shè)備,樹立可持續(xù)發(fā)展觀念,建立農(nóng)村建筑規(guī)劃管理體系,在農(nóng)村地區(qū)大力推廣節(jié)能建筑,為廣大農(nóng)民創(chuàng)造一個健康、舒適的居住環(huán)境。
早在20世紀(jì)70年代,建筑節(jié)能概念就被正式提出。建筑節(jié)能的中心是減少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同時,建筑節(jié)能需以不影響人們感覺舒適度為前提,即室溫冬季不低于18攝氏度,夏季不高于26攝氏度。時隔30年,2004年,圍繞著石油與能源問題的“大事件”再次集中發(fā)生,而我國的能源問題更是顯露無遺:石油消耗量僅次于美國、燃煤緊張、拉閘限電、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上調(diào)成品油價格……
本文將在總結(jié)國際與國內(nèi)能源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析建筑節(jié)能的必要性與緊迫性,同時通過調(diào)研目前國內(nèi)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例,評判建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益,希望能夠使社會各界意識到,建筑節(jié)能不單是發(fā)達(dá)國家的問題,我國正面臨一場真正的能源危機(jī),建筑節(jié)能迫在眉睫。
一、國際能源危機(jī)加劇
1、能源儲量減少,石油僅供開采41年
目前,石油、煤炭、天然氣這三種傳統(tǒng)能源占能源消費(fèi)約90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示,世界石油總儲量為1.15萬億桶,僅供生產(chǎn)41年;全球天然氣儲量為176萬億立方米,僅供開采63年。日本權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)也申明,全球煤炭埋藏量10316億噸,可開采231年;核反應(yīng)原料鈾已探明儲量436萬噸,可供72年使用(海水中的鈾可供使用1萬年,利用钚為燃料的增值核反應(yīng)堆可使用100萬年);利用熱核反應(yīng),海水中的鋰能源可開采年限為1600萬年。可見,全世界最為依賴的能源——石油與天然氣,在21世紀(jì)的前半,就將日趨枯竭。科學(xué)家們預(yù)計(jì)2040年石油消費(fèi)將達(dá)到最高峰,2100年石油消費(fèi)將減少到不足能源消費(fèi)總量的5%%.而從2050年開始,核能、生物能、水利地?zé)帷L(fēng)力、太陽能的比率大大上升,達(dá)到總能源消費(fèi)的1/3,熱核能源將達(dá)到總能源消費(fèi)的1/4.
因此,在世界能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軌的大趨勢下,不考慮建筑節(jié)能而建造的房屋,終有一日會因?yàn)闆]有能源可用,終被社會淘汰。呼吁建筑節(jié)能,很重要的一點(diǎn)就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過科學(xué)合理的建筑節(jié)能措施,采用可再生新能源,使建筑可持續(xù)發(fā)展。
2、能源需求不斷增加,價格無法下降
根據(jù)美國能源部能源資訊署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消費(fèi)形勢如下:
全球能源總消費(fèi)量將增加60%,其中亞洲及南美州發(fā)展我國家將增長1倍(每年增長4%,相比發(fā)達(dá)國家每年增長1.3%)。
石油:石油預(yù)計(jì)增長59%(年增長率為2.2%)。此外,石油將維持占全球能源總消費(fèi)量40%以上的比例。
天然氣:爭議較小的天然氣將是需求增長最快的能源,預(yù)計(jì)增長一倍。天然氣占全球能源消費(fèi)量比重也將由23%升至28%.
煤:由于空氣污染及二氧化碳排放等問題,煤炭占全球能源總消費(fèi)量的比重將由22%降至20%.
核能:在政治問題影響下,全球核能發(fā)展情勢尚難確定,但保守估計(jì)全球核能消費(fèi)量將比現(xiàn)在略為增長。
可再生能源(包含大水力):預(yù)估將增長53%.但由于現(xiàn)階段數(shù)量過少、成本高、能源密集度低且供應(yīng)不穩(wěn)定,所以占全球能源總消費(fèi)量的比重將由9%下降到8%.不過預(yù)計(jì)更遠(yuǎn)的未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,比重將上升較快。
以上預(yù)測在2004年阿拉伯石油輸出國的12月月報中已經(jīng)得到體現(xiàn),它指出截止到2020年,世界石油需求量將以年平均1.7%至2%的速度增長,日需求量逐漸從目前的8200萬桶到近1.07億桶。
可見,由于核能與可再生能源的替代性遲遲無法實(shí)現(xiàn),石油、天然氣的需求量仍會不斷增加,但能源儲量是有限的,這種供需關(guān)系導(dǎo)致了石油、天然氣等能源價格不會下降。
同時,恐怖活動增加了石油以天然氣運(yùn)輸風(fēng)險及成本。自美國發(fā)生“9.11”恐怖攻擊事件后,全球恐怖活動升溫,而保護(hù)措施較為不足的石油及天然氣供應(yīng)等能源基礎(chǔ)設(shè)施成為恐怖分子攻擊目標(biāo)的可能性提高。例如2001年10月斯里蘭卡一艘油輪遭受其境內(nèi)恐怖組織攻擊;2002年10月法國油輪在葉門遭受不明恐怖分子攻擊;……各國為了預(yù)防恐怖攻擊,正大興土木加強(qiáng)能源設(shè)施的保護(hù)工作,而隨著防范設(shè)施、人力及保險費(fèi)用的增加,能源使用價格也面臨逐漸上漲的壓力。
面臨能源價格,尤其是天然氣價格逐步上漲,居高不下,很多高耗能建筑開始出現(xiàn)因承擔(dān)不起昂貴的能源維持費(fèi)用而被迫停用,或者售價、租金一降再降的現(xiàn)象。因此,建筑尤其是高層住宅與辦公樓、大型共建正面臨著一場新的革命,建筑節(jié)能節(jié)能勢在必行。
3、美國企圖掌控全球石油供給,強(qiáng)力遏制我國、歐洲的發(fā)展
許多石油生產(chǎn)地區(qū),尤其是中東地區(qū),由于擁有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及軍事的動亂。在近期較大規(guī)模的戰(zhàn)爭有1980年兩伊戰(zhàn)爭、1990年波斯灣戰(zhàn)爭、1994年俄國出兵車臣、2001年阿富汗戰(zhàn)爭和2004年的美伊戰(zhàn)爭,而其他小型區(qū)域沖突也非常多,都是圍繞著石油資源而展開的。每次爭奪石油資源引發(fā)的動蕩,使眾多石油進(jìn)口國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源安全受到威脅,牽動整個世界的經(jīng)濟(jì)。從這個意義上說,哪個國家能掌握全球的石油、天然氣能源,就如同握緊全球經(jīng)濟(jì)命脈。
因此,美國攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不僅是要賺回為之付出的巨額戰(zhàn)爭費(fèi)用,還要建立起有利于美國的世界石油市場“新秩序”:一來拉低美元匯率、彌補(bǔ)貿(mào)易逆差、打壓歐元;二來美國可以時時掌控我國、俄羅斯、印度等國家石油進(jìn)口價格與能源供給量,遏制這些國家的經(jīng)濟(jì)騰飛。
面臨美國今后可能采取的能源阻擾政策,我國除了爭取更多的與石油出口國的貿(mào)易協(xié)議外,能源節(jié)約是最關(guān)鍵的一步。
二、我國所面臨的能源挑戰(zhàn)
1、人均儲量少,先天不足,但能耗效率卻低。
我國能源總量豐富,但人均能源可采儲量遠(yuǎn)低于世界平均水平。2000年人均石油可采儲量只有2.6噸,人均天然氣可采儲量1074立方米,人均煤炭可采儲量90噸,分別為世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最終可采儲量居世界第41位。因此,一旦平均到個人消費(fèi)量,我國能源并非地大物博,實(shí)際上存在先天不足的弱勢。
從能源利用效率來看,目前國內(nèi)能耗高,能源效率低。2001年,我國終端能源用戶能源消費(fèi)的支出為1.25萬億元,占GDP總量的比例為13%,而美國僅為7%.同時,我國單位產(chǎn)品的能耗水平較高,目前8個高耗能行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47%,而這8個行業(yè)的能源消費(fèi)占工業(yè)部門能源消費(fèi)總量的73%.這造成了很大社會能源浪費(fèi)。
2、我國成為能源消耗大國,進(jìn)口依賴度提高。
2003年我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國的第二大石油消費(fèi)國。全年原油消費(fèi)量達(dá)到2.5億噸以上。其中全國原油產(chǎn)量約1.69億噸,進(jìn)口原油8900萬噸,分別占世界石油需求增長總量的41%、32%,約每天60萬桶和260桶。
2004年原油消費(fèi)需求量仍以10%以上的增速增長,約達(dá)到2.75億噸,進(jìn)口原油數(shù)量超過1億噸。同時,煤炭消耗量占世界總量的40%以上,天然氣供暖需求量也一直在增長。預(yù)計(jì)到2020年,我國石油需求量為4.5億噸,年均遞增12%;天然氣在一次能源消費(fèi)中,所占比例將由目前的2.7%增長到10%以上;我國對海外能源的依賴程度將達(dá)到55%以上。
可見,我國能源消耗需求旺盛的同時,進(jìn)口依賴度提高,這使得國內(nèi)經(jīng)濟(jì)受中東動亂及石油危機(jī)沖擊的概率上升,危及我國能源供應(yīng)安全,存在較大風(fēng)險。
3、能源成為我國經(jīng)濟(jì)命脈所在,威脅國家穩(wěn)定安全
2004年全國電荒、煤荒集中爆發(fā)。上半年,27個省份全面告急,國家線網(wǎng)被迫拉閘電線80多萬次。下半年,今年北方供暖的城市無一例外都面臨能源緊張的考驗(yàn)。以吉林省為例,往年到9月底供熱企業(yè)儲煤應(yīng)達(dá)年用煤總量的80%,而今年供熱用煤的儲量不足40%;長春市每年鍋爐供熱用煤為306萬噸,截至10月底只有總量的40%入庫;在吉林市,每年鍋爐供熱用煤為46.5萬噸,今年到10月底也才入庫42%;吉林省其他城市同樣存在緊缺情況。就連首都北京也難逃厄運(yùn)。預(yù)計(jì)北京冬季煤炭需求為1460萬噸。受全國煤炭資源緊、運(yùn)輸難、價格高等因素影響,北京市電煤庫存一直在警戒線以下運(yùn)行,到10月底鍋爐及民用燃煤庫儲煤率不足45%.而為防止大氣污染,北京城區(qū)的燃煤鍋爐大多變?yōu)槿細(xì)饣蛉加汀kS著石油價格的上調(diào),北京冬季供暖承受著巨大的壓力,2005年3月,北京油價再次上調(diào),93號汽油每升上漲了0.26元。
能源的供給直接影響到人民生活與國民生產(chǎn)。一次拉閘對平常老百姓無關(guān)大要,但對于長期依賴電力生產(chǎn)的工廠、企業(yè)來說,損失可能是上百上千萬;而全國27個省份同時出現(xiàn)問題,這種經(jīng)濟(jì)損失就根本無從計(jì)算,直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)命脈。而冬季供暖的短缺,導(dǎo)致很多底保戶和困難企業(yè)失去基本生存條件,威脅到國家穩(wěn)定安全。
三、建筑節(jié)能要求十分緊迫
1、建筑能耗約占社會總能耗的1/3
我國建筑能耗的總量逐年上升,在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從上世紀(jì)七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而國際上發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。以此推斷,國家建設(shè)部科技司研究表明,隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善,我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重,建筑耗能已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋。
2、高耗能建筑比例大,加劇能源危機(jī)
直到2002年末,我國節(jié)能建筑面積只有2.3億平方米。目前,我國已建房屋有400億平方米以上屬于高耗能建筑,總量龐大,潛伏巨大能源危機(jī)。正如建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出,僅到2000年末,我國建筑年消耗商品能源共計(jì)3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全社會終端能耗總量的27.6%,而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放“貢獻(xiàn)率”已經(jīng)達(dá)到了25%.因高耗能建筑比例大,單北方采暖地區(qū)每年就多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1800萬噸,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70億元,多排二氧化碳52萬噸。如果任由這種狀況繼續(xù)發(fā)展,到2020年,我國建筑耗能將達(dá)到1089億噸標(biāo)準(zhǔn);到2020年,空調(diào)夏季高峰負(fù)荷將相當(dāng)于10個三峽電站滿負(fù)荷能力,這將會是一個十分驚人的數(shù)量。
據(jù)分析,我國目前處于建設(shè)鼎旺期,每年建成的房屋面積高達(dá)16億至20億平方米,超過所有發(fā)達(dá)國家年建成建筑面積的總和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建設(shè)增速,預(yù)計(jì)到2020年,全國高耗能建筑面積將達(dá)到700億平方米。因此,如果現(xiàn)在不開始注重建筑節(jié)能設(shè)計(jì),將直接加劇能源危機(jī)。
3、我國建筑節(jié)能狀況落后,亟待改善
在70年代能源危機(jī)后,發(fā)達(dá)國家開始致力于研究與推行建筑節(jié)能技術(shù),而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日,我國建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。舉例說明,國內(nèi)絕大多數(shù)采暖地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相近的發(fā)達(dá)國家差許多。外墻的傳熱系數(shù)是他們的3.5至4.5倍,外窗為2至3倍,屋面為3至6倍,門窗的空氣滲透為3至6倍。現(xiàn)在,歐洲國家住宅的實(shí)際年采暖能耗已普遍達(dá)到每平方米6升油,大約相當(dāng)于每平方米8.57公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,而在我國,達(dá)到節(jié)能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要達(dá)到12.5公斤,約為歐洲國家的1.5倍。例如與北京氣候條件大體上接近的德國,1984年以前建筑采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,但到了2001年,德國的這一數(shù)字卻降低至每平方米3.7至8.6公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京卻一直是22.45.
因此,與當(dāng)前發(fā)達(dá)國家建筑能耗已經(jīng)大大降低的情況相比,我國單位建筑面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)的3倍以上,與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。而對于美國而言,全球石油資源的戰(zhàn)略布局以及石油的開采區(qū)域和運(yùn)輸線路等關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整工作已基本完成,我國卻沒有那樣強(qiáng)有力的能源后盾支持,在這樣的國情下,建筑節(jié)能水平的改善實(shí)際上應(yīng)該比發(fā)達(dá)國家更為緊迫。
早在20世紀(jì)70年代,建筑節(jié)能概念就被正式提出。建筑節(jié)能的中心是減少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同時,建筑節(jié)能需以不影響人們感覺舒適度為前提,即室溫冬季不低于18攝氏度,夏季不高于26攝氏度。時隔30年,2004年,圍繞著石油與能源問題的“大事件”再次集中發(fā)生,而我國的能源問題更是顯露無遺:石油消耗量僅次于美國、燃煤緊張、拉閘限電、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上調(diào)成品油價格……
本文將在總結(jié)國際與國內(nèi)能源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析建筑節(jié)能的必要性與緊迫性,同時通過調(diào)研目前國內(nèi)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例,評判建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益,希望能夠使社會各界意識到,建筑節(jié)能不單是發(fā)達(dá)國家的問題,我國正面臨一場真正的能源危機(jī),建筑節(jié)能迫在眉睫。
一、國際能源危機(jī)加劇
1、能源儲量減少,石油僅供開采41年
目前,石油、煤炭、天然氣這三種傳統(tǒng)能源占能源消費(fèi)約90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示,世界石油總儲量為1.15萬億桶,僅供生產(chǎn)41年;全球天然氣儲量為176萬億立方米,僅供開采63年。日本權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)也申明,全球煤炭埋藏量10316億噸,可開采231年;核反應(yīng)原料鈾已探明儲量436萬噸,可供72年使用(海水中的鈾可供使用1萬年,利用钚為燃料的增值核反應(yīng)堆可使用100萬年);利用熱核反應(yīng),海水中的鋰能源可開采年限為1600萬年。可見,全世界最為依賴的能源——石油與天然氣,在21世紀(jì)的前半,就將日趨枯竭。科學(xué)家們預(yù)計(jì)2040年石油消費(fèi)將達(dá)到最高峰,2100年石油消費(fèi)將減少到不足能源消費(fèi)總量的5%%.而從2050年開始,核能、生物能、水利地?zé)帷L(fēng)力、太陽能的比率大大上升,達(dá)到總能源消費(fèi)的1/3,熱核能源將達(dá)到總能源消費(fèi)的1/4.
因此,在世界能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軌的大趨勢下,不考慮建筑節(jié)能而建造的房屋,終有一日會因?yàn)闆]有能源可用,終被社會淘汰。呼吁建筑節(jié)能,很重要的一點(diǎn)就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過科學(xué)合理的建筑節(jié)能措施,采用可再生新能源,使建筑可持續(xù)發(fā)展。
2、能源需求不斷增加,價格無法下降
根據(jù)美國能源部能源資訊署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消費(fèi)形勢如下:
全球能源總消費(fèi)量將增加60%,其中亞洲及南美州發(fā)展我國家將增長1倍(每年增長4%,相比發(fā)達(dá)國家每年增長1.3%)。
石油:石油預(yù)計(jì)增長59%(年增長率為2.2%)。此外,石油將維持占全球能源總消費(fèi)量40%以上的比例。
天然氣:爭議較小的天然氣將是需求增長最快的能源,預(yù)計(jì)增長一倍。天然氣占全球能源消費(fèi)量比重也將由23%升至28%.
煤:由于空氣污染及二氧化碳排放等問題,煤炭占全球能源總消費(fèi)量的比重將由22%降至20%.
核能:在政治問題影響下,全球核能發(fā)展情勢尚難確定,但保守估計(jì)全球核能消費(fèi)量將比現(xiàn)在略為增長。
可再生能源(包含大水力):預(yù)估將增長53%.但由于現(xiàn)階段數(shù)量過少、成本高、能源密集度低且供應(yīng)不穩(wěn)定,所以占全球能源總消費(fèi)量的比重將由9%下降到8%.不過預(yù)計(jì)更遠(yuǎn)的未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,比重將上升較快。
以上預(yù)測在2004年阿拉伯石油輸出國的12月月報中已經(jīng)得到體現(xiàn),它指出截止到2020年,世界石油需求量將以年平均1.7%至2%的速度增長,日需求量逐漸從目前的8200萬桶到近1.07億桶。
可見,由于核能與可再生能源的替代性遲遲無法實(shí)現(xiàn),石油、天然氣的需求量仍會不斷增加,但能源儲量是有限的,這種供需關(guān)系導(dǎo)致了石油、天然氣等能源價格不會下降。
同時,恐怖活動增加了石油以天然氣運(yùn)輸風(fēng)險及成本。自美國發(fā)生“9.11”恐怖攻擊事件后,全球恐怖活動升溫,而保護(hù)措施較為不足的石油及天然氣供應(yīng)等能源基礎(chǔ)設(shè)施成為恐怖分子攻擊目標(biāo)的可能性提高。例如2001年10月斯里蘭卡一艘油輪遭受其境內(nèi)恐怖組織攻擊;2002年10月法國油輪在葉門遭受不明恐怖分子攻擊;……各國為了預(yù)防恐怖攻擊,正大興土木加強(qiáng)能源設(shè)施的保護(hù)工作,而隨著防范設(shè)施、人力及保險費(fèi)用的增加,能源使用價格也面臨逐漸上漲的壓力。
面臨能源價格,尤其是天然氣價格逐步上漲,居高不下,很多高耗能建筑開始出現(xiàn)因承擔(dān)不起昂貴的能源維持費(fèi)用而被迫停用,或者售價、租金一降再降的現(xiàn)象。因此,建筑尤其是高層住宅與辦公樓、大型共建正面臨著一場新的革命,建筑節(jié)能節(jié)能勢在必行。
3、美國企圖掌控全球石油供給,強(qiáng)力遏制我國、歐洲的發(fā)展
許多石油生產(chǎn)地區(qū),尤其是中東地區(qū),由于擁有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及軍事的動亂。在近期較大規(guī)模的戰(zhàn)爭有1980年兩伊戰(zhàn)爭、1990年波斯灣戰(zhàn)爭、1994年俄國出兵車臣、2001年阿富汗戰(zhàn)爭和2004年的美伊戰(zhàn)爭,而其他小型區(qū)域沖突也非常多,都是圍繞著石油資源而展開的。每次爭奪石油資源引發(fā)的動蕩,使眾多石油進(jìn)口國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源安全受到威脅,牽動整個世界的經(jīng)濟(jì)。從這個意義上說,哪個國家能掌握全球的石油、天然氣能源,就如同握緊全球經(jīng)濟(jì)命脈。
因此,美國攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不僅是要賺回為之付出的巨額戰(zhàn)爭費(fèi)用,還要建立起有利于美國的世界石油市場“新秩序”:一來拉低美元匯率、彌補(bǔ)貿(mào)易逆差、打壓歐元;二來美國可以時時掌控我國、俄羅斯、印度等國家石油進(jìn)口價格與能源供給量,遏制這些國家的經(jīng)濟(jì)騰飛。
面臨美國今后可能采取的能源阻擾政策,我國除了爭取更多的與石油出口國的貿(mào)易協(xié)議外,能源節(jié)約是最關(guān)鍵的一步。
二、我國所面臨的能源挑戰(zhàn)
1、人均儲量少,先天不足,但能耗效率卻低。
我國能源總量豐富,但人均能源可采儲量遠(yuǎn)低于世界平均水平。2000年人均石油可采儲量只有2.6噸,人均天然氣可采儲量1074立方米,人均煤炭可采儲量90噸,分別為世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最終可采儲量居世界第41位。因此,一旦平均到個人消費(fèi)量,我國能源并非地大物博,實(shí)際上存在先天不足的弱勢。
從能源利用效率來看,目前國內(nèi)能耗高,能源效率低。2001年,我國終端能源用戶能源消費(fèi)的支出為1.25萬億元,占GDP總量的比例為13%,而美國僅為7%.同時,我國單位產(chǎn)品的能耗水平較高,目前8個高耗能行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47%,而這8個行業(yè)的能源消費(fèi)占工業(yè)部門能源消費(fèi)總量的73%.這造成了很大社會能源浪費(fèi)。
2、我國成為能源消耗大國,進(jìn)口依賴度提高。
2003年我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國的第二大石油消費(fèi)國。全年原油消費(fèi)量達(dá)到2.5億噸以上。其中全國原油產(chǎn)量約1.69億噸,進(jìn)口原油8900萬噸,分別占世界石油需求增長總量的41%、32%,約每天60萬桶和260桶。
2004年原油消費(fèi)需求量仍以10%以上的增速增長,約達(dá)到2.75億噸,進(jìn)口原油數(shù)量超過1億噸。同時,煤炭消耗量占世界總量的40%以上,天然氣供暖需求量也一直在增長。預(yù)計(jì)到2020年,我國石油需求量為4.5億噸,年均遞增12%;天然氣在一次能源消費(fèi)中,所占比例將由目前的2.7%增長到10%以上;我國對海外能源的依賴程度將達(dá)到55%以上。
可見,我國能源消耗需求旺盛的同時,進(jìn)口依賴度提高,這使得國內(nèi)經(jīng)濟(jì)受中東動亂及石油危機(jī)沖擊的概率上升,危及我國能源供應(yīng)安全,存在較大風(fēng)險。
3、能源成為我國經(jīng)濟(jì)命脈所在,威脅國家穩(wěn)定安全
2004年全國電荒、煤荒集中爆發(fā)。上半年,27個省份全面告急,國家線網(wǎng)被迫拉閘電線80多萬次。下半年,今年北方供暖的城市無一例外都面臨能源緊張的考驗(yàn)。以吉林省為例,往年到9月底供熱企業(yè)儲煤應(yīng)達(dá)年用煤總量的80%,而今年供熱用煤的儲量不足40%;長春市每年鍋爐供熱用煤為306萬噸,截至10月底只有總量的40%入庫;在吉林市,每年鍋爐供熱用煤為46.5萬噸,今年到10月底也才入庫42%;吉林省其他城市同樣存在緊缺情況。就連首都北京也難逃厄運(yùn)。預(yù)計(jì)北京冬季煤炭需求為1460萬噸。受全國煤炭資源緊、運(yùn)輸難、價格高等因素影響,北京市電煤庫存一直在警戒線以下運(yùn)行,到10月底鍋爐及民用燃煤庫儲煤率不足45%.而為防止大氣污染,北京城區(qū)的燃煤鍋爐大多變?yōu)槿細(xì)饣蛉加汀kS著石油價格的上調(diào),北京冬季供暖承受著巨大的壓力,2005年3月,北京油價再次上調(diào),93號汽油每升上漲了0.26元。
能源的供給直接影響到人民生活與國民生產(chǎn)。一次拉閘對平常老百姓無關(guān)大要,但對于長期依賴電力生產(chǎn)的工廠、企業(yè)來說,損失可能是上百上千萬;而全國27個省份同時出現(xiàn)問題,這種經(jīng)濟(jì)損失就根本無從計(jì)算,直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)命脈。而冬季供暖的短缺,導(dǎo)致很多底保戶和困難企業(yè)失去基本生存條件,威脅到國家穩(wěn)定安全。
三、建筑節(jié)能要求十分緊迫
1、建筑能耗約占社會總能耗的1/3
我國建筑能耗的總量逐年上升,在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從上世紀(jì)七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而國際上發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。以此推斷,國家建設(shè)部科技司研究表明,隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善,我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重,建筑耗能已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋。
2、高耗能建筑比例大,加劇能源危機(jī)
直到2002年末,我國節(jié)能建筑面積只有2.3億平方米。目前,我國已建房屋有400億平方米以上屬于高耗能建筑,總量龐大,潛伏巨大能源危機(jī)。正如建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出,僅到2000年末,我國建筑年消耗商品能源共計(jì)3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全社會終端能耗總量的27.6%,而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放“貢獻(xiàn)率”已經(jīng)達(dá)到了25%.因高耗能建筑比例大,單北方采暖地區(qū)每年就多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1800萬噸,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70億元,多排二氧化碳52萬噸。如果任由這種狀況繼續(xù)發(fā)展,到2020年,我國建筑耗能將達(dá)到1089億噸標(biāo)準(zhǔn);到2020年,空調(diào)夏季高峰負(fù)荷將相當(dāng)于10個三峽電站滿負(fù)荷能力,這將會是一個十分驚人的數(shù)量。
據(jù)分析,我國目前處于建設(shè)鼎旺期,每年建成的房屋面積高達(dá)16億至20億平方米,超過所有發(fā)達(dá)國家年建成建筑面積的總和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建設(shè)增速,預(yù)計(jì)到2020年,全國高耗能建筑面積將達(dá)到700億平方米。因此,如果現(xiàn)在不開始注重建筑節(jié)能設(shè)計(jì),將直接加劇能源危機(jī)。
3、我國建筑節(jié)能狀況落后,亟待改善
在70年代能源危機(jī)后,發(fā)達(dá)國家開始致力于研究與推行建筑節(jié)能技術(shù),而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日,我國建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。舉例說明,國內(nèi)絕大多數(shù)采暖地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相近的發(fā)達(dá)國家差許多。外墻的傳熱系數(shù)是他們的3.5至4.5倍,外窗為2至3倍,屋面為3至6倍,門窗的空氣滲透為3至6倍。現(xiàn)在,歐洲國家住宅的實(shí)際年采暖能耗已普遍達(dá)到每平方米6升油,大約相當(dāng)于每平方米8.57公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,而在我國,達(dá)到節(jié)能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要達(dá)到12.5公斤,約為歐洲國家的1.5倍。例如與北京氣候條件大體上接近的德國,1984年以前建筑采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,但到了2001年,德國的這一數(shù)字卻降低至每平方米3.7至8.6公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京卻一直是22.45.
因此,與當(dāng)前發(fā)達(dá)國家建筑能耗已經(jīng)大大降低的情況相比,我國單位建筑面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)的3倍以上,與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。而對于美國而言,全球石油資源的戰(zhàn)略布局以及石油的開采區(qū)域和運(yùn)輸線路等關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整工作已基本完成,我國卻沒有那樣強(qiáng)有力的能源后盾支持,在這樣的國情下,建筑節(jié)能水平的改善實(shí)際上應(yīng)該比發(fā)達(dá)國家更為緊迫。
摘要:我國正大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展原則,節(jié)能型建筑已成為今后城市建設(shè)的發(fā)展方向。但從建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)際情況分析,仍存在一些容易被忽視的問題有待進(jìn)一步深化認(rèn)識。它們涉及到建筑規(guī)劃、建筑通風(fēng)、建筑外遮陽和建筑熱橋四個方面,本文就此進(jìn)行探討,以加深共識、完善設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能;規(guī)劃節(jié)能;單體通風(fēng);外遮陽;熱橋
目前,我國正積極倡導(dǎo)節(jié)約能源,可持續(xù)發(fā)展。建設(shè)節(jié)能型建筑已被建設(shè)部納入今后城市建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展方向,相關(guān)的指引、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)也相繼出臺,建筑節(jié)能設(shè)計(jì)已成為今后建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分。縱觀當(dāng)前的設(shè)計(jì)市場,結(jié)合自身以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),筆者認(rèn)為有一些問題與建筑節(jié)能有密切關(guān)系,但又容易在設(shè)計(jì)中被忽視。它們涉及到建筑規(guī)劃、建筑通風(fēng)、建筑外遮陽和建筑熱橋四個方面,對這些問題進(jìn)行深入探討有著重要的現(xiàn)實(shí)意義,因此本文將就這四個方面逐一進(jìn)行論述:
1規(guī)劃與節(jié)能設(shè)計(jì)
在以往的規(guī)劃設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人考慮的往往是容積率、日照間距、空間形態(tài)、以及建筑與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)等問題,而很少從節(jié)能的角度來指導(dǎo)設(shè)計(jì),節(jié)能設(shè)計(jì)只有在單體方案設(shè)計(jì)階段才有所重視,從而產(chǎn)生了許多單體設(shè)計(jì)難以解決的問題。所以,提倡建筑節(jié)能首先應(yīng)該重視規(guī)劃節(jié)能。規(guī)劃節(jié)能是指在規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中充分考慮建筑與外部環(huán)境的關(guān)系,以節(jié)能作為指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要原則,充分利用自然資源,實(shí)現(xiàn)從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造先決條件的設(shè)計(jì)方法。其中,規(guī)劃節(jié)能對于居住建筑尤為重要。
影響居住區(qū)氣候環(huán)境及建筑舒適性的最主要的兩個因素是太陽輻射和空氣流動(即風(fēng)流)。因此,通過降低太陽輻射、增強(qiáng)建筑的自然通風(fēng)效果是規(guī)劃節(jié)能的主要方向。由此,建筑朝向、建筑間距以及建筑的相互組合關(guān)系將是規(guī)劃節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先,建筑的主要朝向應(yīng)迎合當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向(我國大部分地區(qū)以南北向或接近南北向布局為宜),利于自然通風(fēng),提高居住的舒適度。同時,南北朝向的建筑物在夏季所受到的太陽輻射也相對東西朝向建筑要少很多,可以節(jié)省夏季空調(diào)的用量;而在冬季時,建筑受到太陽輻射的情況剛好與夏季相反,從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗。第二,居住建筑的間距應(yīng)在滿足當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門的日照間距要求上適當(dāng)加大。增加建筑物的間距有利于居住區(qū)內(nèi)的空氣流動——風(fēng)量增大、風(fēng)速提高,從而使建筑物與空氣的熱交換增加,有效降低建筑物的溫度,從而降低建筑能耗。這需要規(guī)劃師在節(jié)約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點(diǎn),優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)。第三,居住建筑群的組合應(yīng)充分考慮整體的節(jié)能效果,以有利于居住區(qū)內(nèi)的自然通風(fēng)。具體應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①居住區(qū)規(guī)劃應(yīng)確保“風(fēng)道”的暢通,建筑群的入風(fēng)口和出風(fēng)口應(yīng)結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)合理設(shè)置,使空氣流通。②按照夏季盛行風(fēng)向作為建筑的主要朝向,排列建筑物應(yīng)遵循南小北大、南低北高的原則(見圖1),確保居住區(qū)內(nèi)建筑對自然風(fēng)的共享性,同時也使北面高大的建筑成為人工的風(fēng)障,這樣的建筑群體在夏季能迎合南風(fēng)、引導(dǎo)空氣穿越,冬季又能阻擋寒冷北風(fēng)的侵襲,較好地適應(yīng)氣候的變化[1]。③減少采用封閉式建筑組合,平面組合成“U”型的居住建筑組團(tuán),開口應(yīng)盡可能朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向,保證“U”型內(nèi)部建筑的空氣流通。④在規(guī)劃階段充分利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維模型的日照模擬運(yùn)算,在滿足采光、日照、防火等要求下,利用建筑物的自遮擋和建筑群間的相互遮擋,減少太陽輻射對居住建筑的影響。
2建筑單體的通風(fēng)與節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑市場中,住宅開發(fā)商為了達(dá)到土地最大利用率的目的,往往要求建筑師按容積率的最高值進(jìn)行設(shè)計(jì),甚至超值設(shè)計(jì),這樣導(dǎo)致許多新建住宅多為一梯六戶、一梯八戶,甚至一梯十戶以上都有。這種住宅單體平面在實(shí)際使用中通風(fēng)將十分不利,特別是在夏季,室內(nèi)積聚的熱量難以散失,必須采用人工通風(fēng)或空調(diào)降溫,大大增加了建筑使用的能耗。而且目前的許多住宅設(shè)計(jì),建筑立面窗戶的設(shè)計(jì)主要是從立面造型方面考慮——采光面積大,可開啟窗戶面積小,這樣的設(shè)計(jì)不但對隔熱不好,對通風(fēng)就更加不利。這都是因?yàn)楹鲆暯ㄖ误w的通風(fēng)設(shè)計(jì)所造成的。所以,一定要做好建筑單體的通風(fēng)設(shè)計(jì),而且要從平面和剖面兩方面考慮。
平面的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)注重以下幾個問題:第一,平面設(shè)計(jì)盡可能按有利于空氣的貫穿進(jìn)行考慮。建筑的進(jìn)深應(yīng)有效控制,避免建筑體型過于臃腫。房間的門窗位置應(yīng)合理安排,窗戶的朝向應(yīng)有利于形成穿堂風(fēng),從而增加房間內(nèi)的空氣流動,利于室內(nèi)換氣。第二,從通風(fēng)的角度來講,窗戶可通風(fēng)面積的大小是決定室內(nèi)風(fēng)速的關(guān)鍵,但前提是必須要保證進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的同時存在,才能由于正負(fù)風(fēng)壓的作用而形成空氣的流動。研究表明,空氣流動的平均速度取決于較小尺寸的開口。因此,單方面增大進(jìn)風(fēng)口或出風(fēng)口面積,并不能對室內(nèi)氣流平均速度有太大影響,而為了增強(qiáng)室內(nèi)穿堂風(fēng)的效果,必須同時增大進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。這樣也有利于室內(nèi)保持較為穩(wěn)定的風(fēng)速和均勻的流場,提高人體舒適度。第三,窗戶的開啟形式對通風(fēng)面積和氣流的流場均產(chǎn)生較大的影響。如推拉窗與平開窗比較(相同窗戶面積),平開窗的最大通風(fēng)面積是推拉窗的兩倍,通風(fēng)效果明顯優(yōu)勝。上懸窗與平開窗對比,兩者的最大通風(fēng)面積相同,但由于兩窗的窗葉開啟形式不同,所引導(dǎo)空氣產(chǎn)生不同的流場,造成的通風(fēng)效果也明顯不同。因此,從通風(fēng)的角度考慮,對于有利于建筑通風(fēng)的窗戶應(yīng)盡可能采用提高通風(fēng)面積的形式,窗戶開啟的角度和位置要慎重考慮,科學(xué)設(shè)計(jì),將室內(nèi)空氣主流場控制在房間剖面的主要使用高度。第四,當(dāng)建筑內(nèi)部不具備形成穿堂風(fēng)的情況下,有必要通過導(dǎo)風(fēng)板的設(shè)計(jì)盡可能增加形成空氣流通的條件。如一個房間只能單側(cè)墻開窗時,可考慮在此墻上相距一定距離開設(shè)兩個窗戶,兩窗之間設(shè)置垂直擋風(fēng)板(見圖2)。當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)在水平方向上與該擋風(fēng)板夾角較大時(60o~90o),在擋板的兩側(cè)就會形成明顯正負(fù)風(fēng)壓區(qū),氣流就會從第一個迎風(fēng)窗進(jìn)入而從另一窗戶流出,實(shí)現(xiàn)單側(cè)開窗的通風(fēng)[2]。因此,此做法較為適合在房間朝向與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向夾角較大時采用。除了平面設(shè)計(jì)時應(yīng)對通風(fēng)重點(diǎn)考慮之外,建筑剖面的通風(fēng)設(shè)計(jì)其實(shí)也十分重要,一般應(yīng)注意以下兩點(diǎn):其一,進(jìn)出風(fēng)口的高低決定了室內(nèi)空氣流動的方向,對人體的舒適度影響較大。因此,一般應(yīng)結(jié)合房間的實(shí)際使用功能設(shè)計(jì)剖面的通風(fēng)高度。如辦公室,通風(fēng)高度應(yīng)設(shè)在人坐姿的頭部位置;住宅內(nèi)的通風(fēng)高度控制可按不同功能要求確定,起居室、書房、餐廳應(yīng)以坐姿為參考,廚房應(yīng)以站姿為參考,臥室可以臥姿為參考。窗臺的高度應(yīng)按實(shí)際通風(fēng)要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,才能獲得較為理想的通風(fēng)效果。其二,運(yùn)用文丘里管原理,在建筑物剖面的上部設(shè)置出風(fēng)口,使平面面積較大的建筑物也有良好的通風(fēng)效果。具體做法可在大進(jìn)深的建筑物中部設(shè)置若干貫通的垂直空間,此空間應(yīng)高于建筑物屋面,并設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的出風(fēng)口,由于太陽輻射的加熱作用使該空間形成煙囪效應(yīng),促進(jìn)氣流上升,實(shí)現(xiàn)熱壓通風(fēng)散熱,這就是所謂的“太陽能煙囪”。建筑內(nèi)部設(shè)置了“太陽能煙囪”,可實(shí)現(xiàn)無風(fēng)狀態(tài)的自然通風(fēng),室內(nèi)溫度得到了有效的降低,換氣次數(shù)得到了明顯的增加[3],在節(jié)能方面有很好的成效(見圖3)。該技術(shù)已被日本的文教建筑廣泛采用,在我國積極倡導(dǎo)節(jié)能的大形勢下,很值得我們借鑒。
3建筑外遮陽的運(yùn)用與節(jié)能設(shè)計(jì)
隨著節(jié)能技術(shù)的推廣,業(yè)界對建筑外遮陽也越來越重視。建筑外遮陽能有效地阻隔部分太陽光直接照射到建筑物的外圍結(jié)構(gòu),特別是防止太陽輻射穿過窗戶直接進(jìn)入室內(nèi),從而有效降低室內(nèi)溫度,達(dá)到節(jié)能的最終目標(biāo)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師經(jīng)常會為了達(dá)到造型效果而刻意增加立面上的裝飾構(gòu)板,這些構(gòu)件由于并非從遮陽方面考慮,所以形式作用大于實(shí)際功能。這并不符合設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)原則和節(jié)能原則。所以筆者認(rèn)為,建筑立面設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑外遮陽設(shè)計(jì)相結(jié)合,并注意三方面的問題:一是要明確各種外遮陽的適用性。建筑外遮陽的設(shè)置與太陽的位置、建筑物的朝向都有著密切的關(guān)系。在窗戶遮陽方面,實(shí)踐證明:水平遮陽能遮擋高度角較大、從上方入射的太陽光,適用于南向的窗戶;垂直遮陽能遮擋高度角較小、從側(cè)面斜入射的太陽光,適用于東北向、西北向和正北向的窗戶;綜合遮陽(或稱柵格遮陽)則綜合了水平與垂直遮陽的優(yōu)點(diǎn),適用于東南向、西南向和正南向的窗戶。此外,擋板式遮陽、簾式遮陽、百葉遮陽等方式對于窗戶遮陽都有非常好的效果,但對建筑采光則有一定的影響。而對于建筑墻體和屋面的遮陽,目前較為有效的方法是通過柵格遮陽和綠化遮陽。隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高,建筑遮陽技術(shù)已越來越趨向智能化、自動化、高效化。二是要從構(gòu)件的設(shè)計(jì)上合理處理好遮陽與隔熱的問題。傳統(tǒng)的實(shí)體構(gòu)件——水平、垂直和綜合遮陽與墻體相連,其吸收的熱量會直接傳遞給外墻,而且容易構(gòu)成半開放式空間,遮陽構(gòu)件受太陽輻射后溫度上升,其一部分熱量通過表面?zhèn)鳠嵊煽諝鈳ё卟⑾蛏蟼鬟f,但由于其它遮陽構(gòu)件的阻擋,反而容易產(chǎn)生積聚現(xiàn)象,在風(fēng)的作用下通過窗戶導(dǎo)入建筑室內(nèi),從而不利于隔熱(見圖4)。解決的方法是——在水平遮陽構(gòu)件的選擇上采用通透性的構(gòu)件,如金屬百葉、混凝土柵格板等,使上升的熱空氣能有效地散失,減少對室內(nèi)的影響。目前較為先進(jìn)的雙層玻璃幕墻系統(tǒng)中,為了利于熱空氣的上升,其兩層玻璃幕墻間的空氣夾層往往是一個可連續(xù)的整體,即垂直方向上的間隔均為通透的金屬構(gòu)件,確保熱空氣能上升并帶走熱量。因此,在遮陽構(gòu)件的選擇上要細(xì)致研究,不斷更新設(shè)計(jì)。三是要合理設(shè)置遮陽板,避免影響室內(nèi)空氣的流動速度。因?yàn)檎陉柊宓拇嬖跁ㄖ镏車娘L(fēng)壓產(chǎn)生影響,當(dāng)其角度與風(fēng)向不一致時,風(fēng)速將會大大降低。實(shí)踐證明,由于設(shè)置了遮陽板,室內(nèi)風(fēng)速會減弱22%~47%。而且,遮陽的設(shè)置方式也會對氣流產(chǎn)生不同的影響。如實(shí)體水平遮陽板直接連接在窗頂,氣流進(jìn)入室內(nèi)后會上升,不利于房間中下部的通風(fēng)。若在實(shí)體板與墻體間增加空隙,或在遮陽板上部的墻體流出通風(fēng)口,又或?qū)⒄陉柊逶O(shè)在高于窗頂一段距離的位置,都能使得氣流的方向得到有效的調(diào)節(jié),使房間中部和下部均得到良好的通風(fēng),提高室內(nèi)環(huán)境的舒適性。而對于垂直遮陽來說,由于風(fēng)向是經(jīng)常變化的,所以固定的垂直遮陽板應(yīng)順應(yīng)所在地夏季的主導(dǎo)風(fēng)來設(shè)置相應(yīng)的角度,而更好的方法是采用可調(diào)節(jié)的垂直遮陽板,使建筑最大限度地適應(yīng)氣候的變化。目前較為先進(jìn)的智能建筑,其外遮陽構(gòu)件都是根據(jù)太陽輻射、風(fēng)向等氣候因素變化由電腦控制自動調(diào)節(jié),具有相當(dāng)高的氣候適應(yīng)能力。
4熱橋問題與節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對建筑保溫起到?jīng)Q定性的作用,但其中的熱橋問題往往是人們所最容易忽略的。當(dāng)代建筑由于追求造型的變化,立面上的凹凸進(jìn)退增多,突出墻體、屋面的構(gòu)件也越來越多,外飄窗得到了廣泛的使用,這些設(shè)計(jì)手法豐富了建筑造型,卻無形中增加了熱橋的產(chǎn)生,對建筑節(jié)能帶來不利的影響。產(chǎn)生熱橋的原因主要有兩個:一是因?yàn)樵摬课坏膫鳠嵯禂?shù)比相鄰部位的傳熱系數(shù)大得多,熱阻小,保溫性能較差;二是因?yàn)樵摬课坏氖軣崦娣e遠(yuǎn)小于其散熱面積,從而失熱過多,內(nèi)表面溫度較低。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土梁、柱、板的相互交接處,外墻與外墻、內(nèi)墻、以及窗戶的連接處,保溫門窗中的金屬門框,以及突出屋面的女兒墻、排氣孔與屋面交接部位等,都是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱橋形成的主要部位[4]。在寒冷的季節(jié),室內(nèi)的熱能就會通過熱橋大量地流失。不妥善處理好這個問題,對于建筑節(jié)能會造成很大的影響。因此,在需要考慮冬季保溫的地區(qū),必須要做好外墻、屋面以及門窗的保溫,構(gòu)件自身的物理性能應(yīng)滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。在防止熱橋產(chǎn)生的構(gòu)造處理方法上,墻體的外保溫比內(nèi)保溫更為有效,可避免室內(nèi)外溫差加大,保持較為穩(wěn)定的室溫和舒適度,防止保溫層受潮,避免熱橋的產(chǎn)生。實(shí)踐證明,在采暖期采用相同厚度保溫材料的外保溫要比內(nèi)保溫減少約1/5的熱損失,而在夏季,墻體的外保溫做法還能減少太陽輻射熱和室外熱空氣與外墻的表面換熱,隔熱效果也優(yōu)于內(nèi)保溫做法[5]。對于建筑中使用較多的鋁合金門窗,解決熱橋的方法是改采用新型的斷熱橋型鋁合金門窗或鋁塑復(fù)合門窗,且應(yīng)同時配置三玻中空玻璃或Low-E中空玻璃,這樣就能保證門窗達(dá)到節(jié)能65%的要求[6]。其它的如屋面、外墻角、挑出構(gòu)件與主墻體的連接位等熱橋部位,應(yīng)嚴(yán)格按照國家規(guī)范要求加強(qiáng)建筑局部的保溫措施,防止熱散失。從總體上講,防止熱橋的產(chǎn)生就要平衡建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱,控制各組成部分的傳熱系數(shù)相接近,保證各部位的傳熱均勻。這就需要建筑師熟悉各種建筑材料的物理性能,在設(shè)計(jì)時對用材要仔細(xì)研究,合理配置,從根本上減少熱橋的產(chǎn)生,最終達(dá)到節(jié)能的目的。
5結(jié)語
當(dāng)然,建筑節(jié)能是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及方方面面的問題。上文所提及的四方面問題只是其中的一部分,它們往往不被重視甚至被忽視,這會造成許多的設(shè)計(jì)漏洞,使建筑物能耗增加。所以,筆者專門把它們選出來進(jìn)行探討,正是為了拋磚引玉,希望同行們能多加指正,集思廣益,共同探討建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的新方法,在今后的設(shè)計(jì)中多研究、多嘗試、多積累、多總結(jié),在有限的條件下將建筑功能與藝術(shù)和技術(shù)更好地結(jié)合,使建筑設(shè)計(jì)的各個方面都能體現(xiàn)節(jié)能的原則,努力創(chuàng)造低成本、高效率的節(jié)能建筑。
【摘要】:文中敘述了高層建筑節(jié)能與氣候、地理?xiàng)l件的關(guān)系。同時分析了建筑位置、朝向與接受太陽輻射熱能的關(guān)系及高層圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的保溫、隔熱存在的問題及今后發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】:高層建筑;圍護(hù)結(jié)構(gòu);節(jié)能;
復(fù)合墻體節(jié)能是我國的國策,建筑節(jié)能是節(jié)能中的重中之重,應(yīng)該列為我國建設(shè)工作中的重要位置。建筑能論文耗在我國整個能耗中的地位也越來越重要。1996年中國建筑年消耗3·3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占能源消耗總量的24%,到2001年已達(dá)到3·76億噸,占總量消耗的27·6%,年增長比例千分之五;隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的改善,建筑能耗占全社會總能耗的比例還會繼續(xù)增長。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,我國當(dāng)前的房屋建設(shè)規(guī)模堪稱世界第一。目前全國房屋數(shù)量有400億m2左右,房屋建筑規(guī)模看來已超過所有發(fā)達(dá)國家,僅去年一年房屋竣工面積是19·7億m2,這幾年差不多都是接近這個數(shù)字。而據(jù)預(yù)測,到2010年,我國房屋總建筑面積將達(dá)到519億m2,其中城市171億m2。然而,截至到去年,我國節(jié)能建筑的總面積還只有2·3億m2,在每年近20億m2的竣工面積當(dāng)中,只有五六千萬平方米是節(jié)能建筑,只占3%左右,也就是說有97%屬于高耗能建筑。我國的高層建筑有近七十年的歷史,然而城市中任何建筑都是城市設(shè)計(jì)、規(guī)劃的一部分,城市設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作,我國在這方面的經(jīng)驗(yàn)不多,而且管理機(jī)制尚不健全,往往受一些因素的影響,工作不甚周密和協(xié)調(diào),甚至失去控制,有許多的問題等待我們?nèi)ソ鉀Q,有待于探索和改進(jìn),所以說,今天的高層建筑設(shè)計(jì)仍處在一個不太成熟的階段。
高層建筑體形龐大,如容積率過高,相鄰建筑互相遮擋、不通透,形成大面積陰影區(qū),城市人居環(huán)境質(zhì)量下降,市中心人口膨脹、交通擁擠。除此之外,近些年在某些城市建高層建筑已成風(fēng)氣,設(shè)計(jì)者往往貪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識淡薄,造成高能耗、低效益,影響常年使用,浪費(fèi)巨大。
建筑節(jié)能包含兩部分內(nèi)容,一部分是加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱能力,另一部分就是從供暖、供冷的熱源、輸送渠道及實(shí)現(xiàn)方式來節(jié)約能源。一般的房子里,30%的熱量從窗戶跑掉了。如果選用雙層玻璃,中間再充上惰性氣體,就可在一定程度上阻斷熱量散發(fā)。35%熱量從墻體散發(fā),如采用隔熱材料,增加保溫層,節(jié)能效果就很明顯。智能化建筑首先要達(dá)到節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和良好的居住舒適度,其次才是家具的智能化和安全保衛(wèi)的智能化。實(shí)際上,智能化建筑不一定就是豪華的,但它必須是低能耗的。美國有些智能化建筑造價比普通建筑還低15%,因?yàn)樗鼈冏非蠛侠淼慕Y(jié)構(gòu),講究實(shí)用功能和外觀的簡潔,利用了可回收材料,而不追求豪華裝飾。還可以充分利用地?zé)岜眉夹g(shù),如冰島等國家,建筑房子時先在地上打兩個洞,通過電泵將地下水循環(huán)起來,為整座房子供熱。惟一耗能的就是電泵。而在丹麥等國,由于地處海邊,太陽能和風(fēng)能的利用條件得天獨(dú)厚,使用熱泵技術(shù)時結(jié)合風(fēng)能與太陽能,用風(fēng)能與太陽能來帶動電泵就可以做到“零能耗”。所以建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能,且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局;建筑物的形體變化、朝向;外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能;門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成,因此,高層建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計(jì)者重視。
1優(yōu)化建筑位置及朝向設(shè)計(jì)高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對城市環(huán)境的影響容積率過高很難滿足日照要求,陽光有著巨大輻射能量。據(jù)有關(guān)資料分析,地球每年接收的能量有60億億千瓦,這么大能量棄之可惜,從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器,陽光不僅對人的身體健康有著很大影響,對建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)用日照原理,合理的確定建筑位置與朝向,使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能,因此,建筑的方位與節(jié)能有著直接關(guān)系。如,在北緯40°~45°度地區(qū),冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍,而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2·5倍,不同朝向,不同季節(jié),建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同,熱損失也不同,尤其是在冬至前后,由于太陽高度角低,房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應(yīng)考慮環(huán)境情況,按其太陽高度角做出日影響圖,以確定冬季每天的日照時間,建筑南向開窗面積盡可能大些,在滿足采光條件下,北向、東向窗盡可能小些,從而獲得更多的太陽光線,減少熱損失,保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。
2優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)(1)外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分,高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋,前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重,因此,圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料,為了減輕荷載,達(dá)到保溫、隔熱要求,采用輕質(zhì)高效保溫材料,目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有:頁巖陶粒混凝土空心砌塊;粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體;粘土實(shí)心磚或空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。但存在問題較多,節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè),在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下,由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同,為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水,保溫層設(shè)在外側(cè)更為妥些。
(2)高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂板、PG板),巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年,多則上百年,材料的應(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體,筆者認(rèn)為存在以下不足之處:1)抗震能力差,易松散,與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好,整體性能差。2)不能承受外部裝修貼、掛荷載,如:貼石材,安裝裝飾構(gòu)件等。3)不能承受有振動的鑿、刨的裝修,如:剁斧石面層、予留洞、槽易出現(xiàn)冷橋。4)墻表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外,復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入,墻體內(nèi)容易造成冷橋,是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)測定,高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個熱損失的5%~13%,因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者重視,采取有效構(gòu)造措施盡可能避免產(chǎn)生冷橋。(3)國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫,歐、美各國取得不少先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。如:美國研制的TB型保溫隔熱復(fù)合砌塊;波蘭的咬合式保溫砌塊,兩塊組合成320厚墻體,在空心砌塊內(nèi)填入高效保溫材料,墻體傳熱系數(shù)K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬蘭研制的一種空心砌塊,空隙之間填入聚胺脂保溫材料,300厚,傳熱系數(shù)K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些歐美國家50%左右的建筑已應(yīng)用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好,又具有一定強(qiáng)度,避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些弊端。
3影響建筑節(jié)能的其他因素(1)高層建筑外圍護(hù)墻體耗能量較大,占整個建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一,體形系數(shù)越大耗能越多,國外的一些高層建筑造成圓塔形,比如美國洛杉磯的好運(yùn)飯店、法國戴高樂機(jī)場候機(jī)樓、紐約第三大街53號辦公樓都是圓型或橢圓形,我們知道,相同的面積,圓的周長最短,這樣使建筑外露面積較小。因此,基于能量損耗的考慮,高層建筑的形體變化不宜過多、復(fù)雜。(2)高層建筑的“風(fēng)環(huán)境”是影響建筑耗能因素之一。在冬季,風(fēng)力對建筑的熱損失很大,增大冷空氣的滲透量,使室內(nèi)熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當(dāng),墻體內(nèi)部易產(chǎn)生冷凝水。因此,建筑保溫材料的選用,建筑構(gòu)造的合理性應(yīng)建立在科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)上。3·6恢復(fù)補(bǔ)償功能將試件放入水中養(yǎng)護(hù)14天測其膨脹率,然后放空氣中任其干燥28天。失水后的試件產(chǎn)生微量干縮,重新放入水中后試件恢復(fù)失去的膨脹和自應(yīng)力值,經(jīng)試驗(yàn),第一天恢復(fù)20%~30%;第3天恢復(fù)40%~50%,14天基本全部恢復(fù)。3·7微小裂縫自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墻板由于某種原因出現(xiàn)微小裂縫,膨脹纖維防水劑中部分成分的AI3+和SO42-在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成針柱狀鈣礬石晶體。當(dāng)重新接觸水后繼續(xù)增長,經(jīng)過一段時間會發(fā)生物理和化學(xué)的結(jié)合,晶體大量填充縫隙,使裂縫愈合。
4微膨脹聚丙烯纖維混凝土的施工4·1材料①水泥:天瑞P·O42·5級。②外加劑:“神翔”緩凝高效減水劑,減水率15%,緩凝時間約6h。③膨脹纖維:凱吉凱祥KJ-LZB膨脹纖維。④細(xì)集料:魯山產(chǎn)中粗河砂,細(xì)度模數(shù)2·6。⑤粗集料:郟縣產(chǎn)碎石5~25mm,連續(xù)級配。⑥摻合料:姚孟電廠F類Ⅱ級粉煤灰,細(xì)度模數(shù)15·1,需水量比102kg/m3,燒失量1·43,含水量0·20。4·2配合比強(qiáng)度等級水泥水砂碎石摻合料減水劑膨脹纖維C303561807501050408·718·8C4041018068010604010·321·54·3施工注意事項(xiàng)(1)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。不能因?yàn)閾搅伺蛎浝w維而放松對混凝土的養(yǎng)護(hù),膨脹纖維防水劑在混凝土早期養(yǎng)護(hù)過程中必須有充足的水分,才可以發(fā)揮作用,如早期養(yǎng)護(hù)保濕不當(dāng),過早曝露于干燥空氣中,則其膨脹作用會停止,主體施工階段,在樓面混凝土澆注約4h后,開始二次抹面、拉毛,隨即覆蓋塑料膜,終凝后覆蓋氈布,澆水養(yǎng)護(hù),柱子養(yǎng)護(hù)采用包裹塑料布,噴水養(yǎng)護(hù),為了充分發(fā)揮膨脹纖維防水劑的補(bǔ)償收縮作用,潮濕環(huán)境下的養(yǎng)護(hù)時間不少于14d。(2)適當(dāng)延長混凝土攪拌時間,膨脹纖維混凝土與普通混凝土的施工工藝相差不大,但由于加入了聚丙烯纖維,為保證它們在混凝土中的均勻分散,攪拌時間比普通混凝土適當(dāng)延長90s,但不宜攪拌時間過長,否則會損壞纖維。(3)重視振搗。加入膨脹纖維,并不改變混凝土的施工工藝,混凝土一定要振搗密實(shí),不能過振或漏振,杜絕出現(xiàn)蜂窩、麻面。(4)加強(qiáng)抹面。當(dāng)混凝土初凝后,終凝前進(jìn)行二次抹壓收光,使混凝土的面層再次達(dá)到密實(shí),同底部結(jié)合牢固,整個抹壓時間控制在混凝土終凝前完成。
5結(jié)語膨脹纖維混凝土在平頂山市行政服務(wù)綜合樓工程中進(jìn)行了全面施工應(yīng)用,現(xiàn)澆板沒有出現(xiàn)有害裂縫,混凝土澆注質(zhì)量優(yōu)良。在混凝土中摻入膨脹纖維,配制成膨脹聚丙烯纖維混凝土,不僅能顯著提高混凝土的抗裂、抗?jié)B性能,還能增加混凝土的抗沖擊、抗彎曲、耐磨、延性、韌性、抗疲勞等性能,膨脹纖維混凝土不僅用于土建工程,還可用于市政工程的水廠、污水處理廠、道路橋梁等,應(yīng)用前景非常廣闊。
摘要:本文分析了我國發(fā)展節(jié)能住宅建筑的意義,提出了節(jié)能建筑設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹的設(shè)計(jì)原則,并對節(jié)能設(shè)計(jì)在我國住宅建筑中的應(yīng)用措施進(jìn)行了簡要分析。
關(guān)鍵詞:節(jié)能住宅設(shè)計(jì)能源
一、發(fā)展節(jié)能住宅建筑的意義
在建筑領(lǐng)域,人類從自然界所獲得物質(zhì)原料的50%用來建造各類建筑及附屬設(shè)施,建筑能耗在人類總能耗中所占比重約為1/4。在經(jīng)歷了數(shù)次能源危機(jī)以及對礦物能源資源的不可恢復(fù)性和溫室效應(yīng)對生存環(huán)境負(fù)面影響的認(rèn)識越來越清楚之后,世界各國提出了控制礦物能源用量的增長,提高能源使用效率,開發(fā)新能源和可再生能源的目標(biāo)。作為耗能大戶的建筑業(yè)節(jié)能受到極大的關(guān)注。建筑節(jié)能是近年來世界建筑發(fā)展的一個基本趨勢,也是當(dāng)代建筑科學(xué)技術(shù)的一個新生長點(diǎn)。隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷改善,對住宅建筑的環(huán)境質(zhì)量要求也日益提高。我國是一個經(jīng)濟(jì)快速增長、人口占世界20%的大國,也是能源相對匱乏的大國,已成為世界上第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費(fèi)國。目前我國每年建成房屋面積已超過所有發(fā)達(dá)國家一年建成建筑面積的總和。建筑在生產(chǎn)和使用過程中要消耗全球資源中能源總量的50%,產(chǎn)生的污染也十分驚人。所以建筑節(jié)能和保護(hù)環(huán)境是擺在人們面前的緊迫課題。
二、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹的設(shè)計(jì)原則
各地區(qū)的節(jié)能建筑,必須適應(yīng)本地區(qū)的氣候特征,既不能照搬嚴(yán)寒地區(qū)的建筑型式,也不能照搬夏熱冬暖及海洋性氣候地區(qū)的建筑型式,更不能照搬四季如春的溫和氣候地區(qū)的建筑型式,一般說來設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循以下原則:
(1)建筑物盡量采用南北朝向布置。否則,須加強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能而需增大建筑成本。
(2)建筑群之間和建筑物室內(nèi),夏季要有良好的自然通風(fēng),建筑群不應(yīng)采用周邊式布局型式。低層建筑應(yīng)置于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面;多層建筑置于中間;高層建筑布置在最后面,否則,高層建筑的底層應(yīng)局部架空并組織好建筑群間的自然通風(fēng)。
(3)按相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,盡量加大建筑物之間的間距,盡量減少建筑群間的硬化地面,推廣植草磚地面,提高綠地率,加強(qiáng)由落葉喬木、常綠灌木及地面植被組成的空間立體綠化體系,以便由樹冠和地面植被阻檔、吸收大部分的太陽直射輻射,減小地面對建筑物的反射輻射。
(4)應(yīng)控制建筑物的體形系數(shù)不超過節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。即盡量減少外墻的凸凹面和架空樓板,坡屋頂宜設(shè)置結(jié)構(gòu)平頂棚或降低坡度,應(yīng)采用封閉式樓梯間等。當(dāng)體形系數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時,應(yīng)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,計(jì)算建筑物的采暖空調(diào)能耗并不得超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
(5)不應(yīng)設(shè)置大窗戶,窗戶大小以滿足采光要求為限。門窗玻璃應(yīng)采用普通透明玻璃或淡色低輻射鍍膜玻璃的中空玻璃,居住建筑和辦公建筑不應(yīng)采用可見光透光率低的深色鍍膜玻璃或著色玻璃。還要求外門外窗具有良好的氣密性、水密性、不小于30分貝的隔聲性能和不小于2.5kea的抗風(fēng)壓性能。
(6)屋頂和外墻既要保溫又要隔熱,其保溫隔熱性能應(yīng)符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,還要防止保溫層滲水、內(nèi)部結(jié)露和發(fā)霉。屋頂和外墻,不能采用單一的輕質(zhì)材料和空心砌塊材料,最適合采用厚實(shí)材料加輕質(zhì)材料的復(fù)合構(gòu)造做法。
(7)屋頂和外墻的外表面,宜采用淺色飾面層,不宜采用黑色、深綠、深紅等深色飾面層,否則應(yīng)加大屋頂和外墻保溫隔熱層的厚度,計(jì)算其夏季的內(nèi)表面計(jì)算溫度不超過36.9℃,宜低于35℃。
(8)加強(qiáng)分戶墻和樓地面的保溫性能,使其符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。居室及辦公室樓地面面層的吸熱指數(shù)還應(yīng)符合民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。
(9)設(shè)有集中采暖、空調(diào)的節(jié)能建筑,應(yīng)選用高效、低能耗的設(shè)備與系統(tǒng),不得采用直接電熱式采暖設(shè)備和裝置,應(yīng)設(shè)置分室溫度控制裝置。除上述9點(diǎn)之外,節(jié)能建筑還應(yīng)具備設(shè)計(jì)規(guī)范所要求的隔聲性能等適用性能、安全性能、耐久性能和環(huán)境性能。
三、節(jié)能設(shè)計(jì)在我國住宅建筑中的應(yīng)用措施
(一)屋頂保溫隔熱的節(jié)能設(shè)計(jì)
在住宅建筑屋頂構(gòu)造設(shè)計(jì)中,應(yīng)使用高效保溫材料、架空型保溫、倒置保溫等進(jìn)行合理的保溫和隔熱設(shè)計(jì),這樣可以很好地保證在冬季低溫地區(qū)、夏季高溫地區(qū)給室內(nèi)提供適宜的生活溫度,同時為冬季的暖氣用能、夏季的空調(diào)降溫用能節(jié)省出大量能源。我國冬季的采暖大多數(shù)地區(qū)還在用煤,夏季的降溫一般都是用電,合理的屋頂保溫和隔熱設(shè)計(jì)可省出大量的能耗。
(二)門、窗系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)
外門窗是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位,其面積約占建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)面積的30%,其能耗約占建筑總能耗的2/3,其中傳熱損失為1/3,所以門窗是外維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點(diǎn)。在節(jié)能措施上,首先在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景條件下,要盡量減少外門窗洞口的面積。其次,可采用外廊、陽臺、挑檐、遮陽板、熱反射窗簾等遮陽措施減少陽光直接輻射屋頂、墻、窗及透過窗戶進(jìn)入室內(nèi)。再次,加設(shè)密閉條是提高門窗氣密性的重要手段之一,提高門窗氣密性。最后,在經(jīng)濟(jì)狀況允許的條件下,可考慮使用新型保溫節(jié)能門窗,能耗低的節(jié)能材料制造的新型保溫節(jié)能門窗可大大提高熱工性能。
(三)建筑外墻節(jié)能設(shè)計(jì)
以往以實(shí)心粘土磚為墻體材料,保溫性能不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),按照新標(biāo)準(zhǔn)在單一材料墻體中,只有加氣混凝土能滿足要求,所以應(yīng)發(fā)展復(fù)合墻體技術(shù)。設(shè)計(jì)中主墻體可采用混凝土空心砌塊、空心磚墻體、空心砌塊墻體、現(xiàn)澆混凝土墻體,然后加以輕質(zhì)高效保溫層和耐候飾面層。保溫層可放在承重層外側(cè),特別提到的是復(fù)合結(jié)構(gòu)中常采用單層或多層封閉空氣間層與帶反射材料的封閉空氣間層,在增大熱阻、滿足保溫的同時還可以減輕圍護(hù)結(jié)構(gòu)的自重。
四、結(jié)語
在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方面,通過以上幾方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以解決國家的能源問題,同時也可以促進(jìn)建筑技術(shù)和建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為合理利用資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高人民生活水平起到一定的作用。
早在20世紀(jì)70年代,建筑節(jié)能概念就被正式提出。建筑節(jié)能的中心是減少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同時,建筑節(jié)能需以不影響人們感覺舒適度為前提,即室溫冬季不低于18攝氏度,夏季不高于26攝氏度。時隔30年,2004年,圍繞著石油與能源問題的“大事件”再次集中發(fā)生,而我國的能源問題更是顯露無遺:石油消耗量僅次于美國、燃煤緊張、拉閘限電、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上調(diào)成品油價格……
本文將在總結(jié)國際與國內(nèi)能源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析建筑節(jié)能的必要性與緊迫性,同時通過調(diào)研目前國內(nèi)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例,評判建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益,希望能夠使社會各界意識到,建筑節(jié)能不單是發(fā)達(dá)國家的問題,我國正面臨一場真正的能源危機(jī),建筑節(jié)能迫在眉睫。
一、國際能源危機(jī)加劇
1、能源儲量減少,石油僅供開采41年
目前,石油、煤炭、天然氣這三種傳統(tǒng)能源占能源消費(fèi)約90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示,世界石油總儲量為1.15萬億桶,僅供生產(chǎn)41年;全球天然氣儲量為176萬億立方米,僅供開采63年。日本權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)也申明,全球煤炭埋藏量10316億噸,可開采231年;核反應(yīng)原料鈾已探明儲量436萬噸,可供72年使用(海水中的鈾可供使用1萬年,利用钚為燃料的增值核反應(yīng)堆可使用100萬年);利用熱核反應(yīng),海水中的鋰能源可開采年限為1600萬年。可見,全世界最為依賴的能源——石油與天然氣,在21世紀(jì)的前半,就將日趨枯竭。科學(xué)家們預(yù)計(jì)2040年石油消費(fèi)將達(dá)到最高峰,2100年石油消費(fèi)將減少到不足能源消費(fèi)總量的5%%.而從2050年開始,核能、生物能、水利地?zé)帷L(fēng)力、太陽能的比率大大上升,達(dá)到總能源消費(fèi)的1/3,熱核能源將達(dá)到總能源消費(fèi)的1/4.
因此,在世界能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軌的大趨勢下,不考慮建筑節(jié)能而建造的房屋,終有一日會因?yàn)闆]有能源可用,終被社會淘汰。呼吁建筑節(jié)能,很重要的一點(diǎn)就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過科學(xué)合理的建筑節(jié)能措施,采用可再生新能源,使建筑可持續(xù)發(fā)展。
2、能源需求不斷增加,價格無法下降
根據(jù)美國能源部能源資訊署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消費(fèi)形勢如下:
全球能源總消費(fèi)量將增加60%,其中亞洲及南美州發(fā)展我國家將增長1倍(每年增長4%,相比發(fā)達(dá)國家每年增長1.3%)。
石油:石油預(yù)計(jì)增長59%(年增長率為2.2%)。此外,石油將維持占全球能源總消費(fèi)量40%以上的比例。
天然氣:爭議較小的天然氣將是需求增長最快的能源,預(yù)計(jì)增長一倍。天然氣占全球能源消費(fèi)量比重也將由23%升至28%.
煤:由于空氣污染及二氧化碳排放等問題,煤炭占全球能源總消費(fèi)量的比重將由22%降至20%.
核能:在政治問題影響下,全球核能發(fā)展情勢尚難確定,但保守估計(jì)全球核能消費(fèi)量將比現(xiàn)在略為增長。
可再生能源(包含大水力):預(yù)估將增長53%.但由于現(xiàn)階段數(shù)量過少、成本高、能源密集度低且供應(yīng)不穩(wěn)定,所以占全球能源總消費(fèi)量的比重將由9%下降到8%.不過預(yù)計(jì)更遠(yuǎn)的未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,比重將上升較快。
以上預(yù)測在2004年阿拉伯石油輸出國的12月月報中已經(jīng)得到體現(xiàn),它指出截止到2020年,世界石油需求量將以年平均1.7%至2%的速度增長,日需求量逐漸從目前的8200萬桶到近1.07億桶。
可見,由于核能與可再生能源的替代性遲遲無法實(shí)現(xiàn),石油、天然氣的需求量仍會不斷增加,但能源儲量是有限的,這種供需關(guān)系導(dǎo)致了石油、天然氣等能源價格不會下降。
同時,恐怖活動增加了石油以天然氣運(yùn)輸風(fēng)險及成本。自美國發(fā)生“9.11”恐怖攻擊事件后,全球恐怖活動升溫,而保護(hù)措施較為不足的石油及天然氣供應(yīng)等能源基礎(chǔ)設(shè)施成為恐怖分子攻擊目標(biāo)的可能性提高。例如2001年10月斯里蘭卡一艘油輪遭受其境內(nèi)恐怖組織攻擊;2002年10月法國油輪在葉門遭受不明恐怖分子攻擊;……各國為了預(yù)防恐怖攻擊,正大興土木加強(qiáng)能源設(shè)施的保護(hù)工作,而隨著防范設(shè)施、人力及保險費(fèi)用的增加,能源使用價格也面臨逐漸上漲的壓力。
面臨能源價格,尤其是天然氣價格逐步上漲,居高不下,很多高耗能建筑開始出現(xiàn)因承擔(dān)不起昂貴的能源維持費(fèi)用而被迫停用,或者售價、租金一降再降的現(xiàn)象。因此,建筑尤其是高層住宅與辦公樓、大型共建正面臨著一場新的革命,建筑節(jié)能節(jié)能勢在必行。
3、美國企圖掌控全球石油供給,強(qiáng)力遏制我國、歐洲的發(fā)展
許多石油生產(chǎn)地區(qū),尤其是中東地區(qū),由于擁有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及軍事的動亂。在近期較大規(guī)模的戰(zhàn)爭有1980年兩伊戰(zhàn)爭、1990年波斯灣戰(zhàn)爭、1994年俄國出兵車臣、2001年阿富汗戰(zhàn)爭和2004年的美伊戰(zhàn)爭,而其他小型區(qū)域沖突也非常多,都是圍繞著石油資源而展開的。每次爭奪石油資源引發(fā)的動蕩,使眾多石油進(jìn)口國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源安全受到威脅,牽動整個世界的經(jīng)濟(jì)。從這個意義上說,哪個國家能掌握全球的石油、天然氣能源,就如同握緊全球經(jīng)濟(jì)命脈。
因此,美國攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不僅是要賺回為之付出的巨額戰(zhàn)爭費(fèi)用,還要建立起有利于美國的世界石油市場“新秩序”:一來拉低美元匯率、彌補(bǔ)貿(mào)易逆差、打壓歐元;二來美國可以時時掌控我國、俄羅斯、印度等國家石油進(jìn)口價格與能源供給量,遏制這些國家的經(jīng)濟(jì)騰飛。
面臨美國今后可能采取的能源阻擾政策,我國除了爭取更多的與石油出口國的貿(mào)易協(xié)議外,能源節(jié)約是最關(guān)鍵的一步。
二、我國所面臨的能源挑戰(zhàn)
1、人均儲量少,先天不足,但能耗效率卻低。
我國能源總量豐富,但人均能源可采儲量遠(yuǎn)低于世界平均水平。2000年人均石油可采儲量只有2.6噸,人均天然氣可采儲量1074立方米,人均煤炭可采儲量90噸,分別為世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最終可采儲量居世界第41位。因此,一旦平均到個人消費(fèi)量,我國能源并非地大物博,實(shí)際上存在先天不足的弱勢。
從能源利用效率來看,目前國內(nèi)能耗高,能源效率低。2001年,我國終端能源用戶能源消費(fèi)的支出為1.25萬億元,占GDP總量的比例為13%,而美國僅為7%.同時,我國單位產(chǎn)品的能耗水平較高,目前8個高耗能行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47%,而這8個行業(yè)的能源消費(fèi)占工業(yè)部門能源消費(fèi)總量的73%.這造成了很大社會能源浪費(fèi)。
2、我國成為能源消耗大國,進(jìn)口依賴度提高。
2003年我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國的第二大石油消費(fèi)國。全年原油消費(fèi)量達(dá)到2.5億噸以上。其中全國原油產(chǎn)量約1.69億噸,進(jìn)口原油8900萬噸,分別占世界石油需求增長總量的41%、32%,約每天60萬桶和260桶。
2004年原油消費(fèi)需求量仍以10%以上的增速增長,約達(dá)到2.75億噸,進(jìn)口原油數(shù)量超過1億噸。同時,煤炭消耗量占世界總量的40%以上,天然氣供暖需求量也一直在增長。預(yù)計(jì)到2020年,我國石油需求量為4.5億噸,年均遞增12%;天然氣在一次能源消費(fèi)中,所占比例將由目前的2.7%增長到10%以上;我國對海外能源的依賴程度將達(dá)到55%以上。
可見,我國能源消耗需求旺盛的同時,進(jìn)口依賴度提高,這使得國內(nèi)經(jīng)濟(jì)受中東動亂及石油危機(jī)沖擊的概率上升,危及我國能源供應(yīng)安全,存在較大風(fēng)險。
3、能源成為我國經(jīng)濟(jì)命脈所在,威脅國家穩(wěn)定安全
2004年全國電荒、煤荒集中爆發(fā)。上半年,27個省份全面告急,國家線網(wǎng)被迫拉閘電線80多萬次。下半年,今年北方供暖的城市無一例外都面臨能源緊張的考驗(yàn)。以吉林省為例,往年到9月底供熱企業(yè)儲煤應(yīng)達(dá)年用煤總量的80%,而今年供熱用煤的儲量不足40%;長春市每年鍋爐供熱用煤為306萬噸,截至10月底只有總量的40%入庫;在吉林市,每年鍋爐供熱用煤為46.5萬噸,今年到10月底也才入庫42%;吉林省其他城市同樣存在緊缺情況。就連首都北京也難逃厄運(yùn)。預(yù)計(jì)北京冬季煤炭需求為1460萬噸。受全國煤炭資源緊、運(yùn)輸難、價格高等因素影響,北京市電煤庫存一直在警戒線以下運(yùn)行,到10月底鍋爐及民用燃煤庫儲煤率不足45%.而為防止大氣污染,北京城區(qū)的燃煤鍋爐大多變?yōu)槿細(xì)饣蛉加汀kS著石油價格的上調(diào),北京冬季供暖承受著巨大的壓力,2005年3月,北京油價再次上調(diào),93號汽油每升上漲了0.26元。
能源的供給直接影響到人民生活與國民生產(chǎn)。一次拉閘對平常老百姓無關(guān)大要,但對于長期依賴電力生產(chǎn)的工廠、企業(yè)來說,損失可能是上百上千萬;而全國27個省份同時出現(xiàn)問題,這種經(jīng)濟(jì)損失就根本無從計(jì)算,直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)命脈。而冬季供暖的短缺,導(dǎo)致很多底保戶和困難企業(yè)失去基本生存條件,威脅到國家穩(wěn)定安全。
三、建筑節(jié)能要求十分緊迫
1、建筑能耗約占社會總能耗的1/3
我國建筑能耗的總量逐年上升,在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從上世紀(jì)七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而國際上發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。以此推斷,國家建設(shè)部科技司研究表明,隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善,我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重,建筑耗能已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋。
2、高耗能建筑比例大,加劇能源危機(jī)
直到2002年末,我國節(jié)能建筑面積只有2.3億平方米。目前,我國已建房屋有400億平方米以上屬于高耗能建筑,總量龐大,潛伏巨大能源危機(jī)。正如建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出,僅到2000年末,我國建筑年消耗商品能源共計(jì)3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全社會終端能耗總量的27.6%,而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放“貢獻(xiàn)率”已經(jīng)達(dá)到了25%.因高耗能建筑比例大,單北方采暖地區(qū)每年就多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1800萬噸,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70億元,多排二氧化碳52萬噸。如果任由這種狀況繼續(xù)發(fā)展,到2020年,我國建筑耗能將達(dá)到1089億噸標(biāo)準(zhǔn);到2020年,空調(diào)夏季高峰負(fù)荷將相當(dāng)于10個三峽電站滿負(fù)荷能力,這將會是一個十分驚人的數(shù)量。
據(jù)分析,我國目前處于建設(shè)鼎旺期,每年建成的房屋面積高達(dá)16億至20億平方米,超過所有發(fā)達(dá)國家年建成建筑面積的總和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建設(shè)增速,預(yù)計(jì)到2020年,全國高耗能建筑面積將達(dá)到700億平方米。因此,如果現(xiàn)在不開始注重建筑節(jié)能設(shè)計(jì),將直接加劇能源危機(jī)。
3、我國建筑節(jié)能狀況落后,亟待改善
在70年代能源危機(jī)后,發(fā)達(dá)國家開始致力于研究與推行建筑節(jié)能技術(shù),而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日,我國建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。舉例說明,國內(nèi)絕大多數(shù)采暖地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相近的發(fā)達(dá)國家差許多。外墻的傳熱系數(shù)是他們的3.5至4.5倍,外窗為2至3倍,屋面為3至6倍,門窗的空氣滲透為3至6倍。現(xiàn)在,歐洲國家住宅的實(shí)際年采暖能耗已普遍達(dá)到每平方米6升油,大約相當(dāng)于每平方米8.57公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,而在我國,達(dá)到節(jié)能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要達(dá)到12.5公斤,約為歐洲國家的1.5倍。例如與北京氣候條件大體上接近的德國,1984年以前建筑采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,但到了2001年,德國的這一數(shù)字卻降低至每平方米3.7至8.6公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京卻一直是22.45.
因此,與當(dāng)前發(fā)達(dá)國家建筑能耗已經(jīng)大大降低的情況相比,我國單位建筑面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)的3倍以上,與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。而對于美國而言,全球石油資源的戰(zhàn)略布局以及石油的開采區(qū)域和運(yùn)輸線路等關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整工作已基本完成,我國卻沒有那樣強(qiáng)有力的能源后盾支持,在這樣的國情下,建筑節(jié)能水平的改善實(shí)際上應(yīng)該比發(fā)達(dá)國家更為緊迫。
摘要:建筑是用能大戶,建筑節(jié)能是發(fā)展建筑業(yè)的需要。在發(fā)達(dá)國家,適宜的室溫已經(jīng)成為一種基本的需要。新疆作為我國北方采暖地區(qū)是屬于福利型供暖,九十年代以前采暖用能及節(jié)能與用戶經(jīng)濟(jì)利益無關(guān),致使用戶并不大關(guān)心建筑節(jié)能問題。近幾年住宅節(jié)能的重要意義已逐步受到建筑師重視,如何在住宅建筑設(shè)計(jì)中,更好地利用自然能源,提高住宅建筑中能源利用效率,則是建筑師需要探討的課題。
關(guān)鍵詞:住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)
近年來,隨著全球能源問題的日益嚴(yán)峻和“可持續(xù)發(fā)展”理念在國內(nèi)的推廣,建筑節(jié)能設(shè)計(jì)越來越引起我國廣大建筑工作者的重視。許多發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的建筑節(jié)能理念、技術(shù)、材料,以及應(yīng)用成果被介紹到國內(nèi),向人們展示了通過優(yōu)秀設(shè)計(jì)和高新科技相結(jié)合所創(chuàng)造的優(yōu)雅、舒適且節(jié)能環(huán)保的新型建筑發(fā)展前景。但是,這些大量應(yīng)用高科技的節(jié)能措施往往成本很高,一次性投入比較大,連發(fā)達(dá)國家目前也難以大規(guī)模推廣。我們還應(yīng)當(dāng)注意到,目前發(fā)達(dá)國家的建筑節(jié)能技術(shù)主要是針對當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)開發(fā)的,而這些技術(shù)本身也不是十分完善,在其他地區(qū)是否能達(dá)到預(yù)期的效果還沒有十足的把握。
一、節(jié)能住宅的概念
隨著能源危機(jī)的出現(xiàn),越來越多的開發(fā)商開始重視節(jié)能住宅。節(jié)能住宅需要通過對建筑的合理設(shè)計(jì)、合理選材,最大限度的把室內(nèi)自然溫度控制在人體舒適溫度范圍內(nèi),從而為居住者提供健康、舒適、環(huán)保的居住空間,降低建筑物的運(yùn)行能耗。
北京鋒尚在國內(nèi)率先整合了歐洲先進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)為一體,建造的高舒適度、低能耗住宅,達(dá)到了發(fā)達(dá)國家的居住標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)秀技術(shù)概括為八大子系統(tǒng):第一,混凝土采暖制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將聚丁烯(PB)盤管預(yù)埋在鋼筋混凝土中,夏季管中送20℃、冬季送28℃的水,能使室內(nèi)溫度保持在20℃-26℃的合適范圍內(nèi)。第二,健康新風(fēng)系統(tǒng)。通過統(tǒng)一空氣凈化和冷熱處理后新風(fēng)經(jīng)“下送上回”進(jìn)入室內(nèi),無須開窗即可保持新鮮空氣不斷更換。第三,外墻系統(tǒng)。外墻采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)加厚外保溫方式,能有效阻擋冷熱輻射和雨雪侵蝕。外飾面采用干掛磚墻面,干掛磚幕墻與保溫板之間有一個流動空氣層,可以保持保溫板的干燥。第四,外窗系統(tǒng)。窗采用德國SCHUCO斷熱鋁合金窗和LOW-E低輻射中空玻璃。第五,屋面及地下系統(tǒng)。對屋面及地下墻體的特殊處理,保證了頂層和一層與標(biāo)準(zhǔn)層舒適度的均好性。第六,防噪音系統(tǒng)。通過外墻系統(tǒng)、ALULUX卷簾、樓板處理、同層后排水系統(tǒng),防止來自室外、樓上、下水道的噪音。第七,垃圾處理系統(tǒng)。垃圾處理系統(tǒng)有中央吸塵、食物垃圾處理和可回收分類垃圾周轉(zhuǎn)箱三部分組成。第八,水處理系統(tǒng)。小區(qū)設(shè)中水處理系統(tǒng),將社區(qū)生活用水處理用于澆灌綠地、沖洗和補(bǔ)充人工湖水。
二、國外節(jié)能已成風(fēng)尚:
在國外,建筑師采用多種形式和方法來節(jié)能:
(1)、資源回收利用:日本1997年建成了一棟實(shí)驗(yàn)型“健康住宅”。除了整個住宅盡可能選對人體無害的建筑材料外,墻體還被設(shè)計(jì)成雙重結(jié)構(gòu),每個房間建有通風(fēng)口,整個房屋系統(tǒng)的空氣采用全熱交換器和除濕機(jī)進(jìn)行循環(huán)。全熱交換器能夠有效地回收熱量并加以再次利用,其過濾器可有效地收集空氣中細(xì)小的塵埃,從而能夠抑制霉菌等過敏生物繁殖。這種資源的回收利用,不僅變廢為寶,而且減少了環(huán)境污源,節(jié)約了能源。
(2)、新能源開發(fā)利用:
德國建筑師塞多·特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽光的太陽房屋。房屋被安裝在一個圓盤底座上,由一個小型太陽能電動機(jī)帶動一組齒輪。房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動3cm的速度隨太陽旋轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽落山以后,該房屋便反向轉(zhuǎn)動,回到起點(diǎn)位置。它跟蹤太陽所消耗的電力僅為房屋太陽能發(fā)電功率的1%,而所吸收的太陽能則相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動的太陽能房屋的2倍。
三、中國建筑能耗基本情況
我國的建筑能耗量約占全國總用能量的1/4,居耗能首位。近年來我國建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展,需要大量的建造和運(yùn)行使用能源,尤其是建筑的采暖和空調(diào)耗能。據(jù)統(tǒng)計(jì),1994年全國僅住宅建筑能耗在基本上不供熱水的情況下為1.54×108t標(biāo)準(zhǔn)煤,占當(dāng)年全社會能源消耗總量12.27×109t標(biāo)準(zhǔn)煤的12.6%。目前每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要耗能1.3×108t標(biāo)準(zhǔn)煤,占全國能源消費(fèi)總量的11.5%左右,占采暖區(qū)全社會能源消費(fèi)的20%以上,在一些嚴(yán)寒地區(qū),城鎮(zhèn)建筑能耗高達(dá)當(dāng)?shù)厣鐣茉聪M(fèi)的50%左右。與此同時,由于建筑供暖燃用大量煤炭等礦物能源,使周圍的自然與生態(tài)環(huán)境不斷惡化。在能源的利用過程中,化石類燃料燃燒時排放到大氣的污染物中,99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉塵和43%的碳化氫是化石類燃料燃燒時產(chǎn)生的,其中煤燃燒產(chǎn)生的占大多數(shù)。燃煤產(chǎn)生的大氣污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%,CO2占71%,煙塵占60%。由于我國是主要以煤而不是以油、氣等優(yōu)質(zhì)能源作為主要能源消耗的國家,每年由于燃燒礦物燃料向地球大氣排放的二氧化碳僅次于美國居世界第二,預(yù)計(jì)到2020年,中國將取代美國成為世界二氧化碳排放第一大國。因此,中國對于全球氣候變暖承擔(dān)著重大的責(zé)任,而作為耗能大戶的建筑,其節(jié)能也就成為關(guān)系國計(jì)民生的重大問題。
四、住宅設(shè)計(jì)最基本的節(jié)能意識:
新疆冬季嚴(yán)寒漫長,因此,住宅建筑設(shè)計(jì)中,主要空間朝向南,或向南偏東,或向南偏西,歷來被認(rèn)為是合理的設(shè)計(jì),這是最基本的節(jié)能意識在住宅建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在我國的大部分冬冷夏熱地區(qū)住宅的總體規(guī)劃和單體設(shè)計(jì)中,為住宅的主要空間爭取良好朝向,滿足冬季的日照要求,充分利用天然能源,無疑是最基本的改善住宅室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計(jì),是最基本的節(jié)能措施。因此,我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50096-1999)》中規(guī)定“每套住宅至少應(yīng)有一個居住空間能獲得日照,當(dāng)一套住宅中,居住空間總數(shù)超過四個時,其中宜有兩個獲得日照。”在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50180)》中,規(guī)定了住宅的日照標(biāo)準(zhǔn)的最低時限。
五、節(jié)能設(shè)計(jì)思路
(一)建造內(nèi)保溫復(fù)合節(jié)能墻體
復(fù)合節(jié)能墻體通常由絕熱材料與傳統(tǒng)墻體材料或某些新型墻體材料復(fù)合而成。如果絕熱材料復(fù)合在建筑物外墻的內(nèi)側(cè),則稱為內(nèi)保溫復(fù)合墻體。
1.墻體結(jié)構(gòu)層:系指混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制品的外墻,內(nèi)澆外砌或磚混結(jié)構(gòu)的外磚墻。以及諸如承重多孔磚外墻等其他承重外墻。
2.空氣層:空氣在0℃時導(dǎo)熱系數(shù)為0024VV/(m·k)。在25℃±5℃時為00256W/(m·k),即使在200℃的情況下仍有00:384W/(m·k)。由此可見,空氣也是一種優(yōu)良的保溫材料。因此,在建筑物中常用材料圍成的空氣隔離層,不但可以保溫隔熱。而且具有切斷液態(tài)水份的毛細(xì)滲透、防止保溫材料受潮的功能,因?yàn)橐话阃鈧?cè)墻有吸水能力,而其內(nèi)表面常因溫度低而出現(xiàn)的冷凝水。可被結(jié)構(gòu)材料吸入且不斷向室外轉(zhuǎn)移和散發(fā)。
3.保溫隔熱層:這是節(jié)能墻體的主要功能部分,常用絕熱材料可分為有機(jī)、無機(jī)金屬等三大類。出于導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、蒸汽滲透率、燃燒性能等方面的考慮。此處選用擠塑型聚苯板(XPS)為保溫材料。
4.保護(hù)層:主要功能是防止保溫層受破壞,并阻止室內(nèi)水蒸汽侵入保溫層。出于防火、抗沖擊和環(huán)保等方面的考慮,宜選用A級無機(jī)防火板為保護(hù)層材料。
5.?飾面層:由于A級無機(jī)防火板具有優(yōu)良的表面親和特性,所以各種飾面材料均可使用,選用的內(nèi)墻涂料和粘貼瓷磚都有良好的效果。
結(jié)合各地的氣候和地理環(huán)境,借鑒各方面成功和失敗的經(jīng)驗(yàn),在優(yōu)化組合的基礎(chǔ)上開發(fā)的墻體內(nèi)保溫板,具有保溫、隔熱、隔音、防潮抗沖擊、抗震、呼吸等功能,已在工程中應(yīng)用。
(二)改善門窗性能
外門窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅總能耗的比例較大,其中傳熱損失為1/3,冷風(fēng)滲透為1/3,所以在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下,盡量減小住宅外門窗洞口的面積,提高外門窗的氣密性,減少冷風(fēng)滲透,提高外門窗本身的保溫性能,減少外門窗本身的傳熱量。其節(jié)能措施有:
1、控制住宅窗墻比。住宅窗墻比是指住宅窗戶洞口面積與住宅立面單元面積的比值,JGJ26-1995《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分)》對不同朝向的住宅窗墻比做了嚴(yán)格的規(guī)定,指出“北向、東向和西向、南向的窗墻比分別不應(yīng)超過20%、30%、35%”。
2、提高住宅外窗的氣密性,減少冷空氣滲透。如設(shè)置泡沫塑料密封條,使用新型的、密封性能良好的門窗材料。而門窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料(如毛氈)、彈性密閉型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及邊框設(shè)灰口等密封;框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等;扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等;扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。
3、改善住宅門窗的保溫性能。戶門與陽臺門應(yīng)結(jié)合防火、防盜要求,在門的空腹內(nèi)填充聚苯乙烯板或巖棉板,以增加其絕熱性能;窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗,這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋,可設(shè)置雙玻璃或三玻璃,并積極采用中空玻璃、鍍膜玻璃,有條件的住宅可采用低輻射玻璃;縮短窗扇的縫隙長度,采用大窗扇,減少小窗扇,擴(kuò)大單塊玻璃的面積,減少窗芯,合理地減少可開啟的窗扇面積,適當(dāng)增加固定玻璃及固定窗扇的面積。
4、設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次,這一中間層次象熱閘一樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透,減少外墻、外窗的熱耗損。在住宅中,將北陽臺的外門、窗全部用密封陽臺封閉起來,外門設(shè)防風(fēng)門斗,防止冷風(fēng)倒灌,樓梯間設(shè)計(jì)成封閉式的,對屋頂上人孔進(jìn)行封閉處理等措施均能收到良好的節(jié)能效果。
(三)使用節(jié)能的綠色建筑材料
建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能直接關(guān)系到室內(nèi)環(huán)境的熱穩(wěn)定性和舒適性,對降低建筑能耗起著至關(guān)重要的作用。國內(nèi)目前通行的做法是在外維護(hù)結(jié)構(gòu)完成后再在上面附加保溫層,以改善熱工性能。這種方法雖然可以達(dá)到一定的效果,但各種高效保溫材料價格不菲,而且其生產(chǎn)加工過程也會大量消耗各種能源。因此,建筑節(jié)能不應(yīng)當(dāng)只著眼于建筑建成后在使用過程中的能耗,還應(yīng)當(dāng)從整體系統(tǒng)的觀念出發(fā),關(guān)注建筑全壽命周期的能源消耗。從這個角度出發(fā),建筑材料就不但要有出色的保溫隔熱性能,其加工生產(chǎn)過程也應(yīng)當(dāng)簡單易行,節(jié)省能源。位于美國加州霍普蘭德山谷中的太陽生活中心(RealGoodsSolarLivingCenter,Hopland,California)創(chuàng)造性地利用稻草垛作為墻體材料。其具體做法是先將稻草加壓打捆,再把它們砌成墻體,然后在墻體上噴涂一種8~10cm的土質(zhì)護(hù)面灰來代替水泥砂漿。完成后的墻體不但具有良好的保溫隔熱性能,而且兼有較強(qiáng)的防火性,并且無毒無害。無獨(dú)有偶,美國建筑師塞繆爾·默克比(SamuelMockbee)設(shè)計(jì)的布賴恩特(Bryant)住宅也采用了類似的墻體做法,只是具體構(gòu)造略有不同。需要指出的是,這棟面積為79m2的住宅是建筑師無償為美國阿拉巴馬州黑爾縣的一對貧困黑人夫婦而設(shè)計(jì)的,項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)全部靠募捐籌集,十分有限。建成后的布賴恩特住宅在各方面都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,并深受使用者的喜愛,他們給這座房子起了一個有趣的綽號——“干草捆住宅”。
實(shí)踐表明,這種使用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品作為建材的方法可以使多方受益:農(nóng)民因出賣稻草獲利,建造方可以減少材料造價,節(jié)省建材能源開支,燃燒秸稈所產(chǎn)生的溫室氣體也大大減少。由此可見,創(chuàng)造性地采用新型建材往往可以變廢為寶,減少污染和能源浪費(fèi),從而達(dá)到一舉多得的效果。新型建材的思路可以是廢物的升級利用,當(dāng)然也可以是科學(xué)上的合成,但如果加工處理過程中的能源消耗過大,或工藝過于復(fù)雜,也會得不償失,這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起注意。
(四)充分利用太陽能資源
太陽能作為一種天然的潔凈能源,也是居住建筑設(shè)計(jì)上廣泛推廣的節(jié)能設(shè)計(jì)之一。從近年來的能源使用和發(fā)展情況來看,煤、電、油的供應(yīng)緊張已經(jīng)不容忽視,太陽能應(yīng)該由“補(bǔ)充能源”向“替代能源”發(fā)展。特別是太陽能熱水器經(jīng)過20年的發(fā)展,產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)技術(shù)日臻成熟,越來越受到消費(fèi)者的青睞。另外,從使用效果和居衛(wèi)的淋浴費(fèi)用和投資回收周期來看,太陽能熱水器也具有較大的成本優(yōu)勢。然而由于各方面原因,目前太陽能熱水器仍以一家一戶的零散安裝使用方法為主,存在破壞建筑結(jié)構(gòu)、熱水溫度不穩(wěn)定等因素。要解決這些問題就必須將太陽能利用裝置納入到建筑設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中,在設(shè)計(jì)時將太陽能熱水器設(shè)備納入到建筑設(shè)計(jì)之中預(yù)留太陽能設(shè)置位置,特別是在廚房衛(wèi)生間內(nèi)。如果太陽能熱水器能夠充分加以推廣應(yīng)用,就可以大大節(jié)省常規(guī)能源,也是建筑節(jié)能的發(fā)展方向。
六、總結(jié)
總之,只要按照節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格把好節(jié)能設(shè)計(jì)關(guān),監(jiān)督好施工節(jié)能用材關(guān),就能有效提高居住建筑節(jié)能效率,降低建筑能源耗費(fèi),節(jié)約居家生活成本,為住戶打造真正的環(huán)保節(jié)能、舒適、健康、方便的高品質(zhì)住宅,為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。有效地節(jié)約土地和能源,是中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。將建筑熱工技術(shù)與恰當(dāng)應(yīng)用新材料、新構(gòu)造相結(jié)合,搞好節(jié)能建筑設(shè)計(jì)和施工,促進(jìn)建筑節(jié)能和利用自然能的進(jìn)一步發(fā)展和建筑熱功能的進(jìn)一步改善,是我國建筑工作者進(jìn)人21世紀(jì)的重要任務(wù)。
成熟,越來越受到消費(fèi)者的青睞。另外,從使用效果和居衛(wèi)的淋浴費(fèi)用和投資回收周期來看,太陽能熱水器也具有較大的成本優(yōu)勢。然而由于各方面原因,目前太陽能熱水器仍以一家一戶的零散安裝使用方法為主,存在破壞建筑結(jié)構(gòu)、熱水溫度不穩(wěn)定等因素。要解決這些問題就必須將太陽能利用裝置納入到建筑設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中,在設(shè)計(jì)時將太陽能熱水器設(shè)備納入到建筑設(shè)計(jì)之中預(yù)留太陽能設(shè)置位置,特別是在廚房衛(wèi)生間內(nèi)。如果太陽能熱水器能夠充分加以推廣應(yīng)用,就可以大大節(jié)省常規(guī)能源,也是建筑節(jié)能的發(fā)展方向。
【摘要】:文中敘述了高層建筑節(jié)能與氣候、地理?xiàng)l件的關(guān)系。同時分析了建筑位置、朝向與接受太陽輻射熱能的關(guān)系及高層圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的保溫、隔熱存在的問題及今后發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】:高層建筑;圍護(hù)結(jié)構(gòu);節(jié)能;
復(fù)合墻體節(jié)能是我國的國策,建筑節(jié)能是節(jié)能中的重中之重,應(yīng)該列為我國建設(shè)工作中的重要位置。建筑能論文耗在我國整個能耗中的地位也越來越重要。1996年中國建筑年消耗3·3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占能源消耗總量的24%,到2001年已達(dá)到3·76億噸,占總量消耗的27·6%,年增長比例千分之五;隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的改善,建筑能耗占全社會總能耗的比例還會繼續(xù)增長。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,我國當(dāng)前的房屋建設(shè)規(guī)模堪稱世界第一。目前全國房屋數(shù)量有400億m2左右,房屋建筑規(guī)模看來已超過所有發(fā)達(dá)國家,僅去年一年房屋竣工面積是19·7億m2,這幾年差不多都是接近這個數(shù)字。而據(jù)預(yù)測,到2010年,我國房屋總建筑面積將達(dá)到519億m2,其中城市171億m2。然而,截至到去年,我國節(jié)能建筑的總面積還只有2·3億m2,在每年近20億m2的竣工面積當(dāng)中,只有五六千萬平方米是節(jié)能建筑,只占3%左右,也就是說有97%屬于高耗能建筑。我國的高層建筑有近七十年的歷史,然而城市中任何建筑都是城市設(shè)計(jì)、規(guī)劃的一部分,城市設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作,我國在這方面的經(jīng)驗(yàn)不多,而且管理機(jī)制尚不健全,往往受一些因素的影響,工作不甚周密和協(xié)調(diào),甚至失去控制,有許多的問題等待我們?nèi)ソ鉀Q,有待于探索和改進(jìn),所以說,今天的高層建筑設(shè)計(jì)仍處在一個不太成熟的階段。
高層建筑體形龐大,如容積率過高,相鄰建筑互相遮擋、不通透,形成大面積陰影區(qū),城市人居環(huán)境質(zhì)量下降,市中心人口膨脹、交通擁擠。除此之外,近些年在某些城市建高層建筑已成風(fēng)氣,設(shè)計(jì)者往往貪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識淡薄,造成高能耗、低效益,影響常年使用,浪費(fèi)巨大。
建筑節(jié)能包含兩部分內(nèi)容,一部分是加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱能力,另一部分就是從供暖、供冷的熱源、輸送渠道及實(shí)現(xiàn)方式來節(jié)約能源。一般的房子里,30%的熱量從窗戶跑掉了。如果選用雙層玻璃,中間再充上惰性氣體,就可在一定程度上阻斷熱量散發(fā)。35%熱量從墻體散發(fā),如采用隔熱材料,增加保溫層,節(jié)能效果就很明顯。智能化建筑首先要達(dá)到節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和良好的居住舒適度,其次才是家具的智能化和安全保衛(wèi)的智能化。實(shí)際上,智能化建筑不一定就是豪華的,但它必須是低能耗的。美國有些智能化建筑造價比普通建筑還低15%,因?yàn)樗鼈冏非蠛侠淼慕Y(jié)構(gòu),講究實(shí)用功能和外觀的簡潔,利用了可回收材料,而不追求豪華裝飾。還可以充分利用地?zé)岜眉夹g(shù),如冰島等國家,建筑房子時先在地上打兩個洞,通過電泵將地下水循環(huán)起來,為整座房子供熱。惟一耗能的就是電泵。而在丹麥等國,由于地處海邊,太陽能和風(fēng)能的利用條件得天獨(dú)厚,使用熱泵技術(shù)時結(jié)合風(fēng)能與太陽能,用風(fēng)能與太陽能來帶動電泵就可以做到“零能耗”。所以建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能,且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局;建筑物的形體變化、朝向;外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的性能;門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成,因此,高層建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計(jì)者重視。
1優(yōu)化建筑位置及朝向設(shè)計(jì)高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對城市環(huán)境的影響容積率過高很難滿足日照要求,陽光有著巨大輻射能量。據(jù)有關(guān)資料分析,地球每年接收的能量有60億億千瓦,這么大能量棄之可惜,從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器,陽光不僅對人的身體健康有著很大影響,對建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)用日照原理,合理的確定建筑位置與朝向,使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能,因此,建筑的方位與節(jié)能有著直接關(guān)系。如,在北緯40°~45°度地區(qū),冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍,而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2·5倍,不同朝向,不同季節(jié),建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同,熱損失也不同,尤其是在冬至前后,由于太陽高度角低,房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應(yīng)考慮環(huán)境情況,按其太陽高度角做出日影響圖,以確定冬季每天的日照時間,建筑南向開窗面積盡可能大些,在滿足采光條件下,北向、東向窗盡可能小些,從而獲得更多的太陽光線,減少熱損失,保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。
2優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)(1)外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分,高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋,前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重,因此,圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料,為了減輕荷載,達(dá)到保溫、隔熱要求,采用輕質(zhì)高效保溫材料,目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有:頁巖陶粒混凝土空心砌塊;粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體;粘土實(shí)心磚或空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。但存在問題較多,節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè),在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下,由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同,為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水,保溫層設(shè)在外側(cè)更為妥些。
(2)高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂板、PG板),巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年,多則上百年,材料的應(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體,筆者認(rèn)為存在以下不足之處:1)抗震能力差,易松散,與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好,整體性能差。2)不能承受外部裝修貼、掛荷載,如:貼石材,安裝裝飾構(gòu)件等。3)不能承受有振動的鑿、刨的裝修,如:剁斧石面層、予留洞、槽易出現(xiàn)冷橋。4)墻表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外,復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入,墻體內(nèi)容易造成冷橋,是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)測定,高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個熱損失的5%~13%,因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者重視,采取有效構(gòu)造措施盡可能避免產(chǎn)生冷橋。(3)國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫,歐、美各國取得不少先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。如:美國研制的TB型保溫隔熱復(fù)合砌塊;波蘭的咬合式保溫砌塊,兩塊組合成320厚墻體,在空心砌塊內(nèi)填入高效保溫材料,墻體傳熱系數(shù)K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬蘭研制的一種空心砌塊,空隙之間填入聚胺脂保溫材料,300厚,傳熱系數(shù)K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些歐美國家50%左右的建筑已應(yīng)用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好,又具有一定強(qiáng)度,避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些弊端。
3影響建筑節(jié)能的其他因素(1)高層建筑外圍護(hù)墻體耗能量較大,占整個建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一,體形系數(shù)越大耗能越多,國外的一些高層建筑造成圓塔形,比如美國洛杉磯的好運(yùn)飯店、法國戴高樂機(jī)場候機(jī)樓、紐約第三大街53號辦公樓都是圓型或橢圓形,我們知道,相同的面積,圓的周長最短,這樣使建筑外露面積較小。因此,基于能量損耗的考慮,高層建筑的形體變化不宜過多、復(fù)雜。(2)高層建筑的“風(fēng)環(huán)境”是影響建筑耗能因素之一。在冬季,風(fēng)力對建筑的熱損失很大,增大冷空氣的滲透量,使室內(nèi)熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當(dāng),墻體內(nèi)部易產(chǎn)生冷凝水。因此,建筑保溫材料的選用,建筑構(gòu)造的合理性應(yīng)建立在科學(xué)、可靠的基礎(chǔ)上。3·6恢復(fù)補(bǔ)償功能將試件放入水中養(yǎng)護(hù)14天測其膨脹率,然后放空氣中任其干燥28天。失水后的試件產(chǎn)生微量干縮,重新放入水中后試件恢復(fù)失去的膨脹和自應(yīng)力值,經(jīng)試驗(yàn),第一天恢復(fù)20%~30%;第3天恢復(fù)40%~50%,14天基本全部恢復(fù)。3·7微小裂縫自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墻板由于某種原因出現(xiàn)微小裂縫,膨脹纖維防水劑中部分成分的AI3+和SO42-在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成針柱狀鈣礬石晶體。當(dāng)重新接觸水后繼續(xù)增長,經(jīng)過一段時間會發(fā)生物理和化學(xué)的結(jié)合,晶體大量填充縫隙,使裂縫愈合。
4微膨脹聚丙烯纖維混凝土的施工4·1材料①水泥:天瑞P·O42·5級。②外加劑:“神翔”緩凝高效減水劑,減水率15%,緩凝時間約6h。③膨脹纖維:凱吉凱祥KJ-LZB膨脹纖維。④細(xì)集料:魯山產(chǎn)中粗河砂,細(xì)度模數(shù)2·6。⑤粗集料:郟縣產(chǎn)碎石5~25mm,連續(xù)級配。⑥摻合料:姚孟電廠F類Ⅱ級粉煤灰,細(xì)度模數(shù)15·1,需水量比102kg/m3,燒失量1·43,含水量0·20。4·2配合比強(qiáng)度等級水泥水砂碎石摻合料減水劑膨脹纖維C303561807501050408·718·8C4041018068010604010·321·54·3施工注意事項(xiàng)(1)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。不能因?yàn)閾搅伺蛎浝w維而放松對混凝土的養(yǎng)護(hù),膨脹纖維防水劑在混凝土早期養(yǎng)護(hù)過程中必須有充足的水分,才可以發(fā)揮作用,如早期養(yǎng)護(hù)保濕不當(dāng),過早曝露于干燥空氣中,則其膨脹作用會停止,主體施工階段,在樓面混凝土澆注約4h后,開始二次抹面、拉毛,隨即覆蓋塑料膜,終凝后覆蓋氈布,澆水養(yǎng)護(hù),柱子養(yǎng)護(hù)采用包裹塑料布,噴水養(yǎng)護(hù),為了充分發(fā)揮膨脹纖維防水劑的補(bǔ)償收縮作用,潮濕環(huán)境下的養(yǎng)護(hù)時間不少于14d。(2)適當(dāng)延長混凝土攪拌時間,膨脹纖維混凝土與普通混凝土的施工工藝相差不大,但由于加入了聚丙烯纖維,為保證它們在混凝土中的均勻分散,攪拌時間比普通混凝土適當(dāng)延長90s,但不宜攪拌時間過長,否則會損壞纖維。(3)重視振搗。加入膨脹纖維,并不改變混凝土的施工工藝,混凝土一定要振搗密實(shí),不能過振或漏振,杜絕出現(xiàn)蜂窩、麻面。(4)加強(qiáng)抹面。當(dāng)混凝土初凝后,終凝前進(jìn)行二次抹壓收光,使混凝土的面層再次達(dá)到密實(shí),同底部結(jié)合牢固,整個抹壓時間控制在混凝土終凝前完成。
5結(jié)語膨脹纖維混凝土在平頂山市行政服務(wù)綜合樓工程中進(jìn)行了全面施工應(yīng)用,現(xiàn)澆板沒有出現(xiàn)有害裂縫,混凝土澆注質(zhì)量優(yōu)良。在混凝土中摻入膨脹纖維,配制成膨脹聚丙烯纖維混凝土,不僅能顯著提高混凝土的抗裂、抗?jié)B性能,還能增加混凝土的抗沖擊、抗彎曲、耐磨、延性、韌性、抗疲勞等性能,膨脹纖維混凝土不僅用于土建工程,還可用于市政工程的水廠、污水處理廠、道路橋梁等,應(yīng)用前景非常廣闊。
早在20世紀(jì)70年代,建筑節(jié)能概念就被正式提出。建筑節(jié)能的中心是減少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同時,建筑節(jié)能需以不影響人們感覺舒適度為前提,即室溫冬季不低于18攝氏度,夏季不高于26攝氏度。時隔30年,2004年,圍繞著石油與能源問題的“大事件”再次集中發(fā)生,而我國的能源問題更是顯露無遺:石油消耗量僅次于美國、燃煤緊張、拉閘限電、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上調(diào)成品油價格……
本文將在總結(jié)國際與國內(nèi)能源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析建筑節(jié)能的必要性與緊迫性,同時通過調(diào)研目前國內(nèi)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例,評判建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益,希望能夠使社會各界意識到,建筑節(jié)能不單是發(fā)達(dá)國家的問題,我國正面臨一場真正的能源危機(jī),建筑節(jié)能迫在眉睫。
一、國際能源危機(jī)加劇
1、能源儲量減少,石油僅供開采41年
目前,石油、煤炭、天然氣這三種傳統(tǒng)能源占能源消費(fèi)約90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示,世界石油總儲量為1.15萬億桶,僅供生產(chǎn)41年;全球天然氣儲量為176萬億立方米,僅供開采63年。日本權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)也申明,全球煤炭埋藏量10316億噸,可開采231年;核反應(yīng)原料鈾已探明儲量436萬噸,可供72年使用(海水中的鈾可供使用1萬年,利用钚為燃料的增值核反應(yīng)堆可使用100萬年);利用熱核反應(yīng),海水中的鋰能源可開采年限為1600萬年。可見,全世界最為依賴的能源——石油與天然氣,在21世紀(jì)的前半,就將日趨枯竭。科學(xué)家們預(yù)計(jì)2040年石油消費(fèi)將達(dá)到最高峰,2100年石油消費(fèi)將減少到不足能源消費(fèi)總量的5%%.而從2050年開始,核能、生物能、水利地?zé)帷L(fēng)力、太陽能的比率大大上升,達(dá)到總能源消費(fèi)的1/3,熱核能源將達(dá)到總能源消費(fèi)的1/4.
因此,在世界能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軌的大趨勢下,不考慮建筑節(jié)能而建造的房屋,終有一日會因?yàn)闆]有能源可用,終被社會淘汰。呼吁建筑節(jié)能,很重要的一點(diǎn)就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過科學(xué)合理的建筑節(jié)能措施,采用可再生新能源,使建筑可持續(xù)發(fā)展。
2、能源需求不斷增加,價格無法下降
根據(jù)美國能源部能源資訊署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消費(fèi)形勢如下:
全球能源總消費(fèi)量將增加60%,其中亞洲及南美州發(fā)展我國家將增長1倍(每年增長4%,相比發(fā)達(dá)國家每年增長1.3%)。
石油:石油預(yù)計(jì)增長59%(年增長率為2.2%)。此外,石油將維持占全球能源總消費(fèi)量40%以上的比例。
天然氣:爭議較小的天然氣將是需求增長最快的能源,預(yù)計(jì)增長一倍。天然氣占全球能源消費(fèi)量比重也將由23%升至28%.
煤:由于空氣污染及二氧化碳排放等問題,煤炭占全球能源總消費(fèi)量的比重將由22%降至20%.
核能:在政治問題影響下,全球核能發(fā)展情勢尚難確定,但保守估計(jì)全球核能消費(fèi)量將比現(xiàn)在略為增長。
可再生能源(包含大水力):預(yù)估將增長53%.但由于現(xiàn)階段數(shù)量過少、成本高、能源密集度低且供應(yīng)不穩(wěn)定,所以占全球能源總消費(fèi)量的比重將由9%下降到8%.不過預(yù)計(jì)更遠(yuǎn)的未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,比重將上升較快。
以上預(yù)測在2004年阿拉伯石油輸出國的12月月報中已經(jīng)得到體現(xiàn),它指出截止到2020年,世界石油需求量將以年平均1.7%至2%的速度增長,日需求量逐漸從目前的8200萬桶到近1.07億桶。
可見,由于核能與可再生能源的替代性遲遲無法實(shí)現(xiàn),石油、天然氣的需求量仍會不斷增加,但能源儲量是有限的,這種供需關(guān)系導(dǎo)致了石油、天然氣等能源價格不會下降。
同時,恐怖活動增加了石油以天然氣運(yùn)輸風(fēng)險及成本。自美國發(fā)生“9.11”恐怖攻擊事件后,全球恐怖活動升溫,而保護(hù)措施較為不足的石油及天然氣供應(yīng)等能源基礎(chǔ)設(shè)施成為恐怖分子攻擊目標(biāo)的可能性提高。例如2001年10月斯里蘭卡一艘油輪遭受其境內(nèi)恐怖組織攻擊;2002年10月法國油輪在葉門遭受不明恐怖分子攻擊;……各國為了預(yù)防恐怖攻擊,正大興土木加強(qiáng)能源設(shè)施的保護(hù)工作,而隨著防范設(shè)施、人力及保險費(fèi)用的增加,能源使用價格也面臨逐漸上漲的壓力。
面臨能源價格,尤其是天然氣價格逐步上漲,居高不下,很多高耗能建筑開始出現(xiàn)因承擔(dān)不起昂貴的能源維持費(fèi)用而被迫停用,或者售價、租金一降再降的現(xiàn)象。因此,建筑尤其是高層住宅與辦公樓、大型共建正面臨著一場新的革命,建筑節(jié)能節(jié)能勢在必行。
3、美國企圖掌控全球石油供給,強(qiáng)力遏制我國、歐洲的發(fā)展
許多石油生產(chǎn)地區(qū),尤其是中東地區(qū),由于擁有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及軍事的動亂。在近期較大規(guī)模的戰(zhàn)爭有1980年兩伊戰(zhàn)爭、1990年波斯灣戰(zhàn)爭、1994年俄國出兵車臣、2001年阿富汗戰(zhàn)爭和2004年的美伊戰(zhàn)爭,而其他小型區(qū)域沖突也非常多,都是圍繞著石油資源而展開的。每次爭奪石油資源引發(fā)的動蕩,使眾多石油進(jìn)口國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源安全受到威脅,牽動整個世界的經(jīng)濟(jì)。從這個意義上說,哪個國家能掌握全球的石油、天然氣能源,就如同握緊全球經(jīng)濟(jì)命脈。
因此,美國攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不僅是要賺回為之付出的巨額戰(zhàn)爭費(fèi)用,還要建立起有利于美國的世界石油市場“新秩序”:一來拉低美元匯率、彌補(bǔ)貿(mào)易逆差、打壓歐元;二來美國可以時時掌控我國、俄羅斯、印度等國家石油進(jìn)口價格與能源供給量,遏制這些國家的經(jīng)濟(jì)騰飛。
面臨美國今后可能采取的能源阻擾政策,我國除了爭取更多的與石油出口國的貿(mào)易協(xié)議外,能源節(jié)約是最關(guān)鍵的一步。
二、我國所面臨的能源挑戰(zhàn)
1、人均儲量少,先天不足,但能耗效率卻低。
我國能源總量豐富,但人均能源可采儲量遠(yuǎn)低于世界平均水平。2000年人均石油可采儲量只有2.6噸,人均天然氣可采儲量1074立方米,人均煤炭可采儲量90噸,分別為世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最終可采儲量居世界第41位。因此,一旦平均到個人消費(fèi)量,我國能源并非地大物博,實(shí)際上存在先天不足的弱勢。
從能源利用效率來看,目前國內(nèi)能耗高,能源效率低。2001年,我國終端能源用戶能源消費(fèi)的支出為1.25萬億元,占GDP總量的比例為13%,而美國僅為7%.同時,我國單位產(chǎn)品的能耗水平較高,目前8個高耗能行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47%,而這8個行業(yè)的能源消費(fèi)占工業(yè)部門能源消費(fèi)總量的73%.這造成了很大社會能源浪費(fèi)。
2、我國成為能源消耗大國,進(jìn)口依賴度提高。
2003年我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國的第二大石油消費(fèi)國。全年原油消費(fèi)量達(dá)到2.5億噸以上。其中全國原油產(chǎn)量約1.69億噸,進(jìn)口原油8900萬噸,分別占世界石油需求增長總量的41%、32%,約每天60萬桶和260桶。
2004年原油消費(fèi)需求量仍以10%以上的增速增長,約達(dá)到2.75億噸,進(jìn)口原油數(shù)量超過1億噸。同時,煤炭消耗量占世界總量的40%以上,天然氣供暖需求量也一直在增長。預(yù)計(jì)到2020年,我國石油需求量為4.5億噸,年均遞增12%;天然氣在一次能源消費(fèi)中,所占比例將由目前的2.7%增長到10%以上;我國對海外能源的依賴程度將達(dá)到55%以上。
可見,我國能源消耗需求旺盛的同時,進(jìn)口依賴度提高,這使得國內(nèi)經(jīng)濟(jì)受中東動亂及石油危機(jī)沖擊的概率上升,危及我國能源供應(yīng)安全,存在較大風(fēng)險。
3、能源成為我國經(jīng)濟(jì)命脈所在,威脅國家穩(wěn)定安全
2004年全國電荒、煤荒集中爆發(fā)。上半年,27個省份全面告急,國家線網(wǎng)被迫拉閘電線80多萬次。下半年,今年北方供暖的城市無一例外都面臨能源緊張的考驗(yàn)。以吉林省為例,往年到9月底供熱企業(yè)儲煤應(yīng)達(dá)年用煤總量的80%,而今年供熱用煤的儲量不足40%;長春市每年鍋爐供熱用煤為306萬噸,截至10月底只有總量的40%入庫;在吉林市,每年鍋爐供熱用煤為46.5萬噸,今年到10月底也才入庫42%;吉林省其他城市同樣存在緊缺情況。就連首都北京也難逃厄運(yùn)。預(yù)計(jì)北京冬季煤炭需求為1460萬噸。受全國煤炭資源緊、運(yùn)輸難、價格高等因素影響,北京市電煤庫存一直在警戒線以下運(yùn)行,到10月底鍋爐及民用燃煤庫儲煤率不足45%.而為防止大氣污染,北京城區(qū)的燃煤鍋爐大多變?yōu)槿細(xì)饣蛉加汀kS著石油價格的上調(diào),北京冬季供暖承受著巨大的壓力,2005年3月,北京油價再次上調(diào),93號汽油每升上漲了0.26元。
能源的供給直接影響到人民生活與國民生產(chǎn)。一次拉閘對平常老百姓無關(guān)大要,但對于長期依賴電力生產(chǎn)的工廠、企業(yè)來說,損失可能是上百上千萬;而全國27個省份同時出現(xiàn)問題,這種經(jīng)濟(jì)損失就根本無從計(jì)算,直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)命脈。而冬季供暖的短缺,導(dǎo)致很多底保戶和困難企業(yè)失去基本生存條件,威脅到國家穩(wěn)定安全。
三、建筑節(jié)能要求十分緊迫
1、建筑能耗約占社會總能耗的1/3
我國建筑能耗的總量逐年上升,在能源總消費(fèi)量中所占的比例已從上世紀(jì)七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而國際上發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。以此推斷,國家建設(shè)部科技司研究表明,隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善,我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重,建筑耗能已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的軟肋。
2、高耗能建筑比例大,加劇能源危機(jī)
直到2002年末,我國節(jié)能建筑面積只有2.3億平方米。目前,我國已建房屋有400億平方米以上屬于高耗能建筑,總量龐大,潛伏巨大能源危機(jī)。正如建設(shè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出,僅到2000年末,我國建筑年消耗商品能源共計(jì)3.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全社會終端能耗總量的27.6%,而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放“貢獻(xiàn)率”已經(jīng)達(dá)到了25%.因高耗能建筑比例大,單北方采暖地區(qū)每年就多耗標(biāo)準(zhǔn)煤1800萬噸,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)70億元,多排二氧化碳52萬噸。如果任由這種狀況繼續(xù)發(fā)展,到2020年,我國建筑耗能將達(dá)到1089億噸標(biāo)準(zhǔn);到2020年,空調(diào)夏季高峰負(fù)荷將相當(dāng)于10個三峽電站滿負(fù)荷能力,這將會是一個十分驚人的數(shù)量。
據(jù)分析,我國目前處于建設(shè)鼎旺期,每年建成的房屋面積高達(dá)16億至20億平方米,超過所有發(fā)達(dá)國家年建成建筑面積的總和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建設(shè)增速,預(yù)計(jì)到2020年,全國高耗能建筑面積將達(dá)到700億平方米。因此,如果現(xiàn)在不開始注重建筑節(jié)能設(shè)計(jì),將直接加劇能源危機(jī)。
3、我國建筑節(jié)能狀況落后,亟待改善
在70年代能源危機(jī)后,發(fā)達(dá)國家開始致力于研究與推行建筑節(jié)能技術(shù),而我國卻忽視了這一方面的問題。時至今日,我國建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。舉例說明,國內(nèi)絕大多數(shù)采暖地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相近的發(fā)達(dá)國家差許多。外墻的傳熱系數(shù)是他們的3.5至4.5倍,外窗為2至3倍,屋面為3至6倍,門窗的空氣滲透為3至6倍。現(xiàn)在,歐洲國家住宅的實(shí)際年采暖能耗已普遍達(dá)到每平方米6升油,大約相當(dāng)于每平方米8.57公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,而在我國,達(dá)到節(jié)能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要達(dá)到12.5公斤,約為歐洲國家的1.5倍。例如與北京氣候條件大體上接近的德國,1984年以前建筑采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,但到了2001年,德國的這一數(shù)字卻降低至每平方米3.7至8.6公斤標(biāo)準(zhǔn)煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京卻一直是22.45.
因此,與當(dāng)前發(fā)達(dá)國家建筑能耗已經(jīng)大大降低的情況相比,我國單位建筑面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)的3倍以上,與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。而對于美國而言,全球石油資源的戰(zhàn)略布局以及石油的開采區(qū)域和運(yùn)輸線路等關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整工作已基本完成,我國卻沒有那樣強(qiáng)有力的能源后盾支持,在這樣的國情下,建筑節(jié)能水平的改善實(shí)際上應(yīng)該比發(fā)達(dá)國家更為緊迫。
我國20世紀(jì)60年代中期至70年代,由于片面的強(qiáng)調(diào)降低基本建設(shè)的造價和減輕結(jié)構(gòu)自重,導(dǎo)致一再削弱維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱水平,采暖和空調(diào)能耗大,經(jīng)濟(jì)和社會效益都很差。現(xiàn)我國建筑用能已接近全國能源消費(fèi)總量的1/3。
建筑在我國分為工業(yè)建筑和民用建筑。工業(yè)建筑本身能耗不大,所以國家還未對工業(yè)建筑作節(jié)能方面的要求。民用建筑又分為兩大類:居住建筑和公共建筑.在各專家編寫規(guī)范之前的社會調(diào)查階段中由電業(yè)總局與燃?xì)夤咎峁┑臄?shù)據(jù)顯示:就目前中國居民的消費(fèi)水平和消費(fèi)習(xí)慣而言,居住建筑能耗與公共建筑或國外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡節(jié)能設(shè)計(jì),目的是提高人們生活的舒適性。而公共建筑提倡節(jié)能設(shè)計(jì)才是建立集約型社會的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。公共建筑分為以下幾類:辦公建筑(寫字樓、政府部門辦公樓),商業(yè)建筑(商場、金融建筑),旅游建筑(旅館、娛樂場所),科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)療、衛(wèi)生、體育),通信建筑(郵電、通訊、廣播)以及交通運(yùn)輸(機(jī)場、車站等)。有數(shù)據(jù)顯示:就政府部門辦公樓每年所消耗能量相當(dāng)于全國八億農(nóng)民全年全部的能耗:辦公室里夏天穿毛衣御寒、冬天襯衣短袖解署、白天亮燈辦公、熱水機(jī)飲水機(jī)下班后沒人關(guān)。現(xiàn)在全球范圍內(nèi)已開始能源緊張,尤以中國較為嚴(yán)重,隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,對能源的使用和節(jié)約就更加迫切了。
其實(shí)建筑節(jié)能并不是一個新的課題,而是建筑基礎(chǔ)學(xué)科—建筑熱工學(xué)的一個部分,我國也早在1993年頒布了相應(yīng)的規(guī)范《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》,1996年頒布了《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)注(采暖居住建筑部分)》,2001年頒布了《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,這些規(guī)范的頒布,也反應(yīng)了我國建筑節(jié)能的發(fā)展軌跡:由北向南,由居住建筑到公共建筑。但由于種種原因,這些規(guī)范的條款未列入國家強(qiáng)制性條文范圍內(nèi),各地也未政府令加以強(qiáng)調(diào),所以執(zhí)行力度也未達(dá)到應(yīng)有的效果。但2005年7月1日頒布實(shí)施的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中有許多條款被列入國家的強(qiáng)制性條文內(nèi),相應(yīng)的各地政府了具有地方法律效力的法令,上海市在2005年6月13日的政府令第50號:《上海市建筑節(jié)能管理辦法》強(qiáng)制規(guī)定:自2005年7月15日起新建住宅與政府投資的公共建筑必須進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。《辦法》的第九條與第十條分別對設(shè)計(jì)單位與圖紙審查機(jī)構(gòu)提出具體的要求。所以,對于建筑設(shè)計(jì)單位,建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了一個全新的時期!
以下著重介紹《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對有關(guān)建筑部分的要求。《標(biāo)準(zhǔn)》比剛才提到以往的有關(guān)規(guī)范要嚴(yán)格些,按照本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),與未采取節(jié)能措施前相比,全年能耗應(yīng)減少50%。《標(biāo)準(zhǔn)》的章節(jié)不多,共7頁17條,但簡明扼要,省去了復(fù)雜的熱工公式,歸納總結(jié)出來幾點(diǎn)要點(diǎn),強(qiáng)調(diào)了規(guī)范的實(shí)用性。涉及到的基礎(chǔ)知識及術(shù)語結(jié)合規(guī)范本身展開敘述:
一,熱工設(shè)計(jì)的分區(qū):按照我國的氣候條件,劃分為五個分區(qū):嚴(yán)寒地區(qū),寒冷地區(qū),夏熱冬冷地區(qū),夏熱冬暖地區(qū)以及溫和地區(qū)。
熱工分區(qū)的基本規(guī)律是:嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)基本是我國的三北地區(qū):東北,華北,西北。這些地區(qū)的地域遼闊,面積大,建筑節(jié)能設(shè)計(jì)起步也比較早,經(jīng)驗(yàn)相對來說比較豐富,主要考慮的是冬季保溫。夏熱冬冷地區(qū)大體上是長江中下游地區(qū),如:成都、武漢、南京、上海等,這些地區(qū)的建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)由于歷史原因起步較晚,面積雖然不是最大,但人口密度高,也是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū),可以說這一地區(qū)的節(jié)能潛力最大,效果也會最明顯。設(shè)計(jì)考慮的是冬季保溫與夏季防熱兼顧。夏熱冬暖地區(qū)大體上是華南地區(qū):福州、廣州、南寧、臺北等。這些地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)主要考慮的是夏季防熱。溫和地區(qū),冬暖夏涼,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考慮夏季防熱,部分地區(qū)注意冬季保溫。《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》在這五個分區(qū)的基礎(chǔ)上根據(jù)公共建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)特點(diǎn)作了些調(diào)整:把嚴(yán)寒地區(qū)細(xì)分為嚴(yán)寒A區(qū)與嚴(yán)寒B區(qū),而溫和地區(qū)不強(qiáng)制執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
二,體形系數(shù):即建筑的外表面積與體積之間的比值.體形系數(shù)越小就越有利于節(jié)能,減少外表面與室外空氣的接觸,就能減少散熱。與以往的規(guī)范不同,新的《標(biāo)準(zhǔn)》中弱化了體形系數(shù)的概念,只在4.1.2條規(guī)定嚴(yán)寒地區(qū)與寒冷地區(qū)對體形系數(shù)的限制是≤0.4,其他地區(qū)該系數(shù)對建筑的節(jié)能體現(xiàn)不明顯,所以不作限定。
三,熱傳導(dǎo)系數(shù):這個概念是本標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)秀名詞.所有的圍護(hù)結(jié)構(gòu):門、窗、外墻、屋頂以及地面都圍繞這個概念展開的。圖紙審查或政府檢查部門的抽查也是這個數(shù)據(jù)。她的名詞解釋為:圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m2.k。簡單的說便是熱量在某種材料里傳遞的速度,速度越小,那么這種材料的隔熱性能也就越好。怎樣求得這個數(shù)據(jù)呢?傳熱系數(shù)K0=1/R0。
R0,傳熱阻:R0=Ri+∑R+Re單位:m2/K.W
Ri與Re分別是材料內(nèi)外表面的換熱阻。他們是固定數(shù)據(jù),可由表差得:0.11m2/K.W0.04m2/K.W。
∑R是各層材料的熱阻之和。某單層材料的熱阻R=δ/λ,δ為該材料的厚度,單位是m,λ為該材料的導(dǎo)熱系數(shù),單位是W/m.K。λ為此公式求值過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù),也是每種材料的固有的屬性。她的名詞解釋為:1m厚的物體,兩側(cè)空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m.k。通常把導(dǎo)熱系數(shù)λ小于0.3W/m.K并能用于絕熱工程的材料,叫做絕熱材料。導(dǎo)熱系數(shù)是絕熱材料的最重要最基本的熱物理指標(biāo)。例如:普通混凝土λ=1.74W/m.K,鋼筋混凝土λ=1.51W/m.K,多孔磚λ=0.58W/m.K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m.K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m.K,(這種材料在全球范圍內(nèi)尤其在歐美等發(fā)達(dá)國家作為建筑絕熱工程中最普遍使用的材料),而鑄鐵λ=49.9W/m.K。實(shí)際的工程應(yīng)用中,卡特比勒辦公樓的外墻部分設(shè)計(jì)采用聚異氰脲酸酯(PIR),這種更新型的材料λ=0.020W/m.K,屬絕熱材料。這便是維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K值的求解過程。
下面結(jié)合《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對上海地區(qū)的各部分圍護(hù)結(jié)的隔熱要求構(gòu)逐一探討:
1.屋面:K≤0.70W/m2.k
我們的習(xí)慣做法一般可以滿足這個要求。例如:120厚現(xiàn)澆混凝土樓板+20厚水泥砂漿找平層+泡沫混凝土找坡層最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m.K擠塑板(XPS)+防水層+20厚水泥砂漿保護(hù)層,這樣的做法就可以達(dá)到K≤0.60W/m2.k。須注意關(guān)鍵的保溫層一般應(yīng)選用40厚擠塑板,若選用聚苯板,厚度應(yīng)增加至60。
2.外墻:K≤1.0W/m2.k
不作外墻保溫的習(xí)慣做法是絕對達(dá)不到這個新規(guī)范要求的。例如:20厚水泥砂漿+240厚多孔磚+20厚水泥砂漿的無外墻外保溫的傳統(tǒng)構(gòu)造傳熱系數(shù)K=1.66W/m2.k,即便在前段時間簡易的外墻保溫做法-保溫砂漿,也達(dá)不到規(guī)范的新要求。經(jīng)計(jì)算得知:在墻體與外墻砂漿之間增加20厚的λ=0.03W/m.K擠塑板,這樣的構(gòu)造使得外墻整體的傳熱系數(shù)K=0.86W/m2.k<1.0W/m2.k。這叫做外墻外保溫技術(shù),是業(yè)界內(nèi)公認(rèn)的一種效果很好的做法。他的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟,產(chǎn)品壽命較長,也可使外墻的主要部分受到保護(hù),大大降低溫度應(yīng)力的起伏,提高結(jié)構(gòu)的耐久性。但他的缺點(diǎn)是在高層建筑中有安全隱患,外墻面磚的做法受到限制。外墻內(nèi)保溫的做法不能很好的解決建筑熱橋的問題,同時房間內(nèi)部使用和改造都受到很大的限制,所以現(xiàn)在工程上已很少用這種做法了。還有一種做法叫做中間保溫,做兩層墻,中間夾保溫材料,這種做法效果好,是建筑保溫的發(fā)展趨勢,國外的工程中這種做法早已普及,在我國的發(fā)展受到限制主要是因?yàn)橐辉靸r高,二構(gòu)造做法與現(xiàn)行的做法差別太大,影響面廣,難以一時普及。
3.外窗部分
由于外窗在建筑中變化豐富,窗框材料、玻璃品種,有無遮陽等都會嚴(yán)重影響建筑熱工性能,所以,規(guī)范在這部分的規(guī)定并沒有一刀切。根據(jù)窗墻比系數(shù)的不同,對窗體的要求分成不同的幾類。所謂窗墻比,并非窗和墻的面積的比值,而是窗與其所在墻體的面積之比。規(guī)范在保證外窗自然采光的范圍內(nèi)鼓勵窗的面積越小越好,即窗墻比越小越好。因?yàn)榫同F(xiàn)在已知能做到的最好的窗:雙玻中空雙腔充惰性氣體40厚,鋁合金斷熱型材,這種窗體構(gòu)造的傳熱系數(shù)K=1.5W/m2.k,而普通的單玻鋁合金窗的傳熱系數(shù)K=6.4W/m2.k,是墻的6倍。據(jù)統(tǒng)計(jì),通過窗流失的熱量占建筑能耗的46%,因此控制窗墻比是個有效的節(jié)能手段。《標(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)制規(guī)定“建筑每個朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應(yīng)大于0.7”,此規(guī)定一出,必將會極大的影響建筑外觀,金茂大廈或者東方藝術(shù)中心等全玻璃的建筑勢必會大大的減少。夏熱冬冷地區(qū)(上海)是這樣詳細(xì)規(guī)定的:當(dāng)窗墻比≤0.2時,窗的傳熱系數(shù)K≤4.7W/m2.k。在實(shí)際工程的應(yīng)用中,塑鋼單玻窗或鋁合金雙玻窗可以滿足要求,但鋼鋁單玻窗不滿足要求。由此可見,在任何情況下,普通鋁合金單玻窗是達(dá)不到要求的,必將會面臨被淘汰的境地;當(dāng)窗墻比在0.2和0.3之間時,窗的K≤3.5W/m2.k。雙玻鋁合金中空(16厚空氣層)的傳熱系數(shù)K=3.6W/m2.k,同樣不滿足要求,若改為斷熱橋的鋁合金型材便滿足。當(dāng)窗墻比在0.3和0.4之間,窗的傳熱系數(shù)K≤3.0W/m2.k。斷熱橋鋁合金中空玻璃可以滿足要求。當(dāng)窗墻比在0.4至0.5之間,窗的K≤2.8W/m2.k。當(dāng)窗墻比在0.5至0.7之間,窗的K≤2.5W/m2.k,一般情況下中空充惰性氣體玻璃鍍膜斷熱橋鋁合金的窗體構(gòu)造可滿足要求。
以上為《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對窗的要求,窗體構(gòu)造部分是平時總結(jié)的一般規(guī)律,規(guī)范并未提及,在遇到實(shí)際工程應(yīng)進(jìn)行具體分析和計(jì)算。《標(biāo)準(zhǔn)》除了對窗的傳熱系數(shù)做了具體規(guī)定外,還有另外一個有關(guān)窗的概念影響建筑的熱工性能:遮陽系數(shù),SC值。簡言之,對太陽光的遮擋程度。共兩種形式:有外遮陽式,無外遮陽式。并不是一提到遮陽就得在室外設(shè)置外遮陽擋板,無外遮陽時,通過玻璃的鍍膜,也會產(chǎn)生遮陽的作用,當(dāng)然規(guī)范提倡在夏熱冬冷地區(qū)設(shè)置外遮陽措施。《標(biāo)準(zhǔn)》這樣規(guī)定:有外遮陽時,遮陽系數(shù)=玻璃的遮陽系數(shù)×外遮陽的遮陽系數(shù);無外遮陽時,遮陽系數(shù)=玻璃的遮陽系數(shù)。遮陽系數(shù)越小,阻止陽光進(jìn)入室內(nèi)的效果就越好。外遮陽系數(shù)雖有很復(fù)雜的公式,但很容易理解。無外遮陽時,玻璃的遮陽系數(shù)是這樣求得的:以3mm的標(biāo)準(zhǔn)白玻璃的太陽光透過率0.89為基數(shù),建筑物所使用玻璃的太陽光透過率除以0.89得出的數(shù)字就是玻璃的遮陽系數(shù)。《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定窗墻比≤0.2時,外窗玻璃的SC不作要求,其他情況的窗墻比要求SC在0.4和0.6之間,東南西向的玻璃鼓勵鍍膜。
至此《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的主要的硬性內(nèi)容就總結(jié)完成了,最后,《標(biāo)準(zhǔn)》還提到了一個軟概念:權(quán)衡判斷,為尊重建筑師的創(chuàng)意,在設(shè)計(jì)過程中,即便有違反強(qiáng)制性條文的做法,也不一定會因此不能通過審查,可以通過提高建筑其他部分的的性能來滿足整體建筑的計(jì)算能耗。
1我國建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r
建筑節(jié)能就是要實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用,但在我國由于節(jié)能的意識不強(qiáng),再加上我國建筑技能和設(shè)計(jì)理念的落后,都制約著我國建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展。我國建筑師多注重建筑的外觀和功能的建設(shè),很多的節(jié)能設(shè)計(jì)方案多是沿用已有的資料,很少有人會考察施工地點(diǎn),修改設(shè)計(jì)方案,這就使得我國的建筑節(jié)能性不強(qiáng),能源消耗大。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)上,需要經(jīng)過很多數(shù)據(jù)的定量分析,這些都要在建筑之前,通過人工和專業(yè)軟件進(jìn)行操作。但在我國這些工作多是在施工之后才開始進(jìn)行能量分析,最后因施工問題無法進(jìn)行修改,即使能在施工前進(jìn)行數(shù)據(jù)分析也因?yàn)槿鄙佘浖膶I(yè)操作人員而無法進(jìn)行。總的來說,無法進(jìn)行專業(yè)數(shù)據(jù)定量分析,很難設(shè)計(jì)出好的節(jié)能方案,這與我國缺少專業(yè)過硬的建筑設(shè)計(jì)師有關(guān),這也限制著我國節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展。建筑產(chǎn)生的本來意義就是為人們提供安全舒適的環(huán)境,這也是所有建筑都要遵循的原則,為了實(shí)現(xiàn)生態(tài)建筑這一目標(biāo),建筑節(jié)能設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。
2BIM技術(shù)的概念
BIM技術(shù)將建筑的物理元素和功能元素用數(shù)字的形式表達(dá)出來,也就是將建筑數(shù)字化,這樣就可以在軟件上對建筑進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)檢測。數(shù)字化的建筑可以在軟件上進(jìn)行全方位的觀察,所有的建筑過程都可以監(jiān)控。立體空間模型的建立,便于網(wǎng)絡(luò)信息共享,各種設(shè)計(jì)方案在模型上都可以快速實(shí)施,便于發(fā)現(xiàn)問題,及時解決。BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑的各個過程得到廣泛應(yīng)用。
3BIM技術(shù)的應(yīng)用
將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中,可以快速創(chuàng)建建筑的虛擬數(shù)據(jù)模型,將與建筑相關(guān)的一系列數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前。有了BIM技術(shù)的融入,數(shù)據(jù)化的建筑就可以在各種軟件中快速進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在進(jìn)行能量分析時只需將數(shù)據(jù)輸入到專業(yè)的軟件中就可以得出詳細(xì)的分析結(jié)果。在進(jìn)行能量分析時可以應(yīng)用建筑信息模型和分析工具來簡化操作步驟,工作效率也會大幅提升,計(jì)算機(jī)的加入使得能量分析更快速更準(zhǔn)確。在進(jìn)行流體力學(xué)分析時,BIM技術(shù)可以自動根據(jù)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析,還可以提供太陽輻射分析,方便設(shè)計(jì)人員對建筑的外表面進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化,提高建筑的生態(tài)效應(yīng)。BIM技術(shù)隨著科技的進(jìn)步在不斷地完善,連窗子位置變化對光的影響都可以進(jìn)行分析,精準(zhǔn)度越來越高。
4BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)上的應(yīng)用
4.1協(xié)同設(shè)計(jì)
采用BIM技術(shù)可以建立建筑信息模型,模型中匯集建筑工程施工所需的全部信息。可以取讀水泵的尺寸、水泵的用電量等信息,而且需要讀取跨專業(yè)的信息時,可以直接取讀。在水泵進(jìn)行修改電量的時候,可以對負(fù)荷的計(jì)算進(jìn)行同步的更新。采用BIM模型,全部的專業(yè)必須找模型中檢查操作,這樣可以簡化工作的流程,提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工程的聯(lián)動性。在使用BIM技術(shù)時,設(shè)計(jì)的工作是在BIM模型中進(jìn)行的,參與設(shè)計(jì)的任意方修改了設(shè)計(jì),其他人員可以及時的看到,可以進(jìn)行研究討論,這樣就提高協(xié)同設(shè)計(jì)的效率。
4.2參數(shù)化設(shè)計(jì)
對于Revit模型而言,明細(xì)表、三維視圖、二維視圖等可以在建筑模型中表現(xiàn)出信息的形式,如果修改Revit模型的參數(shù)化,Revit模型的引擎可以對平面、明細(xì)表、模型視圖、等不同的位置的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,并且及時的把修改后的信息進(jìn)行更新,確保模型的處于正常的運(yùn)作狀態(tài)。例如建筑節(jié)能專業(yè)在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)布置時,需要合理的配置噴頭、消火栓等,并且這些設(shè)備的數(shù)量可能會發(fā)生變化,因此需要在材料表中解決此問題,這樣節(jié)能設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)質(zhì)量才可以有效的提高。在建筑工程中引起參數(shù)化設(shè)計(jì),對于BIM引進(jìn)計(jì)算機(jī)能夠起到輔助作用。例如在給排水工程的設(shè)計(jì)中,對于水力的計(jì)算,需要專業(yè)技術(shù)人員利用一定的軟件進(jìn)行計(jì)算,而采用BIM技術(shù)可以直接的讀取衛(wèi)生器具和設(shè)備的信息,并且如果設(shè)定管道水力特性,BIM模型可以對管徑的設(shè)計(jì)進(jìn)行自動的修改,這樣可以提高了設(shè)計(jì)的效率。
4.3可視化設(shè)計(jì)
在建筑工程的設(shè)計(jì)中,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式通常是采用CAD信息平臺,這樣給排水設(shè)計(jì)人員需要匯集平面圖、立體圖和剖面圖的信息,對建筑圖形進(jìn)行復(fù)原,在分析和設(shè)計(jì)中調(diào)整建筑的結(jié)構(gòu)和梁高位置的信息。采用CAD信息平臺,對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工期短的工程,在信息的傳遞中往往造成信息失真的現(xiàn)象,這樣就會影響到建筑工程的施工。在現(xiàn)代化的給排水設(shè)計(jì)中大多采用BIM技術(shù),這種技術(shù)通常是在建筑工程中建筑信息模型,利用信息模型可以直觀的讀取信息,這樣可以有效的降低信息傳遞中的失真現(xiàn)象,提高信息的完整性和有效性。另外給排水的施工項(xiàng)目模型不同于土建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)模型,它是在土建項(xiàng)目模型的基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng),這樣就需要對局部的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行修改,但是如果修改就會影響到樓層的平面設(shè)計(jì),多數(shù)情況下采用以樓層為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),但是這樣的設(shè)計(jì)擾亂了系統(tǒng)內(nèi)部之間的聯(lián)系。而采用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)模型中進(jìn)行修改,可以充分的把握給排水工程設(shè)計(jì)的整體性,修改工作簡單、操作性強(qiáng)。
4.4安裝模型的設(shè)計(jì)
在BIM模型中引入安裝模型設(shè)計(jì),可以對建筑工程進(jìn)行有效的指導(dǎo)。在具體的施工中,需要把時間維度引入BIM模型中,并且編制安裝進(jìn)度表,并且可以利用模型實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目預(yù)先可視化的效果。編制合理的工程進(jìn)度表,可以對給排水工程進(jìn)行整體把握,全局規(guī)劃,這樣可以簡化安裝和設(shè)計(jì)的流程,降低設(shè)計(jì)變更率,提高給排水工程的施工效率。
5結(jié)束語
BIM技術(shù)通過信息化技術(shù)將建筑工程變成虛擬的數(shù)字化模型,實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到竣工建筑工程的全方位檢測分析,完成了建筑信息的共享,提升了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的效率。BIM技術(shù)功能強(qiáng)大,但很多時候只被當(dāng)成BIM軟件被推廣應(yīng)用。很多設(shè)計(jì)人員都沒有了解BIM技術(shù)的真正含義,只是應(yīng)用軟件進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理,忽略了BIM技術(shù)帶來的多方協(xié)作的先進(jìn)理念。BIM技術(shù)需要融入到建筑管理當(dāng)中,只有重視BIM技術(shù),真正使用BIM技術(shù),才能提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的質(zhì)量和整個建筑工程的質(zhì)量。
作者:呂松娥單位:哈爾濱萬達(dá)城投資有限公司
1建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及重點(diǎn)
影響建筑能耗的建筑因素有三種,首先是,圍護(hù)結(jié)構(gòu),如:門、窗、墻等,這些建筑結(jié)構(gòu)所處的地理環(huán)境不同,其節(jié)能要求不同;其次,生活方式,建筑的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、溫度濕度要求、建筑功能、功能模塊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等;最后,設(shè)備系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時,建筑的自我保護(hù)能力、獨(dú)立運(yùn)行能力都要符合一定要求。上述因素,在建筑施工過程中要想有效控制極為困難,即便有法律條文規(guī)定、限制,但依然有許許多多不確定的因素,干擾著正常的施工建設(shè)。為此,利用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算建筑節(jié)能量,明確建筑強(qiáng)制性能的參數(shù)是非常重要的。
2基于建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)估算節(jié)能量
2.1建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)估算節(jié)能量的成立條件
節(jié)能量是指節(jié)能改造之后建筑物能耗的減少量所反映出的收益增加量。依照建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),確定節(jié)能量,需明確計(jì)算、分析條件,方能進(jìn)行。如:擁有100%的能耗基準(zhǔn)值的內(nèi)容,建筑所有的節(jié)能要素都要被算在內(nèi)。以居民建筑為例,東北地區(qū)主要的節(jié)能要素是采暖,而南方地區(qū)主要的節(jié)能要素是空調(diào)能耗,不同地區(qū)選取的節(jié)能要素是不同的。
2.2舉例說明
以大連富豪小區(qū)為例,該居民建筑所處嚴(yán)寒地區(qū),其節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為JGJ26-1995,節(jié)能目標(biāo)50%,基準(zhǔn)值和能耗標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)節(jié)能要素能夠相互配合,節(jié)能要素是采暖能耗、成立條件是全空間、全時間。在計(jì)算節(jié)能量時,技術(shù)人員統(tǒng)一調(diào)查了當(dāng)?shù)鼐用竦纳罘绞剑Y料顯示,居民為獲得較為舒適的生活環(huán)境,會按照假定方案,消費(fèi)采暖能耗,并使用相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng),如電、水、空間能量等。圍繞建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)實(shí)建筑情況,對建筑所屬的集中供熱系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行能量考核發(fā)現(xiàn),同一地區(qū),居民建筑的平均能效沒有較大差別,與節(jié)能百分比完全相符。綜上分析,大連富豪小區(qū)完全符合節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)估算節(jié)能量的條件,以整個小區(qū)建筑面積為5300×104m2來計(jì)算的話,節(jié)能設(shè)計(jì)能耗為50%,則該小區(qū)的居民建筑的平均耗能為24kgce/m2,用它來估算居民建筑的節(jié)能量。再加上供熱系統(tǒng)官網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行功率、熱源的傳播效果、建筑功能設(shè)計(jì)的配合度等因素的影響,便可準(zhǔn)確估算出整個富豪小區(qū)的年節(jié)能量為53.23×104tce,且相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。分析上述案例可知,建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)要素大體相同,無非是采暖能耗和空調(diào)能耗,電、水、空間的能耗都是固定的,不會隨著地區(qū)建筑的變化而變化。與居民建筑相比,公共建筑在節(jié)能設(shè)計(jì)方面,考慮的問題和因素更多,依照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)提出的觀點(diǎn)可知,只要按照建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)施工,保證其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),其節(jié)能量不會少于建筑總節(jié)能量的50%。從這一點(diǎn)看,以節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為節(jié)能量的估算依據(jù)是相對科學(xué)的,因?yàn)樵谝粋€計(jì)算公式中,標(biāo)準(zhǔn)是不變量,節(jié)能設(shè)計(jì)、節(jié)能要素是變化量,節(jié)能量是因變量,這種估算方式,符合統(tǒng)計(jì)科學(xué)。
3結(jié)語
通過上文對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與節(jié)能量估算等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)分析可知,“節(jié)能”是建筑工程最看重、最具挑戰(zhàn)的施工任務(wù),在經(jīng)濟(jì)時代,它不但能節(jié)約大量的建筑資源、不可再生能源,還能有效完善、維護(hù)居民的生活狀態(tài),使其在一個環(huán)保、節(jié)能、安全的環(huán)境下快樂的居住生活。從某種程度講,根據(jù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)估算建筑的節(jié)能量,是相對科學(xué)的,只要擁有明確100%能耗基準(zhǔn)值的內(nèi)容、計(jì)算條件,明確節(jié)能百分比的成立條件,就能精準(zhǔn)的計(jì)算出節(jié)能百分比目標(biāo),建筑施工設(shè)計(jì)目標(biāo)方能實(shí)現(xiàn),因此,其實(shí)踐價值與意義重大。
作者:張濤朱建雯單位:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院
1綠色住宅及節(jié)能設(shè)計(jì)的概念和特點(diǎn)
現(xiàn)代所謂的“綠色住宅”,并不僅僅只是指住宅周圍環(huán)境的高綠化率,屋頂建設(shè)的綠色花園這么簡單的要求,他已經(jīng)發(fā)展成為了一種全新的理念或是象征,主要是指建筑整體要對環(huán)境沒有危害,能夠充分的利用周圍的自然環(huán)境資源,并且能夠達(dá)到不破壞周邊生態(tài)平衡這樣的一種建筑物,我們也可以稱之為可持續(xù)發(fā)展建筑或是生態(tài)建筑。它的主要特征就是:一是在生態(tài)環(huán)境方面具有敞開性,可以與環(huán)境很好的融合,充分利用自然資源;二是建筑主要采用的是無污、無害的環(huán)保型的建筑材料,降低對環(huán)境的破壞的程度;三是立體綠化率高,周邊的生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定,生活環(huán)境舒適;四是充分利用清潔型能源,環(huán)境污染少,住宅能耗低;四是富函生態(tài)文化與藝術(shù)氣息,淳樸的生活氣息濃郁,環(huán)境宜人。而節(jié)能設(shè)計(jì)經(jīng)常是與綠色住宅串連在一起的設(shè)計(jì)理念,所謂的“節(jié)能設(shè)計(jì)”主要是指在建筑的過程之中,要處處體現(xiàn)節(jié)能的原理,充分的利用節(jié)能的材料及建筑工藝,最大程度地降低對自然資源的損耗,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。因此節(jié)能設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)的是一種原則,它的主要設(shè)計(jì)理念就是:一是采用無害、無毒的建筑材料,降低環(huán)境破壞程度;二是減低不可再生資源的使用程度,保護(hù)環(huán)境協(xié)調(diào);三是盡可能的利用可再生能源和清潔能源,降低環(huán)境污染,保護(hù)生態(tài)和諧。由此,我們可以看出,綠色與節(jié)能是現(xiàn)代建筑的一體兩面,缺一不可,我們在現(xiàn)實(shí)的建設(shè)之中既要注重節(jié)能設(shè)計(jì),保護(hù)生態(tài)環(huán)境,降低環(huán)境污染,同時我們也要關(guān)注綠色建筑,維持環(huán)境生態(tài)平衡,促進(jìn)社會和諧、可持續(xù)發(fā)展。要以人、自然環(huán)境與建筑住宅的協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo),利用天然的條件和人工的創(chuàng)新手段,創(chuàng)造良好、健康的居住環(huán)境,盡可能的控制和減少對大自然的使用與破壞,力求在向大自然的索取和回報之間爭取平衡。
2節(jié)能設(shè)計(jì)在綠色住宅建筑中的重要地位
綠色住宅概念是現(xiàn)代人們生活追求的基本目標(biāo),也是人們生活水平提高的重要標(biāo)準(zhǔn),對于綠色住宅我們的理解白不要僅僅的局限于對綠化面積的要求,更多的是要專注與生態(tài)環(huán)境的整體和諧,節(jié)能是綠色住宅設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一,節(jié)能設(shè)計(jì)是住宅更加趨向真正意義上的綠色住宅的重要方式之一,對于節(jié)能設(shè)計(jì)在綠色住宅建筑中的重要地位我們可以大體歸納為以下幾點(diǎn):
(1)節(jié)能設(shè)計(jì)有利于降低綠色住宅的能耗,減少資源的浪費(fèi)。通過在設(shè)計(jì)之初,我們就把節(jié)能的概念貫徹到住宅建設(shè)之中,通過修建各種現(xiàn)代化的設(shè)施,利用現(xiàn)代科技手段,通過各種方式加大住宅對可再生資源的利用率,如利用太陽能發(fā)電,利用沼氣取暖等等各種方法,從而有效的降低傳統(tǒng)住宅對非可再生資源的使用數(shù)量,降低能耗數(shù)量,真正的做到綠色無污染。
(2)節(jié)能設(shè)計(jì)有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)綠色住宅人與自然的和諧。通過在住宅中大量的使用太陽能、沼氣及風(fēng)能等各種可再生的、無盡的自然資源,我們可以有效的減少傳統(tǒng)住宅對煤、天然氣等非可再生資源的消耗,從而減少了二氧化碳等溫室氣體的排放量,環(huán)節(jié)我們現(xiàn)在日益緊張的環(huán)境壓力,真正的起到保護(hù)人類的生態(tài)環(huán)境的功效,發(fā)揮綠色住宅建筑的環(huán)保功能。
(3)節(jié)能設(shè)計(jì)有利于綠色住宅建筑新美學(xué)的產(chǎn)生。隨著社會的發(fā)展,人們的要求也不再不斷地提高,科技也在飛速的發(fā)展,為了更好的發(fā)揮綠色住宅節(jié)能環(huán)保的功效,我們就必須要及一切的努力去設(shè)計(jì)更符合人們要求的節(jié)能建筑結(jié)構(gòu),通過不斷地實(shí)踐與探索,我們對住宅的建筑模式也會不斷地進(jìn)步,進(jìn)而會促進(jìn)建筑新美學(xué)的迅速發(fā)展,提升綠色住宅建筑的整體美的理念與設(shè)計(jì),滿足人們?nèi)找嬖鲩L的心理需求和生活需求。
3綠色住宅建筑中節(jié)能設(shè)計(jì)的主要表現(xiàn)方面
綠色住宅的建筑設(shè)計(jì)不是僅僅表現(xiàn)在一個方面的,而是表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、建筑及后期使用的方方面面,節(jié)能作為綠色住宅的一個重要標(biāo)準(zhǔn),它在整體建筑中也表現(xiàn)在了住宅的前期、中期、后期的各個方面上,不僅包括規(guī)劃的節(jié)能,而且包括建筑施工中的節(jié)能以及建筑使用中的節(jié)能等等各個方面。具體可以解釋如下:
(1)在綠色住宅規(guī)劃設(shè)計(jì)之初就充分體現(xiàn)節(jié)能意識。在設(shè)計(jì)綠色住宅的設(shè)計(jì)圖紙的時候,我們要盡可能的減少對紙張等的浪費(fèi),減少不必要環(huán)節(jié)造成的各種資源的浪費(fèi),而是切實(shí)的貫徹節(jié)能的理念,縮減設(shè)計(jì)圖紙的打印次數(shù),盡可能的利用現(xiàn)代的電子技術(shù),實(shí)現(xiàn)信息化的傳播與共享,減少對資源的浪費(fèi)。同時在設(shè)計(jì)之中,我們要合理地對門窗體、屋頂、墻體以及建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局設(shè)計(jì),盡可能的最小程度的使用不可再生的資源,最大化的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的合理布局及對空間的合理利用,減少不必要的空間浪費(fèi),提高整體建筑物的整體利用效率。
(2)使用綠色無污染的環(huán)保節(jié)能建筑材料,減少環(huán)境污染。我們在建設(shè)綠色住宅建筑的時候要時刻保持節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念,在建筑施工的過程中,我們要盡可能的去選擇采用那些無污染的、清潔的可再生資源去進(jìn)行,減少對一些有害物質(zhì)材料的使用,如在粉刷墻體的時候,我們要選擇甲醛含量低甚至是沒有的油漆材質(zhì)進(jìn)行粉刷,因?yàn)榧兹┦且环N有害的物質(zhì),他不僅對大氣環(huán)境造成破壞,更是會影響人們的生命安全,引起白血病等嚴(yán)重的疾病。因此在綠色住宅建筑施工的過程中,我們也要堅(jiān)持環(huán)保節(jié)能的建筑材料,減少建筑材料的不必要浪費(fèi)。
(3)綠色建筑建設(shè)中要設(shè)計(jì)新能源使用設(shè)備,完成后提高可再生資源的利用效率。現(xiàn)在太陽能、風(fēng)能、沼氣等新型能源越來越受到廣大民眾的青睞,因此在建設(shè)綠色住宅的時候,我們要充分的利用上這些新能源,建設(shè)適合的配套設(shè)施,盡可能的為新能源的利用提供有效的設(shè)備。同時在綠色住宅建成之后,我們要大力的倡導(dǎo)住戶使用綠色的新能源,實(shí)施有效的鼓勵政策,從而使我們的綠色住宅建筑真正的發(fā)揮生態(tài)環(huán)保的功能,為我們共建人與自然的和諧發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
作者:龔萬燈單位:廈門市住宅設(shè)計(jì)院有限公司
一、我國民用建筑主要節(jié)能設(shè)計(jì)
我國民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)需要考慮整體及外部環(huán)境等因素,如選址、規(guī)劃、外部環(huán)境和建筑物體型設(shè)計(jì)等都為建筑節(jié)能創(chuàng)造了條件。國家提出新型民用建筑節(jié)能50%的要求,若將這50%定義為1(即100%)的參數(shù),那么民用建筑中圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗能比例減少50%左右,建筑高效設(shè)備耗能比例減少30%以上,建筑電氣、電器耗能比例減少10%以上,所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是主要因素。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分包括墻體、門窗、地面、屋頂?shù)取H魧⒚裼媒ㄖ袊o(hù)結(jié)構(gòu)耗能比例減少50%左右也定義為1(即100%)的參數(shù),那么墻體耗能比例為30%左右,門窗耗能比例為50%左右,地面、屋頂耗能比例為20%左右,建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分的墻體、門窗、地面、屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)是主要部分。
1、墻體節(jié)能設(shè)計(jì)
墻體的主要功能是承重、防水、防潮、隔熱、保溫,是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體。外墻應(yīng)采用低傳熱值的新型節(jié)能墻體材料,如加氣混凝土砌塊、新型建筑模網(wǎng)、外墻保溫材料等。墻體復(fù)合保溫方式主要包括內(nèi)保溫和外保溫兩種。內(nèi)保溫是指在外墻內(nèi)側(cè)增加保溫措施,施工簡便宜行。內(nèi)保溫?zé)岱€(wěn)定性差,室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的速度快,適用于間歇使用的空調(diào)房間。外保溫即保溫材料在墻體的外側(cè),有利于室內(nèi)水蒸汽通過墻體向外散發(fā),可避免墻體受潮,對保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)有利,能夠延長建筑物的使用壽命,墻體可以作為蓄熱材料且能解決維護(hù)結(jié)構(gòu)通常存在的冷橋問題。其特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好,室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的速度慢,適用于連續(xù)采暖、空調(diào)的房間。相比較而言,推薦外保溫作為墻體保溫的首選措施。此外,空氣也是一種優(yōu)良的保溫材料,在建筑物中常用材料圍成的空氣隔離層,不但可以保溫隔熱,而且具有切斷液態(tài)水份的毛細(xì)滲透、防止保溫材料受潮的功能。
2、門、窗節(jié)能設(shè)計(jì)
相對墻體而言,門、窗的保溫隔熱性能較差。普通單層玻璃窗的能量損失約占建筑物夏季降溫及冬季保溫能耗的50%-60%以上,所以改善其絕熱性能是節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn),主要措施有:
(1)控制建筑窗墻比。住宅窗墻比是指住宅窗戶洞口面積與住宅立面單元面積的比值。
(2)提高建筑外窗的氣密性,減少冷空氣滲透。門窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料、彈性密閉型材料、密封膏以及邊框設(shè)企口等密封。框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等。扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等。扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。
(3)改善建筑門窗的保溫隔熱性能。戶門、陽臺門除應(yīng)結(jié)合防火、防盜要求外,在門的空腹內(nèi)填充聚苯乙烯板或巖棉板,以增加其隔熱性能。窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗,這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷、熱橋;可設(shè)置雙玻璃或三玻璃,并積極采用中空玻璃、鍍膜玻璃,低輻射玻璃。合理地設(shè)計(jì)可開啟的窗扇面積,保證南方地區(qū)室內(nèi)自然通風(fēng)和降低北方地區(qū)室外冷風(fēng)的直接滲透。
(4)設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)立一個中間層次,這一中間層次象熱閘一樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透,減少外墻、外窗的熱耗損。在北方地區(qū)住宅中,采用密封陽臺,外門設(shè)防風(fēng)門斗,防止冷風(fēng)倒灌,將樓梯間設(shè)計(jì)成封閉式,對屋頂上人孔進(jìn)行封閉處理等措施均能取得良好的節(jié)能設(shè)計(jì)效果。
3、地面節(jié)能設(shè)計(jì)措施
在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,通過地面向外傳導(dǎo)的熱(冷)量約占圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量的3%-5%。目前樓、地面的保溫隔熱技術(shù)一般分為兩種:一是采用地板輻射采暖的樓地面,在樓地面基層完成后,在該基層上先鋪保溫材料,將聚乙烯管固定在保溫材料上,然后回填細(xì)石混凝土,經(jīng)平整振實(shí)后鋪設(shè)地板。二是在辦公樓地面周邊地區(qū)2米范圍內(nèi)作6厘米厚擠塑聚苯板保溫。
4、屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)措施
近年來在城市建設(shè)和居住小區(qū)開發(fā)中,坡面屋頂發(fā)展較快。據(jù)調(diào)查坡屋頂與平屋頂?shù)捻攲臃块g,室內(nèi)溫度可相差5℃左右。這就表明在室內(nèi)熱環(huán)境相同時,坡屋頂建筑的使用能耗比平屋頂少。屋頂應(yīng)當(dāng)采用傳熱系數(shù)、熱惰性指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)的、高效的保溫隔熱屋面。目前用于屋頂保溫的各種材料的開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展較快,保溫材料有整體的、塊狀的以及松散的。屋頂保溫層不宜選用密度較大、導(dǎo)熱系數(shù)較高的保溫材料,也不適宜選用吸水率高的保溫材料以防保溫層大量吸水,降低保溫效果。
5、建筑物細(xì)部的節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)細(xì)部的節(jié)能設(shè)計(jì)對于建筑物的整體節(jié)能設(shè)計(jì)也非常重要,應(yīng)從以下各部位著手:
①熱橋部位應(yīng)采取可靠的保溫與斷橋措施。
②外墻出挑構(gòu)件及附墻部件,如陽臺、雨罩、靠外墻陽臺欄板、空調(diào)外機(jī)擱板、附壁柱、凸窗、裝飾線等均應(yīng)采取隔斷熱橋和保溫措施。
③窗口外側(cè)四周墻面,應(yīng)進(jìn)行保溫處理。
④門、窗框與墻體之間的縫隙,應(yīng)采用高效保溫材料填堵。
⑤門、窗框四周與抹灰層之間的縫隙,宜采用保溫材料和嵌縫密封膏密封,避免不同材料界面開裂,影響門、窗的熱工性能。
⑥采用全玻璃幕墻時,隔墻、樓板或梁與幕墻之間的間隙,應(yīng)填充保溫材料。
二、結(jié)語
實(shí)現(xiàn)我國民用建筑節(jié)能50%的要求,建筑設(shè)備選用及運(yùn)行同樣不可忽視。例如北方地區(qū)供暖設(shè)計(jì)中采用效率可達(dá)80%左右的鍋爐,風(fēng)機(jī)、水泵采用了變頻技術(shù),在用戶附近建設(shè)了換熱站,使循環(huán)水量、軟化水減少,鍋爐結(jié)垢也減少,從而提高了鍋爐效率,降低供熱成本。從發(fā)展的角度來看熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱、綜合利用熱能是節(jié)能設(shè)計(jì)的方向。南方地區(qū)民用建筑的空調(diào)設(shè)計(jì),盡可能采用集中、中央空調(diào)及冷卻塔技術(shù)、太陽能技術(shù)、變頻技術(shù)、冷熱能利用回收等技術(shù)節(jié)約能源。再如照明方面采用的高效LED光源、聲光控、電磁、徽波、光波等技術(shù)。建筑用水采用循序設(shè)計(jì)、排水采用分流設(shè)計(jì)等節(jié)水系統(tǒng),提高水的再利用率。熱能方面采用太陽能技術(shù)、納米涂料技術(shù)等。全面的建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。目前國家已制定了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對建筑節(jié)能做出了明確的政策規(guī)定;在具體實(shí)踐中還必須從設(shè)計(jì)、施工、各級監(jiān)督管理部門、開發(fā)商、運(yùn)行管理部門、用戶等各個環(huán)節(jié),按照國家的節(jié)能政策和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定,全面地、嚴(yán)格地采取節(jié)能措施,讓每一位公民真正樹立起全面的建筑節(jié)能觀,將建筑節(jié)能真正落到實(shí)處。
作者:毛長海單位:新疆冶金建設(shè)技工學(xué)校
1工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念重要性
1.1有效減少能耗
有效減少能耗是工藝建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念的重要優(yōu)勢之一。眾所周知降低工業(yè)建筑的耗能在本質(zhì)上減少工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)成本,并且還能夠在建筑物在使用和建造過程中盡可能合理地使用和利用能源,從而能夠在滿足同等需要或達(dá)到相同目的的條件下做到盡可能的降低能耗。除此之外,有效減少能耗主要還體現(xiàn)在可以有效的面對能源危機(jī)和潛在的能源資源價格上漲,并且建筑節(jié)能的技術(shù)途徑主要是依靠減少維護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱并且合理的提高供熱、制冷系統(tǒng)的熱效率兩個方面。即通過這兩方面的有效加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì)理念可以有效的減少相應(yīng)的能耗。
1.2資源循環(huán)利用
資源循環(huán)利用可以讓工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中占據(jù)非常大的優(yōu)勢。眾所周知工業(yè)生產(chǎn)需要大量的資源支援,因此資源的循環(huán)利用可以有效避免大量寶貴的不可再生的能源資源在建筑、生產(chǎn)過程中被浪費(fèi)。例如由于工業(yè)廠房的冬季內(nèi)采暖計(jì)算溫度與室內(nèi)外的冬季采暖計(jì)算溫度差(tn—twn)和民用建筑相比,要小10%~20%,熱損失自然也相應(yīng)減少。除此之外,在資源循環(huán)利用的過程中節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用可以有效減少其整體資源的消耗,從而能夠在此基礎(chǔ)上促進(jìn)其生產(chǎn)水平的有效提升和社會效益、經(jīng)濟(jì)效益的不斷進(jìn)步。
1.3提升生產(chǎn)效率
節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用可以有效的提升工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率。眾所周知工業(yè)建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是其熱量損失的主要通道之一。因此通過節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用設(shè)計(jì)人員可以促進(jìn)建筑物的墻體、屋頂及地基周圍等處使用高效保溫隔熱材料,并且能夠使建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)中各部分的傳熱系數(shù)大大降低,這最終就能促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率的有效提升。除此之外,節(jié)能設(shè)計(jì)理念對于生產(chǎn)效率的提升主要還體現(xiàn)在了其能夠有效降低生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)械的運(yùn)行強(qiáng)度,從而能夠有效延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命和使用效率,從而能夠在此基礎(chǔ)上促進(jìn)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)效率的有效提升。
1.4減少腐蝕損失
減少腐蝕損失也是節(jié)能設(shè)計(jì)理念自身具備的優(yōu)越性之一。眾所周知工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中其廠房和設(shè)備都容易受到腐蝕問題的影響。因此在工業(yè)廠房的建筑單體設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)從廠房的平剖面布置階段開始就納入設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的范圍中。例如設(shè)計(jì)人員可以通過對于空調(diào)降溫的面積范圍和室內(nèi)溫度進(jìn)行有效的計(jì)算,來盡可能的避免不適當(dāng)?shù)拇竺娣e、大空間采暖和全空調(diào),這可以有效避免機(jī)械設(shè)備生銹腐蝕的可能性。并且當(dāng)工業(yè)還間內(nèi)有散發(fā)大量生產(chǎn)余熱余濕甚至腐蝕性氣體時,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)考慮有效的自然通風(fēng)來保證室內(nèi)的正常生產(chǎn)環(huán)境,從而能夠促進(jìn)腐蝕的有效減少。
2工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念應(yīng)用
2.1根據(jù)工業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)
根據(jù)工業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)是工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。在根據(jù)工業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)確保工業(yè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)特點(diǎn)符合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。例如設(shè)計(jì)人員可以建在工業(yè)建筑物的墻體和屋頂以及地基周圍等處使用高效保溫隔熱材料,從而能夠可以使建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)中各部分的傳熱系數(shù)大大降低并且有效減少熱量的損耗。除此之外,在根據(jù)工業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)確保操作人員和運(yùn)輸工具活動的高度范圍內(nèi)具有良好的工作環(huán)境,因此在設(shè)計(jì)時不應(yīng)當(dāng)采用機(jī)械強(qiáng)度偏低的內(nèi)保溫材料,并且在廠房內(nèi)濕度大或又含有腐蝕性介質(zhì)的條件下,不宜選用孔隙率、吸水率大的保溫材料,從而能夠在此基礎(chǔ)上促進(jìn)工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用水平的有效提升。
2.2合理選擇材料
合理選擇材料對于工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用的重要性是不言而喻的。在合理選擇材料的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)確保建筑外墻用的材料具有合適的厚度,從而能夠在減少熱量損失的同時促進(jìn)建筑內(nèi)部保持較為良好的通風(fēng)。除此之外,在合理選擇材料的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)可以從之前的節(jié)能設(shè)計(jì)建筑選取適用的構(gòu)造和所需的材料。并且根據(jù)工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn),要求控制各朝向的窗墻比為35%~20%。從而能夠更好地確保工業(yè)建筑的通風(fēng)條件和采風(fēng)條件,從而在減少電能消耗的前提下促進(jìn)工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用效益的不斷進(jìn)步。
2.3優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)
優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)是工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用的優(yōu)秀內(nèi)容之一。在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注重減少建筑的開窗面積,即盡量減少開窗面積始終是工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要手段。根據(jù)相關(guān)研究表明,不同性能的外窗自身的傳熱系數(shù)可能存在3倍左右的差距。除此之外,在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的過程中設(shè)計(jì)人員可以通過選用保溫與密閉性能好的多層窗來促進(jìn)工業(yè)廠房節(jié)能水平的有效提升。例如設(shè)計(jì)人員可以選用聚苯板和以膨脹珍珠巖為主要原材料的防水保溫板以及瀝青珍珠巖板等多種節(jié)能效果明顯的材料,然后合理的設(shè)計(jì)建造的防水層、保護(hù)層等構(gòu)造,從而能夠在此基礎(chǔ)上促進(jìn)工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用可靠性的持續(xù)進(jìn)步。
2.4.增強(qiáng)節(jié)能意識
增強(qiáng)節(jié)能意識是工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用的重中之重。在增強(qiáng)節(jié)能意識的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)督促自己具備更加高度的節(jié)能意識,這與此同時也是促使工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作能夠順利開展并且能夠收到良好效果的重要保證。除此之外,在增強(qiáng)節(jié)能意識的過程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)通過采用其他人員提出的具體意見和細(xì)節(jié)意見,來促進(jìn)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)得到有效的保障,從而能夠在節(jié)省土建工程量和降低造價,減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的同時促進(jìn)工業(yè)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用精確性的不斷提升。
3結(jié)語
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)整體水平的不斷提高和工藝建筑發(fā)展速度的持續(xù)加快,工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注。因此在這一前提下工業(yè)建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對于節(jié)能設(shè)計(jì)理念的內(nèi)容有著清晰的了解,從而能夠在此基礎(chǔ)上通過設(shè)計(jì)實(shí)踐的進(jìn)行來促進(jìn)我國工藝建筑整體設(shè)計(jì)水平的有效提升。
作者:楊宏單位:西安建筑科技大學(xué)
1、BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用
在應(yīng)用BIM技術(shù)時,只要把獲取到的相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)移入到使用的設(shè)計(jì)軟件中,就能夠通過這些數(shù)據(jù)得到分析之后的準(zhǔn)確結(jié)果。在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時,如果使用那些傳統(tǒng)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)軟件會浪費(fèi)設(shè)計(jì)師很多的時間及精力,這時設(shè)計(jì)師就會常常出現(xiàn)顧此失彼的設(shè)計(jì)情況。而在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù),則能夠有效的節(jié)約設(shè)計(jì)師的時間,并且讓設(shè)計(jì)師能夠有很多的精力去進(jìn)行別的方面的設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)上時,可以通過相關(guān)的建筑信息模型及設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析,從而能夠?qū)ㄖ芰Φ姆治鲞^程進(jìn)行優(yōu)化,縮短設(shè)計(jì)所用的時間,有利于設(shè)計(jì)師解決那些比較困難復(fù)雜的問題。在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中,如果符合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)的規(guī)定時,則能夠?qū)IM技術(shù)和GBS技術(shù)相結(jié)合起來,并且進(jìn)行建筑類型的設(shè)定。在BIM的相關(guān)模型中,能夠?qū)BS技術(shù)直接導(dǎo)入其中,并且根據(jù)模型中的有關(guān)建筑信息進(jìn)行熱模型的建立,并且把該模型的格式轉(zhuǎn)化為XML形式。為了將有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的展示,可以使用DOE技術(shù)來實(shí)現(xiàn)不同時間段的實(shí)時模擬。在此過程中,為了得到所需要的建筑數(shù)據(jù),僅僅需要將建筑設(shè)計(jì)有關(guān)的地理坐標(biāo)和建筑類型輸入到GBS中即可。在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時,可以通過BIM技術(shù)和GBS技術(shù)的結(jié)合進(jìn)行相關(guān)模型的建立,從而能夠獲得和建筑有關(guān)的詳細(xì)節(jié)能數(shù)據(jù)分析結(jié)果,使得實(shí)際的建筑施工能夠節(jié)約很大的能源。不僅僅GBS能夠和BIM技術(shù)相結(jié)合,Riuska軟件也能夠和BIM技術(shù)通過使用。在這二者相互結(jié)合使用時,通過BIM技術(shù)模型的導(dǎo)入,設(shè)計(jì)師則能夠取得很多建筑信息,方便建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的進(jìn)行。BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是非常重要的,促進(jìn)了建筑設(shè)計(jì)事業(yè)的快速發(fā)展。目前,建設(shè)行業(yè)發(fā)展的趨勢就是建筑節(jié)能設(shè)計(jì),只有在建筑設(shè)計(jì)中融入節(jié)能設(shè)計(jì),才能夠使得建筑更加的節(jié)約能源,避免的資源的浪費(fèi)。建筑的能耗在全球能耗中占據(jù)了很大的比例,對建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化,是降低溫室效應(yīng)的重要手段。
2、BIM技術(shù)對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的價值
在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中,BIM技術(shù)的應(yīng)用對其有著非常的的價值,主要包括碰撞檢查、精確施工和計(jì)劃及協(xié)同提升效率等幾方面。在進(jìn)行一些比較復(fù)雜的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時,工程師和設(shè)計(jì)師有時候根本不能夠查找出二維藍(lán)圖中涉及的沖突問題。在實(shí)際施工中,每一項(xiàng)工程都可能會由于碰撞問題而不符合要求,需要重新進(jìn)行建筑節(jié)能的設(shè)計(jì),進(jìn)行返工。但是重新設(shè)計(jì)施工的損失是非常大的,不僅損失材料,還會損失機(jī)械臺班,出現(xiàn)窩工現(xiàn)象。而然在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時,應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行BIM模型的創(chuàng)建,系統(tǒng)則能夠自行進(jìn)行有關(guān)碰撞的檢查,即使是全碰撞情況也能夠檢測出來。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供準(zhǔn)確的碰撞檢查結(jié)果,并且得出最優(yōu)的解決方案,防止碰撞造成的損失。在進(jìn)行項(xiàng)目施工計(jì)劃時,手工進(jìn)行預(yù)算工作會使得工作的準(zhǔn)確性降低,不能夠準(zhǔn)確的計(jì)劃出相關(guān)的資源,不精確的計(jì)劃會造成很大的資源損失。而在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時,應(yīng)用BIM技術(shù),則能夠使得施工和計(jì)劃非常的精確,優(yōu)化施工,避免資源的浪費(fèi)。在施工計(jì)劃上,利用虛擬的施工模擬能夠準(zhǔn)確的分析出建筑時所用的資源和設(shè)備情況,最大限度的節(jié)約資源。在進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時,可能會因?yàn)樵擁?xiàng)工程非常的復(fù)雜,并且項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)是臨時組成的,就會嚴(yán)重的影響工期,造成損失。而應(yīng)用BIM技術(shù)一則能夠?qū)崿F(xiàn)信息資源的共享,獲得精確的數(shù)據(jù);二則在BIM模型上直接做節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能計(jì)算可以避免設(shè)計(jì)人員的重復(fù)建模從而提高設(shè)計(jì)工作效率,也使得項(xiàng)目各階段的工作比較的協(xié)調(diào),加快從設(shè)計(jì)到施工階段的時間。BIM系統(tǒng)其優(yōu)秀是通過三維設(shè)計(jì)獲得工程信息模型和幾乎所有與設(shè)計(jì)相關(guān)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),可以持續(xù)即時地提供項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容、進(jìn)度以及更改信息,這些信息完整可靠,質(zhì)量高并且完全協(xié)調(diào)。
3、總結(jié)
綜上所述,在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天,建筑節(jié)能已經(jīng)成為了建筑設(shè)計(jì)的一個重要內(nèi)容。一個合理的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)能夠有效的節(jié)約能源,避免過大的能源消耗。而BIM技術(shù)則能夠有效的優(yōu)化建筑節(jié)能設(shè)計(jì),使得建筑設(shè)計(jì)更加的節(jié)能。BIM技術(shù)已經(jīng)在一些比較復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)中被應(yīng)用,為了更好的在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù),就需了解該技術(shù)的特點(diǎn),并且了解該技術(shù)的相關(guān)實(shí)踐。BIM技術(shù)對建筑節(jié)能設(shè)計(jì)有著非常大的價值,因此必須加強(qiáng)對BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究。
作者:馬曉云單位:廣西大學(xué)設(shè)計(jì)研究院