試論建筑設計中的節能設計

Technical Exchange |技術(shù)交流試論建筑設計中的節能設計趙澤霞，胡 敏(柳州市建筑設計科學(xué)研究院，廣西柳州545001 )摘要:隨著(zhù)我國的經(jīng)濟和社會(huì )正保持著(zhù)高速發(fā)展的態(tài)勢，我國正處于工業(yè)化和城鎮化快速發(fā)展的階段，工業(yè)的增長(cháng)、居民消費結構的升級，特別是中國城鎮化進(jìn)程的快速發(fā)展，對能源、經(jīng)濟資源的需求將更加迫切。本文從多方面重點(diǎn)論述建筑規劃設計的優(yōu)化和圍護結構節能設計，并提出利用好可再生能源的節能設計。關(guān)鍵詞:建筑節能，規劃設計，建筑設計近年來(lái)，我國政府對建筑節能十分重視，制定和頒布了筑物的層數，選用長(cháng)條型建筑外形等，而形體復雜、凹凸面-系列的新標準、新規范，旨在加強建筑節能工作的開(kāi)展。業(yè)過(guò)多的塔式建筑對節能不利。建筑體型系數還與建筑物的體內工程技術(shù)人員為此做了大量的工作并取得了一定的科技成型是否規整及建筑的體量大小有關(guān)。在建筑設計中，應注意果，積累了一些經(jīng)驗。建筑節能工作有許多環(huán)節，建筑設計最低耗能體型的選擇，即建筑的各方面尺寸與其有效傳熱系則是其中重要環(huán)節。數相對應的最佳節能體型。-般來(lái)講，當各面的平均有效傳熱系數不同時(shí)，傳熱系數相對較小的面具有相應較大面積的1.優(yōu)化建筑規劃設計體型是最佳體型;而當各面的平均傳熱系數相同時(shí)，體型系在建筑規劃階段，要慎重考慮建筑選址、建筑布局、建筑數最小的體型是最佳體型。體型、間距、朝向、季風(fēng)風(fēng)向、水面和綠化配置等因素對建筑節(2)建筑朝向與節能能的影響，改善熱環(huán)境。在規劃設計中，分析形成氣候的決定因建筑物的朝向對于建筑節能有很大的影響。當建筑物為素(輻射因素、大氣因素、環(huán)境因素、地理因素)的利弊，從改善南北朝向時(shí)，耗能較少。近年來(lái)，設計實(shí)踐中的一種現象是城市環(huán)境和區域環(huán)境出發(fā)，根據不同地區的地形及小氣候，合理越來(lái)越多的出現偏軸方位的建筑朝向，這種做法，可在活躍布置建筑群，盡量避免不利因素的影響。另外還要考慮對太陽(yáng)建筑群體、節約用地、處理建筑外形等方面帶來(lái)-些益處， 但能、季風(fēng)風(fēng)向、地形等自然因素的利用，以達到節能之目的。從長(cháng)遠角度看，我們還是要強調正南朝向(包括南偏東、偏西15°以?xún)瘸?的節能意義。因此，從節能的角度出發(fā)，如總1.1建筑選址、建筑布局、季風(fēng)風(fēng)向節能設計平面布置允許自由考慮建筑物的形狀和朝向，則應首先選長(cháng)建筑物盡量布置在向陽(yáng)和避風(fēng)的地方，向陽(yáng)有利于建筑方形體型，朝向盡可能大體朝南，避免東西向。在確定朝向物充分利用太陽(yáng)能，避風(fēng)可盡量減少建筑物的熱損失。建筑時(shí)，另一個(gè)必須注意的問(wèn)題是要處理好建筑朝向與季風(fēng)風(fēng)向布局時(shí)，一方面要控制城市規模，并在規劃設計中，注意避的關(guān)系。在南方炎熱地區，建筑的朝向宜與夏季主導風(fēng)向入免人口密度與建筑密度較高的功能區連片布置，控制區域密射角保持在30° - - 60°的范圍內。度。另-方面，在南方炎熱地區，妻考慮- -定數量的街道與(3)建筑間距與節能當地夏季主導風(fēng)向基本一致，這樣可以加強市區和郊區之間較大的建筑間距可以使建筑物有充分的8照時(shí)間和良好的熱交換，促使城市中心區多余的熱量迅速轉移到郊外。的日照質(zhì)量，對建筑節能非常有利。但因城市用地非常緊張，從節約土地的角度出發(fā)，又希望建筑間距越小越好。在建筑1.2建筑體型、朝向、間距節能設計設計中，要合理解決這一矛盾。在總平面設計時(shí)，合理布置(1)建筑體型與建筑節能在建筑設計中，要適當控制建筑體型系數。有研究表明，建筑物使其達到有自好口照和校小間距的最優(yōu)組合。在建體型系數每增大0.01,耗熱量指標約增加2.5%。建筑體型系筑單體中國煤化工低層高等方法。HCNMH G數一般宜控制在0.30以下。- 般來(lái)說(shuō)，控制或降低體型系數的方法有:減少建筑面寬，加大進(jìn)深或增加組合體，增加建城市規劃中應考慮到足夠的水面和綠地，而且應該分布CHINA HOUSING FACILITIES 57Technical Exchange |技術(shù)交流合理。水池、噴泉等水面的配置，是良好的降溫措施。綠地組合合理，有較高的熱絕緣系數，能較好地發(fā)揮保溫材料的的配置，可以通過(guò)植被的光合作用及蒸騰作用使太陽(yáng)輻射熱作用，在滿(mǎn)足承重要求的前提下，磚墻可適當減薄。④夾心能轉化，降低環(huán)境溫度。根據不同地區的地形及小氣候情況復合外墻:將墻體分為承重和保護部分，中間留20 - 50 mm在規劃中注意合理布置不同高度和種類(lèi)的樹(shù)木植被，可以在空隙，內填無(wú)機松散或塊狀保溫材料如爐渣、膨脹珍珠巖等,夏季使建筑群內產(chǎn)生有陰影遮蔽的效果，并疏導通風(fēng)氣流;也可不填材料做空氣層。⑤外保溫復合外墻:絕熱材料復合冬季有防寒風(fēng)和最大限度的減少遮陽(yáng)效果。在設計中，注意在外墻外側，這種結構的熱穩定性好，可避免冷橋，但外保廣植樹(shù)木花草，減少周?chē)操|(zhì)地面;對于低層、多層房屋墻溫層要求經(jīng)得起日曬雨淋和冰凍的侵襲。壁，栽種爬墻虎之類(lèi)的攀藤植物，進(jìn)行垂直綠化;屋項也可2.2窗節能種植，形成空中花園。這樣，能緩解曝曬及驟雨造成建筑物表面的溫差變化，使絕大部分輻射熱不致于進(jìn)入圍護結構向窗在建筑中的主要作用是采光、通風(fēng)，同時(shí)也起圍護作用。有資料表明，窗既是耗熱構件，設計合理也可成為得熱室內傳遞，從而改善了生態(tài)和室內環(huán)境。構件，因此，設法減少窗耗熱和提高窗得熱是建筑節能的重2.圈護結構節能設計點(diǎn)工作之一-。影響窗的熱損失的因素有以下幾種。(1)窗大小與空調負荷關(guān)系甚大，窗墻比宣適當控制。在窗建筑圍護結構主要由墻、屋頂和門(mén)窗構成。建筑物的能墻比的選擇上，應區別不同的朝向。對南向窗，在選擇合適玻耗主要取決于圍護結構的熱傳導和冷風(fēng)滲透，住宅圍護結構璃層數及采取有效措施減少熱耗的前提下可適當增加窗面積，的散熱量要占采暖熱耗的1/3以上。顯然，如果建筑圍護結充分利用太陽(yáng)輻射熱;而對其他朝向的窗，應在滿(mǎn)足居室采光構具有良好的保溫隔熱性能，便可減少室內、室外的熱量交環(huán)境質(zhì)量要求的條件下適當減少開(kāi)窗面積以降低熱耗。換，從而減少所需要提供的采暖和制冷能量。在選擇維護結(2)窗材料熱阻方面。①窗框:對金屬窗框進(jìn)行斷熱處理,構節能材料時(shí)，應考慮材料的使用壽命,如屋項或外墻采用用高效保溫材料鑲嵌于金屬窗框之間，加大窗框的熱阻，或泡沫玻璃、無(wú)機保溫砂漿等無(wú)機類(lèi)保溫隔熱材料，外墻直接利用空腹金屬窗內的空氣間層達到增加窗框熱阻的目的。同使用自保溫砌塊，可與建筑物同生命周期。炎熱地區使用淺時(shí)，選用導熱系數較小的塑料窗框以減少通過(guò)窗框部分的熱色飾面，減少太陽(yáng)輻射吸收熱量。耗。②玻璃:選用合適的玻璃品種，適當選擇吸熱玻璃、熱2.1墻體節能設計反射玻璃、低輻射玻璃或中空玻璃?？稍谄胀úＡ腺N隔熱外墻的面積是建筑圍護結構的主體，因而外墻體的保溫膜代替節能玻璃。③加強窗的氣密性，采用氣密條，提高外設計相當重要，必須改變以往的外墻設計，采用新的節能墻窗氣密水平，提高窗用型材的規格尺寸、準確度、尺寸穩定體材料。在禁止使用黏土磚以后，應該把外墻的節能構造列性和組裝的精確度以增加開(kāi)啟縫隙部位的搭接量，減少開(kāi)啟為重要課題。墻體節能是采用高效保溫隔熱材料附著(zhù)或填入縫的寬度達到減少空氣滲透的目的。墻體內，以提高墻體的熱阻。復合墻體越來(lái)越成為當代節能(3)安排好門(mén)窗相對位置及開(kāi)啟方式，組織穿堂風(fēng)通過(guò);墻體的主流，其一般做法是用磚或鋼筋混凝土作承重墻并與設置可調節的活動(dòng)遮陽(yáng)，如遮陽(yáng)棚、窗蓋板、窗簾、百頁(yè)、熱絕熱材料復合。某些單一材料墻體也可以起減少能耗的作用。反射簾或自動(dòng)卷簾等，以便夏季減少太陽(yáng)輻射得熱，冬季又墻體改革推動(dòng)了新型墻體材料的發(fā)展，多種節能型墻體得到日照，特別對西向、南向窗要更加重視。應運而生，主要有以下幾種:①加氣混凝土外墻;加氣混凝2.3屋頂節能土產(chǎn)品有粉煤灰加氣和砂加氣兩種，有砌塊、條板狀，該類(lèi)由于太陽(yáng)輻射強烈而引起頂層房間過(guò)熱是- -個(gè)十分普遍產(chǎn)品本身導熱系數小，與傳統的粘土磚墻體材料相比，導熱的問(wèn)題，必須認真對待。應加強隔熱層，可以設架通風(fēng)層，還系數約為粘土磚砌體的29%，是一種保溫性能好、節能顯著(zhù)可設倒置式屋面;采用種植隔熱屋頂，改善生態(tài)環(huán)境;另外的墻體材料。②頁(yè)巖多孔磚:主要以頁(yè)巖石和煤矸石等為主還可采用坡屋頂，利用閣樓通風(fēng)散熱。要原料，其導熱系數小(0. 62w/m.k),明顯優(yōu)于砌塊并稍?xún)?yōu)于層而構造中設詈的馬熱層阻擋了屋面吸收粘土磚，可以利用荒山進(jìn)行生產(chǎn)，施工方便，便于二次裝修，的太中國煤化工度升高以增大屋面與是適合多山地區的推廣的墻改材料。③內保溫復合外墻:絕環(huán)境;YHCNMHG吸收的太陽(yáng)輻射熱向熱材料復合在外墻內側，構造特點(diǎn)與單一材料墻相比，構遙環(huán)境和空氣散發(fā)。屋面內部可以設置貼鋁箔的封閉空氣層，58中國街方數據Technical Exchange |技術(shù)交流采用含水多孔材料做屋面面層。高效保溫材料的應用，提高我國近百米內的土壤每年可采集的低溫能量達1.5萬(wàn)億千了屋頂的隔熱性能。瓦，是我國目前發(fā)電裝機容量4億千瓦的3750倍，而百米內地(2)倒置式屋頂:采用倒鋪法，保溫材料設在防水層以上，.下水每年可采集的低溫能量也有2億千瓦。因此，許多專(zhuān)家將使防水層不直接接受日光暴曬，保護防水層以延緩其老化，.淺層地能比喻為-個(gè)巨大的“綠色聚寶盆"。水泵的作用是把水使之耐久。從低處往高處送，熱泵就是熱傳導的“水泵"。 把低溫的熱源提(3)架空型保溫屋頂:屋頂最外層是遮陽(yáng)板，下帶通風(fēng)空.升，提供生活用能。用1千瓦的電驅動(dòng)熱泵后，可以“搬運" 4氣間層，遮陽(yáng)板攔截了直接照射到屋項的太陽(yáng)輻射熱，并通千瓦的淺層地能。冬天代替鍋爐從土壤中取熱，向建筑物供暖，過(guò)遮陽(yáng)板與空氣接觸的上下兩個(gè)表面把所吸收的太陽(yáng)輻射熱夏天代替普通空調向土壤排熱，給建筑物制冷。轉移到空氣隨風(fēng)帶走，風(fēng)速越大，帶走的熱量越多，隔熱效地源熱泵高效節能，不破壞建筑的外觀(guān)，使用壽命長(cháng)達果也越好。50年以上，一套系統可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調和(4)種植隔熱屋項、蓄水屋面:在屋頂上種一些植物，在生活熱水家人的三套裝置或系統，設備的運行沒(méi)有燃油、燃遮擋太陽(yáng)輻射熱的同時(shí)還吸收這些熱量用于植物的光合作煤污染。不抽取地下水，沒(méi)有地下水位下降、地面沉降和開(kāi)用、蒸騰作用和呼吸作用，把照射到屋頂的太陽(yáng)輻射熱轉化鑿回灌井等問(wèn)題，是真正的綠色環(huán)保能源利用方式。為植物的生物能量和空氣的有益成分，實(shí)現太陽(yáng)輻射熱的資因此，因地制宜、有序開(kāi)發(fā)淺層地熱能(或與太陽(yáng)能耦合)源性轉化，因此屋面溫度變化比較小。種植隔熱屋頂的植土是解決建筑制冷采暖空調、熱水供應、溫控農業(yè)用能的經(jīng)濟不能太厚，植物扎根遠不如地面，因此只適用于弱風(fēng)環(huán)境不途徑，對替代常規商品能源，改善能源結構，保障能源安全，適用于強風(fēng)環(huán)境。建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )以及實(shí)現可持續發(fā)展具有重要戰略意義。3.利用可再生能源的節能設計4.結束語(yǔ)3.1太陽(yáng)能太陽(yáng)能是常被建筑利用的可再生能源，它資源豐富，我國煤、石油、水能等不可再生能源的儲量與世界上許既可免費使用，又無(wú)需運輸，對環(huán)境無(wú)任何污染。太陽(yáng)能多國家相比量少，開(kāi)發(fā)利用率比較低。我國在建筑節能設計與建筑結合為我們有效利用可再生能源提供了一個(gè)理想途與緣色建筑設計方面與世界發(fā)達國家存在一定差距，但我們徑。建筑物利用太陽(yáng)能的方式有被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被可以通過(guò)屋頂節能設計、外墻節能設計、門(mén)窗節能設計及太動(dòng)式利用太陽(yáng)能是指建筑物直接利用太陽(yáng)輻射的能量使其陽(yáng)能、風(fēng)能、水能的利用來(lái)降低建筑能耗，提高建筑的智能室內冬季最低溫度升高、夏季最高溫度降低。主動(dòng)式利用化程度，以保證盡可能的為人們提供健康、舒適、安全的居太陽(yáng)能是指通過(guò)一定的裝置將太陽(yáng)能轉化為人們日常生活住、工作、學(xué)習和活動(dòng)的綠色建筑。CHF所需的熱能和電能。目前，已有很多利用太陽(yáng)能的建筑實(shí)例，值得進(jìn)一步推廣。太陽(yáng)能在建筑上的應用不僅可以節省能源，更重要的是有利于保護環(huán)境。利用太陽(yáng)能供電、供熱、供冷、照明，最終實(shí)現綠色能源的建筑是世界上許多發(fā)達國家的熱門(mén)研究課題，也是21世紀-一個(gè)應用面很廣、需求量很大的多學(xué)科交叉的綜合性課題。這是太陽(yáng)能利用的一個(gè)引人注目的發(fā)展趨勢。3.2地源熱泵地源熱泵一一是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統。.中國煤化工地球表面吸收了太陽(yáng)能的47%，相當于人類(lèi)-年所需能量的500多倍，地球深處熱流或較深層的地熱能對地表淺層YHCNMHG也起到了加熱作用。CHINA HOUSING FACILITIE 59