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【摘 要】 节能建筑是一个复杂的工程系统,涉及多方面的问题,甚至往往不被重视甚至被忽视,这会造成许多的设计漏洞,使建筑物能耗增加。所以,本人专门把它们选出来进行探讨,正是为了抛砖引玉,希望同行们能多加指正,集思广益,共同探讨建筑节能设计的新方法,在今后的设计中多研究、多尝试、多积累、多总结,在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合,使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则,努力创造低成本、高效率的节能建筑。
【关键词】 建筑设计节能;设计思路
前言
时代的进步使我们越来越重视资源的合理利用,资源浪费与环境污染已经开始影响我们的正常生活。在这个前题下,资源节约不得不被提升到一定的高度。建筑资源节能承受全国节能任务的41%,由此可见建筑节能是多么的重要。我国现阶段处于工业化、城镇化进程加快发展的阶段,工业能耗、建筑能耗和交通运输能耗是我国总能耗的主要方面。随着建筑舒适度要求的提高,建筑能耗问题日益严重,给社会、能源和环境带来巨大压力。因此,节约建筑能耗具有史为重要的现实意义。
一、建筑节能设计的特点
1. 建筑围护结构的传热系数低,比如选用品质好的幕墙或者用比较厚的保温材料,消除构建细部的冷桥,例如建筑挑板、过街楼、采暖房间和不采暖房间之间要有保温材料或者措施。
2. 运用节能材料和节能的设备系统,例如地下车库采光运用太阳能储电、机房运行采用自控系统、地热采暖等等。
3. 建筑设计时考虑当地的气候特点及风向等自然因素,尽量减少能耗使用。比如能够空气对流的房间,可以接收阳光辐射到周围房间的暖房等等。
节能建筑设计首先是一个系统设计问题,它绝不是多项节能技术或者节能设备的简单累加,它需要定量化。例如,人们在市场上可以买到节能空调、节能玻璃、节能热水器、太阳能热水器、墙体保温材料等等,但是这些材料与设备如何使用、使用哪种型号、用量多少、所起到的作用是什么就需要通过量化整合来完成。定量化的重要意义就在于可以减少重复投资、资源浪费,可以有效地利用项目现有的资源条件。集思广益,从多方面影响因素出发,以最低的投资、最佳的手段完成并达到节能设计目标,这就是节能建筑设计定量化的思想。
二、 建筑节能设计设计原则和要求
1. 节能建筑设计的基本原则和要求
各类建筑应按照相应的节能设计标准设计,设计文件应符合相应节能设计标准的规定。 如:居住建筑应按照地方标准《居住建筑节能设计标准》DB42/301―2005设计并符合其规定;旅游旅馆建筑应按照《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》GB50189―93设计并符合其规定;公共建筑应遵照公共建筑节能设计标准设计并符合其规定;设有集中采暖与空调系统的建筑,应遵照采暖通风与空气调节设计规范设计并符合其规定等。
2. 节能建筑设计应贯彻“因地制宜”的设计原则
这里所指的“地”主要是指建筑物所在地的气候待征。例如:广州属典型的夏热冬冷地区,其气候特征,主要表现为夏季闷热,冬季湿冷。因此,广州地区的节能建筑,必须适应广州地区的气候特征,既不能照搬严寒地区的建筑型式,也不能照搬夏热冬暖及海洋性气候地区的建筑型式,更不能照搬四季如春的温和气候地区的建筑型式。
适应广州地区气候特征的节能建筑,其基本要求是:
2.1 建筑物尽量采用南北朝向布置。否则,须加强建筑围护结构的保温隔热性能而需增大建筑成本。
2.2 建筑群之间和建筑物室内,夏季要有良好的自然通风,建筑群不应采用周边式布局型式。低层建筑应置于夏季主导风向的迎风面(南向);多屋建筑置于中间;高层建筑布置在最后面(北向),否则,高层建筑的底层应局部架空并组织好建筑群间的自然通风。
2.3 按相关设计标准的规定,尽量加大建筑物之间的间距,尽量减少建筑群间的硬化地面,推广植草砖地面,提高绿地率,加强由落叶乔木、常绿灌木及地面植被组成的空间立体绿化体系,以便由树冠和地面植被阻档、吸收大部分的太阳直射辐射,減小地面对建筑物的反射辐射,降低区域的夏季环境温度,减轻区域的热岛现象。
2.4 应控制建筑物的体形系数不超过节能设计设标准的规定。即尽量减少外墙的凸凹面和架空楼板,不应设置外墙洞口处无窗户的凸(飘)窗,坡屋顶宜设置结构平顶棚或降低坡度,应采用封闭式楼梯间等。当体形系数超过标准的规定时,应加强围护结构的热工性能,计算建筑物的采暖空调能耗并不得超过标准的规定。
2.5 不应设置大窗户,窗户大小以满足采光要求为限。门窗玻璃应采用普通透明玻璃或淡色低辐射镀膜玻璃的中空玻璃,居住建筑和办公建筑不应采用可见光透光率低的深色镀膜玻璃或着色玻璃。门窗型材应采用塑料型材、断热彩钢及断热铝合金型材,不得采用非断热铝合金及彩钢型材。还要求外门外窗具有良好的气密性、水密性、不小于30分贝的隔声性能和不小于2.5kPa的抗风压性能。
2.6 屋顶和外墙要起到保温和隔热的效果,其保温隔热性能应符合建筑节能设计标准的规定,还要防止保温层渗水、内部结露和发霉。屋顶和外墙,不能采用单一的轻质材料和空心砌块材料(保温好,隔热很差),最适合采用厚实材料加轻质材料的复合构造做法。
2.7 屋顶和外墙的外表面,宜采用浅色饰面层,不宜采用黑色、深绿、深红等深色饰面层,否则应加大屋顶和外墙保温隔热层的厚度,计算其夏季的内表面计算温度并不超过36.9℃,宜低于35℃。
2.8加强分户墙和楼地面的保温性能,使其符合建筑节能设计标准的规定。居室及办公室楼地面面层的吸热指数还应符合民用建筑热工设计规范的规定。
2.9设有集中采暖、空调的节能建筑,应选用高效、低能耗的设备与系统,不得采用直接电热式采暖设备和装置,应设置分室温度控制装置,住宅建筑必须设置分户热(冷)量计量设施。 除上述9点之外,节能建筑还应具备设计规范所要求的隔声性能等适用性能、安全性能、耐久性能和环境性能。
3. 建筑外围护结构的热工设计应贯彻超前性原则
现行建筑节能设计标准对建筑外围护结构热工性能的规定性指标,水平较低,仅仅是实现现阶段节能 50%目标的需要,距离舒适性建筑的要求甚远,与发达国家的差距很大。随着我国经济的发展,建筑节能设计标准将分阶段予以修改,建筑外围护结构的热工性能会逐步提高。由于建筑的使用年限长,到时按新标准再对既有建筑实施节能改造是很困难的,因此应贯彻超前性原则,特别是夏季酷热地区,建筑外围护结构(屋顶、外墙、外门外窗)的热工性能指标应突破节能设计标准规定的最低要求,予以适当加强,应控制屋顶和外墙的夏季内表面计算温度。
三、 建筑节能设计的规划思路
1. 建筑总体规划的节能设计
建筑的总体规划应充分考虑地区、朝向、方位、建筑布局、地形地势等各种因素对单体建筑布局的影响,充分利用所在地区的天然热源、风源等来实现每一栋建筑夏季都有充足的迎风面,冬季都有充足的日照,以满足采暖、通风 采光的要求。单体建筑之间的组合对气流的形成具有直接的影响,特别是高层建筑群内部易受到回旋涡流的作用,容易出现死角,不利于审内的自然通风,从而形成不利的建筑群微气候,因此应调整好单体建筑之间的组合,使每栋建筑物处于周围建筑物的气流漩涡区之外,避免出现滞留区。绿化和水体可以改善建筑群的微气候,设计时应规划布置绿化和水体,以此进一步改菩室内外的声、光、热等物理环境,减少热岛效应,改善局部气候,保证建筑群内的空气温度、空气湿度、气流速度和热岛强度等各项指标符合健康舒适和节能要求。
2. 建筑平面的节能设计
建筑平面设计中确定适当的建筑面积,不但可以节约用地,还可以大大节约建筑用材,减少营造维护与使用过程中的能耗。另外,建筑平面的巧妙布局易能获得较好的节能效果。由于我国地处北半球,太阳高度角和方向角变化规律使南朝向为最为节能的建筑朝向,此朝向夏季可减少太阳辐射热,冬季可增加太阳辐射热,而且此朝向建筑夏季容易形成穿堂风,因此,将业主长时间活动的空间设于日照通风条件最佳的南向位置,利用自然环境使室内达到最大的舒适度,为业主节约采暖和空调的能耗对于日照、通风条件较差的北朝向与长时间接受太阳辐射的东西向可布置些平面功能比较次要的电梯、楼梯、管道进、机房等。据测试在其他条件相同的情况下,南北向的多层建筑的传热耗热量比东西向可降低5%左右。
3.建筑的體形系数节能设计
建筑物体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比。在建筑物其他条件不变的情况下,耗热量指标随体形系数的增加成直线上升趋势。因此,体形系数越小对建筑节能越有利。减少建筑物体形系数,也就是减少建筑物外表面积、减少外维护结构面积,减少建筑物形体的凹凸。我国节能标准规定,采暖地区建筑的体形系数不宜大于0-3,否则需相应降低维护结构的传热系数K值。从热传递方面分析,建筑物实墙的阳角内侧气流较通风口处差且散热面相对比较大,所以交角处内表面的温度远比主体内表面温度低。同时由于具有热桥作用的框架柱或构造柱常设在此,所以一股交角处是建筑物耗能量较大的部位。所以,外表整齐的建筑比外表面凹凸变化的建筑要节能。从接受太阳辐射热能考虑,应使建筑物南向墙面的面积尽量的大,其他墒的外表面积尽可能的小。
四、 结语
建筑节能对于促进能源、资源节约和合理利用,加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展,有着举足轻重的作用,也是贯彻落实科学发展观的一项重要举措。
【关键词】 建筑设计节能;设计思路
前言
时代的进步使我们越来越重视资源的合理利用,资源浪费与环境污染已经开始影响我们的正常生活。在这个前题下,资源节约不得不被提升到一定的高度。建筑资源节能承受全国节能任务的41%,由此可见建筑节能是多么的重要。我国现阶段处于工业化、城镇化进程加快发展的阶段,工业能耗、建筑能耗和交通运输能耗是我国总能耗的主要方面。随着建筑舒适度要求的提高,建筑能耗问题日益严重,给社会、能源和环境带来巨大压力。因此,节约建筑能耗具有史为重要的现实意义。
一、建筑节能设计的特点
1. 建筑围护结构的传热系数低,比如选用品质好的幕墙或者用比较厚的保温材料,消除构建细部的冷桥,例如建筑挑板、过街楼、采暖房间和不采暖房间之间要有保温材料或者措施。
2. 运用节能材料和节能的设备系统,例如地下车库采光运用太阳能储电、机房运行采用自控系统、地热采暖等等。
3. 建筑设计时考虑当地的气候特点及风向等自然因素,尽量减少能耗使用。比如能够空气对流的房间,可以接收阳光辐射到周围房间的暖房等等。
节能建筑设计首先是一个系统设计问题,它绝不是多项节能技术或者节能设备的简单累加,它需要定量化。例如,人们在市场上可以买到节能空调、节能玻璃、节能热水器、太阳能热水器、墙体保温材料等等,但是这些材料与设备如何使用、使用哪种型号、用量多少、所起到的作用是什么就需要通过量化整合来完成。定量化的重要意义就在于可以减少重复投资、资源浪费,可以有效地利用项目现有的资源条件。集思广益,从多方面影响因素出发,以最低的投资、最佳的手段完成并达到节能设计目标,这就是节能建筑设计定量化的思想。
二、 建筑节能设计设计原则和要求
1. 节能建筑设计的基本原则和要求
各类建筑应按照相应的节能设计标准设计,设计文件应符合相应节能设计标准的规定。 如:居住建筑应按照地方标准《居住建筑节能设计标准》DB42/301―2005设计并符合其规定;旅游旅馆建筑应按照《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》GB50189―93设计并符合其规定;公共建筑应遵照公共建筑节能设计标准设计并符合其规定;设有集中采暖与空调系统的建筑,应遵照采暖通风与空气调节设计规范设计并符合其规定等。
2. 节能建筑设计应贯彻“因地制宜”的设计原则
这里所指的“地”主要是指建筑物所在地的气候待征。例如:广州属典型的夏热冬冷地区,其气候特征,主要表现为夏季闷热,冬季湿冷。因此,广州地区的节能建筑,必须适应广州地区的气候特征,既不能照搬严寒地区的建筑型式,也不能照搬夏热冬暖及海洋性气候地区的建筑型式,更不能照搬四季如春的温和气候地区的建筑型式。
适应广州地区气候特征的节能建筑,其基本要求是:
2.1 建筑物尽量采用南北朝向布置。否则,须加强建筑围护结构的保温隔热性能而需增大建筑成本。
2.2 建筑群之间和建筑物室内,夏季要有良好的自然通风,建筑群不应采用周边式布局型式。低层建筑应置于夏季主导风向的迎风面(南向);多屋建筑置于中间;高层建筑布置在最后面(北向),否则,高层建筑的底层应局部架空并组织好建筑群间的自然通风。
2.3 按相关设计标准的规定,尽量加大建筑物之间的间距,尽量减少建筑群间的硬化地面,推广植草砖地面,提高绿地率,加强由落叶乔木、常绿灌木及地面植被组成的空间立体绿化体系,以便由树冠和地面植被阻档、吸收大部分的太阳直射辐射,減小地面对建筑物的反射辐射,降低区域的夏季环境温度,减轻区域的热岛现象。
2.4 应控制建筑物的体形系数不超过节能设计设标准的规定。即尽量减少外墙的凸凹面和架空楼板,不应设置外墙洞口处无窗户的凸(飘)窗,坡屋顶宜设置结构平顶棚或降低坡度,应采用封闭式楼梯间等。当体形系数超过标准的规定时,应加强围护结构的热工性能,计算建筑物的采暖空调能耗并不得超过标准的规定。
2.5 不应设置大窗户,窗户大小以满足采光要求为限。门窗玻璃应采用普通透明玻璃或淡色低辐射镀膜玻璃的中空玻璃,居住建筑和办公建筑不应采用可见光透光率低的深色镀膜玻璃或着色玻璃。门窗型材应采用塑料型材、断热彩钢及断热铝合金型材,不得采用非断热铝合金及彩钢型材。还要求外门外窗具有良好的气密性、水密性、不小于30分贝的隔声性能和不小于2.5kPa的抗风压性能。
2.6 屋顶和外墙要起到保温和隔热的效果,其保温隔热性能应符合建筑节能设计标准的规定,还要防止保温层渗水、内部结露和发霉。屋顶和外墙,不能采用单一的轻质材料和空心砌块材料(保温好,隔热很差),最适合采用厚实材料加轻质材料的复合构造做法。
2.7 屋顶和外墙的外表面,宜采用浅色饰面层,不宜采用黑色、深绿、深红等深色饰面层,否则应加大屋顶和外墙保温隔热层的厚度,计算其夏季的内表面计算温度并不超过36.9℃,宜低于35℃。
2.8加强分户墙和楼地面的保温性能,使其符合建筑节能设计标准的规定。居室及办公室楼地面面层的吸热指数还应符合民用建筑热工设计规范的规定。
2.9设有集中采暖、空调的节能建筑,应选用高效、低能耗的设备与系统,不得采用直接电热式采暖设备和装置,应设置分室温度控制装置,住宅建筑必须设置分户热(冷)量计量设施。 除上述9点之外,节能建筑还应具备设计规范所要求的隔声性能等适用性能、安全性能、耐久性能和环境性能。
3. 建筑外围护结构的热工设计应贯彻超前性原则
现行建筑节能设计标准对建筑外围护结构热工性能的规定性指标,水平较低,仅仅是实现现阶段节能 50%目标的需要,距离舒适性建筑的要求甚远,与发达国家的差距很大。随着我国经济的发展,建筑节能设计标准将分阶段予以修改,建筑外围护结构的热工性能会逐步提高。由于建筑的使用年限长,到时按新标准再对既有建筑实施节能改造是很困难的,因此应贯彻超前性原则,特别是夏季酷热地区,建筑外围护结构(屋顶、外墙、外门外窗)的热工性能指标应突破节能设计标准规定的最低要求,予以适当加强,应控制屋顶和外墙的夏季内表面计算温度。
三、 建筑节能设计的规划思路
1. 建筑总体规划的节能设计
建筑的总体规划应充分考虑地区、朝向、方位、建筑布局、地形地势等各种因素对单体建筑布局的影响,充分利用所在地区的天然热源、风源等来实现每一栋建筑夏季都有充足的迎风面,冬季都有充足的日照,以满足采暖、通风 采光的要求。单体建筑之间的组合对气流的形成具有直接的影响,特别是高层建筑群内部易受到回旋涡流的作用,容易出现死角,不利于审内的自然通风,从而形成不利的建筑群微气候,因此应调整好单体建筑之间的组合,使每栋建筑物处于周围建筑物的气流漩涡区之外,避免出现滞留区。绿化和水体可以改善建筑群的微气候,设计时应规划布置绿化和水体,以此进一步改菩室内外的声、光、热等物理环境,减少热岛效应,改善局部气候,保证建筑群内的空气温度、空气湿度、气流速度和热岛强度等各项指标符合健康舒适和节能要求。
2. 建筑平面的节能设计
建筑平面设计中确定适当的建筑面积,不但可以节约用地,还可以大大节约建筑用材,减少营造维护与使用过程中的能耗。另外,建筑平面的巧妙布局易能获得较好的节能效果。由于我国地处北半球,太阳高度角和方向角变化规律使南朝向为最为节能的建筑朝向,此朝向夏季可减少太阳辐射热,冬季可增加太阳辐射热,而且此朝向建筑夏季容易形成穿堂风,因此,将业主长时间活动的空间设于日照通风条件最佳的南向位置,利用自然环境使室内达到最大的舒适度,为业主节约采暖和空调的能耗对于日照、通风条件较差的北朝向与长时间接受太阳辐射的东西向可布置些平面功能比较次要的电梯、楼梯、管道进、机房等。据测试在其他条件相同的情况下,南北向的多层建筑的传热耗热量比东西向可降低5%左右。
3.建筑的體形系数节能设计
建筑物体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比。在建筑物其他条件不变的情况下,耗热量指标随体形系数的增加成直线上升趋势。因此,体形系数越小对建筑节能越有利。减少建筑物体形系数,也就是减少建筑物外表面积、减少外维护结构面积,减少建筑物形体的凹凸。我国节能标准规定,采暖地区建筑的体形系数不宜大于0-3,否则需相应降低维护结构的传热系数K值。从热传递方面分析,建筑物实墙的阳角内侧气流较通风口处差且散热面相对比较大,所以交角处内表面的温度远比主体内表面温度低。同时由于具有热桥作用的框架柱或构造柱常设在此,所以一股交角处是建筑物耗能量较大的部位。所以,外表整齐的建筑比外表面凹凸变化的建筑要节能。从接受太阳辐射热能考虑,应使建筑物南向墙面的面积尽量的大,其他墒的外表面积尽可能的小。
四、 结语
建筑节能对于促进能源、资源节约和合理利用,加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展,有着举足轻重的作用,也是贯彻落实科学发展观的一项重要举措。