建筑设计中节能建筑设计相关问题的分析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylwang8866
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  摘要:
  隨着社会经济的不断发展,建筑物的发展是体现城市发展的重要指标,对城市居民的生产、生活发挥了重要的服务功能,对所在区域的环境改变、文化继承和发扬以及科学技术的进步有着深远的影响。然而建筑能耗在社会总能耗的比例相当大,进一步加剧了中国能源供需的矛盾。建筑节能已是我国国民经济可持续发展的重大战略举措,是建设资源节约型、环境友好型社会的重要组成部分;同时,随着各项行之有效的政策法规、技术标准的相继出台,有效地推动力建筑节能向前发展。
  
   关键词:建筑设计 节能设计分析探讨
  中图分类号: TU2 文献标识码: A
  
  前言:
  随着人类居住环境的改变,生活节奏加快,认识世界的程度越来越高,节能减排和环境保护成为人们关注的焦点问题。建筑行业长期以来是能量消耗的大户,我国提出节能减排和环境保护这个问题后,建筑、设计与施工界工程师们积极研究节能减排的途径和方法。在实际工程中积极探索与研究,使性能优良的保温材料以及效果较好的建筑构造措施不断出现,在未知领域定向分析和概念设计层出不穷。在目前的单体建筑或者群体建筑中,建筑物的外墙围护结构,门窗,屋顶和楼地面等部位都需要考虑保温隔热措施,以满足人们居住需要和国家的建筑节能法律法规。在建筑的能耗中围护结构的耗能散热所占比重比较大。因此,研究建筑围护结构的能量消耗原理、理论和节能技术是解决建筑节能的关键。
  
   一、 建筑耗能的特征与区域差别
  
  我国的疆域广阔气候条件各不相同,根据各自地方的气候特点和人们的生活习惯不同,建筑的形式也是呈现多样化。每种建筑物的能耗情况不完全相同,在这些建筑能耗中,有一个共同点就是都是围绕着热量的平衡而展开的,围绕人们的需求,最适宜的居住环境展开。我国的建筑物能耗各自情况简述如下:
  北方城镇采暖能耗:我国北方城镇建筑的能耗约占建筑总能耗的三分之一,占建筑能耗的相对比例较大。我国建筑单位面积的耗能量是国外相似的工况下建筑能耗的几番。为什么会有这么大的差距呢?这要从我们建筑的特性来剖析,这一点也与经济技术水平相关联。我国建筑能源消耗量较高,有三个重要因素:
  第一:围护结构保温效果较差。投入和收益比例不协调,保温工作也耗费大量的材料和人力资源,但效果并不满意,造成了浪费。墙体的保温工作在建筑物的建造过程中进行,装饰阶段做好以后投入使用。我国建筑物的设计使用年限一般为 50 或者70 年,除此之外的纪念性建筑、重要大型建筑、国家标志建筑等设计使用年限是一个世纪。
  第二:建筑采暖输送系统效率较低,热量从热源处开始输送至房间内的散热器。在这个输送的过程中通过管道壁、接头、弯管热能散失较多。
  第三:采暖系统的热源一般是锅炉系统供给,锅炉系统的供热效率低下。建筑采暖运小锅炉系统,能源严重浪费,目前逐步取消单独供暖系统,采取集中供暖系统。
  针对建筑采暖热源系统采取措施,能够取得事半功倍的效果。 大型公共建筑能耗:大型公共建筑近年来发展迅猛。耗电量为 70~300kw h/m2·年,电能的消耗量巨大,建筑能源消耗的高容积率区。调查结果表明,这类建筑能源浪费严重,进行优化、合理布置具有很大的节省空间。
  
  二、建筑能耗概念
  
   能耗的定义即是能量在流动的过程中产生的消耗以及为了既定的目的而使用的资源能源量。热量持续从温度高的地方至温度低的地方流动,在建筑物中热量是随着环境条件改变而不断变化的。外界的气象环境条件是时时刻刻发生着变化,而室内的环境条件也是存在着变化,由此来看建筑物的能量流动是变动的,不是固定不变的。因此,建筑物内的热能是一个动态的平衡。 建筑能耗的按工程项目所处的阶段分类主要为三个方面,
  第一:建造能耗,
  第二:使用能耗,
  第三:建筑正常使用寿命周期后的拆除以及处理能耗。
   字母 K 代表建筑围护结构传热系数,概念是在稳态的状况下围护结构两侧空气温度温差为 1 热力学温度,围护结构单位面积上在单位时间内所传递的热量,单位是 W/m2.K。 建筑围护结构外墙传热系数的大小,在现实建筑中往往会受到热桥冷桥的影响。为了考虑冷桥热桥对建筑围护结构传热系数影响就要修改外墙的传热系数,修正后的外墙传热系数就是外墙的平均传热系数。 住宅建筑室内热环境,影响住宅室内人体热感受的环境因素包括干球温度、空气湿度、风速和平均辐射温度等,所有这些因素的综合作用表现就是室内热环境。
  
   三、 建筑节能概念
  
  建筑节能的概念:建筑节能特指在建筑中采取适宜的技术措施,以节约在建筑物运行过程中所消耗的能源,尤其是燃料型能源,以及由燃料型能源转化而来的二次能源(电力)。 在建筑物正常使用期限内,提高建筑设备的能效系数,降低建筑物通过外围护结构的能量损失,同时充分利用可再生能源,在保证建筑功能和要求的前提下,达到降低能源消耗、降低环境负荷的目的。 广义上的建筑节能是建立在建筑物全寿命意义上的节能。通常意义上的建筑节能是指节约建筑物使用过程中的能源。
  
   四、保温材料和应用技术
  
  影响建筑节能的一个主要因素是建筑围护结构的传热性能。保温材料决定着热导系数的大小。保温材料的研究开发是各个国家的重点领域,对于保温材料的热工性能研究更是重点中的重点,而其他的性能也需要加以认识。20 世纪 70 年代后,爆发的能源危机使国外普遍重视保温材料在建筑中的应用,为了减少建筑的耗能,与我们生活息息相关的建筑能耗,如果做个统计资料总量也是十分惊人的。近年来环境污染和温室效应现象加剧,频频出现的全球气候反常经常报道的百年不遇千年不遇的气候天气。海平面上升威胁到沿海岸线的众多城市,旅游圣地马尔代夫正在面临淹没的威胁,这些都是很好的佐证。节能建筑的重要步骤就是保温材料的运用,仅仅依靠结构的保温性能是不能够达到预期效果的。
  保温材料类型:
  1.无机保温材料:岩(矿)棉板,岩(矿)棉保温毡、保温砂浆、气凝胶、玻璃棉板(毡)、硅酸铝纤维板(毡)、硅酸钙绝热制品;玻化微珠、膨胀珍珠岩及珍珠岩砖、膨胀蛭石及蛭石砖、硅酸钙、泡沫玻璃、无机保温涂料、矿物喷涂棉、发泡水泥(泡沫混凝土)、海泡石、硅藻土、碳酸镁
  2.石膏建材:纸面石膏板及制品,石膏保温板,石膏粉,石膏砌块,石膏嵌缝腻子、嵌缝石膏粉等;
  3.有机保温材料:酚醛泡沫材料、泡沫聚氨酯塑料、泡沫聚苯乙烯塑料、泡沫脲醛树脂,泡沫橡胶,钙塑绝热板等;软木、炭化木材、软质纤维板类(木纤维板,草纤维板、稻壳板、蔗渣板)
  4.金属保温材料类:金属饰面保温一体化保温板;铝箔、锡箔 保温材料的采用还应兼顾其他的建筑性能应用,材料的防火性能,隔音性能,防潮防水性能、美观、安全连接牢固。节能法律规定民用建筑外保温材料采用燃烧性能为 A 级材料。对建筑的保温需要考虑到防火性能,最理想的材料是隔热材料并且防水防潮,变形能力优良。
  
   五、建筑墙体保温
  
  建筑围护结构是建筑空间分割设置的主要部件,人们安全生活的保护前提。建筑物有主体框架结构、围护结构,屋面,地面、门窗等主要部分组成,为了满足人们的使用要求居住舒适度而增加的采暖系统、给排水系统以及楼梯、配电系统。所有这些构件系统组合而成整个建筑,让整个系统能够顺利运行,为人们生活、工作发挥作用。人们的生活水平不断提高,人们的需求层次随着社会的进步、经济的发展而不断提高。建筑满足安全经济美观舒适的同时,还要满足不同条件不同季节不同人群的需求。
  在建筑的节能保温中,据研究结果,外墙传热量散热量是最大的部位。外墙的热量散失占很大的比重,外墙的保温形式主要有外墙外保温,外墙内保温,外墙夹层保温和外墙复合保温形式。外墙外保温方式是推广较快应用广泛的保温形式。针对于这几种形式的保温各自优缺点简述如下。
  1 、外墙外保温形式
  外墙外保温方式构造图如图 1 所示。由室内至室外的构造依次为:抹灰层、主体结构层、粘结层、保温材料层以及外保护装饰层。有如下优点:
  1)保温、节能、防水、装饰于一体,这是一般特性;更多功能在于,能够防火、一次操作完成、周期短、效率高、减少湿作业
  2)适用范围广、综合施工造价低、施工方便
  3)建筑表面设计可以制作各种颜色花样、美观整洁
  4)外墙外保温层可以保护建筑物主体结构,增加房间的室内使用面积,延长建筑物的使用周期,保温层不在室内设置室内面积能够增加近 2%。
  
  
  图 1
   5)外保温层在建筑外表面粘贴保温材料,另外还有用砂浆做防水层。这种做法相当于给建筑穿一层棉衣,整个建筑除了窗户、预留洞口等部位全部阻挡。阻断了裸露的外墙圈梁、构造柱、挑梁、过梁、门窗等部位形成散热的通道,有效防止建筑墙体中的冷桥热桥通道。
  
  六、 建筑门窗
  
  1、建筑门与窗有不同的材质和构件形式,在造价方面也有很大的差别。 常用的节能门有:根据材质分有塑料節能门、铝合金节能门、铝塑钢节能门、玻璃钢节能门、铝木节能门。每种类型都具备自身的优势和适用范围。另外,还必须有配套的密封构件,固定构件、五金件、毛条。安装的安全性气密性水密性都要求达到标准,在跨度较大的构件内部还需要增加钢衬,增加构件的强度。
  通过门窗散热部分约为建筑能耗的四分之一,通过门窗的透明部分是热传递和辐射热。在夏季太阳通过透明部分直射进入房间,引起房间的空气温度升高,增加了制冷系统的负荷;在冬季的采暖期内阳光可以直射进内部空间提高温度,这又可以减少供热系统的负荷量。如何确定门窗洞口的面积比值是一个相互矛盾的因素。仅仅关注空间的温度高低还远远不能满足人们的需求,内部空间的空气质量各种成分的含量,尤其是氧气的含量,空气的湿度以及焓值。还需必要的通风调节空气的质量,有条件的是利用空调系统控制送风量,大部分是利用窗子的可开启部分进行通风换气。再开窗换气的过程中热量就是散失很大的部分,如果开启时间过长,那么室内温度就会与室外的温度相同,再利用时还需重新供热或者制冷达到人们舒适的温度环境。造成了达到稳定状态这部分能量的浪费。
  2、 建筑门窗的应用及必然和建筑玻璃密切相关,建筑玻璃有一般玻璃、特殊用途玻璃、钢化玻璃等,一般的玻璃厚度约 3-5mm,特殊玻璃厚度不一,在玻璃煅造的同时添加外加剂或者金属,造出特殊玻璃。 建筑节能玻璃的主要种类有:吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃、泡沫玻璃等种类。
  3、冬季冷风深入室内、夏季阳光照射到室内都是通过建筑的外门外窗。外门外窗又是不可避免的构建,人们需要从室内到室外就必须有通道,建筑的外窗是采光通风人们开阔视野的主要通道,所以这些部位在住宅建筑公共建筑中都是不可避免的。控制合适的窗墙比,在东侧西侧不设置窗口,这些原则在设计中是需要 遵守的。窗子考虑遮阳措施在内部设置窗帘,还有应用百叶窗都可以防止阳光的直射。在大门的形式选择时,需要考虑从外界进入室内时设置缓冲空间,各种门斗的出现,有效的解决了这一问题。
  
  结束语:
  增加人们的节能意识,让这一概念深深印到人们的心中去,加强工程设计人员的节能意识。在工程的整个生命周期内都需要进行节能工作。让节能建筑发挥出节能的效益,随着社会的发展,科学技术的进步,在人们的共同努力下,节能工作会越来越深入,效果会更加好。
  
  参考文献
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