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摘要:建筑是能源的损耗大户,节约能源已成为全社会的共识。本文结合多年的工作经验,就建筑要怎样做到节能,怎样做到可持续发展等问题进行简单的分析和探讨。
关键词:建筑节能;建筑设计;
1 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,减少制造、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的变化规律使南朝向是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,将建筑内部常时间有人员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,同时做到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、管道井、机房等。
此外在平面设计中,在适当的位置设计空中花园、屋顶花园也是改善建筑微气候,提高节能效应的方法。例如做种植屋面,种植屋面的覆土层往往起到了对屋面进行保温隔热的作用,在严格满足荷载和防水要求的前提下,能大大减少种植屋面下层建筑的能耗。
2建筑立面的节能设计
建筑物外立面在长期的自然环境作用下,其功能会被逐渐削弱, 因此设计者在立面方案设计阶段就应充分考虑上述的问题,优化设计方案,使建筑物达到美观、安全、节能、环保的目的。
2.1外墙涂料
建筑涂料的色彩要比瓷砖的釉色丰富,色彩自然亮丽。与常用的建筑外墙面砖相比,其负荷小,安全性高,无砖缝,不会脱落伤人,并且价格低廉,施工方便,工期短,更新易,同时还是生产能耗最低的节能产品。由于我国是能耗大国,而外墙涂料能为室内的温度起到一定的调节作用,能耗严重的问题将会得到很大的改善。节能外墙涂料(三合一涂料)一般可为空调节省20%的耗电量。另外,该涂料具有极强的反光反紫外线效果,所以其实际使用寿命超过一般涂料的2倍以上,但价格却与普通涂料相当。这种涂料防开裂、防水、冬暖夏凉,是将三种功能集于一体的产品。其在使用上也非常方便,只要涂刷在基材表面,就可以起到室内温度平衡的作用。
2.2采用保温材料(块材及砂浆)节能
现阶段外墙节能主要采取保温复合墙体。其中常用为外墙外保温墙体将高效保温材料置于外墙主体结构外侧,其对主体结构具有保护作用,有效避免了室外气候变化引起墙体内部温度变化,使结构主体寿命延长;有利于消除或减弱冷、热桥的影响;可避免室温发生较大波动;对原有建筑改造时,减少对室内的干扰;不占有室内空间,在二次装修时,避免对保温层进行破坏。外墙节能措施常采用粘贴聚苯板外墙外保温,胶粉聚苯颗粒外墙外保温,现浇混凝土聚苯板外墙外保温等。目前鼓励优质可靠的建筑节能新技术、新产品的推广使用,如:现浇混凝土模板内置保温板做法、通过设计构造措施、采用具有自保温性能的墙体材料达到围护结构自保温等建筑节能技术。
2.3立面窗的设计
立面窗在方案设计阶段主要是确定窗的造型、开启的方式、颜色及尺寸等。如同平面设计中的节能设计一样,在不利朝向上减少窗的数量或者减小其尺寸,同时扩大开窗面积比例,选用颜色较浅的窗料型材等,这些都是有效的节能措施。
2.4智能玻璃立面
智能玻璃是利用电致变色原理制成。它的特点是,当太阳在中午时分,朝南方向的窗户随着阳光辐射量的增加,会自动变暗,与此同时,处在阴影下的其它朝向窗户开始明亮。装上智能窗户后,人们不必为遮挡骄阳配上暗色或装上机械遮光罩。在严冬期间,这种朝北方向的智能窗户能为建筑物提供70%的太阳辐射量,获得漫射阳光所给予的温暖。同时,智能变色玻璃还可使建筑物有效减少供暖和致冷所需能量的25%、照明的60%、高峰期电力需要量的30%。
2.5双层立面系统
双层立面系统是由内层、外层加中间空气夹层构成。外层与室外环境直接相连,起到防御外界不利气候的作用,并且防止噪音、接纳自然光线等;内层由支撑体系和多层玻璃构成,玻璃可以部分开启或者卸下,以便于维修和清理;中间夹层内空气不断流动,促进建筑室内外的能量交换。夹层内部还可安装方便调控的遮阳设施,在极端天气条件下满足采光和遮阳隔热等要求。双层立面系统按其构成形式可分为箱体式、竖井箱体式、通廊式、多层贯通式。
3 建筑构造节能设计
3.1墙体节能
墙体是围护结构的主体,我国长期以实心粘土砖为主要墙体材料,这对能源和土地资源都是严重的浪费。由于单一材料导热系数太大,一般为高效保温材料的20倍,不能满足保温隔热的要求。目前,承重材料和轻型高效保温材料的复合墙体已成为主流。根据保温材料与主体结构位置的不同,墙体的保温可分为外墙内保温、外墙外保温和外墙夹芯保温。
外墙内保温技术是在墙体主体结构内侧覆盖一层保温材料,通过黏贴剂固定在墙体结构内,并在保温材料外侧做保护层和饰面。
外墙外保温技术是在墙体主体结构外侧粘贴保温材料,并在保温材料外侧抹砂浆和其他保护装饰。
外墙内保温技术虽有一些优点,但亦存在较为突出的缺点,所以外墙外保温是目前大力倡导的一种保温形式。由于保温层置于建筑物围护结构外侧缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,因此避免了雨、雪、冻、融、干湿循环所造成的结构破坏,减少空气中有害气体和紫外线对围墙结构的侵蚀。在内外墙交界处,构造柱、框架梁、门窗洞等部位既消除了“热桥”造成的热损失,又防止了“热桥”部位结露,还使墙体潮湿情况得到改善。
3.2屋顶节能
屋面是受太阳直射时间最长的部位,所受的热辐射相当于东西向墙体的2~3倍,所以,它也是围护结构节能设计的重点之一。在做屋顶设计方案的过程中应该注意一下几点:(1)屋面的保温隔热材料宜选用密度大、导热系数高、憎水或吸水率较小的材料,如膨胀保温材料、珍珠岩、玻璃棉等。(2)屋面保温层则不宜选用吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。如需选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排除的水分。(3)屋面保温层也不宜选用密度过大的材料,防止屋面荷载过大。(4)采用倒置式屋面将憎水性保温材料设于防水层上,可有效防止传统屋面构造中防水层容易老化,增强保温隔热效果。(5)采用平坡屋顶相结合的构造形式,在屋面保温隔热层上做架空层,通过空气流通增强散热效果,或在屋面蓄水形成蓄水型屋面,也是屋面节能的有效措施。(6)利用屋顶种植花卉、灌木,形成生态屋面,既可阻挡热源,又可美化环境。
3.3门窗节能
窗在建筑中的主要作用是采光、通风,同时也起围护作用。相关研究表明:窗既是耗热构件,设计合理也可成为得热构件。因此,设法减少窗耗热和提高窗得热是建筑节能的重点工作之一。影响窗的热损失的因素有以下几种:
(1)窗大小与空调负荷关系甚大,窗墙比宜适当控制。在窗墙比的选择上,应区别不同的朝向。对南向窗,在选择合适玻璃层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积,充分利用太阳辐射热;而对其他朝向的窗,应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。
(2)窗材料热阻方面。①窗框:對金属窗框进行断热处理,用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间,加大窗框的热阻,或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时,选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。②玻璃:选用合适的玻璃品种,适当选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃或中空玻璃。还可在普通玻璃上贴隔热膜代替节能玻璃。③加强窗的气密性,采用气密条,提高外窗气密水平,提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量,减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好。当然,加强窗的气密性减少窗渗透热量的同时应保证室内空气质量达到基本的卫生要求。
(3)安排好门窗相对位置及开启方式,组织穿堂风通过;设置可调节的活动遮阳,如遮阳棚、窗盖板、窗帘、百页、热反射帘或自动卷帘等,以便夏季减少太阳辐射得热,冬季又得到日照,特别对西向、南向窗要更加重视。
4结束语
建筑节能直接关系到国家的资源战略,我国作为世界能耗大国,对于发展可持续发展的生态建筑,减少建筑能耗更是刻不容缓。建筑节能是一个大话题,需要我们不断创新、勇于探索、加大投入、加强新型节能建材的生产和使用,以推进我国建筑节能的不断深入和完善,真正做到提倡节约能源,建设节约型社会。
关键词:建筑节能;建筑设计;
1 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,减少制造、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的变化规律使南朝向是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,将建筑内部常时间有人员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,同时做到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、管道井、机房等。
此外在平面设计中,在适当的位置设计空中花园、屋顶花园也是改善建筑微气候,提高节能效应的方法。例如做种植屋面,种植屋面的覆土层往往起到了对屋面进行保温隔热的作用,在严格满足荷载和防水要求的前提下,能大大减少种植屋面下层建筑的能耗。
2建筑立面的节能设计
建筑物外立面在长期的自然环境作用下,其功能会被逐渐削弱, 因此设计者在立面方案设计阶段就应充分考虑上述的问题,优化设计方案,使建筑物达到美观、安全、节能、环保的目的。
2.1外墙涂料
建筑涂料的色彩要比瓷砖的釉色丰富,色彩自然亮丽。与常用的建筑外墙面砖相比,其负荷小,安全性高,无砖缝,不会脱落伤人,并且价格低廉,施工方便,工期短,更新易,同时还是生产能耗最低的节能产品。由于我国是能耗大国,而外墙涂料能为室内的温度起到一定的调节作用,能耗严重的问题将会得到很大的改善。节能外墙涂料(三合一涂料)一般可为空调节省20%的耗电量。另外,该涂料具有极强的反光反紫外线效果,所以其实际使用寿命超过一般涂料的2倍以上,但价格却与普通涂料相当。这种涂料防开裂、防水、冬暖夏凉,是将三种功能集于一体的产品。其在使用上也非常方便,只要涂刷在基材表面,就可以起到室内温度平衡的作用。
2.2采用保温材料(块材及砂浆)节能
现阶段外墙节能主要采取保温复合墙体。其中常用为外墙外保温墙体将高效保温材料置于外墙主体结构外侧,其对主体结构具有保护作用,有效避免了室外气候变化引起墙体内部温度变化,使结构主体寿命延长;有利于消除或减弱冷、热桥的影响;可避免室温发生较大波动;对原有建筑改造时,减少对室内的干扰;不占有室内空间,在二次装修时,避免对保温层进行破坏。外墙节能措施常采用粘贴聚苯板外墙外保温,胶粉聚苯颗粒外墙外保温,现浇混凝土聚苯板外墙外保温等。目前鼓励优质可靠的建筑节能新技术、新产品的推广使用,如:现浇混凝土模板内置保温板做法、通过设计构造措施、采用具有自保温性能的墙体材料达到围护结构自保温等建筑节能技术。
2.3立面窗的设计
立面窗在方案设计阶段主要是确定窗的造型、开启的方式、颜色及尺寸等。如同平面设计中的节能设计一样,在不利朝向上减少窗的数量或者减小其尺寸,同时扩大开窗面积比例,选用颜色较浅的窗料型材等,这些都是有效的节能措施。
2.4智能玻璃立面
智能玻璃是利用电致变色原理制成。它的特点是,当太阳在中午时分,朝南方向的窗户随着阳光辐射量的增加,会自动变暗,与此同时,处在阴影下的其它朝向窗户开始明亮。装上智能窗户后,人们不必为遮挡骄阳配上暗色或装上机械遮光罩。在严冬期间,这种朝北方向的智能窗户能为建筑物提供70%的太阳辐射量,获得漫射阳光所给予的温暖。同时,智能变色玻璃还可使建筑物有效减少供暖和致冷所需能量的25%、照明的60%、高峰期电力需要量的30%。
2.5双层立面系统
双层立面系统是由内层、外层加中间空气夹层构成。外层与室外环境直接相连,起到防御外界不利气候的作用,并且防止噪音、接纳自然光线等;内层由支撑体系和多层玻璃构成,玻璃可以部分开启或者卸下,以便于维修和清理;中间夹层内空气不断流动,促进建筑室内外的能量交换。夹层内部还可安装方便调控的遮阳设施,在极端天气条件下满足采光和遮阳隔热等要求。双层立面系统按其构成形式可分为箱体式、竖井箱体式、通廊式、多层贯通式。
3 建筑构造节能设计
3.1墙体节能
墙体是围护结构的主体,我国长期以实心粘土砖为主要墙体材料,这对能源和土地资源都是严重的浪费。由于单一材料导热系数太大,一般为高效保温材料的20倍,不能满足保温隔热的要求。目前,承重材料和轻型高效保温材料的复合墙体已成为主流。根据保温材料与主体结构位置的不同,墙体的保温可分为外墙内保温、外墙外保温和外墙夹芯保温。
外墙内保温技术是在墙体主体结构内侧覆盖一层保温材料,通过黏贴剂固定在墙体结构内,并在保温材料外侧做保护层和饰面。
外墙外保温技术是在墙体主体结构外侧粘贴保温材料,并在保温材料外侧抹砂浆和其他保护装饰。
外墙内保温技术虽有一些优点,但亦存在较为突出的缺点,所以外墙外保温是目前大力倡导的一种保温形式。由于保温层置于建筑物围护结构外侧缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,因此避免了雨、雪、冻、融、干湿循环所造成的结构破坏,减少空气中有害气体和紫外线对围墙结构的侵蚀。在内外墙交界处,构造柱、框架梁、门窗洞等部位既消除了“热桥”造成的热损失,又防止了“热桥”部位结露,还使墙体潮湿情况得到改善。
3.2屋顶节能
屋面是受太阳直射时间最长的部位,所受的热辐射相当于东西向墙体的2~3倍,所以,它也是围护结构节能设计的重点之一。在做屋顶设计方案的过程中应该注意一下几点:(1)屋面的保温隔热材料宜选用密度大、导热系数高、憎水或吸水率较小的材料,如膨胀保温材料、珍珠岩、玻璃棉等。(2)屋面保温层则不宜选用吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。如需选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排除的水分。(3)屋面保温层也不宜选用密度过大的材料,防止屋面荷载过大。(4)采用倒置式屋面将憎水性保温材料设于防水层上,可有效防止传统屋面构造中防水层容易老化,增强保温隔热效果。(5)采用平坡屋顶相结合的构造形式,在屋面保温隔热层上做架空层,通过空气流通增强散热效果,或在屋面蓄水形成蓄水型屋面,也是屋面节能的有效措施。(6)利用屋顶种植花卉、灌木,形成生态屋面,既可阻挡热源,又可美化环境。
3.3门窗节能
窗在建筑中的主要作用是采光、通风,同时也起围护作用。相关研究表明:窗既是耗热构件,设计合理也可成为得热构件。因此,设法减少窗耗热和提高窗得热是建筑节能的重点工作之一。影响窗的热损失的因素有以下几种:
(1)窗大小与空调负荷关系甚大,窗墙比宜适当控制。在窗墙比的选择上,应区别不同的朝向。对南向窗,在选择合适玻璃层数及采取有效措施减少热耗的前提下可适当增加窗面积,充分利用太阳辐射热;而对其他朝向的窗,应在满足居室采光环境质量要求的条件下适当减少开窗面积以降低热耗。
(2)窗材料热阻方面。①窗框:對金属窗框进行断热处理,用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间,加大窗框的热阻,或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的。同时,选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。②玻璃:选用合适的玻璃品种,适当选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃或中空玻璃。还可在普通玻璃上贴隔热膜代替节能玻璃。③加强窗的气密性,采用气密条,提高外窗气密水平,提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量,减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。近年来涌现的节能门窗的保温性和气密性都较好。当然,加强窗的气密性减少窗渗透热量的同时应保证室内空气质量达到基本的卫生要求。
(3)安排好门窗相对位置及开启方式,组织穿堂风通过;设置可调节的活动遮阳,如遮阳棚、窗盖板、窗帘、百页、热反射帘或自动卷帘等,以便夏季减少太阳辐射得热,冬季又得到日照,特别对西向、南向窗要更加重视。
4结束语
建筑节能直接关系到国家的资源战略,我国作为世界能耗大国,对于发展可持续发展的生态建筑,减少建筑能耗更是刻不容缓。建筑节能是一个大话题,需要我们不断创新、勇于探索、加大投入、加强新型节能建材的生产和使用,以推进我国建筑节能的不断深入和完善,真正做到提倡节约能源,建设节约型社会。