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住宅建筑低碳与节能设计

来源:职称驿站所属分类:环境科学论文
发布时间:2012-07-23浏览:25次

  摘要:现今,建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列,成为我国能源消耗的三大“耗能大户”,因而在全世界都大力倡导“低碳经济”的今天,建筑低碳与节能设计问题理应成为人们关注的焦点。本文浅谈住宅建筑低碳与节能设计。
  关键词:住宅建筑;低碳节能;设计
  
  2009年12月19日,在丹麦哥本哈根举行的联合国气候变化框架公约缔约方第15次会议落下帷幕,会议表明,尽管世界各国在应对气候变化的策略和温室气体减排量的分配上有着巨大的分歧,但面对全球气候变暖的严酷现实,人类对温室气体减排的目标却是一致的,就是将全球气温平均上升2摄氏度当作一个可以接受的安全底线,温家宝总理在大会上代表中国政府又一次庄严承诺,到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%。在如此短的时间内大规模降低二氧化碳排放,需要付出艰苦卓绝的努力。现今,建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列,成为我国能源消耗的三大“耗能大户”,因此为实现我国节能减排的目标,建筑低碳与节能设计问题理应成为人们关注的焦点。
  一、建筑物的采光低碳节能设计
  1、规划布局整体性
  合理的朝向布局才能保证建筑适宜的光、热环境。我国地处北半球,保证日照建筑理应南向布局。从太阳热辐射分布看,南向布置冬季日照最多夏季热辐射最少,并且我国大部分地区夏季主导风为东南向。综合分析保温、隔热、日照和通风,南向布局利于冬季保温夏季防热的节能要求。但同时北向房间的采光节能也很重要,北向虽采光照度低,但照度均匀度好,通过在南向墙面设置高反射率的镜面材料将光线引入北向,可改善北面房间的采光照度,节约照明用电。为保证室内有足够日照,建筑规范综合考虑采光、通风、消防等要求规定了建筑规划布局的合理日照间距。根据不同设计分区,要求建筑之间的距离在大寒日或冬至日的有效日照时间段里,有足够的日照时数使阳光入射到建筑底层窗台面。一般来讲,日照间距容易满足,然而这并不就保证日光能有效入射到室内,因为日光往往可能被窗外用于遮阳的植被挡住了。增加绿化能改善热环境,但绿树植被的布置一定要综合考虑采光的要求,以不能遮挡建筑日照采光为原则。
  2、采光口设计及材料选择。采光口是个矛盾体,其沟通和隔绝作用同时并存,既提供采光日照又要防晒遮阳;既通风换气又要防风雨和烟尘。从综合节能角度分析,采光口的设计应在加强构件材料气密性基础上,根据不同区划标准计算其满足采光照度的节电量与夏季得热和冬季失热状态下的耗能量,确定不同地域环境中采光口的面积折中值,并合理布置采光口位置,保证室内自然通风。
  与确定采光口面积大小同样重要的是窗玻璃材料对节能的影响,因为门窗能耗占建筑总能耗约1/2,是节能的薄弱环节。门窗玻璃材料的选择以多透光少传热为原则,建议南方炎热地区采用低辐射玻璃,北方地区采用中空双层玻璃。此外,还应加强新型玻璃材料如液晶调光玻璃、光致变色玻璃,以及新型采光方式如导光管技术、导光棱镜窗等的应用,研制兼顾多功能的节能窗。下图一是导光管的使用及其效果,图二是导光棱镜的采光示意图:
  
  3、反光与遮阳措施
  改善光热环境离不开节能设施的使用。为提高建筑内部采光照度可采用在窗顶部搁置水平反光板的方法将日光引入室内深处;在夏季为防阳光直射应在建筑不同方位采用相应的遮阳措施。采光节能整体策略要求将两者有机结合,在适宜部位设置兼顾遮阳作用的反光搁板,既防止太阳直射和眩光干扰,又能有效将光线漫反射到室内,提高照度均匀性。
  作为主要采光口的侧窗而言,高侧窗比低侧窗具有更好的照度均匀度。如果结合高侧窗顶部安装境面反射装置,使日光经一次反射入射到室内,甚至实现光电转换,就可在提高房问照度和均匀度同时避免日光直射,减少室内热辐射量,并提供空调用电能量。
  二、建筑物墙体的节能设计
  1、墙体的窗墙比
  窗墙比就是建筑外窗总面积与外围护墙体总面积之比值。由于外围护墙体的热工性能比玻璃窗户要好,尽管外窗面积比外墙面积小得多,但通过外窗得失的热量却占外围护结构得失热量的40%左右,因此,需要根据不同地区气候特征合理控制窗墙比。《公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)》中对各气候区做出“建筑各向窗墙面积比S≤0.7”的强制性限定,显而易见,这样的规定将对建筑墙体的外观效果产生较大影响,又由于外窗同时又具有采光、通风等重要功能,也是建筑立面设计中活跃的元素,因此,在建筑设计中应综合各种因素,全面考虑,合理确定各向墙面开窗面积和窗户形式。如在严熟干燥的新疆,白天太阳辐射强度大,夜间温度低,建筑外墙体就比较封闭,窗墙比小,选样可以减少白天透过窗户的太阳辐射热和夜间室内热量的散失。同时保持室内空气的湿润在江苏地区。建筑的窗墙比则较大,夏季利用较大的南向窗户进行自然通风,冬季则可以获得较多的太阳辐射热,而且立面也可以做得比较丰富多样。可见建筑窗墙比设计不易控制,但建筑设计师应当尽量处理好窗口面积和墙面面积之比例的协调问题,否则通过各种措施所增加的墙体节能效果会被过大的洞口率所抵消,造成资源浪费。
  在进行窗墙比的设计时,除了这个比率的大小是重要的因素外,还应该相应地考虑好开窗的位置:第一,根据夏季和冬季太阳高度角的不同,应当使窗户在墙体上处平一个恰当的位置,使夏季的阳光被避挡而冬季的阳光被入,从而达到室内相对良好的温度环境。根据不同地区、不同季节风向,在不同的墙体上开设对应的窗口,以形成良好的自然通风,有效地带走室内的热气流,从而达到节能减排的效果。
  2、墙体材料
  建筑墙体应采用低热转移值的新型节能墙体材料,如加气混凝土砌块、EPS全绝热建筑模块等,构筑绝热混凝土复合保温剪力墙体系。在外墙根部,女儿墙、阳台、变形缝等易产生“热桥”的部位,采用聚苯板保温砂浆、聚苯板现浇混凝土、聚苯颗粒浆料等进行外隔热处理,有效消除“热桥”造成的热损失。在主体墙结构外侧用粘接材料固定聚苯板等保温材料,或涂抹一层聚苯乙烯颗粒与胶粉料混合制成的胶粉聚苯颗粒保温隔热灰浆,并在隔热材料外侧抹砂浆或作其它保护装饰,可实现对外墙的外隔热处理。用粘接聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、聚苯板抹粉刷石膏等做法进行内墙隔热。通过墙体采取浅色外饰面(如浅色粉刷、涂层和面砖等)或植物覆盖绿化(如种植攀爬相物如爬山虎、常春藤等)等措施,反射减少夏季太阳辐射造成的由墙体传进室内的热量,降低空调使用频率。
  三、门窗低碳节能设计
  1、外窗、外门热量损耗的因素
  ①外窗、外门的传热系数。外窗、外门的传热系数是在单位时间内通过单位面积的传热量,传热系数越大,则在冬季通过门窗的热量损失就越大。而门窗的传热系数又与门窗的材料、类型有关。
  ②外窗、外门的气密性。外门窗的气密性是在门窗关闭状态下,阻止空气渗透的能力。门窗气密性等级的高低,对热量的损失影响极大,室外风力变化会对室温产生不利的影响,气密性等级越高,则热量损失就越少,对室温的影响也越小。
  2、低碳节能门窗设计要点
  ①节能外窗(包括外门的透明部分)的类型、外门不透明部分的保温措施,应根据建筑物所在地区的气候、周围环境以及建筑物高度、体型系数等因素进行个体工程设计。
  ②在选择各种节能门窗时,应充分考虑所选用门窗材料的特点、性能和适用范围,以及所在地区的具体情况,参考下表选用:
  
  ③根据当地的室外平均温度,选择传热系数小的外窗类型,例如选用热导率小的塑钢窗框,以及采用单框中空玻璃窗或单框双玻窗等。
  ④对窗框进行断热处理,可选用冷热断桥型窗框,即利用型材特有的材性和多腔断面形式,用高效保温材料镶嵌于金属窗框空腔之间进行隔断,以控制热导率的大小。
  ⑤根据室外气温及要求,按照国家标准《建筑外窗气密性分级及检测方法》(GB/T一7107一2002)选定符合气密性等级的外窗。
  ⑥设计合理的窗墙面积比及外窗朝向。近年来住宅建筑外窗的面积越来越大,而窗墙面积比既影响建筑能耗,又影响日照采光和自然通风。在《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26一1995)中,虽对窗墙面积比和朝向做了有选择性的规定,但还应结合各地的具体情况进行适当调整。
  ⑦户门、阳台门可采用夹层内填充保温材料或在门芯板上加贴保温材料。
  ⑧楼梯间及公共空间的外门应设计有随时关闭的功能。
  四、结束语
  建筑实质性节能,提高建筑能效,是发展低碳建筑的根本手段在我国快速城市化进程中,低碳建筑的建筑形态必然是紧凑型的有较高的建筑密度和容积率的,以减少土地利用的碳排放在大规模旧城改造的形势下,低碳建筑应更多地采用回收的废旧建筑材料,更多地发展工厂化、装配式建筑,减少废弃物和固体垃圾,在建筑能源利用上,要实现高效、低碳集成,一方面充分利用可再生能源和低品位能源,另一方面将节能作为一种无碳替代资源,同时,要重视能源规划和低碳管理。
  
  参考文献:
  [1]龙惟定、白玮、范蕊.低碳经济与建筑节能发展[J].建设科技,2008(24).
  [2]肖健.浅谈建筑节能的重要性及建筑的节能设计[J].今日科苑,2009年(20).

《住宅建筑低碳与节能设计》

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文章名称: 住宅建筑低碳与节能设计

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