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关键词:严寒和寒冷地区;居住建筑;门窗;设计标准
中图分类号: V223+.9 文献标识码: A 文章编号:
一、引言
近些年以来,对能源问题的探讨,始终没有停过,这和当前能源短缺等问题是紧密联系的。而其中的建筑节能问题,不得不引起我们的重视。作为长久之计来看,我国在建筑行业也普遍实施了建筑节能措施。事实证明,实行节能措施,可以有效提高对资源的高效利用、节约成本并取得相应的经济效益。
众所周知,我国的严寒和寒冷地区几乎占了国土面积的三分之二,其建筑节能的地位更是不容忽视。而建筑门窗普遍都占建筑墙体的30%-50%的面积,因此,其是探讨建筑节能的重要部分。在JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》中对寒冷和严寒地区的建筑围护结构等节能设计都做了详细的规定,下文均简称为“标准”。接下来,将着重对严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准实施细则对门窗提出高要求进行详细探讨。
二、严寒和寒冷地区居住建筑保温性能现状
1.严寒和寒冷地区的划分
在我国,所谓严寒和寒冷地区在标准中得到了进一步划分,通过区域划分,我们可以进一步了解各自区域的气候特征,以便采取有效的节能措施。相关划分如下表所示:
表1标准中对严寒和寒冷地区的划分
2.严寒和寒冷地区居住建筑门窗的保温影响因素
在严寒和寒冷地区,由于室内供暖,室外温度低,从而造成室内外的温差往往很大。而室内外的冷热空气对流更会导致结露、结霜或者结冰,更有甚者会导致门窗变形。笔者经过实践得出,对这些地方门窗的保温性能产生影响的主要有以下几个方面。
(1)门窗玻璃
门窗玻璃一般占到了门窗的70%~80%左右,它在门窗的节能设计中占有重要作用,其热辐射进行的热传导是一个重要因素。
(2)门窗框材料
同理,门窗框一般占门窗的20%~30%,其热辐射进行的热传导再加上室内外温差的作用可以导致门窗变形。因此,要注意在门窗框材料强度、腔体构成以及导热系数方面下功夫。
(3)门窗框扇与玻璃
由于门窗框扇和玻璃之间的密封不严,会带来不同程度的渗透,有渗透就会带来热量的交换,以至于产生对流放热损失情况的发生。那么如何进行有效地防止渗透现象的发生,当前主要应用对它们之间缝隙的密封和多腔体来实现,这样的话,就可以有效降低门窗的线传热系数,以避免热量的损失,而控制的重点务必要放到对中竖挺型材的强度而导致的变形进行控制上。
(4)门窗框与门窗扇
门窗框与窗扇之间形成空气渗透随之带来的热量交换及渗漏会造成对流放热损失。门窗的出入和通风主要靠门窗扇来实现,它们之间的密封程度是节能设计的重点。在实际中,不仅要保证门窗扇的开关灵活,也要注意其关闭后的密封情况。
(5)门窗框与墙体
有时,门窗框与墙体之间也会由于渗透而发生对热放热损失,这种渗透主要是空气渗透,其也是由于它们之间存在缝隙而产生的。那么影响出现渗透的主要因素除了墙体和门窗框之间使用的不同密封材料外,还存在线膨胀系数于墙体和门窗材料之间的不同,当然,墙体和门窗框材料之间的抗变形能力和粘接能力等,也是一个比较关键的影响因素。
3.严寒和寒冷地区门窗节能设计
根据该标准和国家现行的其他标准,对严寒和寒冷地区的居住建筑节能设计要重点考虑以下几个方面,并通过计算和执行标准以达到相应的建筑节能设计要求:(1)门窗在冬季室内外温差的影响下所产生的变形;(2)季节温差引起的窗框、扇的伸缩与墙体接缝处理;(3)控制室内的健康环境,注意合适的温度、湿度等系数;(4)门窗的保温;(5)气密性能对窗的保温性能的影响等。
三、严寒和寒冷地区居住建筑的门窗节能措施
根据现行标准,结合笔者的实践经验,对严寒和寒冷地区居住建筑门窗节能的设计,可以通过采取以下措施进行。
1.门窗玻璃的选择
作为一种非金属材料,玻璃的导热系数和金属相比,远远落后于后者,且厚度也较小。在严寒和寒冷地区,使用玻璃可以达到良好的采光效果和保温性能,由于占用门窗面积较大,其对热量的传递也成为门窗节能的一个关键点。当前应用的主要玻璃结构有单层、双层中空、三玻双层中空和真空玻璃等几种。而在严寒和寒冷地区,对玻璃的选用,可以优先选择高透光的无色透明玻璃。这可以通过中空玻璃或者真空玻璃来达到目的,而不宜采用会减少光照的镀膜玻璃或者对玻璃进行贴膜等。
2.门窗型材及其结构的选择
玻璃纤维增强塑料型材,也就是所谓的玻璃钢,因其具有导热系数低、强度高和耐候性强等一系列优点而成为严寒和寒冷地区的优先选择。玻璃钢型材具有轻质高强的优良性能,其拉伸强度是铝合金的两倍,接近于钢材,强度更是比铝或钢大上若干倍,因此,在实际使用中,不需要在玻璃钢门窗上增加突出抗折和抗变形钢衬。因此,这种材料在寒冷、严寒或者多台风区地区使用最佳,它可以有效地改善热胀冷缩造成的变形问题。
3.门窗玻璃周边
门窗玻璃周边是保温的薄弱环节,结露和结霜现象都往往出现在这个地方。根据笔者实践经验,这主要和门窗玻璃的框边材料以及密封处理、玻璃与窗框直接的腔体处理和玻璃与框之间的密封有关。
针对以上原因,可以将中空玻璃采用暖边双道密封,这样就可以保证良好的密封效果。也可以在玻璃钢框和玻璃周边之间的空隙之间采用类似H型的三元乙丙包条式结构,这样可以实现两腔或三腔,以形成间隔来阻断冷热空气交换和渗透等。另外,门窗的玻璃与玻璃钢框室内侧采用了三元乙丙胶条进行密封, 室外侧采用中性密封胶进行密封,三元乙丙胶条和中性密封胶具有较强耐候性和抗老化能力,较长的使用寿命保证了门窗的长期密封性能。
4.门窗开启扇的密封与结构
门窗开启扇具有通风换气的重要功能,这就对其开关的灵活性和关闭后的无渗漏性提出了较高要求。在严寒和寒冷地区,开启扇气密性能是整窗气密性能的关键部位,不仅要保证开启扇与开启框配合结构的合理性,还要保证其密封的有效性。
因此,可以采用这样的三道密封以及两腔结构:将室内侧密封胶条、中间等压胶条和和室外密封胶条进行构造;新型开启扇与框搭接的台阶式结构,增加了气流进入腔体的阻力,可以更加有效的阻隔气体流动,实现腔体结构的更加合理性,从而保证了开启部位的气密性和保温性能。三元乙丙密封胶条和等压胶条的使用,保证了其具有较好的弹性性能、密封性能和耐候持久性保证长期密封有效,也提高了对气密性能的保证。
5.墙体与门窗的连接与密封
由于门窗都是安装在建筑墙体上,而它们之间因为材质的不同,且施工也往往是由两个以上单位完成,这就造成了接口问题的出现。尤其在严寒和寒冷地区,接口问题往往会造成墙体开裂或开缝等一系列比较严重的问题,因此,要注意对接口的处理,可以通过各种措施避免问题产生。比如有效保证安装方式、安装密封构造和统一所用材料等。
6.门窗的自然通风
根据国家现行标准,建筑室内的新风量不应小于30m3/(h·人),根据严寒和寒冷地区的实际情况,传统通过开启门窗的开启扇来达到自然通风的方法已经不再适用,它不仅会造成建筑能源浪费,而且也会将外界的灰尘、噪音等带入室内,这样就产生了窗用自然通风器,使门窗也成为了会“呼吸”的门窗。当然,在通风器的设计中对通风器面积等参数都有详细要求,这些要根据相关标准和实际情况来进行制定。
四、结语
综上所述,对严寒和寒冷地区的居住建筑进行节能设计,对节约能源和提高经济效益等方面都有着重要意义,特别是其中的门窗设计,更是提出了较高要求。因此,本文在研究现行JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》的基础上,结合严寒和寒冷地区实际情况,对门窗的节能设计要求与措施进行了详细探讨,相信可以为实践提供借鉴。
【参考文献】
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[5]李振河,李岩.寒冷地区塑料门窗施工安装时应注意的一些问题[J].塑料制造,2011.
关键词:中原地区;小高层;住宅节能;设计
我国虽地大物博,能源资源丰富,但人口众多,人均资源偏少。在各类资源消耗中,建筑能耗占所有资源消耗总和的25%~33%,占据能耗总量比重较大,对远离其所在地的其他区域的河流水体、空气质量影响较大。当前我国的既有建筑95%以上是高能耗建筑,新建建筑80%以上是高能耗建筑,我国单位建筑面积能耗是发达国家的2~3倍。所以,中国要走可持续发展道路,推进节能建筑、绿色建筑已刻不容缓。
1中原地区建筑节能设计的现状分析
1.1既有建筑节能设计现状
改革开放以来,各行各业迅猛发展,建筑业也不例外,以多层住宅和小高层住宅为主的集体式住宅建筑骤然增多,但由于当时经济条件的限制,为了节省造价,集体式住宅建筑存在建筑设计标准偏低、围护结构构造简单、居住舒适度较差、环境效应差等缺点,这类建筑已不能满足人们日益增长的物质文化和节能理念的要求。并且此类建筑能耗过大,与周围城市环境不协调,更与当前所倡导的建筑绿色化的理念相违背。
1.2新建建筑节能设计现状
中原地区气候特殊,夏季湿热、冬季阴冷,所以该地区建筑节能设计既要满足冬季保暖又要满足夏季隔热的要求。做好新建建筑的节能设计工作,不仅需要建筑师从实践中总结经验,开拓创新,更需要政府的政策支持和监管保障。河南省人口总量大,人均占有资源少,经济发展与能源资源供应的矛盾日益加剧。“十二五”期间,河南省省政府重点抓好新建建筑节能,深化供热体制改革,推进墙体材料革新,加强公共建筑用电管理,指导开展农村住房节能,抓好低能耗、绿色建筑示范带动等工作,并强化新建建筑执行建筑节能标准,都取得了显著成效。(1)制定了建筑节能设计标准。按照《河南省人民政府办公厅关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》(豫政办〔2005〕86号)要求,全省县级以上城市全面执行居住建筑65%、公共建筑50%的节能设计标准。凡属财政补贴或拨款建筑,在严格执行节能设计标准基础上,鼓励执行低能耗和绿色建筑标准。并在2012年编制了《河南省居住建筑节能设计标准(夏热冬冷地区)》、《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区)》,这两部地方标准吸收了外省居住建筑节能设计标准的先进经验,为该省新建住宅建筑节能设计提供了新的标准依据。(2)加强了建筑节能监督管理。河南省各级工程质量监督机构要按照《建筑节能工程施工质量验收规范》(GB50411-2007)要求,严格进行建筑节能分部工程或专项验收,对验收不合格的项目不得进行竣工验收备案。达不到节能标准的建筑不准销售使用。房地产开发企业在销售房屋时,应当向购买人明示所售房屋的节能措施、保温工程保修期等信息,在房屋买卖合同、质量保证书和使用说明书中予以载明,并对其真实性、准确性负责。(3)加大了建筑节能执法监督力度。河南省各级政府及住房城乡建设部门着力加强对建筑节能工作的监督检查,依据《中华人民共和国节约能源法》和《民用建筑节能条例》(国务院令第530号)等法律、法规监督不执行或擅自降低建筑节能设计标准的现象。进一步加大建筑节能执法监督力度,保证绿色建筑的顺利建成和节能减排工作的顺利开展。尽管政府在建筑节能方面做了很多努力,但在建筑节能起步发展时期仍然存在一些不足:建设各参与方的建筑节能意识及法制意识较为薄弱、区县单位的建筑节能设计和施工等能力不足、建筑节能产业支撑体系不够完善、建筑节能经济激励机制尚未建立等,种种弊端都会阻碍新建建筑节能的发展。
2高层建筑节能设计的必要性
2.1既有建筑能耗高,改造价值总量大
新建建筑大多都是高层和超高层,此类建筑的建筑节能设计在政策的严格要求下,建筑能耗严格按照低碳建筑进行设计,能耗不高。既有建筑多层和小高层居多,而且大多既有建筑的布局不合理,外墙材料保温隔热效果差,门窗未考虑保温隔热。此类建筑存量多,改造价值总量大,如果加以改造,对建筑能耗的降低贡献巨大。
2.2既有建筑不能满足当前居民的生活舒适性
传统小高层建筑建造时由于条件限制,房屋夏季没有制冷设施,冬季没有取暖设施,室内环境极为不适。现在由于人们生活条件提高,大多居民会自行选择采取措施降温或取暖。在夏季,空调通过将室内热空气排出室外的方式给室内降温,然后再将空调冷凝水排到室外,但这都是以牺牲室外环境为代价。而且,空调调温时间过长,室内舒适性也会降低。与人们生活水平提高相适应的环境改善较为迫切,包含室内环境和室外环境,所以既有建筑节能改造和新建建筑节能设计尤为关键。
2.3新建建筑应与国家倡导的绿色建筑发展相适应
国务院印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》明确了“十三五”节能减排工作的主要目标和重点任务即强化建筑节能。编制绿色建筑建设标准,开展绿色生态城区建设示范,到2020年,城镇绿色建筑面积占新建建筑面积比重提高到50%。实施绿色建筑全产业链发展计划,推行绿色施工方式,推广节能绿色建材、装配式和钢结构建筑。强化既有居住建筑节能改造,实施改造面积5亿平方米以上,2020年前基本完成北方采暖地区有改造价值城镇居住建筑的节能改造。推动建筑节能宜居综合改造试点城市建设,鼓励老旧住宅节能改造与抗震加固改造、加装电梯等适老化改造同步实施,完成公共建筑节能改造面积1亿平方米以上。推进利用太阳能、浅层地热能、空气热能、工业余热等解决建筑用能需求。既有建筑进行节能改造,新建建筑能耗控制,这与我国的环境保护发展战略相一致,同时也与国家倡导的绿色建筑发展相适应。
3建筑节能设计的重要意义
从我国国情出发,建筑节能设计师建筑师运用科学合理的建筑节能措施完成作品,不仅仅能够实现对资源的节俭,同时也能保护环境,消耗相同的资源完成更多的建筑,节约我国有限的能源资源,降低建筑能耗在总能耗中的比重,提高利用率。从居民的生活质量上来讲,随着居民生活物质水平和精神水平的提高,人民更希望生活在自然、干净、卫生的环境中,建筑节能设计能够有效减少建筑垃圾、减少建筑污染,保护环境卫生,从而实现自然环境和能源资源的可持续发展。
4建筑节能设计的主要方法
4.1整体设计方案
当前对于环境保护的呼声越来越高,许多专家学者对绿色建筑节能设计的研究也越来越深入。天津大学对基于大数据的节能设计进行研究分析,准确瞬时确定建筑物内部若干设备的运行状态和故障原因,并能够依据业主的个人喜好做出改变,再计算运行,并能够动态自我修复,形成内部系统之间相互配合的智能建筑。此外,在全面提倡环境保护的大背景下,广州某设计公司提出基于低碳节能理念的建筑节能设计方法,选取低碳建筑材料并增加其使用率,设计出低碳建筑节能系统,并且在建筑设计过程中要坚持绿色意识、树立绿色观念,节约资源,实现建筑美学、环境保护和低碳节能理念的统一。清华大学开展了基于整体能量需求的方案阶段建筑节能设计方法,建立了一套建筑方案阶段节能设计方法体系和方案阶段节能设计导则的形式,力求为建筑设计者指明方向。天津大学综合考虑城市和建筑多层面设计因子的系统化整合,进行了基于能耗模拟的建筑节能设计方法研究,转变原有的设计思维模式,最大限度地提高节能效率。
4.2细化节能设计
建筑设计人员往往从建筑本身进行细化设计,降低建筑能耗。对于建筑规划与布局,建筑群之间有利于自然通风,平面形状为长矩形的建筑应该跟主导风向保持在30°~60°之间,并保证一定的间距便于日照和通风;进行小区规划时,尽量避免周边式和混合式,要留出通风通道,利于建筑群中的空气流动。对于建筑围护结构,最基本的设计方向是在材料和构造上尽量减小热阻,即主要致力于降低屋顶结构、门窗和墙体结构的传热系数,减少热传导,进而降低能耗。
5结语
中原地区气候特殊,设计人员在兼顾冬季保暖和夏季隔热的同时,又在平衡建筑能耗降低、环境保护、建筑造价等三个方面做出了很多努力,也有许多较为成熟的设计方法。相信在国家大力推行绿色建筑发展的大背景下,我们能够在节能设计的实践工作中探索出更高效的方案,为我国的绿色建筑发展做出贡献。
参考文献:
[1]付祥钊.建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
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[6]宋莎.基于建筑节能理念的住宅设计研究[J].河南科技,2015(16):72-74.
关键词:暖通;节能设计;现状问题;提高措施
0 前言
据相关权威部门不完全统计,建筑能耗已经占据社会总能耗的27%。而在建筑能耗中,暖通系统所占据的比例最高,因此如何提高暖通系统的工作效率,降低暖通工作系统的能耗对于我国建设资源节约型社会和走新型工业化道路有着至关重要的作用。下面本人结合多年工作经验,就暖通节能设计方面做简要探讨,仅供参考研究。
1 暖通系统节能设计概述
1.1设计依据
(1)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)
(2)《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)
(3)《住宅建筑规范》(GB50368-2005)
(4)《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)
(5)《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26―2010)
(6)国家与地方其他相关设计规范、标准
1.2 设计内容
一般包括以下方面:(1)设计施工说明;(2)负荷计算书;(3)主要设备与材料表;(4)有关设计图纸;(5)节能报审表
1.3设计审查要点
(1)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.1.1条:关于负荷计算的规定;(2)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.4.2条:关于电热锅炉、电热水器限制应用的规定;(3)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.4.3条:关于锅炉效率(燃煤78%,燃油、燃气89%等)下限的规定;(4)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.4.5条:关于冷水机组及空气源热泵冷热水机组COP下限(制冷量1163kW以上的活塞机4.2,螺杆机4.6,离心机5.1;活塞热泵2.6,螺杆热泵2.8等)的规定;(5)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.4.8条:关于单元式空调器、风管机式、屋顶式空调机组能效比下限(风冷不接风管2.6, 风冷接风管2.3等)的规定;(6)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.4.9条:关于溴化锂机组性能参数下限(0.6MPa蒸汽双效蒸汽耗量1.31kg/kW・h;直燃机制冷1.1,制热0.9等)的规定;(7)《住宅建筑规范》(GB 50368-2005)第8.3.1条及《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)第6.0.2条:关于住宅集中采暖系统分室(户)温度调节与分户(单元)计量的规定;(8)《住宅建筑规范》(GB50368-2005)第8.3.2条:关于室内采暖计算温度的规定;(9)《住宅建筑规范》(GB 50368-2005)第8.3.3条:关于住宅集中采暖应以热水为热媒的规定;(10)《住宅建筑规范》(GB 50368-2005)第8.3.5条:关于严寒与寒冷地区住宅不应直接电热采暖的规定;(11)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.3.20条:关于冷却水处理与通风及补水计量的规定;(12) 《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第5.5.12条:关于建筑群每栋楼及其冷热源站房能源计量的规定。
2 暖通节能技术体系的现状问题
2.1暖通节能体系包含设计不完善、施工浪费、运行管控不佳等问题。在设计管控层面,其节能效果尤为显著,然而实践设计阶段中,工作人员却没有施以充分重视。再加上暖通工程规划设计持续周期时间较短,较多设计方为了提升工作效率,追求数量,忽视设计质量,造成一些设计方案在施工建设中暖通系统耗费了很多投资成本,一些工程能耗甚至高出国家标准。
2.2伴随环保节能标准要求水平的持续提升,一些新型设计方案持续涌现,各类方案均包含一定的自身优势与缺陷。在丰富的设计方案面前,基于观察考量问题的视角、基点存在差异性,因此令各层面评价结论存在一定差异,还会引发较大出入的现象。基于欠缺客观、公正、科学良好的方案设计评价方式,令设计工作人员常常无所适从,不知晓如何在较多方案之中寻找最为适合的节能手段策略。
2.3一些建筑工程维护体系结构保温功能并没有受到工作人员的充分重视,他们在设计规划阶段中常常仅注重外观效果,形成了过大的窗墙比,且由于大量应用玻璃幕墙,令维护体系结构呈现出不佳的保温性能,并形成了维护体系的较大传热损耗。同时,暖通工程运行管理阶段中,一些工作人员并没有经过专项培训,较多操作人员欠缺暖通节能的必要常识与技能,无法在系统工作阶段中,依据人员变更、实际负荷标准以及室外参数更新做好适应性调控,进一步形成了显著的能量耗费现象。通过实践调查我们发现,应用同一类运行管控系统,由于管理人员的差异会令系统能耗呈现高达50%的差距。
3 提高建筑暖通节能的措施
3.1加强热能的回收利用
设计师在方案设计时,应首先深入了解业主对空调的使用情况以及是否有余热、废气、蒸发冷却等利用条件,并综合对比各种能源方案。在热能的回收利用方面也要重点考虑节能的方案,首先,是回收制冷机组的冷凝热,与生活用热水结合起来,可以把水加热到洗澡的标准,同时又环保和节省锅炉附属设备的资金。其次,回收空调的排风余热,可以采用转轮全热交换器、板式显热交换器和板翘式全热交换器来回收显热和余热,实现对新风的预热和预冷。
3.2采用地源热泵空调技术
地源热泵空调,是利用在冬季吸收土壤、地下水、地表水等天然资源的能量,向建筑提热能,夏天向天然资源释放热量,给建筑物供冷的一种高效节能的空调系统。主要用于居民住宅、别墅、学校以及商业建筑。地源热泵系统按照自然资源的形式主要分为地表水热泵系统和地下水热泵系统。而地下水热泵系统又分为开式和闭式两种形式,其中开式的主要原理就是将地下水直接供应到热泵机组,之后将井水再回灌到地下;而闭式的基本原理是将地下水输送至换热器中,进行二次换热。很多的空调系统以水源作媒介进行换热。
3.3加强其他新兴能源的利用
(1)采用天然气作为空调制冷设备的能源,天然气是继煤炭和石油之后的第三大常规能源,能够有效控制二氧化碳和二氧化硫的排放量,减少环境污染,对人体健康危害降低。使用天然气为能源的制冷空调市场前景广阔。
(2)利用各种可再生资源。如地下水、太阳能、自然风、海洋能等自然资源。太阳能空调利用太阳光的辐射为能源进行制冷工作。 它的使用,弥补了供电不足的缺口,缓解了供电压力,也非常环保,不会带来传统电空调使用过程中所带来的城市热岛效应,并且由于太阳能空调的使用原理中并不包括氟利昂,就不会产生相关的有害物质致使大气环境遭受破坏,是名副其实的绿色节能空调。
3.4提高建筑围护结构的保温性能
一是采用新型节能墙体―小型混凝土空心砌块做墙体,可有效减轻建筑物的负荷,其墙体传热系数K = 0.54 W/m2 , 比传统黏土实心砖墙节能一倍以上。二是应尽量采用密封性好、保温节能的新型塑钢门窗。因为根据权威部门对住宅围护结构的热工测试结果证明, 住宅内热量40%~50%是通过门窗损失的。
【关键词】建筑节能;传热系数;保温
在目前全球的各个领域当中,节能都被提高到一个前所未有的高度。在我们的建筑领域,对建筑物节能、环保的要求也越来越高。而作为建筑领域非常重要的一环的建筑设计中,节能也涉及到从建筑、结构,到给排水、暖通和电气等专业。其中,外墙保温技术更是建筑节能设计中的重中之重。外墙保温技术已经在我国走过了二十余年的时间,其技术的发展也是日新月异。一个做好了保温的建筑,其节能潜力是巨大的、令人惊异的。不重视外墙保温,只会让能耗白白的溜走,令人痛惜。
在这个能源紧缺、能留给后代的能源越来越少的国内形势下,我国的建设部也相继出台了几本节能设计规范,来宣传节能、贯彻国家节能法规和方针政策、提高能源利用效率。
其中的几本主要的设计规范如下(按现行规范的实施日期排列):
(1)《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003(2003年10月1实施)。
(2)《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005(2005年7月1日实施)。
(3)《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010(2010-年8月1日实施)。
(4)《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010(2010-年8月1日实施)。
这几本规范按公共建筑和居住建筑分类,其中居住建筑又按建筑所处城市的建筑气候分区划分成了夏热冬暖地区、夏热冬冷地区、严寒和寒冷地区三个不同的区域规范,但以上几本规范均对外墙的传热系数做了严格的要求,也就是说对外墙保温技术提出了更高的标准。拿《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005举例来说,对于新建公共建筑的外墙(包括非透明幕墙)传热系数的限值,见表1:
我国北方严寒、寒冷地区,必须首先考虑建筑物的冬季保温问题。建筑围护结构传热系数的限值对建筑的采暖能耗影响非常大,传热系数的要求低了,采暖能耗会白白损耗掉。因此,必须对严寒、寒冷地区对围护结构传热系数的限值要求高一些。
我们假设一个在山东省内最常见的公共建筑,框架结构,加气混凝土砌块墙砌体,外墙外保温体系。设其体形系数>0.3,且≤0.4,因为山东地处寒冷地区,根据国家《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005和山东省地方标准《公共建筑节能设计标准》DBJ-14-036-2006,均要求其外墙传热系数≤0.50 W/(m2・k)。那么根据上表可以满足传热系数限制要求的保温层做法是:50mm聚苯板,35mm挤塑型聚苯板,30mm和35mm硬泡聚氨酯板,65mm机械固定EPS钢丝网架板和56mm预制复合保温板。当该公共建筑的体形系数不变,而地处严寒地区B区(如长春、乌鲁木齐、沈阳、西宁等地)时,根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005,其外墙传热系数要求≤0.45W/(m2・k),上表中只有35mm硬泡聚氨酯板能勉强接近要求(35mm硬泡聚氨酯板的主体墙实际传热系数为0.453)。但当该公共建筑地处严寒地区A区(如齐齐哈尔、哈尔滨、克拉玛依、佳木斯等地)时,上表中没有一个构造满足公建节能外墙传热系数≤0.40W/(m2・k)的要求。如果还是想要使用外墙外保温,一个常用的、有效的办法就是加厚保温层,直到其厚度满足外墙传热系数限制的要求为止。在其它保温构造不变的情况下,为满足要求,需要的最小保温层厚度见表2。由表2可见,大部分保温材料所需的保温层厚度的数值是比较大的。
目前我国对于夏热冬冷地区的外墙传热系数的限值如下:
Abstract:At present our country extra-high building's energy conservation question, has aroused the domestic and foreign construction energy conservation close interest, speaking of the above question, only depends on the domestic architectural design unit's designed capacity not to be impossible to solve completely, the domestic research strength and the design strength union attacking a fortified position aspect not yet forms, but also lacks government's policy guidance, therefore has the massive foreign country Consultant firm to involve the domestic major issue the energy conservation consultation, because constructs the energy conservation standard to China to grasp insufficiently, and did not understand that the topicality climatic resource, technical ability, after the Jishui equality, caused on the building enclosure shaping to appear impractically repeatedly has gathered the national condition the wrong design.
关键词:超高层建筑 节能设计
Key words:Extra-high building energy conservation design
目前国内针对超高层建筑工程所探讨的关键技术问题多是结构的安全,而对于所面临的建筑节能问题研究和技术投入不够。在2005年《公共建筑节能设计标准》颁布之前,包括超高层建筑在内的公共建筑,基本没有开展工程建筑节能的设计和审查,标准颁布之后,尽管一些地区对照建筑节能标准约束了工程设计,但还存在诸如建筑节能模拟优化设计技术障碍、现行建筑节能设计标准约束不及、工程设计依据的节能目标短视等一些关键问题没有得到很好解决。
首先,超高层建筑的建筑节能优化设计技术看,建筑的高度变化导致相关参数的变异,进而影响建筑能耗的变化是一个不争的事实,高度超过100米以上除太阳辐射可以认为基本不变以外,其它的气象参数都会发生很大的变化。通常根据气象观测资料构建的典型气象年数据中,地面风速是取自地面高度10米处,如地面风速为2米/秒时,则在100米的高空风速会依据指数规律提高到3米/秒,若高达400~500米时风速可达到5米/秒以上,温度随高度的变化也会有明显的降低,通常会有每百米高度的温度下降0.6~1.0℃,仅这个变化足可以相当于把建筑物移动了一个2级气候区。而依据国内建筑节能的设计能力来看,大多数设计单位所掌握的用以优化建筑围护结构的建筑能耗模拟软件,都不能反映气象参数沿高度的变化规律,也不能够反映建筑围护结构沿高度变化的表面热交换能力的差别,这就势必无法准确地计算建筑物的能量消耗,更无从谈及科学合理地设计建筑物制冷、空调、配电等一系列设备系统。
其次,建筑节能设计标准所能约束的节能技术还不能够完全适用于超高层建筑,在现行建筑节能设计标准中涉及到遮阳、通风等技术的规定,对超高层建筑无法适用,标准规定的建筑能耗的权衡判断方法也是基于建筑物全楼整体建模的一种评价方法,而受目前能耗模拟工具的计算能力所限,超高层建筑中的计算对象(如房间数量)规模远远超出了软件的计算能力。从根本上说,超高层建筑的节能设计问题,实质是一个在技术上超出了现行国家标准《公共建筑节能设计标准》所能控制的新技术问题,如果草率地执行现行标准,则工程设计的技术依据显然不足。
再次,超高层建筑的节能设计仅仅局限于当前建筑节能50%的目标,不符合国家长远发展要求。应根据当地的技术经济能力,结合国家建筑节能中长期发展规划确定出工程的实际节能能目标(即节能率),只有以此为前提做出的节能设计才能体现行业进步,否则,如此重大工程,在投入使用后的不远将来,必然会面临国家节能规划目标的提高而锒铛沦为不节能建筑。