引言 建筑作為人工自然產品，是人類自身應變自然環境氣候的一種延伸手段。建筑發揮著氣候“過濾器”的角色，通過利用和防御自然界各種氣候因素，為人類創造出良好的室內氣候條件。我國古代的傳統民居，如北京的四合院、西南的吊腳樓、陜北的窯洞、閩南的土樓等，雖然建筑形式和材料各不相同，但都是長期氣候選擇和建筑不斷應變的結果。隨著現代技術水平的提高，人類有時過分地依賴人工設備技術力量，以期實現更高的室內熱舒適度要求，結果導致高能耗和自然生態的破壞。我國是能源短缺的國家，但建筑能耗卻是同等氣候條件下發達國家的2~3倍。高能耗不利于建筑可持續性發展，需要我們重新研究節能設計策略，充分挖掘建筑節能的潛能。 1建筑節能的重要性 目前世界范圍內石油、煤炭、天然氣三種傳統能源日趨枯竭，人類將不得不轉向成本較高的生物能、水利、地熱、風力、太陽能和核能，而我國的能源問題更加嚴重。我國能源發展主要存在四大問題：①人均能源擁有量、儲備量低;②能源結構依然以煤為主，約占75%。全國年耗煤量已超過1 3億噸;③能源資源分布不均，主要表現在經濟發達地區能源短缺和農村商業能源供應不足，造成北煤南運、西氣東送、西電東送;④能源利用效率低，能源終端利用效率僅為33%，比發達國家低1 0%。隨著城市建設的高速發展，我國的建筑能耗逐年大幅度上升，已達全社會能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生產能耗約1 3%，建筑總能耗已達全國能源總消耗量的45%。我國現有建筑面積為400億m2，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑近20億m2，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果我國繼續執行節能水平較低的設計標準，將留下很重的能耗負擔和治理困難。龐大的建筑能耗，已經成為國民經濟的巨大負擔。因此建筑行業全面節能勢在必行。全面的建筑節能有利于從根本上促進能源資源節約和合理利用，緩解我國能源資源供應與經濟社會發展的矛盾;有利于加快發展循環經濟，實現經濟社會的可持續發展;有利于長遠地保障國家能源安全、保護環境、提高人民群眾生活質量、貫徹落實科學發展觀。 2 建筑節能的具體設計 住宅的總體規劃應與單體建筑相協調,充分考慮各種宏觀因素(如地區、朝向、方位、建筑布局、地形地勢等)對單體布局的影響,充分利用所在地區的天然熱源、風源等來實現每一棟住宅建筑單體夏季都有充足的迎風面,冬季都有充足的日照,以滿足采暖、通風與采光的要求。單體之間的組合對氣流的形成具有直接的影響,特別是高層建筑群內部易受到回旋渦流的作用,容易出現死角,不利于室內的自然通風,從而形成不利的小區微氣候。因此,為了營造綠色舒適的小區微環境,應調整好單體之間的組合,使每棟建筑物處于周圍建筑物的氣流旋渦區之外,避免出現滯流區。另外,綠化和水體可以改善小區的微氣候。設計時,應結合居住區規劃布置綠化和水體,以此進一步改善室內外的物理環境(聲、光、熱),減少熱島效應,改善局部氣候,保證小區內的空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和熱島強度等各項指標符合健康舒適和節能要求。 3 住宅平面的建筑節能設計 3.1住宅平面設計中首要問題是確定適當的套型面積。因為適當的建筑面積不但可以節約用地(建筑行業“四節”之一)還可以大大節約建筑用材,減少營造、維護與使用過程中的能耗。另外,建筑平面的巧妙布局亦能獲得較好的節能效果。 3.2由于我國地處北半球,太陽高度角和方位角變化規律使南朝向為最為節能的建筑朝向,此朝向夏季可減少太陽輻射得熱,冬季可增加太陽輻射得熱,而且此朝向建筑與我國夏季盛行的東南風差不多成垂直關系,容易形成穿堂風,而又避開了冬季盛行的西北風。因此,將住戶長時間活動的居住空間(如廳、主要臥室)設于日照通風條件最佳的南向位置,利用自然環境使室內達到最大的舒適度,為住戶節約采暖和空調的能耗。而南北向建筑可以獲得最多的南朝向房間,所以建筑平面誼設計成南北向。對于日照、通風條件較差的北朝向與長時間接受太陽輻射的東西向可布置些平面功能比較次要的電梯、樓梯、管道井、機房、衛生間、廚房等,以擋住日照直接照射主要房間,避免冬季西北風灌入。經調查,在其他條件相同的情況下,南北向的多層建筑的傳熱耗熱量比東西向可降低5%左右。 4住宅外墻的節能設計 4.1墻體是住宅的主體部分,是建筑室內外熱交換的主要介質,建筑節能50%,其中就有約25%是通過建筑圍護結構外墻的保溫隔熱性能來實現的。使用節能外墻與使用普通外墻室內溫度相差可達4～10度,所以墻體的設計是不容忽略的一個方面。外墻除了應具有基本的承重、安全圍護等功能外,還應考慮選用保溫隔熱性能好的墻體材料,對傳熱性好的墻體或墻體中傳熱性好的部位應加設保溫隔熱層。 4.2在建筑物受太陽輻射的各個外表面中,屋面是接受太陽直射時間最長的部位,因此受輻射得熱也是最多的,相當于東西向墻體的2～3倍,所以它的保溫隔熱也顯得尤為重要。保溫隔熱的材料宜選用密度大、導熱系數小、憎水或吸水率較小的材料(如膨脹型泡沫聚苯板)。采用倒置式屋面將憎水性保溫材料設于防水層上,可有效防止傳統屋面構造中防水層容易老化從而影響保溫隔熱效果的問題。此種方法施工簡易,可廣泛采用。 4.3另外,利用屋頂種植花卉、灌木(如彩葉草、三色堇、麥冬草等)形成生態型屋面,既可阻擋熱源,減少溫室氣體的排放,達到保溫隔熱,又可美化環境,改善城市氣候,做到一舉兩得。種植的土壤在吸水飽和后會自然形成一層憎水膜,可起到滯阻水的作用,有利于屋面的防水,而且土壤導熱系數小,有很好的熱惰性,不隨大氣氣溫驟然升高或下降而大幅波動,有利于屋面的保溫隔熱。同時,在屋面蓄水,形成蓄水型屋面,也是節能屋面的有效措施。利用水蒸發可帶走大量的熱,從而有效減弱屋面的傳熱量和降低屋面溫度。據測試,蓄水、種植屋面土壤表面溫度與一般屋面表面溫度比較,溫度可低27℃。此外,采用平坡屋頂結合的構造形式,在屋面保溫隔熱層上做架空層,通過空氣流通來散熱也是個不錯的辦法。 5住宅門窗的節能設計 5.1外門窗是耗熱的重要渠道,它既是太陽輻射的得熱部件,又是主要的失熱部件,傳熱系數約為墻體的3～4倍,是節能的重點部位,所以合理確定窗墻面積比是節能的重要措施之一。對于住宅設計應避免少做落地窗、飄窗等。外墻門窗設計除滿足自然通風外,設計中應該強調東西南北開窗有別,不同功能房間開窗有別。面對冬季主導風向的立面,應盡量減少開窗面積。設置外窗部位,應提高外窗的密封性能(如選用膠條密封而不是毛條),選用好的窗型(如平開窗氣密性相對較好),門窗配件,提高窗框的隔熱性能(如采用塑料型材、鋁合金斷熱型材、玻璃鋼型材、鋁木復合材料等),減少窗框的外露面積,采用保溫隔熱性能好的玻璃(如中空玻璃、鍍膜玻璃等)。根據國內外大量應用經驗證實,采用雙層玻璃塑料鋼窗是較好的選擇。外門窗除了采光,通常也是建筑自然通風的渠道。所以,外門窗的開啟也是夏季通風節能的必要條件。夏季迎風面可作為主要的開窗部位,引進自然風,增加夏季的滲透通風。但同時,外門窗的設計應減少冬季寒風的滲透,有利于室內保溫,改善生活環境的舒適度。對于向陽的地方,可采用凹式開窗設計,外加遮陽板及鍍有特種金屬的熱反射窗簾,這種設計既美觀又兼有較好的遮陽效果。 3 結語 我國作為世界能耗大國,對于發展可持續發展的生態建筑,減少建筑能耗更是刻不容緩。而建筑節能是養活建筑能耗的有效方法,同時也是節約經濟的方法。因此,作為建筑師,更應從自身做起,從不同角度,依據建筑規范對節能進行優化設計,充分利用我國現有的自然條件,在改善人們居住環境的同時,充分挖掘節能潛力,從而實現節約能源,減少能源消耗。相信在不久的將來,建筑節能事業必將在我國展現欣欣向榮的景象。
|
