(1)小区布局。这除了影响建筑外表面受到的日照程度外,还将影响建筑周围的空气流动。冬季建筑物外表面风速不同会使散热量产生5%～7%的差别,建筑物两侧形成的压差还会造成很大的冷风渗透;夏季室内自然通风程度也在很大程度上取决于小区布局。
(2)小区绿化率、水景。这将改变地面对阳光的反射,从而使夏季室内热环境有较大差异。
(3)建筑外表面色彩,导致对阳光的吸收不同,从而影响室内热环境。
(4)建筑形状及内部划分,将在很大程度上影响室内自然通风。
(5)建筑外墙保温方式、窗墙比、窗的形式、光透过性能及遮阳装置等,都会对冬季耗热量及夏季空调耗冷量有巨大影响。
(6)屋顶形式、保温方式等会使顶层房间热状况带来很大不同。
(7)室内采暖方式、空调方式、可调节能力。
8.3.2 建筑节能的原则
根据世界各国及我国能源问题和形势及各国节能工作的经验,在建筑节能方面,应遵循以下基本原则:
(1)制定阶段性的、局部的建筑节能目标和计划,重要的是必须建立长远的、全局的能源意识。
(2)节能工作应该兼顾能源和人民生活水平的逐步提高,不应将提高建筑环境质量与建筑节能对立起来。
(3)建筑节能的具体方法应根据各地区的不同气候而有所区别,以充分利用太阳、风、气温、水利、地形等各种自然因素。
(4)大力开发不同层次的多种节能技术,特别是较为经济的、在量大面广的住宅建筑中可取得实效的技术及最佳民用能量形式。
(5)目前建筑节能工作的重点是降低建筑的日常运转能耗,尤其是住宅采暖能耗。
(6)重视低水平、低能耗建筑的节能问题研究,以保证在稳步提高人民生活水平的同时避免能源浪费。
(7)在降低建筑围护结构能耗的同时,改善建筑设备,提高节能效益。
(8)既要积极推行建筑节能设计,又要充分重视建成环境的节能改造。
(9)利用中水,以节约能量和水资源。
(10)充分利用太阳能。
(11)开发利用新能源。
(12)重视综合用能,逐步提高对残余能量和自由热的利用水平。
建筑节能包括两方面:一方面要加强围护结构的保温隔热能力;另一方面是从供热供冷的源头、输送渠道及实现方式来节约能源。后者将在“建筑设备”部分详细介绍,本章节不再赘述。以下从节能建筑的基地规划,单体设计,以及房屋各围护部分的构造设计的角度,来介绍节能建筑的措施。
8.3.3 节能建筑规划
节能建筑规划主要是为了满足建筑冬季采暖和夏季制凉两个工况的要求。对完整意义的节能建筑而言,“暖”和“凉”两者偏废一项均意味失败,而这一点往往被人忽视。
8.3.3.1 向阳——采暖目的
节能建筑为满足冬季采暖目的,利用阳光(日照)是最经济、最合理有效的途径,同时阳光又是人类生存、健康和卫生的必须条件,因此节能建筑首先要遵循“向阳”要求。
建筑应满足最佳朝向范围,并使建筑内的各主要空间有良好朝向的可能,确定建筑最小间距,争取尽量多的日照,以使建筑争取更多的太阳辐射。为建筑单体节能设计创造采暖先决条件。
8.3.3.2 通风——制凉目的
完整意义上的节能建筑在满足冬季采暖要求的同时必须兼顾夏季制凉问题,尽量利用自然提供的条件达到室内创造清爽的目的,引导夏季主导风吹向未来建筑物,为建筑物内部通风提供条件。
8.3.3.3 遮阳——制凉目的
遮阳是建筑物防止过多的夏季太阳辐射达到制凉目的的有效措施,基地遮阳条件主要来自三个方面。
(1)绿化遮阳。一切落叶乔木,叶大根茂,能达到良好的遮阳目的,并能降低微环境温度。
(2)建筑遮阳。在特定的气温环境中缩小建筑间距,使前栋建筑成为遮阳物体而形成“凉巷”,是建筑自身构成的遮阳,不增加造价,对微气候条件改善意义重大。
(3)地貌遮阳。在山坡、突兀的丘峻建造房屋,自然地地貌可以形成一定遮阳。
8.3.3.4 减少能量需求——综合目的
尊重气候条件,使未来建筑避免一些外来因素而增加冷(热)负荷,尽量少地受自然的“不良”干扰,并通过设计、改造,以降低建筑对能量的需求:
(1)避免“霜洞”。由于冬季冷气流在凹形基地会形成冷空气沉积,建筑如布置在山谷、洼地、沟底等凹形地域,会产生“霜洞效应”。建筑底层或半地下室若需保持所需温度,所消耗的能量将会增加。
(2)避免辐射干扰。玻璃幕墙的阳光辐射之热,过多的光洁硬地使阳光反射加剧。
(3)避免不利风向。通过参考风玫瑰图,建筑选址时考虑封闭寒流主导风向,利用穿堂风,改善夏季热环境。
8.3.4 节能建筑单体设计
节能建筑的单体设计要求运用技术措施和设计方法,结合建筑设计的每一个环节,提供良好舒适条件、降低能耗、减少污染。节能建筑单体设计首先应选择有利于节能的形体,形体控制主要通过选取合适的形体系数。体形系数是指被围合的建筑物室内单位体积所需建筑围护结构的表面积。建筑节能要求用尽量小的建筑外表面,围合尽量大的内部空间,体形系数越小意味能量的流失途径越少。我国的建筑节能规范对体形系数提出了控制界线,居住建筑或类似建筑以此为依据。当F0/V0<0.35时,体型对节能有利;当F0/V0>0.35时则屋顶和外墙应加强保温,以便将建筑物耗热量指标控制在规定水平。
以下是为满足冬季采暖、夏季制凉、降温措施等方面的要求所采取的相应设计方法。
8.3.4.1 满足冬季采暖要求的设计
节能建筑的冬季采暖将首先运用阳光提供的热能,利用技术手段和设计方法将此热能引纳入室,并通过建筑措施保留、贮存这些热能、改善室内热环境。
(1)加大日照面积。尽量增加南向日照面积,缩小东、西和北的立面面积,可以争取较多的采热量,同时可使能量流失最小。要求在平面组合中,注意运用本原则,尤其复杂平面更应考虑增加“采热量”的意识。
(2)墙面平直。为了减少外墙长度,要求建筑避免不必要的凹凸,节能建筑以采集热量为目的,尤其注重建筑南侧墙面要平直,避免建筑自身阴影对建筑“采热”带来的影响。
(3)建筑的朝向正确。建筑朝向布局是采热的基础,保证房间有好的朝向,才能使墙体和窗发挥采热功能和作用。
(4)调整窗面积。窗是采热和散热的主要途径。应正确确定窗的面积,根据使用情况和立面要求,调整窗面积,加大向阳窗面积,减小北窗面积。(www.xing528.com)
(5)设置天窗。玻璃天窗是阳光进入的途径,应确定有利于冬季射入阳光的天窗位置,同时也要做好遮阳措施,防止天窗带来的过热因素。
8.3.4.2 满足夏季制凉要求的设计
节能建筑夏季制凉采用不消耗常规能源,通过对室外微气候的改造和组织,运用建筑设计的方法及与建筑密切相关的技术手段,创造凉爽的室内舒适环境。
(1)通风制凉。使建筑洞口正确地朝向当地夏季主导风向,并应通过窗扇形式的合理应用以利于将风引入室内。南方地区常要考虑“穿堂风”,已达到好的通风效果。
(2)昼夜温差制凉。夏季白天室外气温远高于室内气温,故采取隔绝空气流通和有效遮阳的办法。到了夜间按辐射传热原理,室外气温远低于室内气温,此时开窗,内外温差使室外的凉风自然吹入室内,起到制凉作用。
(3)遮阳。夏季,为了白天少受热,采取一定的遮阳措施,以减少墙体太阳辐射,达到降温目的。
(4)墙体色彩与质地。墙表面宜选用光洁,色彩淡雅的材料,以利反射太阳辐射,减少墙体吸热。
(5)蒸发散热。利用外墙或周围空间绿化,或者大面积水体的蒸发,达到降温的目的。
8.3.5 围护结构的节能构造设计
8.3.5.1 节能屋面的构造
由于混凝土屋面板的热容量非常大,在夏天,接受太阳辐射热后,便将热蓄积于内部,到了夜里,又把热释放出来,从而对人体进行热辐射,使人感到如似“烘烤”一般。为了防止这种“烘烤”现象,可以设法通风换气,使顶棚底部的空气温度下降至低于人体的体温,另外还要设法力求减少混凝土受太阳辐射后的蓄热量。即设屋顶保温隔热层。
目前常用的方法是采用外侧保温隔热屋面,如采用轻质高强、吸水率极低的挤塑型聚苯板,能保证建筑冬季采暖保温和夏季隔热制凉的要求,其构造如图8.1所示。
图8.1 保温屋面构造示意图
8.3.5.2 节能建筑墙体的构造
节能建筑要求围护结构有良好的保温隔热,轻质高强,经济合理的特性。传统的“秦砖汉瓦”不但耗能巨大,而且不能满足建筑工业化和建筑的可持续发展。推广应用的新型节能材料有:
加气混凝土砌块。用做多层建筑承重墙和填充墙,内隔墙等。它容重轻,保温好,强度高,易加工,施工简便。
混凝土空心砌块。利用工业废渣,具有节土,节能的特点。还可将苯板插入砌块的孔洞中提高保温性能。
粘土空心砖和多孔砖。是普通粘土砖的过渡替代品,抗腐蚀,耐久,且容重小,保温性能好,但防潮层以下墙体不能使用。
(1)外墙保温技术。目前,建筑中常使用的保温外墙主要有内保温外墙、外保温外墙、单一保温外墙、夹心保温外墙等,如图8.2所示。
图8.2 外墙保温示意图
(a)外墙内保温层示意;(b)外墙外保温层示意;(c)外墙中保温层示意
(2)外墙外保温的优点和构造。由于我国居住建筑以砖混结构或钢筋混凝土框架结构为主,结构厚重,热容量大,应首选外保温隔热。外保温外墙是将保温隔热体系置于外墙外侧。由于外保温是将保温隔热体系置于外墙外侧,它的优越性是十分明显的;它能避免建筑热桥,避免墙面冬季结露;可以保护主体结构,减少温度应力,增加结构寿命;比内保温增多建筑使用面积;在既有房屋节能改造时不致干扰原有住户生活;使建筑物更为美观等等。外墙外保温的基本构造如图8.3所示。
图8.3 墙体外保温构造示意图
(a)外墙外保温基本构造一;(b)外墙外保温基本构造二
8.3.5.3 节能建筑窗的构造
在保证各项使用功能前提下,既提高窗的保温节能性,又减少能源消耗常采用的方法:
(1)控制外墙面的开窗面积。据统计,通过窗流失的热量占建筑能耗的46%,因此控制窗墙比是个有效的节能手段。窗墙比是指窗洞口面积与房间立面单元面积(即房间层高与开间定位线围成的面积)的比值。确定窗墙比,是根据这一地区不同朝向墙面冬、夏日照情况、季风影响、室外空气温度,室内采光设计标准与建造能耗等因素综合确定的。窗户(包括阳台门亮子)面积不宜过大。不同朝向的窗墙比不应超过表8.2规定的数值。
表8.2 不同朝向的窗墙面积比
注 如窗墙比超过上表规定数值,则应调整外墙和屋顶等围护结构的传热系数,使建筑物耗热量指标达到规定的要求。
(2)提高窗的气密性,减少冷风渗透。加强窗缝的气密性以及选择具有良好热工性能的窗材料,将对窗的节能效果产生影响。完善的密封措施是保证窗的气密性、水密性、隔音性和隔热性达到一定性能的关键。目前国内常采用的是双级密封的方法。
《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》(GB7107-2002)中将窗的气密性能分为Ⅰ～Ⅴ五个等级,其中Ⅴ级最佳,常用窗户的气密性等级如表8.3所示。设计应采用气密性良好的窗户(包括阳台门),其气密性等级,在1～6层建筑中,不应低于现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》(GB7107-2002)规定的Ⅲ级水平;在7～30层建筑中,不应低于上述标准规定的Ⅱ级水平。在建筑物采用气密窗或窗户加设密封条的情况下,房间应设置可以调节的换气装置或其他可行的换气设施。
表8.3 目前常用窗户的气密性等级
(3)开窗的形式与节能。窗的几何形状与面积以及开启窗扇的方式对窗的保温节能性能有很大影响。在相近的开扇面积下开扇缝较短,则节能效果好。实践中可以:①在保证必要的换气次数前提下,尽量缩小开扇面积;②选用周边长度与面积比小的窗扇形式或接近正方形有利于节能;③镶嵌的玻璃面积尽可能充满镶框。
(4)减少窗的传热热耗。①提高窗框的保温性。选择导热系数较小的框料;采用导热系数较小的材料截断金属框扇形材的热桥,制成断桥式窗;利用框料内的空气腔室或利用空气层截断金属框扇的热桥。②减少窗玻璃的传热。利用双层窗或双层玻璃(内外表面的温度差接近10℃),在寒冷地区可设置三层窗;利用能反射红外线的玻璃或利用贴有能放射红外线的合成树脂薄膜的玻璃;利用以上两种复合形式。
玻璃贴有能反射红外线反射膜时,夏季能比普通玻璃吸收的热量少,但不利于冬季利用日照自然取暖。
8.3.5.4 节能建筑地面构造
当室内温度高于地下土壤温度时,热流便会由室内传入土壤中。
采暖期室外平均温度低于-0.5℃的地区,建筑物外墙在室外地坪以下的垂直墙面,以及周边直接接触土壤的地面均应采取保温措施。在室外地坪以下的垂直墙面,其传热系数不应超过国家标准《不同地区采暖居住建筑各部分维护结构的传热系数》中规定的周边地面传热系数限值。在外墙周边从外墙内侧算起2.0m范围内,地面的传热系数不应超过0.3W/(m2·K),否则应当作保温处理。例如在垂直墙面外侧加50～70mm厚,以及从外墙内侧算起2.0m范围内,地面下部加铺70mm厚聚苯乙烯泡沫塑料等具有一定抗压强度,吸湿性较小的保温层。
如果建筑有不采暖的全地下室,则地下室以上的底层地面应该全部作保温处理。保温层除了可放在底层地面结构面板与地面饰面层之间外,还可以考虑放在底层地面的结构面板(即地下室的顶板)之下。
有保温要求的室外内地面,可以在防潮层与地面饰面层之间加设保温附加层。
8.3.5.5 楼梯间内墙与构造缝节能措施
(1)楼梯间内墙保温节能措施。我国节能标准中规定:采暖居住建筑的楼梯间和外廊应设置门窗;在采暖期室外平均温度为-0.1～6.0℃的地区,楼梯间不采暖时,隔墙和门应采取保温措施;在-6.0℃以下地区,楼梯间应采暖,入口处应设置门斗等避风设施。
(2)构造缝部位节能措施。建筑中的构造缝,虽然所处部位的墙体不会直接面向室外寒冷空气,但这部分的墙体散热量相对很大,必须在其室内一侧进行保温处理。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
