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高层建筑形态对能耗的影响及策略

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:在不同的气候环境下,建筑的窗墙比对建筑能耗的影响程度不同。在夏热冬暖地区,窗墙比需要优先考虑其对建筑物通风、遮阳的影响。

高层建筑形态对能耗的影响及策略

太阳辐射对建筑内热环境的影响主要途径是通过外围护表皮。建筑围护表皮是建筑与外界环境的接触面,是建筑室内与外界环境进行热交换的媒介,主要包括墙体(实体墙、玻璃幕墙等)、窗口、屋顶等。虽然,冬季,太阳辐射有利于提高室内温度,减小供暖负荷。但从遮阳的角度看,以主要针对的夏季太阳辐射使室内温度显著升高,增大空调冷负荷的能耗。

在同样的太阳辐射入射条件下,不同类型的围护表皮对太阳辐射的反射、吸收与透过量有所不同,使得最终传入室内的太阳辐射量存在很大差别(如普通单层玻璃窗对太阳辐射的透过率约为80%,而单层反射玻璃只有20%)。因此建筑空调能耗在很大程度上与建筑围护表皮形式有关,改进建筑围护表皮形式及构造以改善建筑热性能,是建筑节能的重要途径。因此,应对墙体热工性能、窗墙比、玻璃类型(幕墙、开窗)做仔细分析,权衡各因素对建筑能耗的影响程度,以实现建筑能耗最大程度的降低。

1. 墙体

墙体作为建筑外围护结构的主体,其所用材料及构造的热工性能直接影响建筑的能耗。高层建筑外墙通常采用幕墙做法,幕墙有透明幕墙和非透明幕墙,透明幕墙如玻璃幕墙,非透明幕墙有金属板材石材幕墙等。高层建筑幕墙设计与一般的建筑墙体设计相比有其特殊性,首先高层建筑的通风是随着高度的增加建筑上部风速和风压也就越来越大,这种情况下建筑的开窗可能形成紊流,且加速了建筑与外环境的热交换,不利于建筑能量保存;高层建筑的墙面基本不受周边建筑物遮阳,所以照射到建筑表面上的太阳辐射强度高。此外,建筑外部气候是由多重对立的要素综合决定的,如遮阳与采光、采暖与制冷,通风与防风等相互矛盾,因此, 理想的高层建筑外墙应该是对外部气候“疏”和“堵”的辩证统一。

2. 窗墙比(www.xing528.com)

建筑的窗口是室内外环境交流的通道,冷热交换更直接,所以窗墙比对建筑能耗的影响也就更直接。在不同的气候环境下,建筑的窗墙比对建筑能耗的影响程度不同。例如,通过对夏热冬冷地区的建筑单体的窗墙比对能耗的影响研究,在夏季,空调冷负荷随窗墙比的增大而增加;在冬季,各朝向的采暖热负荷随窗墙比的增大而增加。南向的窗口能耗最低,东西向窗口的能耗高;在同朝向,一定窗墙比范围内耗电量基本不变[1]。在夏热冬暖地区,窗墙比需要优先考虑其对建筑物通风、遮阳的影响。

3. 玻璃性能

现代高层建筑对玻璃的运用一方面是用于开窗,更多的则是用于玻璃幕墙。而玻璃的热工性能直接影响太阳辐射的透过、吸收和反射,一般情况下,太阳照射到普通玻璃表面,7.3%的热能被反射,对建筑室内没有影响,79%透过玻璃进入室内,成为室内的热量,还有13.7%被玻璃吸收,促使玻璃温度升高,被吸收的热量中,又有4.9%传至室内。因此,玻璃的反射率越高,透过率和吸收率越低对太阳能得热就越少。为了减少透过玻璃的太阳辐射,应选择低透过率的玻璃材料,因此,镀膜玻璃的节能设计中得到广泛的运用。

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