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【關鍵詞】:高層建筑;圍護結構;節能;
復合墻體節能是我國的國策,建筑節能是節能中的重中之重,應該列為我國建設工作中的重要位置。建筑能論文耗在我國整個能耗中的地位也越來越重要。1996年中國建筑年消耗3·3億噸標準煤,占能源消耗總量的24%,到2001年已達到3·76億噸,占總量消耗的27·6%,年增長比例千分之五;隨著建筑業的高速發展和人民生活質量的改善,建筑能耗占全社會總能耗的比例還會繼續增長。據有關數據顯示,我國當前的房屋建設規模堪稱世界第一。目前全國房屋數量有400億m2左右,房屋建筑規模看來已超過所有發達國家,僅去年一年房屋竣工面積是19·7億m2,這幾年差不多都是接近這個數字。而據預測,到2010年,我國房屋總建筑面積將達到519億m2,其中城市171億m2。然而,截至到去年,我國節能建筑的總面積還只有2·3億m2,在每年近20億m2的竣工面積當中,只有五六千萬平方米是節能建筑,只占3%左右,也就是說有97%屬于高耗能建筑。我國的高層建筑有近七十年的歷史,然而城市中任何建筑都是城市設計、規劃的一部分,城市設計是一項十分復雜的工作,我國在這方面的經驗不多,而且管理機制尚不健全,往往受一些因素的影響,工作不甚周密和協調,甚至失去控制,有許多的問題等待我們去解決,有待于探索和改進,所以說,今天的高層建筑設計仍處在一個不太成熟的階段。
高層建筑體形龐大,如容積率過高,相鄰建筑互相遮擋、不通透,形成大面積陰影區,城市人居環境質量下降,市中心人口膨脹、交通擁擠。除此之外,近些年在某些城市建高層建筑已成風氣,設計者往往貪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生態環境的保護、建筑設計節能意識淡薄,造成高能耗、低效益,影響常年使用,浪費巨大。
建筑節能包含兩部分內容,一部分是加強圍護結構的保溫隔熱能力,另一部分就是從供暖、供冷的熱源、輸送渠道及實現方式來節約能源。一般的房子里,30%的熱量從窗戶跑掉了。如果選用雙層玻璃,中間再充上惰性氣體,就可在一定程度上阻斷熱量散發。35%熱量從墻體散發,如采用隔熱材料,增加保溫層,節能效果就很明顯。智能化建筑首先要達到節能的標準和良好的居住舒適度,其次才是家具的智能化和安全保衛的智能化。實際上,智能化建筑不一定就是豪華的,但它必須是低能耗的。美國有些智能化建筑造價比普通建筑還低15%,因為它們追求合理的結構,講究實用功能和外觀的簡潔,利用了可回收材料,而不追求豪華裝飾。還可以充分利用地熱泵技術,如冰島等國家,建筑房子時先在地上打兩個洞,通過電泵將地下水循環起來,為整座房子供熱。惟一耗能的就是電泵。而在丹麥等國,由于地處海邊,太陽能和風能的利用條件得天獨厚,使用熱泵技術時結合風能與太陽能,用風能與太陽能來帶動電泵就可以做到“零能耗”。所以建筑節能不僅是建筑本身的節能,且由城市的綜合環境、氣候條件、總體布局;建筑物的形體變化、朝向;護結構保溫、隔熱的性能;門窗質量等許多綜合性因素構成,因此,高層建筑的節能首先應為設計者重視。
1優化建筑位置及朝向設計高層建筑的定位首先應考慮對城市環境的影響容積率過高很難滿足日照要求,陽光有著巨大輻射能量。據有關資料分析,地球每年接收的能量有60億億千瓦,這么大能量棄之可惜,從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器,陽光不僅對人的身體健康有著很大影響,對建筑的節能也有著十分重要意義。城市規劃應注重應用日照原理,合理的確定建筑位置與朝向,使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能,因此,建筑的方位與節能有著直接關系。如,在北緯40°~45°度地區,冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍,而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2·5倍,不同朝向,不同季節,建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同,熱損失也不同,尤其是在冬至前后,由于太陽高度角低,房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應考慮環境情況,按其太陽高度角做出日影響圖,以確定冬季每天的日照時間,建筑南向開窗面積盡可能大些,在滿足采光條件下,北向、東向窗盡可能小些,從而獲得更多的太陽光線,減少熱損失,保持室內舒適的溫度環境。
2優化圍護結構墻體設計(1)外墻是圍護結構的主體部分,高層建筑的圍護結構不同于磚石結構房屋,前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重,因此,圍護結構屬于填充材料,為了減輕荷載,達到保溫、隔熱要求,采用輕質高效保溫材料,目前在寒冷地區常用的墻體做法有:頁巖陶粒混凝土空心砌塊;粘土空心磚與實心磚復合墻體;粘土實心磚或空心磚巖棉夾心復合墻體等。但存在問題較多,節能的效果仍達不到標準的要求。圍護結構的材料布置分外側和內側,在寒冷地區的同一氣候條件下,由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同,為防止墻體內產生冷凝水,保溫層設在外側更為妥些。
(2)高層建筑的圍護墻體不宜采用外側保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂板、PG板),巖棉板等輕質保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年,多則上百年,材料的應用與建筑整體的壽命應同步。對于輕質的外保溫復合墻體,筆者認為存在以下不足之處:1)抗震能力差,易松散,與結構構件結合不好,整體性能差。2)不能承受外部裝修貼、掛荷載,如:貼石材,安裝裝飾構件等。3)不能承受有振動的鑿、刨的裝修,如:剁斧石面層、予留洞、槽易出現冷橋。4)墻表面易出現裂紋。除此之外,復合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入,墻體內容易造成冷橋,是保溫、隔熱的薄弱環節。據測定,高層建筑所出現的冷橋約占整個熱損失的5%~13%,因此應引起設計者重視,采取有效構造措施盡可能避免產生冷橋。(3)國外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護結構保溫,歐、美各國取得不少先進經驗。如:美國研制的TB型保溫隔熱復合砌塊;波蘭的咬合式保溫砌塊,兩塊組合成320厚墻體,在空心砌塊內填入高效保溫材料,墻體傳熱系數K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬蘭研制的一種空心砌塊,空隙之間填入聚胺脂保溫材料,300厚,傳熱系數K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些歐美國家50%左右的建筑已應用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好,又具有一定強度,避免了輕質復合材料墻體的一些弊端。
3影響建筑節能的其他因素(1)高層建筑護墻體耗能量較大,占整個建筑耗能的25%左右。建筑的形體變化是建筑外露面積的主要因素之一,體形系數越大耗能越多,國外的一些高層建筑造成圓塔形,比如美國洛杉磯的好運飯店、法國戴高樂機場候機樓、紐約第三大街53號辦公樓都是圓型或橢圓形,我們知道,相同的面積,圓的周長最短,這樣使建筑外露面積較小。因此,基于能量損耗的考慮,高層建筑的形體變化不宜過多、復雜。(2)高層建筑的“風環境”是影響建筑耗能因素之一。在冬季,風力對建筑的熱損失很大,增大冷空氣的滲透量,使室內熱損失加大。由于建筑某些部位處理不當,墻體內部易產生冷凝水。因此,建筑保溫材料的選用,建筑構造的合理性應建立在科學、可靠的基礎上。3·6恢復補償功能將試件放入水中養護14天測其膨脹率,然后放空氣中任其干燥28天。失水后的試件產生微量干縮,重新放入水中后試件恢復失去的膨脹和自應力值,經試驗,第一天恢復20%~30%;第3天恢復40%~50%,14天基本全部恢復。3·7微小裂縫自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墻板由于某種原因出現微小裂縫,膨脹纖維防水劑中部分成分的AI3+和SO42-在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成針柱狀鈣礬石晶體。當重新接觸水后繼續增長,經過一段時間會發生物理和化學的結合,晶體大量填充縫隙,使裂縫愈合。
建筑在我國分為工業建筑和民用建筑。工業建筑本身能耗不大,所以國家還未對工業建筑作節能方面的要求。民用建筑又分為兩大類:居住建筑和公共建筑.在各專家編寫規范之前的社會調查階段中由電業總局與燃氣公司提供的數據顯示:就目前中國居民的消費水平和消費習慣而言,居住建筑能耗與公共建筑或國外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡節能設計,目的是提高人們生活的舒適性。而公共建筑提倡節能設計才是建立集約型社會的關鍵環節。公共建筑分為以下幾類:辦公建筑(寫字樓、政府部門辦公樓),商業建筑(商場、金融建筑),旅游建筑(旅館、娛樂場所),科教文衛建筑(文化、教育、科研、醫療、衛生、體育),通信建筑(郵電、通訊、廣播)以及交通運輸(機場、車站等)。有數據顯示:就政府部門辦公樓每年所消耗能量相當于全國八億農民全年全部的能耗:辦公室里夏天穿毛衣御寒、冬天襯衣短袖解署、白天亮燈辦公、熱水機飲水機下班后沒人關。現在全球范圍內已開始能源緊張,尤以中國較為嚴重,隨著中國經濟的高速發展,對能源的使用和節約就更加迫切了。
其實建筑節能并不是一個新的課題,而是建筑基礎學科—建筑熱工學的一個部分,我國也早在1993年頒布了相應的規范《民用建筑熱工設計規范》,1996年頒布了《民用建筑節能設計標注(采暖居住建筑部分)》,2001年頒布了《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》,這些規范的頒布,也反應了我國建筑節能的發展軌跡:由北向南,由居住建筑到公共建筑。但由于種種原因,這些規范的條款未列入國家強制性條文范圍內,各地也未政府令加以強調,所以執行力度也未達到應有的效果。但2005年7月1日頒布實施的《公共建筑節能設計標準》中有許多條款被列入國家的強制性條文內,相應的各地政府了具有地方法律效力的法令,上海市在2005年6月13日的政府令第50號:《上海市建筑節能管理辦法》強制規定:自2005年7月15日起新建住宅與政府投資的公共建筑必須進行節能設計。《辦法》的第九條與第十條分別對設計單位與圖紙審查機構提出具體的要求。所以,對于建筑設計單位,建筑的節能設計已經進入了一個全新的時期!
以下著重介紹《公共建筑節能設計標準》對有關建筑部分的要求。《標準》比剛才提到以往的有關規范要嚴格些,按照本標準設計,與未采取節能措施前相比,全年能耗應減少50%。《標準》的章節不多,共7頁17條,但簡明扼要,省去了復雜的熱工公式,歸納總結出來幾點要點,強調了規范的實用性。涉及到的基礎知識及術語結合規范本身展開敘述:
一,熱工設計的分區:按照我國的氣候條件,劃分為五個分區:嚴寒地區,寒冷地區,夏熱冬冷地區,夏熱冬暖地區以及溫和地區。
熱工分區的基本規律是:嚴寒地區和寒冷地區基本是我國的三北地區:東北,華北,西北。這些地區的地域遼闊,面積大,建筑節能設計起步也比較早,經驗相對來說比較豐富,主要考慮的是冬季保溫。夏熱冬冷地區大體上是長江中下游地區,如:成都、武漢、南京、上海等,這些地區的建筑的節能設計由于歷史原因起步較晚,面積雖然不是最大,但人口密度高,也是我國經濟最發達地區,可以說這一地區的節能潛力最大,效果也會最明顯。設計考慮的是冬季保溫與夏季防熱兼顧。夏熱冬暖地區大體上是華南地區:福州、廣州、南寧、臺北等。這些地區的建筑設計主要考慮的是夏季防熱。溫和地區,冬暖夏涼,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考慮夏季防熱,部分地區注意冬季保溫。《公共建筑節能設計標準》在這五個分區的基礎上根據公共建筑節能的設計特點作了些調整:把嚴寒地區細分為嚴寒A區與嚴寒B區,而溫和地區不強制執行節能設計標準。
二,體形系數:即建筑的外表面積與體積之間的比值.體形系數越小就越有利于節能,減少外表面與室外空氣的接觸,就能減少散熱。與以往的規范不同,新的《標準》中弱化了體形系數的概念,只在4.1.2條規定嚴寒地區與寒冷地區對體形系數的限制是≤0.4,其他地區該系數對建筑的節能體現不明顯,所以不作限定。
三,熱傳導系數:這個概念是本標準的核心名詞.所有的圍護結構:門、窗、外墻、屋頂以及地面都圍繞這個概念展開的。圖紙審查或政府檢查部門的抽查也是這個數據。她的名詞解釋為:圍護結構兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m2.k。簡單的說便是熱量在某種材料里傳遞的速度,速度越小,那么這種材料的隔熱性能也就越好。怎樣求得這個數據呢?傳熱系數K0=1/R0。
R0,傳熱阻:R0=Ri+∑R+Re單位:m2/K.W
Ri與Re分別是材料內外表面的換熱阻。他們是固定數據,可由表差得:0.11m2/K.W0.04m2/K.W。
∑R是各層材料的熱阻之和。某單層材料的熱阻R=δ/λ,δ為該材料的厚度,單位是m,λ為該材料的導熱系數,單位是W/m.K。λ為此公式求值過程中的關鍵數據,也是每種材料的固有的屬性。她的名詞解釋為:1m厚的物體,兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m.k。通常把導熱系數λ小于0.3W/m.K并能用于絕熱工程的材料,叫做絕熱材料。導熱系數是絕熱材料的最重要最基本的熱物理指標。例如:普通混凝土λ=1.74W/m.K,鋼筋混凝土λ=1.51W/m.K,多孔磚λ=0.58W/m.K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m.K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m.K,(這種材料在全球范圍內尤其在歐美等發達國家作為建筑絕熱工程中最普遍使用的材料),而鑄鐵λ=49.9W/m.K。實際的工程應用中,卡特比勒辦公樓的外墻部分設計采用聚異氰脲酸酯(PIR),這種更新型的材料λ=0.020W/m.K,屬絕熱材料。這便是維護結構的傳熱系數K值的求解過程。
下面結合《公共建筑節能設計標準》對上海地區的各部分圍護結的隔熱要求構逐一探討:
1.屋面:K≤0.70W/m2.k
我們的習慣做法一般可以滿足這個要求。例如:120厚現澆混凝土樓板+20厚水泥砂漿找平層+泡沫混凝土找坡層最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m.K擠塑板(XPS)+防水層+20厚水泥砂漿保護層,這樣的做法就可以達到K≤0.60W/m2.k。須注意關鍵的保溫層一般應選用40厚擠塑板,若選用聚苯板,厚度應增加至60。
2.外墻:K≤1.0W/m2.k
不作外墻保溫的習慣做法是絕對達不到這個新規范要求的。例如:20厚水泥砂漿+240厚多孔磚+20厚水泥砂漿的無外墻外保溫的傳統構造傳熱系數K=1.66W/m2.k,即便在前段時間簡易的外墻保溫做法-保溫砂漿,也達不到規范的新要求。經計算得知:在墻體與外墻砂漿之間增加20厚的λ=0.03W/m.K擠塑板,這樣的構造使得外墻整體的傳熱系數K=0.86W/m2.k<1.0W/m2.k。這叫做外墻外保溫技術,是業界內公認的一種效果很好的做法。他的優點是技術成熟,產品壽命較長,也可使外墻的主要部分受到保護,大大降低溫度應力的起伏,提高結構的耐久性。但他的缺點是在高層建筑中有安全隱患,外墻面磚的做法受到限制。外墻內保溫的做法不能很好的解決建筑熱橋的問題,同時房間內部使用和改造都受到很大的限制,所以現在工程上已很少用這種做法了。還有一種做法叫做中間保溫,做兩層墻,中間夾保溫材料,這種做法效果好,是建筑保溫的發展趨勢,國外的工程中這種做法早已普及,在我國的發展受到限制主要是因為一造價高,二構造做法與現行的做法差別太大,影響面廣,難以一時普及。
3.外窗部分
由于外窗在建筑中變化豐富,窗框材料、玻璃品種,有無遮陽等都會嚴重影響建筑熱工性能,所以,規范在這部分的規定并沒有一刀切。根據窗墻比系數的不同,對窗體的要求分成不同的幾類。所謂窗墻比,并非窗和墻的面積的比值,而是窗與其所在墻體的面積之比。規范在保證外窗自然采光的范圍內鼓勵窗的面積越小越好,即窗墻比越小越好。因為就現在已知能做到的最好的窗:雙玻中空雙腔充惰性氣體40厚,鋁合金斷熱型材,這種窗體構造的傳熱系數K=1.5W/m2.k,而普通的單玻鋁合金窗的傳熱系數K=6.4W/m2.k,是墻的6倍。據統計,通過窗流失的熱量占建筑能耗的46%,因此控制窗墻比是個有效的節能手段。《標準》中強制規定“建筑每個朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應大于0.7”,此規定一出,必將會極大的影響建筑外觀,金茂大廈或者東方藝術中心等全玻璃的建筑勢必會大大的減少。夏熱冬冷地區(上海)是這樣詳細規定的:當窗墻比≤0.2時,窗的傳熱系數K≤4.7W/m2.k。在實際工程的應用中,塑鋼單玻窗或鋁合金雙玻窗可以滿足要求,但鋼鋁單玻窗不滿足要求。由此可見,在任何情況下,普通鋁合金單玻窗是達不到要求的,必將會面臨被淘汰的境地;當窗墻比在0.2和0.3之間時,窗的K≤3.5W/m2.k。雙玻鋁合金中空(16厚空氣層)的傳熱系數K=3.6W/m2.k,同樣不滿足要求,若改為斷熱橋的鋁合金型材便滿足。當窗墻比在0.3和0.4之間,窗的傳熱系數K≤3.0W/m2.k。斷熱橋鋁合金中空玻璃可以滿足要求。當窗墻比在0.4至0.5之間,窗的K≤2.8W/m2.k。當窗墻比在0.5至0.7之間,窗的K≤2.5W/m2.k,一般情況下中空充惰性氣體玻璃鍍膜斷熱橋鋁合金的窗體構造可滿足要求。
1.1優化建筑屋面設計
屋頂是建筑物護結構中發揮室內外溫差傳熱的重要部分。只有提高屋面的保溫隔熱性能,才能提高抵抗夏季室外的外熱作用的能力。建筑節能屋面主要包括:倒置式屋面、屋面綠化、蓄水屋面和色坡屋面。其中,倒置式屋面是將傳統屋面構造中的保溫層和防水層顛倒,保溫層放在隔水層的上面。屋面綠化可以大幅度地降低建筑物的能量消耗,減少溫室氣體的排放,增加城市的綠地面積,改善城市的“熱島效應”。蓄水層面的主要功能是利用水蒸發吸熱的特點,消耗水層中的熱量,從而降低屋面的傳熱量和屋面溫度。色坡屋面是目前最常用的一種屋面。因為現在大多數的建筑物都采用平屋頂,在太陽輻射最強的正午,太陽光線對于坡面是斜射的,但是在平屋頂上是直射的,采用非金屬淡色坡面反射太陽光達到了65%,這樣可以節約25%的能源消耗。
1.2優化護圍結構墻體設計
高層建筑的護墻體耗能量較大,占整個建筑物的25%,建筑物的體型變化和耗能成正比,體型越大,耗能越多。因此在國外,一般圓塔形的建筑物比較多,比如美國洛杉磯的好運飯店,法國戴高樂機場的候機樓。因為在面積同樣的情況下,圓的周長最短,這樣就減少了建筑物外露的面積。因此,高層建筑物的體型變化應該簡單。首先,外墻是高層建筑的圍護結構中最重要的部分,圍護結構采用的是填充材料。其次,為了減輕建筑物的壓力,提高保溫效能和隔熱效果,采用輕質高效的保溫材料。最后,圍護結構的材料分別放在內側和外側,因此在氣溫比較低的地區,應該把保溫層設置在外側,可以減少墻體內產生的冷凝水。
1.3優化門窗節能設計
外門窗是住宅區散熱性能最差的部位,其耗能占到總耗能的70%,在其中傳熱損失為30%,冷風滲透為30%。所以在保證室內通風,溫暖和美觀的前提下,應該減少住宅區的外門窗洞口的面積,保證外門窗的封閉性,有效防止冷風的滲透,只有這樣,才能提高外門窗的保溫效果。應該從以下幾個方面減少外門窗的傳熱量:(1)把住宅的窗墻比例控制在一個合理的范圍內。住宅的窗墻比是窗戶洞口面積與房間立面單元面積(即建筑層高與開間定位線圍成的面積)之比。(2)保證住宅區外窗的封閉性,減少冷空氣的滲透。可以使用泡沫塑料密封條進行密封,也可以采用質量較好、密封性能很好的門窗材料。在門框和墻體之間的縫隙間,采用彈性的松軟型材料、彈性密封的材料,比如密封膏。在門框和窗扇之間的密封,可以采用橡膠和泡沫密封條,回風槽等。采用各種彈性的壓條完成扇和玻璃之間的密封。
(3)提高住宅區門窗的保溫性能。在戶門和陽臺門的設計上,應該考慮到防火和防盜的要求,在門里填充填充聚苯乙烯板或巖棉板等絕熱性能比較好的材料,最好選用鋼塑復合窗和塑料窗,這樣可以避免金屬窗產生的冷橋,也可以采用雙玻璃和三玻璃。中空玻璃、鍍膜玻璃、低輻射的玻璃都可以有效提高門窗的封閉性。
1.4優化太陽能與建筑物一體化
隨著城市經濟建設的加快和人們生活水平的提高,城市花園住宅成了居民共同的追求,為了應對嚴重的能源危機和環境污染,需要大力開發和利用清潔能源,而太陽能就是最好的清潔能源,促進太陽能產品在城市花園住宅區的應用不僅可以實現住宅建筑節能設計的目標,也可以促進未來住宅全部太陽能化。隨著太陽能在現代建筑中應用越來越廣泛,消費者不僅要求太陽能的節能性,還要求建筑物的美觀。太陽能與建筑一體化就是將太陽能設施和建筑物結合起來,利用太陽能集熱器,突破傳統的屋頂覆蓋層的屋頂保溫層,不僅可以達到屋頂建筑的簡單美觀,還可以減低建筑施工的成本。
2.結束語
1.建筑物在設計過程中出現能源浪費問題的原因
(1)因建筑物總體布局不合理而造成
建筑設計方案中貫徹節能設計思想受節地要求的影響,在建筑物總體布局上,一味地追求建筑面積的最大化,使得建筑布局往往會或多或少的忽略建筑物的自然采光與通風,這在一定程度上造成了能源的嚴重浪費,為了節地而降低了建筑的適用性,并不是建筑節能設計思想所提倡的。
(2)因建筑物單體布局不合理而造成
在建筑單體的設計中,需滿足建筑物的適用性和美觀性原則,二者的關系需要很好的平衡。部分設計師一味地追求建筑的新穎性和獨特性,將建筑物單體的平面布局設計得過于曲折,造成建筑體形系數過大,建筑能耗過高,不利于建筑物的節能。
2.建筑設計方案中貫徹節能設計思想的作用
(1)能有效地利用可再生的能源資源
人類社會的發展,應尊重自然、順應自然、學會與自然和諧相處。建筑物的節能設計,將節約利用資源的觀念貫徹于建筑物設計與建造的始終。比如在節能設計觀念的指導下,設計師在考慮建筑物總體布局上,會充分利用自然采光及自然通風,這在一定程度上既節約了能耗,又提高了建筑的適用性。又如在節能設計觀念的指導下,設計師在設計建筑物單體時,會充分地考慮建筑物的造型與功能之間的關系,通過充分利用自然的采光及通風條件,不僅在一定程度上能節約利用電能和減少空調設備的支出,更能有效地防止傳染性疾病的發生。此外,在節能設計觀念的指導下,設計師在建筑物景觀設計中,可以充分利用原有的自然環境,盡可能在不破壞周邊環境的同時,達到建筑與環境的協調統一。
(2)能滿足人民生產和生活的需要
建筑物在建造的過程中,其建設的主體有三類,第一類為設計方,第二類為施工方,第三類為承建方。設計方負責建筑物設計方案的設計,施工方負責根據設計方的圖紙進行施工,建設方是建筑物的所有者,其主要為建筑物的建造提供資金。基于此,建設方在選擇設計方案時,會衡量投資與回報的關系,利用最少的投資獲取最大的回報。建筑物的節能設計無疑備受建設方的親睞。消費者在購買房屋時,會綜合考慮建筑物各方面的因素,如建筑物周圍的配套設施,建筑物設計的質量,等等,節能環保的設計不僅能為消費者提供舒適的生活環境,更能節約建筑物在使用過程中的能源資源,極受消費者的歡迎。
二、建筑設計方案中貫徹節能設計思想的方法與措施
貫徹建筑物的節能設計思想,是設計師的基本職業素質,設計師應充分發揮主觀能動性,考慮建筑物、自然環境和人工環境三者之間的關系。據統計,自然環境對建筑物的節能設計的質量起到70%的影響。因此,在建筑方案的設計過程中,應充分貫徹節能設計的思想。以下是對如何貫徹節能設計思想方法和措施討論。
1.將自然元素充分引入到建筑物的設計方案中
與建筑物的設計有關的自然元素有土地、降水、光照和通風情況等等。建筑師在設計建筑方案的過程中,應以節能理念為宗旨,進行能源資源的優化配置。
(1)將自然采光引進到建筑物的設計方案中建筑師在設計建筑物的過程中應根據消費者的需求,貫徹節能設計的理念。將自然采光引進到建筑物的設計方案是設計師進行節能設計的首要選擇。在運用自然光貫徹節能設計理念時,設計師需要對建筑物所在地的自然環境和人文環境進行綜合的考量。我國處于地球的北半球,太陽東升西落,根據這個實際情況,將自然采光設計貫徹到建筑物的設計中時,應將建筑物的朝向設計為南方、東南方或西南方;具體的角度位置關系,要綜合考慮到周邊街道、周邊建筑關系等因素。在顧及建筑物美觀的同時達到了利用自然光調和房間整體效果的節能環保目的,在一定程度上改善了人們的生活質量。
(2)將自然通風引進到建筑物的設計方案中將自然通風引進到建筑物的設計方案中是貫徹節能設計思想的有效途徑。貫徹節能設計思想,需要做好以下幾個方面的工作:
1)設計之初,做好資料的收集工作。根據建筑物所處的人工環境和自然環境的特點,收集歷年來該地最高溫和最低溫的差值,風向、風速和風力的大小以及降水量等情況。
2)在具體的設計過程中,應明確自然通風設計對建筑物節能設計的作用:在自然通風的情況下,空氣的流通速度增強,室內空氣與室外空氣相交換的頻率增加,在人群密集的場所,空氣的流通可以有效地防止各類呼吸道疾病的滋生與傳播,為人民的身體健康和生命安全保駕護航;自然通風可以減少空調和機械通風設備的使用頻率,降低能源的消耗,達到節能減排的目的。
(3)將自然景觀引入到建筑物的節能設計方案中將自然景觀引入到建筑物的節能設計中,在減少對自然破壞的同時,提高了建筑本身的適應性與協調性。設計師在設計建筑物的人文景觀和自然景觀時應盡可能地引進周邊整體環境,在順應自然界和人類社會發展規律的過程中貫徹節能設計思想。
2.從建筑物本身貫徹節能設計思想
從建筑物本身貫徹節能設計思想需要考慮以下幾個方面的內容:
(1)將節能設計的理念貫徹到建筑物的總體布局設計中。建筑物的總體布局關系到整個建筑物的功能。在建筑物的總體布局設計中,應對土地資源進行合理的使用,這既是國家關于提高土地使用率的規范,也是建筑物節能設計的重要方面。在進行建筑物的節能設計時,還應提高原材料的使用率,爭取利用最小的資源消耗,建設滿足市場需求的建筑物;為貫徹節能設計的理念,設計師在設計建筑物的過程中,還應對建筑物周邊的情況有所了解,如周邊的交通配套設施、周邊行政區域的劃分,等等,盡可能地滿足人們生產和生活的需要。
(2)將節能設計的理念貫徹到建筑物的體形設計和管理設計中。實現這兩個方面的節能設計,需要設計師將自然元素和人工元素結合起來,充分發揮自身的主觀能動性,貫徹建筑物的節能設計思想。
三、結語
1.1環境影響因素環境影響因素主要指日照、降雨以及空氣流通三個。日照對住戶的舒適度有很大的影響,過度的陽光暴曬以及過度缺乏陽光會導致房屋溫度過高和過低。而且我國處于疾風氣候,由南向北,大陸性特點對季風氣候的影響更強,夏季高溫干燥和冬季低寒冷的情況更為明顯。一旦光照不足或者光照過于強烈,造成室內溫度引起人體不適,則需要大量采用認為氣溫調節方式,如空調和風扇。而大量使用家電降溫也必然消耗更多的電能。而降雨對節能的影響主要表現在水資源的利用率。水資源是人們生產和生活中的必備資源,如何提高雨水資源的利用率,更好的服務于人們的日常生活是每個房屋建筑設計重視的問題。空氣流通主要通過影響溫度方式影響能源消耗,不同的建筑設計方式會造成空氣流通性能不同,例如高度相似的建筑物兩列建于街道兩旁會形成風漏現象,使風速提高,加速建筑熱損耗。
1.2節能工藝節能材料包括隔熱和蓄能材料兩種。隔熱是通過某種方式降低物體表面熱轉移系數和固體導熱系數,而隔熱材料則是指表面熱轉移和固體導熱系數低的材料[2]。通過運用隔熱材料可以降低室內外熱量傳遞,以達到保溫和隔熱的效果,將室內環境控制在適宜居住的溫度。減少各種空氣調節設備的使用,從而降低能源消耗。蓄熱材料是指延緩日照對室內溫度的影響,降低室內溫度因較大室外溫差而出現較大的溫差,降低溫度損耗,節省能源。
2房屋建筑節能設計應用分析
2.1遮陽系統設計遮陽系統設計是房屋建筑布局設計中的主要內容之一。遮陽構件的類型多樣,不同部位的遮陽設計也具有很強的針對性。常見的遮陽類型有水平式、垂直式和綜合式三種。水平式設計具有較大的遮擋高度角,可遮擋從門窗上方照射下來的陽光,因此水平式遮陽構件適用于南向門窗。垂直式遮陽構件的遮擋高度角低于水平式,但是垂直式可遮擋來自門窗兩側斜射而來的陽光,因而垂直式適用于東北和西南方向的門窗。綜合室的綜合遮陽效果較好,可以遮擋來自上下和側面照射的陽光,多應用于東南和西南方向的門窗。遮陽系統設計需要設計人員根據房屋所處的地形地貌條件、已有房屋布局、氣候條件等多個因素綜合考慮,達到較好的遮陽效果[3]。以南方地區為例,南方地區緯度較低,季風性氣候更加明顯。季風性氣候具有夏天濕熱、冬季陰冷的特點。夏天氣溫高,日常時間長,夜間靜風率高,晝夜溫差小;冬季天氣陰沉,雨水天氣多,降水量少,日照時間短。根據南方的特點,南方房屋建筑的這樣系統不僅需要在夏季發揮遮陽的效果,而且在冬季不僅不能遮陽,還要發揮保溫作用。最后,房屋的遮陽系統設計還需要堅持平面布局原則。即房屋設計不能采用東西方向設計,避免房屋在夏季長時間受太陽直射導致室內溫度身高。而且房屋遮陽系統設計還需要根據已有房屋布局進行合理規劃設計,充分利用現有房屋建筑的帶來的遮陽效果,減少額外增加遮陽構件,降低房屋建筑工程的成本。
2.2外墻保溫設計我國房屋結構熱損耗較大是我國房屋建筑節能設計存在主要問題之一,而外墻又是房屋建筑的主要部分,因而做好外墻的保溫設計對提升整個房屋建筑的節能性能有重要的作用。傳統外墻保溫設計方式多使用保溫隔熱性能好的外墻體建筑材料。而且房屋建筑外墻保溫設計可以應用于已有房屋建筑,而且可以不改變原有建筑的基本形式。保溫涂料和輕型保溫板是常用的外墻保溫材料,但是隨著技術大發展,更加高效的絕熱材料以及更加完善的隔熱施工技術也在不斷推廣。如聚氨酯保溫材料及其施工技術,經過大量的施工實踐證明,聚氨酯保溫材料的保節能性能高于65%,其保溫性能高于傳統保溫體系[4]。對于部分對外形有重點要求的房屋建筑,可采用保溫材料以及保溫施工技術相結合的方式,通過對原有外墻體結構的保溫加固處理,再采用各種外墻保溫材料輔助保溫,并配合相應的保溫門窗,從整體上提升建筑的外墻保溫效果。
3結語
關鍵詞:抗震設計 ;基于性能 ;地震設防水準 ;設計方法 ;位移影響系數法 ;能力譜法 ;直接位移設計法
中圖分類號:TU973+.31文獻標識碼: A 文章編號:
一、基于性能的抗震設計的產生
20世紀初期,日本的森房吉教授(1868—1923)在對當時的地震災害和理論認識進行研究之后,提出了最早的結構抗震設計方法。在之后的一百年間,隨著科學技術的不斷發展,人們對地震的反映特征和發展特征的研究和把握不斷深入,結構抗震設計理論及方法也在不斷進步當中。
目前 “大震不倒,中震可修,小震不壞”,作為抗震結構設計指導思想被國際普遍認可。至此,抗震結構設計可以說已經取得了顯著的進步,此類建筑在地震中也表現出較好的抗震性能。但是,目前的三個水準的設計理念主要是以保護人類生命安全為目的,對于地震造成的其他破壞不能很好地進行控制。尤其是現代社會的高速發展使得大量人群、財富和資源可能集中在某一區域,如大城市中。在這些區域一旦發生地震,將會造成巨大的經濟損失,對生還者的心里造成嚴重打擊,也是十分不利于震后重建工作的開展。因此,要求人們在進行抗震設計時不僅防止地震對生命安全造成傷害,也要盡可能減少房屋倒塌對其他方面造成破壞。基于以上考慮,在1994年美國洛杉磯大地震和1995年日本阪神大地震之后,基于性能的抗震結構設計被廣泛研究推廣,并被認為是未來抗震結構設計的主要指導思想。
這項設計最早出現在橋梁抗震設計中,用量化的抗震指標來控制抗震性能,從而改進傳統的設計理念。1995年,這一理念被美國放眼21世紀委員會提出了之后,便得到了美國政府的大力支持,日本、新西蘭、澳大利亞、英國、智利等國家也先后投入研究。
二、基于性能抗震設計的特點
通過與現行抗震設計理念的對比,可得到基于性能抗震設計理念的特點。
1.采用多級設防。與現階段“大震不倒、中震可修、小震不壞”的三階段設防目標
相比,基于性能的抗震設計注重多級防護,注意保護建筑的內部設施與非結構件,從而達到了在地震發生時既保護業主安全又減輕了業主和社會的經濟損失。
2.投資準則效益。投資準則效益反映了抗震設計思想的重要轉變,是基于性能抗震設計的一個基本原則。即從只注重安全變為同時注重安全、經濟等多個方面。根據這一準則,結構設計按照結構性能的要求,考慮到所擁有的所有資源,在安全和經濟之間找到平衡、合理的切入點,得到優化的最佳方案。
三.設防水平
1.地震設防水平。地震設防水平是指在未來可能作用于建筑結構的地震強度大小。由于地震設防水平直接決定了建筑物的抗震能力,所以它在基于性能的抗震設計的理論中占有重要的位置,應充分考慮到已優化的經驗基礎,并根據地震參數具體確定。
2.結構性能水平。結構性能水平是在預期地震等級的作用下對建筑物破壞的最大程度。由于基于性能的抗震設計是考慮到結構構件、內部設施、非結構構件、裝修等多種因素,因此除了應該對對建筑主體結構帶來的損失有控制力外,還要充分考慮到對非主體的損壞的控制。所以說,能兼顧主體與非主體結構破壞程度的結構性能水準才是科學的、合理的。
四、基于性能抗震設計的方法
目前基于性能的抗震設計方法主要有:位移影響系數、直接位移、能力譜設計等方法。
1.位移影響系數法。該方法基于結構性能設計,即通過分析預先得到位移的最大期望值,然后利用模態、等效的方法進行確定,從而修正此系數。但是此方法目前也存在著一些問題,比如無法具體地體現出抗震水準與具體結構、樓層的損壞情況。
2.直接位移設計法。本方法適用于結構性能設計,即根據地震等級預期計算位移,使結構達到預期位移。本方法最大的特點是概念簡單,但是只能從建筑材料的極限變化確定相應數值,不能考慮到預期之外的地震效應。
3.能力譜法。能力譜法是將地震反應譜與能力譜曲線轉化成需求譜,從而評判該建筑的抗震性能。本方法側重于對結構的實際性能進行評估與檢驗。另外,能力譜法只適用于分布比較均勻且平面結構可化簡的結構。
總結:
基于性能的抗震設計是一個涵蓋范圍很廣的體系,與現行抗震設計相比,它具有以下優點:
基于性能的抗震設計目標多而且具體,具有更強的可操作性與適應性,也具有更
大的實際作用意義。
基于性能的抗震設計提供給了設計者更大的靈活性。在符合相關規定與要求的前
提下,設計者可自行選擇能實現業主抗震目標的設計方案與相對應的結構措施,充分發揮了設計者的創造性與創新性。
基于性能的抗震設計將之前單一的以保障業主生命安全的抗震目標轉變為在不同
的地震風險等級下滿足不同的抗震需求,并綜合了經濟、安全等多方面因素,充分考慮到了投資、震后損失、災后重建、社會效益與業主的承受能力等多方面因素,更符合當今社會的需求。
基于性能的抗震建筑結構設計思路已經成為了未來抗震設計的主要發展思想,,得到了國際社會的廣泛認可。特別是美日兩國,在這一方面進行了大量的研究,并得到了一定成果。我國在這個項目的研究上起步較晚,但是為達到與國際社會同步,我國與國際社會上在這方面取得先進成果的專家多次進行學術交流,中國許多高校目前也已經開展了此項研究,從而發展出適合我國國情的基于性能的抗震設計方法。
參考文獻:
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孫俊,劉錚,劉永芳;工程結構基于性能的抗震設計方法研究[J];四川建筑科學研究;2005年03期小谷俊介,葉列平;日本基于性能結構抗震設計方法的發展[J];建筑結構;2000年06期
韓小雷;鄭宜;季靜;黃藝燕;;美國基于性能的高層建筑結構抗震設計規范[J];地震工程與工程振動;2008年01期
1.1低碳節能建筑設計的定義
在建筑行業當中,低碳節能不僅僅是使用一些先進的技術進行房屋建筑從而降低住戶對一些能源的消耗,而是要從設計階段、材料選擇階段、施工階段減少所需能源的使用量,提高利用率,從而達到減少二氧化碳等一些溫室氣體排放的目的。所以,低碳節能設計要在環保理念下對建筑物進行設計,這也是人們未來住宅的一個發展方向。
1.2綠色建筑生態節能設計的定義
將一些可利用資源的使用效率提高是生態節能設計的目標,在建筑物的使用過程中,對水、煤、電、占地、材料等方面的能源進行節約,并且提高它們的利用率,從而減少對生態環境的破壞和污染,這就是生態節能設計的理念。隨著節能環保話題的逐漸被重視,各項新能源的開發利用以及節能技術的研發,綠色建筑將會慢慢成為人類和自然環境共同相處的一個標志。
2低碳節能建筑設計和綠色建筑生態節能設計的必要性和作用
2.1必要性
我國正處于發展快速的階段,正確的發展戰略和對環境能源的保護是保持長遠發展的一個根本。所以在當今社會以及我們處于的這個環境下,低碳節能和綠色生態的建筑設計是必然會發生的一個事件。據調查數據顯示,我國的總建筑面積已經達到430億平方米,而在這些建筑當中采用低碳節能設計的只占4%,從這些具體的數據中就可以看出建筑方面所消耗的能源是十分巨大地。因此,加快低碳節能和綠色建筑生態節能設計理念的推廣和應用是非常有必要的。
2.2作用
對于信息傳播速度非常之快的今天來說,每一個人都會或多或少的了解到節能,也知道它的意義所在。節約能源不僅僅只是國家發展的一個基本國策,更關乎到我們身邊的每一個人,它可以有效的緩解溫室氣體的排放,減小溫室效應對我們生活的影響。除此之外,節能設計可以讓人們更好的享受生活,還能節約相關的生活成本。因此,節能低碳設計的意義對于國家和我們來說是非常重要的。
3低碳節能建筑設計和綠色建筑生態節能設計的原則
3.1和諧原則
無論是低碳節能設計還是綠色建筑生態設計,都需要遵守和諧原則。我們不可以為了節能而再去傷害大自然,要在不破壞環境的基礎上對自然環境進行有效充分利用,這樣才能實現和諧發展的目標。在對建筑物進行設計之前,要做好對住戶的意向調查,這也是遵守和諧原則的一個方面。只有這兩方面都做到了,才能表達出綠色建筑真正的含義。
3.2適地原則
在合適的地點來建造綠色建筑就是適地原則。如果選址不經過慎重的思考,就有可能對當地的自然環境造成傷害,這樣就失去了綠色建筑的意義。相關房地產的開發商要對當地的自然環境、經濟狀況等因素進行充分的考慮和評估,如果疏忽了這些因素,就會給環境和人民造成巨大的損失。
3.3高效原則
在開始施工之前,施工公司需要對整個建筑設計有宏觀的把握,這樣才能建立起非常高效的體系,從而確保建筑的整個生命周期都與住戶的生命周期相適應。為了能夠更好的實現目標,施工公司可以使用較為先進的集成技術對建筑功能的效率進行有效的提高,這樣就可以達到優化管理調控體系的效果。
4實現低碳節能建筑設計和綠色建筑生態節能設計策略
4.1實現低碳節能建筑設計的策略
綠色建筑要達到低碳節能的目的就要對供水、供暖以及電燈使用方面入手,接下來就對這些方面的設計策略進行簡單的分析。第一點就是對供水的設計進行改變。施工方可以采取具有節水效果的設備,設立雨水收集器、污水收集處理器等。這些先進系統的建立就可以將生活污水、雨水進行收集和處理,然后投入到居民家中繼續使用,這樣就可以節省大量的水資源。第二點就是對供暖的設計進行改變。施工方要對墻體的細節工作做好,例如銜接處的密封,減少冷橋、熱橋等,這樣就可以有效的提高室內溫度。除此之外,可以利用生活用熱水等聯合供應的熱環境技術能夠對室內溫度進行很好的控制,這樣也大大減少了化石能源的消耗。第三點就是室內照明設計的改變。施工方可以安裝反射光板同時建議住戶使用淺色油漆進行裝修,這樣可以增強光線的反射增加室內亮度從而減少白天開燈照明的情況,同時也降低了對電能的消耗。
4.2綠色建筑生態節能設計的基本策略
在世界各國都在飛速發展的今天,我們對能源的需求是巨大的,然而這更需要形成可持續發展、節約能源、運用清潔能源的理念,這更是保證人們能夠更好生活的前提。建筑周圍的綠化是非常有必要的,綠化的覆蓋范圍要廣,在屋頂、墻體、室內都要有一些綠化。綠化和綠色建筑的結合會非常融洽,植物具有進化空氣的的作用,能更加突出與大自然相結合的設計理念,這也是現代建筑設計理念發展的趨勢。如果增種綠色植物,就需要在建筑物設計中考慮植物的養護問題,要讓它們能夠保證有充足的陽光照射來維持生長。因此,施工公司需要對當地的地理環境進行仔細的考察,對多種因素進行分析,從而建造出滿足住戶需求的居住環境。低碳節能和綠色建筑的設計需要更多的新鮮元素才能保證它們良好的發展。例如在對窗戶進行設計時使用幕墻系統,它可以有效地保持室內溫度并能防輻射。除了依靠高科技材料和先進技術,還可以加強對自然資源的利用。例如對清潔能源的利用(包括風能、太陽能等)。新技術、新材料、新理念與大自然的融合可以說是天作之合,這才是低碳節能和綠色建筑設計的真諦,它們完美結合的意義不僅僅是對環境能源的保護,更是能夠為人類創造出最好的居住環境。
5結束語
隨著近代社會的快速發展,全世界的能源在快速減少,石油、天然氣、煤炭等這些能源開發過度,不僅造成能源的缺乏,還給環境帶來了污染。而我們國家,雖然地大物博,但是人口眾多,而且能源分布不均勻,因此,我們國家人均資源占有量和儲備量都遠遠低于世界水平,并且我們還很依賴煤炭能源,煤炭能源在我國被稱為黑金能源,可見其重要性。在能源缺乏的現狀下,我們國家能源利用率還很低,這就造成了能源的巨大浪費。而隨著近些年我國城市化進程加快,建筑業成為我國國民經濟發展的重要支柱,但是,建筑業也是能源消耗的大戶,水泥、鋼筋等大量的使用,加大了人們對能源的掠取。據不完全統計,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約30%,加上每年房屋建筑材料生產能耗約13%,建筑總能耗已約達全國能源總消耗量的43%,因此,可見節能在建筑設計中的重要性,節能在當前建筑中的應用勢在必行。
2節能在建筑設計中應用的必要性
2.1國家經濟發展的需要國家經濟的快速發展,離不開能源的支持,可以說,能源是一個國家經濟發展不可或缺的因素,這也就能理解為什么許多的戰爭都是為了獲取石油、煤炭等能源的原因。我國能源產值與國內生產總值的增長相比存在滯后性,這樣的國情現實嚴重影響著經濟的進一步發展。國民經濟要想進一步地發展,必須依賴于能源,但是當前能源的緊缺會導致我國經濟發展受阻,因此,這就需要在建筑設計中進行節能的設計,降低對能源的消耗,避免因為高消耗的建筑大量建設,消耗大量能源,制約我國經濟的健康、快速發展。
2.2環境保護的需要建筑業中大量使用的水泥、鋼筋等建筑材料,其生產過程除了消耗大量的能源,而且還會因為廢氣、廢液、廢渣的大量產生,給我國水能源、空氣能源等帶來污染,這些污染給我國人民的健康帶來巨大的危害,近些年霧霾的產生就是例子。同時,后期建筑取暖也是消耗能源、污染環境的地方,隨著環保意識的不斷深入人心,進行環境的保護成為當前人們關心的問題,所以,加強節能設計,是當前環境保護的需要。
2.3我國可持續發展戰略的需要在我國,環境問題、能源問題成為當前熱門的話題,因此,國家提出可持續發展戰略,目的就是節約能源,促進能源的長效利用。而在建筑設計中,建筑設計中節能設計工作的落實變得十分重要。現如今,可持續發展戰略的實施是國家的頭等大事,這就要求我們與建筑設計相結合,付諸行動,遏制建筑能源的嚴重浪費,做好建筑節能設計工作,把節能設計工作落到實處,這是國家可持續發展戰略的需要。
3當前建筑設計中節能的設計
3.1設計之合理選址目前,在建筑設計中,首先涉及到的是建筑的選址,而建筑的選址很重要,建筑的選址要進行科學的勘測,根據選址地的自然因素以及周邊的環境進行綜合考慮,最后擇優確定。建筑設計中,設計者要想在設計中達到節能,就需要讓建筑在整個使用周期內保持適宜的氣候環境,這樣才能避免因為氣候環境導致大量能源的消耗。建筑的選址合理與否直接影響到是否為建筑節能打好基礎,同時又要以不破壞生態環境為前提條件。例如在北方地區,嚴寒的冬季是取暖的高峰,而選擇合適的地址,避免在風口處建設,就能保持較為適宜的生活環境,自然能在取暖期降低能源的消耗,達到節能的目的。
3.2設計之建筑規劃和設計在進行建筑規劃和設計的時候,必須要遵循當地的歷史文化、風俗習慣和城市總體規劃,在此基礎上進行節能設計。建筑整體規劃中包含建筑物的布局、建筑物的整體形態、各部分的組合、風吹、日照以及風向的轉換問題等因素。在這些因素中日照和風向是針對冬季建筑物能否從自然環境中獲取足夠的日照并比開風向這些問題而考慮的,在夏季的考慮因素中,要考慮到風向是否符合建筑物的門窗設計保持自然通風,在日照方面要防止陽光的輻射。這些規劃和設計目的就是在滿足人們居住要求的時候,盡可能利用自然環境,降低建筑在后期使用中的能源消耗,因此,節能的建筑規劃和設計是必須的。
3.3選用性價比高的節能技術雖然節能技術在建筑設計中發展了一段時間,而且有許多成功的技術可以應用在建筑設計上,但是一些節能技術成本較高,因此,需要在進行建筑設計的時候,選用性價比較高的節能技術。例如,可以廣泛應用成熟的太陽能儲熱設備,太陽能發電設備,可以在窗戶的設計時,進行隔熱膜的使用,可以使用保溫性高的保溫材料等,應用適應當地的社會經濟發展情況的節能技術,達到節能效果。
3.4建筑設計中進行合理的外部環境設計建筑設計時,建筑外部的環境設計至關重要,因為單純的建筑進行節能技術應用,要是外部的環境影響較大,也會直接導致節能效果的下降。因此,根據每一個建筑功能的需要,通過合理的外部環境的布局設計來完善現有的微氣候環境,為建筑節能創造有力的環境。最基本的設計就是在建筑周圍進行相關的綠化,改變周圍的微環境,以降低噪音,阻擋風沙,凈化空氣,降低溫度。同時可以在不破壞周邊整體環境的情況下,人為進行仿自然環境的打造,例如建造人工湖等,目的也是通過改變建筑周邊的微環境,降低建筑對能源的消耗,達到節能的目的。
4結語
關鍵詞:民用建筑;電氣節能;供配電
Abstract: lists the current domestic and electric energy conservation related main standards and specifications. From the power supply system, electrical lighting and new technology, etc, to civil building electrical energy saving design of the main contents related, points for attention and method is discussed in this paper. This essay discusses our country building electric energy conservation of the original don't, the basic method and the corresponding measures, in response to the bureau is the energy crisis.
Keywords: civil building construction; Electrical energy saving; For distribution
中圖分類號: TU24文獻標識碼:A 文章編號:
隨著經濟社會的發展,人口的不斷增加以及人們對生活質量要求的不斷提高,能源的消耗也就隨之急劇增加,能源價格不斷攀升,能源危機迫在眉睫,這對各行各業都提出了節能的要求,而建筑電氣節能也就不可避免地成為節能的一個焦點。本文就建筑電氣節能的原則、一些具體方法及配套措施進行有益的探討。
1 建筑電氣節能應堅持幾個原則
1.1滿足建筑物功能的原則
即要滿足建筑物照明的照度、色溫及顯色指數;滿足空調舒適性的溫度及新風量,也就是舒適、衛生、健康的要求;滿足上下左右運輸通道的暢通無阻;滿足特殊工藝的要求,如滿足娛樂場所的一些電氣設施用電,滿足展廳的工藝照明及電力用電等。
1.2考慮經濟效益的原則
節能應結合我國國情,充分考慮實際經濟效益,不能為了節能而過高地增加投資,增加運營費用,而是應該讓增加的部分投資,能在幾年或較短的時間內以通過節能減少運營費用的方式進行回收。
1.3減少能量無謂消耗的原則
節能的著眼點應是減少能量的無謂消耗,因此,先找出與發揮建筑物功能無關的能量消耗.再考慮應該采取的有效節能措施。如,變壓器的功率損耗、傳輸電能線路上的有功損耗等都是無用的能量損耗;又如,針對量大面廣的照明要求,應采用先進技術的產品以降低能耗。
1.4 選擇低損耗的節能型變壓器
變壓器是電壓變換設備,廣泛應用于電力系統,特別是10kV和35kV電壓等級的變壓器在電力和配電系統中普遍使用且數量巨大。據估計,目前在電網上運行的10kV和35kV級變壓器容量約有10億kVA以上。由于使用量大,運行時間長,變壓器在選擇和使用上存在著巨大的節能潛力,特別是量大面廣的10kV和35kV級變壓器。選擇高效節能產品,不但對節約能源具有重要意義,同時還可以大大降低變壓器的運營成本,是改善經濟效益的重要途徑。因此,選擇變壓器時,應選用低損耗節能型變壓器,如S10系列、S11系列。SL7、S7型變壓器及以前的高損耗變壓器已由國家先后公布淘汰,停止其生產和銷售,不再采用。
在變壓器設計中,降低變壓器的環境溫度、平衡三相負荷、合理選擇變壓器接線方式等也是節約能源的有效途徑。
1.5 降低線路的損耗
當電網輸送電能時,在網絡中就產生功率損耗,其與線路參數和負荷大小密切相關。提高電網的功率因數、減少電網的無功功率及導線中的電阻等均能降低電網中的線損。具體途徑如下:
(1)合理選擇線路路徑。為減小導線長度,線路盡可能走直線,不走或少走回頭線;
(2)合理確定電氣功能用房的位置。變壓器盡量接近負荷中心,以減少供電半徑;在高層建筑中,低壓配電室應靠近豎井,且低壓配電室與豎井位置的布局上應使線路都分向前送,盡可能減少回頭輸送電能的支線;
(3)增大導線截面,利用季節性負荷線路。按滿足載流量、熱穩定、保護的配合及電壓損失所選定的截面,再加大一級導線截面;將某些季節性負荷的線路,用作常年使用的供電線路,以減少線路和電阻。例如,將空調風機、風機盤管與照明、電開水器等計費相同的負荷,集中在一起,采用同一干線供電,可在春秋兩季空調不用時,使同樣大的干線截面傳輸較小的電流,從而減小了線路損耗。
2 照明的節能設計
2.1充分利用自然光
在照明的節能設計中,應充分利用自然光,使之與室內人工照明有機結合;室外景觀燈具可使用太陽能燈具;對能利用自然光的燈具或可變照度的照明,采用成組分片的自動控制開停方式等節能措施,可獲得照明節能的效果。
2.2采用高效節能光源
在滿足照明質量的前提下,應選用細管徑直管熒光燈、緊湊型熒光燈。對燈具懸掛位置較高的場所的一般照明,宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈或鎮流高壓熒光汞燈,其綜合費用低、視覺質量高,同時也節約能源。除特殊情況外,不宜采用管形鹵鎢燈及大功率普通白熾燈,燈具懸掛位置較低的場所照明宜采用熒光燈。
2.3改進燈具控制方式
根據照明的使用特點,可采取分區控制燈光或適當增加照明開關點,采用各種節能型開關或裝置。
3電氣節能新技術
供配電系統中的節能技術包括低損耗變壓器S11、SC10;高效電機Y2;節能耐腐型電纜橋架QGQJ;消除高次諧波裝置(采用有源、無源濾波裝置);克服三相不平衡裝置;穩定供電電壓開關;浪涌吸收裝置;無功補償電容裝置;各種調速節能裝置(采用液力、斬波、變極、變頻、電磁、晶閘管等)。
建筑設備監控系統監控對象包括冷凍水及冷卻水系統;熱交換系統;采暖通風及空調節系統。
給排水系統;供配電系統;公共照明系統;電梯和自動扶梯系統。
考慮到投資、設備用房及管理人員綜合技術水平等因素,一些設備供應商及專業公司根據客戶要求,開發了單項節能技術,如照明總線控制技術、電能管理裝置、空調系統節能自動控制裝置、電梯群控裝置等。
4電氣配電線路設計中的節能措施
在電氣耗能中,配電線路的耗能不可小覷。我們知道,配電線路電能的損耗取決于線路的阻抗和電流,與阻抗成正比、與電流的平方成正比;而線路的阻抗與導體的導電率、導體的長度、導體的截面積有關。因此,我們在電氣配電線路中要緊緊抓住影響電氣線路耗能的以上幾個因素優化設計,從而達到節能的目的。
4.1配電線路設計中盡量多采用高導電率的導體在經濟條件允許情況下,配電線路推薦選用高導電率的導體,即相比鋁芯電纜(電線)而言,宜采用銅芯電纜(電線)。
4.2配電線路設計中盡量減少配電線路的長度在設計中盡量走直線,可減少供電線路長度,提高功率因數,不僅減低線路損耗,而且還可以減少線路壓降,提高供電質量;各層配電間、層配電箱也應盡量設置在負荷中心,減少線路的長度。
4結語
改善公共建筑的使用環境、提高能源利用效率、建設環境友好型和資源節約型社會是我國政府乃至世界各國的基本國策。建筑電氣節能具有重大的政治意義和深遠的歷史意義。節能法規的制訂執行、節能技術的推廣應用需要政府有關部門、勘察設計單位、施工安裝單位、開發商及每個公民共同努力,政策實施過程中產生的矛盾和困難需要各方共同來完善、克服和解決,從而使節能法規更具有前瞻性和可操作性,節能技術更具有先進性和經濟性。
參考文獻: