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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??磥硪殉^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。
新建建筑圍護結構的變化是建筑節能的核心內容,其節能效果主要依靠改善并提高圍護結構的保溫隔熱性能來實現.建筑圍護結構節能主要包括墻體、門窗、屋面、樓地面等部位采取保溫隔熱措施,這些保溫隔熱措施的采用有利于建筑主體結構保護、新型綠色建材的推廣以及工程質量的提高.
1.1墻體節能
墻體是建筑護結構的主體,其所采用材料和砌筑型式直接影響著建筑物的耗熱量.由于單一材料的墻體往往難以同時滿足較高的保溫隔熱功能,尤其是寒冷和嚴寒地區,因而可以在單一材料墻體的基礎上增設一層有保溫功能的材料組成復合墻體,通常墻體保溫材料有聚苯乙烯硬質泡沫塑料、?;⒅?、聚苯乙烯保溫顆粒等等.另外,可以通過墻面的垂直綠化以及色彩的不同,降低墻面太陽輻射和較高的吸收太陽輻射,而且還美化環境.
1.2門窗節能
由于高校建筑的使用學生數眾多,為滿足自然的日照、采光、通風等要求的前提下,設計的門窗洞口尺寸均較大,以致于門窗是能耗散失的最薄弱的部位.戶門和陽臺門應結合防火以及防盜的要求,在門的空腹內填放15~18mm厚玻璃棉板或巖棉板.窗戶節能技術主要從減少滲透、傳熱和太陽輻射三個方面采取措施.如使用新型的、密封性良好的塑性窗框加上雙層中空玻璃;門窗框與墻間的縫隙可用彈性密閉型材料和邊框設灰口等密封;窗扇與窗扇之間可用密封條、壓條以及高低縫等形式.
1.3屋面節能
屋面節能主要通過改善屋面的熱工性能阻止熱量的傳遞,主要節能技術有:選用密度較小、熱導率較低、吸水率較小的保溫材料做屋面保溫層,如采用膨脹珍珠巖保溫芯板代替常規的水泥珍珠巖或瀝青珍珠巖;采用架空、蓄水、種植或鋪貼絕熱反射膜等方式做屋面的隔熱層;在屋面構造形式上采用目前發達國家流行的倒置保溫做法,即將保溫層置于屋面防水層之上,改變傳統的把無機多孔材料(如膨脹珍珠巖、爐焦渣)置于防水層與結構層之間的不利做法.
1.4樓地面節能
高校建筑主要是公共建筑,使用人數眾多,顯然做成木地板或類木地板是不合適的.因此,可以將樓地面保溫節能做成層間樓板(底面不接觸室外冷空氣)和底面接觸室外空氣的架空或懸挑,保溫層可直接設置在樓板底面;采用不采暖的地下室頂板作為首層的保溫隔熱,加強房間與房間的保溫隔熱.另外,用于樓地面節能工程的保溫隔熱材料,其厚度、密度、壓縮強度、導熱系數和阻燃性必須符合設計要求和有關標準的規定.各種保溫板或保溫層的厚度不得有負偏差.
1.5利用太陽能
我國太陽能資源豐富,陸地每年接受的太陽輻射能相當于2.4×1012t,大約2/3國土面積的總輻射量超過0.6MJ/m2.太陽能是可再生能源,不僅資源豐富,免費使用,而且對環境無任何污染,有著礦物能源不可比擬的優越性.高校作為引領社會發展、社會進步的重要力量,在建設節約型社會中起著不容忽視的作用,應加大對太陽能源充分利用技術的相關研究,在高校這個耗能大戶里優先、全面的使用太陽能技術并積極推廣,以降低整個社會對不可再生能源的需求.太陽能在建筑上的利用技術主要有被動式太陽能取暖、太陽能集熱供熱水、太陽能發電、主動式太陽能取暖和空調等.這里面值得一提的是太陽能空調,由于在我國的建筑終端能耗中,空調能耗占據著相當大的比例.利用太陽能制冷主要有兩種途徑:一是利用光電轉換器實現以電制冷;二是利用太陽能集熱器實現光熱轉換,以熱制冷.具體實現太陽能制冷的系統主要有:太陽能吸附式制冷系統、太陽能吸收式制冷系統、太陽能蒸汽噴射式制冷系統、太陽能除濕式制冷系統以及太陽能蒸汽壓縮式制冷系統.安徽省政府、教育廳決定在全省106所高校的教學科研場所、學生宿舍和食堂安裝空調,實施“空調進高?!惫こ?,這對于高校利用太陽能空調技術來建筑節能,無疑是一個重要的發展平臺和良好的基礎條件.
2新建建筑節能檢測技術
2.1節能檢測技術發展現狀
結合我國現時國情并達到降低建筑能耗的目的,國家于2007年頒布并實施了《建筑節能工程施工質量驗收規范》(GB50411-2007),這是我國第一本關于建筑節能方面的規范和標準,全面規定了在建筑節能工程方面需要驗收的項目以及建筑設計、施工中部分強制性執行的標準檢測項目,為建筑節能施工提供了基礎和必要的施工要求和驗收標準.以后我國又陸續頒布并實施了《公共建筑節能檢測標準》(JGJ/T177-2009)、《民用建筑節能設計標準》(JGJ26-95)和《居住建筑節能檢測標準》(JGJ/T132-2009)等建筑工程行業標準,為新建建筑的各類節能現場檢測方法標準提供了技術支持和較為科學的測試依據.目前新建建筑節能檢測技術主要在建筑圍護結構方面有所研究,國內外相關專家、學者也做過一些探討和研究[3].如山東建筑大學潘雷等人對建筑圍護結構的現場檢測技術進行了研究,并采用數值模擬的方法計算出適用于不同保溫形式圍護結構的修正系數.北京中建建筑科學技術研究院費慧慧等人對新建建筑節能現場檢測技術的影響因素進行了分析研究,提出了影響現場檢測技術的主要因素及解決方法.山東省建設發展研究院的朱傳晟總工對建筑節能現場檢測技術的基本原理進行了研究,如熱流計法、熱箱法和紅外線攝像儀法,重點對熱流計法的檢測技術進行了深入探討.揚州大學楊鼎宜教授等用冷熱箱法測定了穩定傳熱狀態下混凝土空心砌塊砌體的保溫隔熱性能等.國外對于建筑物圍護結構熱工性能的現場檢測技術研究及報道也處于起步階段,而且大多在實驗室里完成對建筑材料的熱工性能檢測,相關的檢測性能參數也是在穩定的狀態下完成的,如日本對建筑圍護結構的對流換熱系數進行了測試,提出了建筑物圍護結構對流換熱系數和風速的關系式.
2.2新建建筑節能檢測技術
2.2.1熱箱法
熱箱法檢測技術是需要人工制造一個傳熱的模擬環境.具體做法可以參考如下:分別在試驗試件兩側各布置一個所需溫度、風速和輻射條件的熱箱和一個冷箱,待試驗環境條件達到穩定后,采用相應的儀器設備,分別量測冷、熱箱體內壁的溫度、模擬環境的空氣溫度、試件的表面溫度以及計量箱中的輸入功率,再根據物理計算相關原理和公式,計算出被測試試件的傳熱的性能指標,如熱阻、表面換熱系數等相關指標.熱箱法檢測測試技術適用于室外相對濕度不高于60%,室外空氣平均溫度不高于25℃的自然環境,且試驗所用熱箱的內部溫度不低于室外自然最高溫度8℃的情況[4].在建筑構造方面,熱箱法檢測技術對于門窗、樓板、外墻的傳熱性能指標的室內實驗室檢測非常有利,測試的結果一般較精確.由于需要模擬試驗環境和條件的限制,此種方法不適宜用于現場施工的檢測,但自然氣溫對實驗室試驗的結果影響微乎甚微,可以用實驗數據作為現場施工的參考.
2.2.2熱流計法
建筑耗熱測定中最為常用的儀表就是熱流計,也是傳統的建筑能耗量測儀表,主要適用于對各種材料組成的圍護結構的熱工性能進行分析.使用時將其傳感器埋設在絕熱結構內或貼敷在絕熱結構的外表面,可直接測量得到熱(冷)損失值.檢測時間宜選擇一年中最為寒冷的月份,要求室內外自然氣溫差必須大于20℃的條件下才能測試,而且要求室外氣溫的變化起伏不是很大,測試的條件應放在至少穩定7d的人為制造室內外溫差或連續采暖條件下的房間里進行,以此來保證測試數據結果的準確性和客觀性.根據大量的試驗數據結果顯示,室內外空氣溫差愈大,熱流計讀數的誤差相對愈小,計算所得之結果亦較為精確,因此此法受季節影響較大,一般需要在冬季才采用此法.
2.2.3紅外熱攝像儀法
紅外熱像技術是目前新研發的一種建筑節能檢測手段,也是基于紅外線技術理論以及先進的紅外圖像處理技術、光電子技術和紅外線探測器技術的一種非接觸性的、綜合性的測量技術高科技產品.紅外熱像技術的原理是利用攝像儀對新建建筑物的圍護結構的熱工缺陷進行檢測,分析檢測得到的各種熱像圖來顯示各種建筑構造有無熱工缺陷,并對分析檢測結果做比較參考,以此作為驗收、修復、增強建筑節能施工措施的理論數據依據.紅外熱像技術既不破壞被測物體或試件的溫度場,又能測量細微目標和運動中的目標[5].此法具有可利用計算機存儲測量數據和處理分析,方便長期保存和幾何運算;采用不同的顏色來區分并顯示被測物體溫度的熱圖像;對于溫度的分辨率較高,精度可達到0.01℃;現場節能檢測的紅外熱像儀器具有攜帶方便、操作簡單、還可以形象、直觀地顯示物體表面的溫度場,為簡化檢測程序和優化檢測數據等都有很大益處.此法具有較多優點且不受季節的限制,還可以遠距離測定建筑構造的熱工缺陷,這必將會極大地完善和提高新建建筑節能現場檢測技術,所以具有廣闊的應用和開發前景.
3存在的問
題(1)檢測技術和設備的不完善性.新建建筑的幾種檢測方法本身的不完善性給檢測數據結果的真實性和客觀性產生影響,因此如何針對地區氣候特點和建筑能耗特征研究制定出檢測精度高、快速準確的節能檢測系統是一個迫切現實問題[6].(2)現場與實驗室的對比檢測結果差異較大.由于現場檢測條件受自然氣候條件、新建建筑構造自身狀態、安裝設備系統運行條件等眾多因素的影響和制約,一般地,造成檢測結果與標準理想狀態偏離較大,測試結果不具有實際的指導意義.但在標準的實驗室條件下,易將被檢測試件的周邊模擬或制造成近似熱絕緣狀態,對于檢測試件的熱工傳導系數的測試結果較為準確.由此造成雖然采用的是相同的原理和方法進行檢測,但是得到的檢測結果卻大相徑庭,對成果的取用造成混亂.(3)檢測方法有待統一.隨著科技的不斷進步和發展,建筑節能檢測方法由傳統的、粗略的檢測技術向新型的、精確的測試方法邁進,還有一些衍生發展出來的檢測技術和方法,形成了很多對有關熱工傳導系數的檢測技術和方法標準.該如何統一規范測試條件和檢測方法,建立一個比較同種項目的檢測技術使用和結果的平臺,建設行政主管部門以及相關高校還須對檢測技術進行大力研究和發展,并根據實際情況制定節能檢測的標準和規范,以保證行業的發展需要.(4)專業型建筑節能檢測人才隊伍匱乏.目前高校開辦建筑節能檢測的本科專業較少,一般都是研究生以上才有相關的研究方向,這就造成社會上的建筑節能檢測行業的從業人員學歷水平不高,對于專業型的人才更是缺乏.以致目前大多建筑節能檢測人員由原實驗室的土木工程材料實驗人員轉型而來,專業知識水平不高,對新型檢測技術和方法知之甚少.因此,為加快建筑節能技術的應用和發展、降低新建建筑能耗量,建筑節能檢測專業人才的培養將是我國未來“十三五”規劃中必不可少的建設內容,也是高校培養人才類型的一個重要方面.
4結論與建議
北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價指標體系構建
1.構建評價指標體
系筆者遵循系統性、合理性、綜合性、應用性的原則,建立評價指標體系,并參照了《既有居住建筑節能改造指南》、《民用建筑節能條例》、《民用建筑節能設計標準》、《建筑氣候規劃標準》、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》等相關行業標準,根據實際狀況選取評價指標。
2.確定指標權重
使用層次分析法計算其權重系數,其特點是在對復雜決策問題的本質、影響因素、內在關系等進行深入分析之后,構建一個層次結構模型。然后,運用較少的定量信息,把決策的思維過程數學化,從而為求解多目標、多準則,或無結構特性的復雜決策問題。其步驟:一是構造層次分析結構;二是構造判斷矩陣;三是判斷矩陣的一致性檢驗;四是層次單排序;五是層次總排序;最后是做出決策。
筆者通過運用MCE軟件和Excel,將專家打分通過軟件輸入,選取層次分析法求取權重,結果如表1所示。北方既有居住建筑節能改造項目評價模型構建通過模糊綜合評判法的原理和公式,建立適合北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價指標體系的模糊綜合評判。
1.建立因素集
第一層為:A={B1,B2,B3}。第二層為:B1={C1,C2},B2={C3,C4},B3={C5,C6,C7}。第三層為:C1={D1,D2,D3,D4,D5,D6},C2={D7,D8,D9},C3={D10,D11},C4={D12,D13,D14},C5={D15,D16},C6={D17,D18},C7={D19,D20}。
2.建立評價指標的評語集
為北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價指標體系建立評語集,其含義有兩點:一是此方案的選擇是否能達到滿意的效果;二是此指標值對于既有建筑節能改造項目實施的推動作用是否能達到滿意效果,如項目檢測指標中的圍護防水效果。V={v1,v2,v3,v4,v5}={非常滿意,滿意,中,差,非常差}3.確定權重權重的最終確定值是通過層次分析法的計算來求得,此任務已完成。第三層權重記為wDi,第二層權重記為wCi,第一層權重記為wBi。4.分層作綜合評價以調查問卷的形式,請10位專家對評價指標體系中的第三層進行單因素評價,得到模糊評判矩陣如下:RCi(i=1,2,3,…,7)單級綜合評判BCi=WCi莓RCi。
實例分析
北方既有居住建筑節能改造項目技術經濟評價,是在項目改造前對各個方案進行評價,從而選取最優方案。本文以河北省唐山市河北一號小區509號樓為例,對其進行技術經濟評價。以下項目介紹中的數值為《既有居住建筑節能改造評估報告》[2]中給出。
1.項目概況
該項目是1976年唐山大地震后所建樓之一,具有很強的抗震性。509號樓有5層、3個單元共45戶,建筑面積為2156m2。該建筑沒有地下室,樓宇門已不存在。原有平屋面為鋼筋混凝土樓板,局部的保溫層已濕透。預制外墻板為11cm厚的鋼筋混凝土、12cm厚輕質混凝土夾心層,外加4cm厚的砂漿層。原來的單??崭逛摯按蟛糠直粨Q成了鋁合金或塑鋼窗,或在外面又裝了一樘窗,有些是單玻窗,有些是雙膛窗。整個護結構存在許多問題,包括不密封、結露和防水失效。采暖系統為垂直單管系統,并且沒有溫度調節手段。下面根據評價指標體系,對該項目進行有針對性的介紹。(1)技術性指標。第一項,項目改造指標。專家擬定的具體方案為:對窗的改造主要采用塑鋼中空內平開窗,使用low-e玻璃;對外墻的改造主要是采用10cmEPS薄抹灰系統;對屋面的改造主要采用是14cmPU暖屋面。供熱計量方式主要采用熱計量收費;采暖系統采用的是垂直雙管和自動溫控閥。對樓宇門的改造主要采用雙扇保溫鋼板門,將門墻縫里內外均以硅膠密封,并帶有自閉裝置。第二項,項目檢測指標。改造前,對圍護結構傳熱系數進行測定,主要包括對屋面、外墻、外窗、底板的測量。其傳熱系數分別為:1.3W/m2k、2.0W/m2k、4.5W/m2k、2.8W/m2k。經過專業人員檢測,該項目防水效果較差。(2)經濟性指標。第一項,預估指標。該項目總費用為606.1元/m2,即約為131萬元;節能相關費用約占改造總費用的28%;節煤量為33.72噸,按每噸為500元計算,共計16860元。第二項,效果指標。設本項目的項目期為30年。靜態投資回收期=606.1×28%16860÷2156≈22年凈現值=-131×28%+1.686(P/A,5%,30)=-10.75用內插法求取內部收益率。其計算過程為:設i=2%,經計算,凈現值=1.301設i=3%,經計算,凈現值=-3.716IRR1=1.301×(3%-2%)1.301+|-3.716|+2%=2.26%(3)社會性指標。第一項,環保性指標。該項目改造前采暖消耗量為219592.2kWh/a,建筑面積為2156m2,即每平方米采暖消耗量為101.85kWh/a。改造后,采暖消耗量為141696.6kWh/a。同理,其每平方米采暖消耗量為65.72kWh/a;該項目有害物質減少量,是通過其節煤量來計算的,按工程建設標準《民用建筑節能設計規程》,每噸標煤燃燒產生的有害氣體量包括:二氧化硫為1.4千克、粉塵為11千克、氮化物為9千克、烷烴類為0.5千克、二氧化碳為2.6噸。經計算,該項目所減少的有害氣體量為:二氧化硫0.047噸、粉塵0.371噸、氮化物0.303噸、烷烴類0.017噸、二氧化碳87.672噸。第二項,舒適性指標。該項目在改造前室內溫度為16度,改造后會達到20度以上;其霉變結露現象較為嚴重。第三項,支持度指標。唐山市政府出資370元/m2、中央政府出資54元/m2、德國技術合作公司出資140元/m2、居民出資42元/m2。
2.項目技術經濟評價
筆者請10位專家對該項目三級指標進行投票,投票結果如表2所示。由此可知,該項目評價中存在稍微不經濟現象。
結論
近年來節能建筑在市場上開始興建,其不僅在規劃、設計、施工和使用過程中需要執行節能標準,而且對于材料、設備和施工技術也要嚴格按照節能的標準進行選用,而且在建筑項目實施過程中還要注意對各種自然資源如太陽能、風能和地熱等能源的充分利用。長期以來我國建筑節能僅僅體現在住宅建筑的圍護結構保溫節能上,隨著節能的深入進行,近年來對于一些公用建筑也開始了保溫節能措施的應用。而且在法律法規和各項規章制度上也對建筑節能工程進行了明確的規定。大量新型的節能的材料、設備和工藝也開始在建筑市場上涌現出來,這對于節能產生了極大推動作用,有效的緩解了當前能源緊缺的局面,對構建節約型的社會具有極其重要的作用,加快了能源可持續發展的實現。
2建筑節能工程施工前的監理工作要點
2.1對監理人員綜合素質要求較高監理人員需要具有較高的專業技術水平,對建筑節能工程具有明確的認識,這一方面需要監理單位加強對監理人員關于建筑節能工程的培訓,另一方面也需要監理人員更好的在監理工作中履行好自身的職責。通過對節能工程項目全方位的監控,加強對合同、信息的管理,更好的在工作中進行充分的協調,從而實現對項目的質量、進度、成本和安全進行有效控制。這就需要監理人員不僅要具備專業的技術知識,而且還要具有良好的管理能力,熟悉相關合同法的內容,可以說監理人員需要具有各方面的綜合知識,具有較強的綜合素質,這樣才能確保監理隊伍整體素質的提升,公正、科學的完成監理工作。
2.2專業監理注意與各項節能法律法規相結合目前在進行現場監理機構調置時,會根據各專業監理工程來對自己的本專業的監理工作進行負責,同時建筑節能監理工作也由本專業的監理工程師來承擔。但相對于一般的土建工程來講,建筑節能工程具有特殊性和新穎性,所以在進行監理前,監理單位需要結合各專業節能工程的特點來對監理人員進行相關節能知識的培訓,同時還要對的各項法律法規和規章制度進行必在的關注,將其具體落實到各專業監理工作中。
2.3加強對設計文件的熟悉和節能設計的審查只有經過審查機構批準合格的節能工程施工圖才能進行使用,所以在施工前監理人員需要對節能工程施工圖審查看是否合格,同時還要對備案情況進行審查。由于在節能工程質量驗收時不僅需要達到行業的標準要求,同時還要滿足國家現行標準的規定要求。所以監理人員需要在施工前對設計文件進行熟悉,對施工圖紙進行會審和技術交底,對于各節能分項工程和驗收規范進行細劃,對各分項工程施工時的節能質量檢驗標準進行確定。
2.4審查建筑節能施工技術方案對于施工單位編制的節能施工標準進行審查,并依此來對節能監理的實施細則進行編制,明確各監理工程師的分工,將具體責任落實到每一個監理人員頭上,確保監理過程中做到責任分明。
3建筑節能工程施工中的監理工作要點
3.1節能原材料控制常用的墻體節能保溫材料有:灰砂磚、粉煤灰砌塊、陶?;炷疗鰤K、復合輕質隔墻板、加氣混凝土等等。對于進入施工現場的材料,監理工程師必須進行質量的檢驗,如:進場材料應具備齊全的生產許可、性能檢測證明、合格證書等等;砌體材料的外觀、密度、規格等要符合設計時的要求;材料進場后的儲存方式以及對其的防火措施要符合規范要求等等。對于沒有取得監理單位的檢驗驗收或是不合格的原材料等,對其監理人員要嚴格控制,杜絕讓施工單位將其適用于本工程中。
3.2施工進度控制首先監理單位要督促施工單位制定符合合同要求的施工總進度計劃以及各個分項工程的進度計劃,然后監理單位對其嚴格認真審查,對于不符合合同要求以及工程實際情況的進行計劃要提出修改意見。在工程的實施過程中,要求施工單位定期進行進度計劃和實際進度的對比,如果出現進度后置現象,監理單位要協助施工單位進行進度調整,如提高某些分項工程的進行,以保證總的施工進度得以實現。
4建筑節能工程竣工時的監理工作要點
在建筑節能工程的整個過程當中,竣工驗收關極具重要性,在該階段需要監理人員要嚴格按照相關的規范和標準來對工程質量進行驗收,及時發現工程存在的質量隱患,并要求施工單位進行整改。對于完成施工的工程,則首先需要由施工單位自檢完成后,再申請監理單位進行驗收,驗收時對于不合格部分要求其進行限期整改,并進行復驗,整體工程合格率達到百分之九十以上監理人員才能夠進行簽字確保驗收合格。對于節能工程中某些重要的部分,則需要進行專項質量評估,由總監理工程師和監理單位負責人審核簽字認可。在進行節能工程監理工作中,監理人員還要對各項資料進行收集和整理,做好工作總結,并進行歸檔。以便于日后查找或是為其他工程做參考。
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1.1綠色建筑的概念
綠色建筑是在建筑建筑過程中充分地運用環保理念,充分利用自然資源和天然材料,在建筑的整個過程中實現資源最大限度節約,使其環保功能更為突出,從而為人們提供一個擁有舒適、健康環境的建筑。而且在現代建筑體系當中,綠色系統我們也較為常見,通常以屋頂、室外和室內等處綠化為主。
1.2發展綠色節能建筑的重要性
能源緊缺已不再是一個地區或是一個國家的事情,當前全世界各國都面臨著嚴竣的能源緊缺問題。特別是近年來,我國加快了城鄉建筑化的進程,這就使建筑行業的發展速度不斷加快,這也導致建筑行業的能源消耗量越來越大,而且占全國總能源的一半左右。由于建筑的高耗能,從而使我們能源緊缺的現象更為嚴竣。在這種情況下,則需要加快建筑設計理念的轉變,加快建筑設計方法的改良,在建筑設計過程中有效地融入節能環保的理念,采取切實可行的措施和方法有效地降低建筑的能耗,實現對能源和環境的有效保護,確保建筑、人與自然環境的協調發展。
2綠色節能建筑的設計原則
2.1環保節能
建筑行業屬于高能耗行業,需要大量的資源,但對資源利用率卻較低,而且在施工過程中會對人類生存的環境帶來較大的破壞,所以在綠色節能建筑設計過程中,應充分的遵循環保節能的原則,從而實現建筑的綠色化和環保化。
2.2與自然生態環境以及人文環境相結合
在綠色節能建筑設計過程中,需要充分地利用當地的文化特色,因地制宜,就地取材,與當地的建筑資源及氣候條件有效結合,使建筑不僅具有較好的地域特色,而且能夠與自然生態環境和人文環境有效地融合在一起,實現動態性的平衡,從而實現建筑、自然環境和人的和諧統一,使其成為一個整體共同發展。
2.3健康宜居
建筑物具有較高的價值,但其價值更多的是體現在使用功能上,能夠有效地滿足居住、辦公及其他功能性需求。
3綠色節能建筑的設計技術
3.1電氣節能技術
在現代建筑的實施過程中,電氣化節能技術的應用已經成為綠色節能設計的重要方法,其在節約能源方面起到重要的作用。電氣化節能技術通常包含以下幾個方面:(1)配置供配電系統時,盡可能簡單安全,通常不要讓同一個電壓變配電的級數高于兩級,另外變配電所應盡可能貼近負荷中心,這樣線路電壓能夠持續穩定,減少能源的損失;應該選擇節能型的變壓器,降低變壓器的空載損耗;選擇適用的配電干線電纜,這能起到減少電壓損失、保持熱穩定性等作用。(2)照明。照明設計是綠色節能技術的重要組成部分,因為照明是現代建筑的必須設計環節,良好的照明設計可以營造舒適、高效、節能的建筑空間。照明設計不是隨便配置照明燈具就可以了,必須遵循合理的照度標準。設計合理的照度值可以減少電氣系統的能源損失,實現節約能源的目的。(3)電機。電機是一種感性負載設備,其會產生無功電流,從而引發滯后作用。如果無功電流經由高低壓線路傳到用電設備的末端,就會加大變壓器與線路的功率消耗。
3.2隔熱技術
利用隔熱技術能夠起到有效地降低能耗的作用。建筑能耗會受到圍護結構熱傳導性能的影響,一旦圍護結構隔熱性能較差時,當定外溫度較高時,則會導致熱量傳導到室內,給制冷系統增加負荷,而在冬季,圍護結構則會將室內的熱量散發到室外,從而導致室內溫度降低。因此采用先進的隔熱技術,對圍護結構的傳導性進行有效控制,可以降低能耗。(1)選用合適的外墻材料,可以對外墻傳熱指數進行有效控制,這樣通過降低墻體的傳熱性能,同時在設計可以選擇適宜的外墻結構,并設計保溫的墻體結構。通過外墻保溫的設計,可以有效避免冷熱橋現象的發生,而且還能夠實現對主體結構的有效保護,有利于樓房使用期限的延長,對節約資源和提高能源的利用率具有極其重要的意義。(2)在綠色節能設計過程中,需要加強對門窗的隔熱改造。近年來,我國建筑在設計過程中多使用落地窗、玻璃門和外飄窗等,這樣對于采光和通風起到非常好的效果,但隔熱性能較差,所以在具體設計時,需要選擇與當地氣候特點及室內需求相適應的玻璃,有效提高門窗的密封性能,避免產生不必要的能耗。
3.3可持續資源利用技術
如今,清潔能源利用技術的應用可以緩解一部分能源壓力,并且清潔能源幾乎不會產生污染,十分符合“健康宜居”的要求。主要的清潔能源有:(1)自然光源。自然光免費而且適宜人類的視覺承受力,因此在建筑設計時,應該考慮如何最大程度利用自然光源,相關的技術有光線的折射、反射以及衍射原理,還可以利用導光管、棱鏡以及采光窗等進行光源利用。(2)太陽能。當前在建筑設計中太陽能技術應用較多。近年來,利用太陽能來進行供電也得以應用,但由于其技術設備較為復雜,而且設備較為昂貴,所以太陽能發電技術廣泛推廣具有一定的難度。(3)風能。目前風能的利用率相對較高。風能的利用形式很多,可轉化為電能、熱能、機械能等,隨著技術的不斷進步,風能將更多地應用到建筑行業中去。
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本文將在總結國際與國內能源現狀的基礎上,分析建筑節能的必要性與緊迫性,同時通過調研目前國內建筑節能設計實例,評判建筑節能設計的經濟效益,希望能夠使社會各界意識到,建筑節能不單是發達國家的問題,我國正面臨一場真正的能源危機,建筑節能迫在眉睫。
一、國際能源危機加劇
1、能源儲量減少,石油僅供開采41年
目前,石油、煤炭、天然氣這三種傳統能源占能源消費約90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源統計年鑒的最新數據顯示,世界石油總儲量為1.15萬億桶,僅供生產41年;全球天然氣儲量為176萬億立方米,僅供開采63年。日本權威能源研究機構也申明,全球煤炭埋藏量10316億噸,可開采231年;核反應原料鈾已探明儲量436萬噸,可供72年使用(海水中的鈾可供使用1萬年,利用钚為燃料的增值核反應堆可使用100萬年);利用熱核反應,海水中的鋰能源可開采年限為1600萬年??梢?,全世界最為依賴的能源——石油與天然氣,在21世紀的前半,就將日趨枯竭。科學家們預計2040年石油消費將達到最高峰,2100年石油消費將減少到不足能源消費總量的5%%.而從2050年開始,核能、生物能、水利地熱、風力、太陽能的比率大大上升,達到總能源消費的1/3,熱核能源將達到總能源消費的1/4.
因此,在世界能源供給結構轉軌的大趨勢下,不考慮建筑節能而建造的房屋,終有一日會因為沒有能源可用,終被社會淘汰。呼吁建筑節能,很重要的一點就在于減少使用石油、天然氣等不可再生資源,通過科學合理的建筑節能措施,采用可再生新能源,使建筑可持續發展。
2、能源需求不斷增加,價格無法下降
根據美國能源部能源資訊署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消費形勢如下:
全球能源總消費量將增加60%,其中亞洲及南美州發展我國家將增長1倍(每年增長4%,相比發達國家每年增長1.3%)。
石油:石油預計增長59%(年增長率為2.2%)。此外,石油將維持占全球能源總消費量40%以上的比例。
天然氣:爭議較小的天然氣將是需求增長最快的能源,預計增長一倍。天然氣占全球能源消費量比重也將由23%升至28%.
煤:由于空氣污染及二氧化碳排放等問題,煤炭占全球能源總消費量的比重將由22%降至20%.
核能:在政治問題影響下,全球核能發展情勢尚難確定,但保守估計全球核能消費量將比現在略為增長。
可再生能源(包含大水力):預估將增長53%.但由于現階段數量過少、成本高、能源密集度低且供應不穩定,所以占全球能源總消費量的比重將由9%下降到8%.不過預計更遠的未來,隨著技術的進步,比重將上升較快。
以上預測在2004年阿拉伯石油輸出國的12月月報中已經得到體現,它指出截止到2020年,世界石油需求量將以年平均1.7%至2%的速度增長,日需求量逐漸從目前的8200萬桶到近1.07億桶。
可見,由于核能與可再生能源的替代性遲遲無法實現,石油、天然氣的需求量仍會不斷增加,但能源儲量是有限的,這種供需關系導致了石油、天然氣等能源價格不會下降。
同時,恐怖活動增加了石油以天然氣運輸風險及成本。自美國發生“9.11”恐怖攻擊事件后,全球恐怖活動升溫,而保護措施較為不足的石油及天然氣供應等能源基礎設施成為攻擊目標的可能性提高。例如2001年10月斯里蘭卡一艘油輪遭受其境內恐怖組織攻擊;2002年10月法國油輪在葉門遭受不明攻擊;……各國為了預防恐怖攻擊,正大興土木加強能源設施的保護工作,而隨著防范設施、人力及保險費用的增加,能源使用價格也面臨逐漸上漲的壓力。
面臨能源價格,尤其是天然氣價格逐步上漲,居高不下,很多高耗能建筑開始出現因承擔不起昂貴的能源維持費用而被迫停用,或者售價、租金一降再降的現象。因此,建筑尤其是高層住宅與辦公樓、大型共建正面臨著一場新的革命,建筑節能節能勢在必行。
3、美國企圖掌控全球石油供給,強力遏制我國、歐洲的發展
許多石油生產地區,尤其是中東地區,由于擁有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及軍事的動亂。在近期較大規模的戰爭有1980年兩伊戰爭、1990年波斯灣戰爭、1994年俄國出兵車臣、2001年阿富汗戰爭和2004年的美伊戰爭,而其他小型區域沖突也非常多,都是圍繞著石油資源而展開的。每次爭奪石油資源引發的動蕩,使眾多石油進口國家經濟發展及能源安全受到威脅,牽動整個世界的經濟。從這個意義上說,哪個國家能掌握全球的石油、天然氣能源,就如同握緊全球經濟命脈。
因此,美國攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不僅是要賺回為之付出的巨額戰爭費用,還要建立起有利于美國的世界石油市場“新秩序”:一來拉低美元匯率、彌補貿易逆差、打壓歐元;二來美國可以時時掌控我國、俄羅斯、印度等國家石油進口價格與能源供給量,遏制這些國家的經濟騰飛。
面臨美國今后可能采取的能源阻擾政策,我國除了爭取更多的與石油出口國的貿易協議外,能源節約是最關鍵的一步。
二、我國所面臨的能源挑戰
1、人均儲量少,先天不足,但能耗效率卻低。
我國能源總量豐富,但人均能源可采儲量遠低于世界平均水平。2000年人均石油可采儲量只有2.6噸,人均天然氣可采儲量1074立方米,人均煤炭可采儲量90噸,分別為世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最終可采儲量居世界第41位。因此,一旦平均到個人消費量,我國能源并非地大物博,實際上存在先天不足的弱勢。
從能源利用效率來看,目前國內能耗高,能源效率低。2001年,我國終端能源用戶能源消費的支出為1.25萬億元,占GDP總量的比例為13%,而美國僅為7%.同時,我國單位產品的能耗水平較高,目前8個高耗能行業的單位產品能耗平均比世界先進水平高47%,而這8個行業的能源消費占工業部門能源消費總量的73%.這造成了很大社會能源浪費。
2、我國成為能源消耗大國,進口依賴度提高。
2003年我國已經成為世界上僅次于美國的第二大石油消費國。全年原油消費量達到2.5億噸以上。其中全國原油產量約1.69億噸,進口原油8900萬噸,分別占世界石油需求增長總量的41%、32%,約每天60萬桶和260桶。
2004年原油消費需求量仍以10%以上的增速增長,約達到2.75億噸,進口原油數量超過1億噸。同時,煤炭消耗量占世界總量的40%以上,天然氣供暖需求量也一直在增長。預計到2020年,我國石油需求量為4.5億噸,年均遞增12%;天然氣在一次能源消費中,所占比例將由目前的2.7%增長到10%以上;我國對海外能源的依賴程度將達到55%以上。
可見,我國能源消耗需求旺盛的同時,進口依賴度提高,這使得國內經濟受中東動亂及石油危機沖擊的概率上升,危及我國能源供應安全,存在較大風險。
3、能源成為我國經濟命脈所在,威脅國家穩定安全
2004年全國電荒、煤荒集中爆發。上半年,27個省份全面告急,國家線網被迫拉閘電線80多萬次。下半年,今年北方供暖的城市無一例外都面臨能源緊張的考驗。以吉林省為例,往年到9月底供熱企業儲煤應達年用煤總量的80%,而今年供熱用煤的儲量不足40%;長春市每年鍋爐供熱用煤為306萬噸,截至10月底只有總量的40%入庫;在吉林市,每年鍋爐供熱用煤為46.5萬噸,今年到10月底也才入庫42%;吉林省其他城市同樣存在緊缺情況。就連首都北京也難逃厄運。預計北京冬季煤炭需求為1460萬噸。受全國煤炭資源緊、運輸難、價格高等因素影響,北京市電煤庫存一直在警戒線以下運行,到10月底鍋爐及民用燃煤庫儲煤率不足45%.而為防止大氣污染,北京城區的燃煤鍋爐大多變為燃氣或燃油。隨著石油價格的上調,北京冬季供暖承受著巨大的壓力,2005年3月,北京油價再次上調,93號汽油每升上漲了0.26元。
能源的供給直接影響到人民生活與國民生產。一次拉閘對平常老百姓無關大要,但對于長期依賴電力生產的工廠、企業來說,損失可能是上百上千萬;而全國27個省份同時出現問題,這種經濟損失就根本無從計算,直接關系到國家經濟命脈。而冬季供暖的短缺,導致很多底保戶和困難企業失去基本生存條件,威脅到國家穩定安全。
三、建筑節能要求十分緊迫
1、建筑能耗約占社會總能耗的1/3
我國建筑能耗的總量逐年上升,在能源總消費量中所占的比例已從上世紀七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而國際上發達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右。以此推斷,國家建設部科技司研究表明,隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善,我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右。如此龐大的比重,建筑耗能已經成為我國經濟發展的軟肋。
2、高耗能建筑比例大,加劇能源危機
直到2002年末,我國節能建筑面積只有2.3億平方米。目前,我國已建房屋有400億平方米以上屬于高耗能建筑,總量龐大,潛伏巨大能源危機。正如建設部有關負責人指出,僅到2000年末,我國建筑年消耗商品能源共計3.76億噸標準煤,占全社會終端能耗總量的27.6%,而建筑用能的增加對全國的溫室氣體排放“貢獻率”已經達到了25%.因高耗能建筑比例大,單北方采暖地區每年就多耗標準煤1800萬噸,直接經濟損失達70億元,多排二氧化碳52萬噸。如果任由這種狀況繼續發展,到2020年,我國建筑耗能將達到1089億噸標準;到2020年,空調夏季高峰負荷將相當于10個三峽電站滿負荷能力,這將會是一個十分驚人的數量。
據分析,我國目前處于建設鼎旺期,每年建成的房屋面積高達16億至20億平方米,超過所有發達國家年建成建筑面積的總和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建設增速,預計到2020年,全國高耗能建筑面積將達到700億平方米。因此,如果現在不開始注重建筑節能設計,將直接加劇能源危機。
3、我國建筑節能狀況落后,亟待改善
低碳節能設計指的是在保證建筑使用舒適性、建筑質量的前提下,通過提高設計技術的同時改善管理水平方式實現節約資源、保護環境的目標。四節環保作為當前最主要的綠色設計方式,它指的是節財、節地、節水、節能以及環境保護等。綠色節能技術一種傳統的和高新的科學技術,它不僅可以使人們可以在心理和生理上得到滿足,還可以使資源和能源得到最少的消耗。設計充分體現“綠色、低碳、環保、節能”的理念,合理利用原有建筑空間,通過技術手段,使建筑達到節地、節水、節材、節能和環境保護的目的。隨著人們居住環境的變化和建筑行業的發展,建筑能耗問題不斷深化,所占整個能耗的比例逐漸增加,嚴重影響的可持續發展。我國每年都會新建和改建大批建筑,耗材多,同時,在建設的過程中還存在土地資源利用率低、環境污染嚴重、自然環境日益惡化的問題,嚴重破壞了建筑系統內外環境的良性物質循環,影響了能量的有效轉換,嚴重的會破壞當地的生態環境。針對以上問題,必須進行合理的環保設計。在建筑環保設計中,環保節能與環境保護、生態平衡是緊密相連的,人類自主營建的舒適的建筑環境需要依賴于良好的通風、溫控、照明等設備,這些設備的耗能較大,長期過度消耗會形成能源危機,影響人類的生存發展。因此在進行建筑的設計工作時,要充分考慮到環保問題,注意人與自然關系的和諧統一,提高資源的利用率,堅持可持續發展。
2為什么要低碳節能建筑
1)低碳節能建筑適應于一年四季。古老傳統的建筑和自然環境完全分離,這樣和外界隔離的室內環境對健康非常不利,然而節能建筑的里、外用的是有效連接,自動調節氣候變化。2)低碳節能建筑消耗能量非常低。根據統計,有50%的能源是建筑在筑造與使用過程中消耗的,并且產生出34%的環境破壞物。3)建筑新的美學便是低碳節能的建筑。節能建筑可以最小程度的減少對大自然的索取,這種建筑,不僅可以讓人體驗新的建筑藝術,同時還可以進一步享受快樂、舒適的生活。4)從一而終的節能建筑環保理念。能建筑不同之處在原材料的開發、運輸、加工和利用,一直到建筑物失去利用價值的全過程,環保和節能的理念從一而終,重點是建筑要對得起全世界全人類。
3建筑設計的低碳概念
從建筑的外觀上來說,以人為本、簡潔美觀是低碳節能的建筑設計原則。設計出來的建筑應充分利用天然能源以使得低碳節能成為低碳建筑設計的核心,格局布置和選址的合理性,應充分體現出空間流動感和陽光感。在設計方面還要考慮這兩個方面的內容:一是要足夠重視低碳節能,把節能技術合理積極的運用到建筑設計上,節能的重要性要從思想上深刻體會到。二是應用能源資源和先進的科學技術也可以達到資源節約的目的,使得建筑的環境質量和整體文化品質得到明顯的提升。
4低碳節能建筑設計的方法
在低碳節能的建筑設計中,低碳的設計貫穿整個的構造、設計、使用和廢棄等環節,每一環節都需要全面考慮低排放、低消耗以及低污染的一系列重要問題。以下幾個方面對低碳節能建筑的設計進行分析。
4.1建筑形式上的低碳節能設計
1)對于屋面的建筑方法和節能設計。最常見的屋面是蓄水和覆土種植屋面的保溫隔熱設計方法。它可以一定程度上緩解城市的“熱島效應”,因為它的屋面綠化和墻體垂直綠化合并使用,這樣不但可以充分利用雨水、遮擋東西向的陽光以及美化建筑環境,而且蒸發的水蒸氣還可以凈化空氣,調節屋面和室內的溫度。2)墻體的結構造型和對太陽能的開發利用。建筑物節能指標的達成決定因素就是建筑物的墻體對溫度的保持性能是不是完美,許多國家都在這方面進行了開發研究。整個建筑的耗能影響也要看墻體的顏色、材料以及構造方式等。
4.2低碳建筑材料的挑選
1)盡量選用合適的綠色材料。地球環境的變化以及龐大的能源耗損其中一部分原因是由于裝修、建筑等材料的生產、使用等環節造成的。如今城市的房屋建筑的結構分析,大部分是用鋼筋水泥為首的結構形式,水泥是能耗比較高的物質,會給環境造成嚴重的污染,特別是在拆除建筑廢棄物時這些混凝土常常是非常難處理的。耗能低、功效高、維修與施工便捷、可以合理的對室內的環境進行有效的調節是選取內部裝修所需的材料要注意的方面。2)充分利用材料。進行低碳建筑設計的過程時,要充分利用材料和資源,因此設計要節約,讓資源的利用達到最優,還要加深對建筑材料特性的學習并掌握使用方法,這樣才能更好的利用材料優勢和特性,將它們有效的與建筑緊密相結合,做到有效的減少施工材料的浪費現象,更好的保護環境。
4.3區域的氣候與建設方式的統一
資源的有效節約,減少有害氣體的排放量和該地方區域氣候的濕度以及降雨量等多種因素創造循環、可再生的環境系統與建筑形式的合理密不可分。窗戶的采光效果反映了氣候中兩大基本的要素是光與熱。在標準采光得以滿足的條件下適當的選用較小的窗墻和隔熱玻璃、鋁制窗框等材料在建筑施工的過程中能夠在一定程度上降低耗能和有害氣體的釋放量。而合理適度的選取遮陽散熱方式,不僅可以讓建筑表面對外界氣候資源的利用率得到提升,還能為建筑內部空間給予通暢的氣候回流循環的環境。
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關鍵詞:民用建筑;節能;對策
1民用建筑節能必要性
節能源于全球性的能源危機,能源是社會經濟發展不可缺少的動力,但是它又是有限的,存在枯竭、用完的時間。我國當前能源形勢十分嚴峻,能源高速生產,煤、電、油、運持續緊張。建筑是耗能大戶。建筑運行能耗占我國能源總消費量的比例已由上世紀70年代末的10%上升到目前的26.7%,發達國家的實踐經驗表明,這個比例還將提高到35%左右。建筑能耗不僅是消費過程的運行能耗,還應包括建造房屋生產環節的能耗,據估算,加上這部分間接能耗,建筑能耗的總量應占到社會總能耗的46.7%上下。建筑節能已是我國節能工作的重點內容。
我國建筑規模巨大,發展迅速。每年新建建筑竣工面積大于各發達國家每年新建建筑竣工面積之和,我國正以世界上前所未有的規模和速度建造高耗能建筑。這些高耗能建筑已帶來嚴重的環境問題,建筑用能排放的溫室氣體已占全國總量的25%,北方城市冬季煤煙型污染指數超過世界衛生組織提出的最高值的2~3倍,已對公眾健康造成較明顯的損害,這明顯背離了科學發展觀和可持續發展戰略。
改革開放后。我國國民經濟的迅速發展,人民生活水平的不斷提高,促使了人們對建筑熱舒適性的要求越來越高,采暖和空調的使用越來越普遍;也促使了居民家庭家用電器品種數量日益增多,家用熱水明顯增加。這些都造成了建筑能耗的快速增加,帶來了能源緊張和環境污染等許多問題,但我們不能因噎廢食,發展是硬道理,建設要繼續,環境要改善,生活質量要提高,出路就在全面推進建筑節能。
2民用建筑節能技術原理
2.1影響建筑節能的幾個建筑因素
2.1.1建筑物體形系數
建筑物體形系數愈大,其傳熱量也就愈大。從建筑節能的觀點出發,毫無疑問應盡力減小建筑物體形系數。
2.1.2圍護結構的傳熱系數
圍護結構的傳熱耗熱量占建筑物總耗熱量的71%~77%,因此,大幅度降低圍護結構的傳熱系數,選擇合適的圍護材料是重要的。
2.1.3窗墻面積比
開窗面積增大,會增加傳熱耗熱量和空氣滲透耗熱量,對建筑節能不利,理論上應盡可能降低窗墻面積比。然而,窗墻面積比還受建筑立面、室內采光、通風因素控制。因此,建筑節能設計中,應針對不同地區的環境和習慣區別對待,不宜過分縮小窗墻面積比。
2.1.4建筑朝向和建筑布局
相關研究結果表明,無論是為了降低冬季采暖能耗,還是為了降低夏季空調制冷負荷,建筑物朝向均宜采用南北向或者接近南北向,盡量避免東西向。建筑平面布局總的原則應根據地形、地勢和朝向等條件靈活布置。
2.2民用建筑節能技術措施
2.2.1墻體節能
墻體節能,關鍵要降低墻體傳熱系數值。目前墻體節能措施主要有:
(1)單一材料外墻,指采用保溫、隔熱性能較好的材料所做的外墻。(2)保溫夾心復合墻,指把保溫材料放在墻體中間,形成夾心墻。(3)外墻內保溫,指在外墻內側增加保溫措施。有貼保溫板做法、粉刷石膏做法和聚苯顆粒膠粉做法等。(4)外墻外保溫,指在外墻外側粘結保溫層,并在保溫層的外側抹聚合物砂漿、加網格布和做飾面層。
2.2.2門窗節能
門窗能量損失方式主要是輻射、對流、傳導和空氣滲透,輻射是門窗能量損失的主要方式。提高門窗節能效果的技術措施主要有:
(1)重視門窗的節能設計,尤其要綜合考慮好門窗朝向和窗墻面積比。(2)合理選用原片玻璃,控制通過門窗的輻射傳熱。(3)改進中空玻璃間隔層氣體性能。(4)優化節能窗框材料,進一步改善窗框密封性能。
2.2.3屋頂節能
屋面由于直接受太陽大面積、長時間輻射,而成為節能設計的關鍵部位。常有如下幾種做法:架空型保溫屋面、倒鋪型保溫屋面、蓄水屋頂和種植屋頂等。
倒鋪型保溫屋面是把保溫層置于防水層的上側,類似于外墻外保溫墻體,屋面結構層不直接受太陽輻射,表面溫度升降幅度較小。延緩防水層老化,是一種比較保險的做法,值得大力推廣應用。
2.3新能源在建筑中的應用
2.3.1太陽能應用
我國是太陽能十分豐富和得天獨厚的國家,三分之二以上的國土面積日照在2200小時以上。當今,將被動太陽采暖、太陽熱水、太陽電池發電應用于建筑,并與建筑一體化的新型太陽能建筑已在我國得到應用,公眾反映熱烈。
2.3.2地熱的應用
地熱是一種可再生的能源,跟民用建筑相關的地熱利用主要是地源熱泵技術。地源熱泵技術是利用包括土壤、井水、湖泊等與建筑物室溫的差別,通過熱交換達到采暖降溫的目的,其優點是耗電量低,節省空間和土地。
3民用建筑節能經濟原理
3.1節能建筑相關主體的利益關系
與節能建筑相關的主體包括政府、房地產商、業主和建材產商等。
3.1.1政府
節能、環保,利于國家今后的長期可持續發展,政府要自上而下地推動建筑節能工作的開展。
3.1.2房地產商
房地產商開發節能建筑是否有成熟的節能技術支持和有利可圖是至關重要的。一般而言,房地產商可以從以下幾點獲得良好的效益:
(1)節能建筑圍護結構重量輕,減輕了荷載,在地基和基礎上節省了費用。(2)節能建筑室內熱環境好,相應減少了鍋爐、空調等設備和場地的投資。(3)試點先行可以得到國家經濟上的支持和政策上的優惠。
3.1.3業主
在現行體制下,由于各方面的政策法規和相應的技術沒有跟上,節能建筑的吸引力并不高,業主只是一個被動的參與者。只有將業主的經濟利益和建筑能耗切實的聯系起來,才有可能從根本上推動節能建筑的發展。節能建筑能使業主獲得如下好處:
(1)舒適健康的居住工作環境。(2)日后維持費用低。(3)節能建筑墻體薄,在建筑面積相同的情況下擴大了使用面積。
3.1.4建材廠商
隨著節能建筑的推廣,市場對新型建材的需求量大幅增加,無疑為建材廠商提供了廣闊的市場機會。
3.2對我國建筑節能經濟激勵政策的建議
(1)繼續加強新型墻體材料專項基金的征收和使用管理。充分發揮專項基金的調控作用,促進墻體革新工作的快速健康發展。(2)對于執行建筑節能標準的房地產商可以給予適當的稅收優惠。(3)對于達到節能標準的建筑適當減免市政配套設施費。(4)經過認證合格的節能門窗、保溫隔熱材料減半征收增值稅。(5)制定可行的鼓勵太陽能、地熱、風能和生物能等清潔可再生能源在建筑上應用的經濟激勵政策。
4民用建筑節能措施
(1)建立健全建筑節能法規、政策和標準體系。立法是推進建筑節能的根本。我國應盡快完善《節約能源法》、《可再生能源法》和《建筑法》中與現狀脫離的內容,繼續加大《建筑節能管理條例》的執行監督力度。此外,要加快編制各類有關節能的技術法規和標準規范,以盡快覆蓋建筑節能的各個領域和環節。
(2)深化供熱體制改革,理順熱價。只有堅持供熱的商品化、市場化,才能徹底改變寧可欠熱費、降低供熱質量。也不愿建設節能建筑的情況。為此,我國應加快推行小區采暖系統分室調控室溫和熱量按戶計量收費的技術和管理政策。
(3)開展既有建筑節能改造。與新建筑相比,既有建筑總是占絕大多數,能耗要高得多,只有既有建筑節能改造取得成效,全國建筑能耗才能大幅度降下來。
(4)推動建筑節能技術進步。不少開展建筑節能的地區,反映建筑節能技術選擇困難,為此,要盡快開發并形成不同地區不同建筑適用的多種建筑節能配套技術。同時,大力推進太陽能、地熱、風能等可再生能源的開發和利用。
(5)不斷建造節能示范建筑。真正好的節能建筑示范效應很大。要求各地年年建造節能示范建筑、示范小區。示范建筑不能只是房地產商的賣點,而要在該地區真正起到引領建筑節能技術潮流的作用。
建筑內供配電系統的設計,需要根據整個建筑的負荷容量和供電距離及設備的特點來進行具體考慮,在此基礎上對供配電系統進行合理設計,確保供配電系統穩定,不僅操作簡便,而且結構上簡單可靠,在進行變配電所設計時,越接近負荷中心越好,通過將配電半徑進行有效的縮短,從而實現對線路損耗的有效控制。
2合理選擇變壓器的容量
變壓器能耗量較大,所以對于建筑內變壓器臺數和容量選擇時需要根據負荷的情況進行合理設計,同時還要對不同季節負荷的變化進行充分的考慮,確保變壓器能夠做到靈活的投切,確保其運行的經濟性,對于可能導致損失的輕載運行則盡量避免。因此對于季節性用電設備,則宜設立單獨的變壓器,同時將一些重要的負荷和維持正常工作需要的負荷要集中在一臺或是幾臺變壓器上,其他不重要的設備另設變壓器,這樣有利于在使用備用電源時方便切除。
3合理選擇導線的經濟截面
長期以來在對電力電纜選擇時,通常電纜的截面會根據發熱載流量、短路電流和電壓來選擇,以滿足安全為基礎,然后確保截面的最小化,這樣可以實現節約。但這樣進行設計的結果往往導致電能損耗費用增加,進而導致運行成本的增加。所以對于電纜截面的選擇,還需要考慮到經濟載流量,確保選擇的導線截面具有較好的合量性,降低線路的損耗,確保在電纜的生命周期內實現總費用的最小化,按電纜的經濟載流量(經濟電流密度)合理選擇導線的經濟截面,減少線路損耗,并使得電纜在壽命周期內總費用最低。而且經濟截面要大于發熱截面,這就確保了電纜運行上的安全性,減少了安全隱患的發生。同時在選擇導線時,還要對電阻率進行充分的考慮,以選擇盡量小的電阻率為宜,設計中避免導線長度過長,使負荷中心與變電所能夠盡可能的靠近,以實現供電距離最短,從而實現節能的目的。
4配電線路的節能
4.1選用電導率較小的材質做導線。以銅芯最佳,鋁芯次之。國家從節能、環保的角度出發,提倡采用銅質導體。
4.2減小導線長度。首先,變配電室應盡量靠近負荷中心,以縮短供電半徑,減少線路損耗;其次,線路盡可能走直線,少走彎路和回頭路,減少導線長度;最后,對于環形供電方式,為降低線路的電阻值,宜將開環運行改為閉環運行。可明顯降低線路損耗。
4.3增大導線截面。按經濟電流密度法合理選擇導線截面,以減少損耗;對于比較長的線路,除滿足載流量、熱穩定、保護的配合及電壓損失等要求外,宜加大一級導線截面;除消防等重要負荷或大容量負荷外,應優先采用母干線分支方式配電。
5照明系統的節能
照明系統的節能設計,一方面照度、色溫、顯色指數要達標,另一方面又要達到節能的目的。由于電氣照明設備的耗電量與照明設備用電使用時間、照明設備的損耗、房間面積、照明器數量等因素成正比關系,與照明電氣的發光效率成反比關系。因此,照明系統的節能設計可從以下方面來考慮。
5.1減少設備使用時間。在設計的時候,樓梯間、走廊這樣的公共場所可采用自動控制的方式,做到人來燈亮,人走燈滅??紤]到線路損耗,對于面積小的房間可采用一燈一控或二燈一控:面積較大的房間采用多燈一控的方式。同時,設計時,應充分利用天然光。
5.2提高光源的利用效率。首先要改善環境的反射條件。即建筑物內的墻壁、天頂、地面以及家具的表面盡量光滑、色彩盡量選用淺色。當然考慮到健康因素,屋頂和墻面的光反射系數宜在55%~60%之間,地面宜為15%~35%。
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