从20世纪70年代起,能源短缺问题就为世界各国所关注。在所有的能耗中,建筑能耗又占有很大比重。因此,近年来建筑节能技术成为一个全球关注的热 点研究课题。我国节能工作与发达国家相比起步较晚,能源浪费又十分严重。而且我国的经济和社会正保持着高速发展的态势,现在正处于工业化和城镇化快速发展 阶段,工业的增长、居民消费结构的升级,特别是中国城镇化进程的快速发展,对能源、经济资源的需求将更加迫切。
1.我国建筑能耗现状与建筑节能的必要性
1.1我国建筑节能的现状
我国建筑节能工作始于20世纪80年代,主要偏重于北方地区采暖住宅节能。在80年代和90年代分别制定了重要的建筑节能标准,主要措施是增加门窗 气密性、改善墙体保温、加大围护结构的热阻。近年来又制定了民用建筑节能设计标准,并在“建筑节能十一五计划纲要”中制定了我国未来的建筑节能目标。
1.2建筑节能的必要性
我国推行建筑节能的必要性主要表现在四个方面:
首先,高速城镇化是建筑节能的最大机遇和挑战。如每年1300—1500万农民进城,人均耗能提高3倍;年建筑量达20亿平方米,相当于全球总量的40%。
其次,建筑能耗占全社会能耗的比重快速增长,如集中供热区的扩大,空调的普及,农村能源商品化每户住宅面积的扩大等。
再次,随着欧陆风的盛行,“能源杀手式”建筑越来越多。
最后,“十一五期间及今后建筑节能任务繁重,高速城镇化和国际能源危机迫使我国进行建筑节能的背水一战。”
2.传统的实现建筑节能的方法
2.1.墙体节能措施
墙体是建筑外围护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。这可以从以下四方面来考虑。
(1)优化建筑外形
在建筑物各部分围护结构传热系数和窗墙面积比不变的条件下,热量指标随体形系数成直线上升。故应增加房屋进深,减少平面凹凸变化,不能因为追求“变化和新颖”使外墙凸陷厉害,使体型系数控制在0.3以下,以最小的建筑外表面积包容最大的建筑空间、减轻墙外表面积的影响。
(2)使用环保、节能型建筑材料
使用环保节能型建筑材料可有效减少通过围护结构的传热,达到显著的节能效果。如选用三孔砌块,外抹保温砂浆,工程造价低、节能效果好,经济、施工简单且易于推广。
(3)使用合理构造
目前我国外墙保温技术发展很快,是节能工作的重点。外墙保温常采用内保温复合外墙、夹心复合外墙和外保温复合外墙三种构造。
(4)隔离太阳辐射热
对垂直墙面可采用阳台、挑檐等遮阳设施和浅色墙面、反射幕墙以及植物覆盖绿化和“可呼吸外墙”类同时具有良好生态性能的外墙,这些都是改善建筑室内环境,节约建筑能耗的有效措施。
2.2.门窗节能措施
门窗是建筑必不可少的组成部分,面积约占建筑外围护结构面积的30%,传热系数比墙的大很多,又经常开启,是冬季耗热的关键部位。其长期使用能耗约 占整个建筑长期使用能耗的50%,其中传热损失为1/3,冷风渗透为1/3,十分可观,因此门窗的节能是建筑节能的重要突破口。其节能措施主要有:
(1)尽量减少门窗的面积,合理控制窗墙比门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位,所以在保证日照、采光、通风、观景条件下,尽量减少外门窗洞口的面积, 合理控制窗墙比。对于窗墙比,《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》有严格规定:北向不大于25%;南向不大于35%;东西向不大于30%。
(2)提高门窗的气密性,减少冷空气渗透通过改进门窗产品结构(如加装密封条),提高门窗气密性,防止空气对流传热。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一。
(3)设置遮阳设施适当确定建筑物的挑檐、遮阳板的尺寸,安装可调式百叶、窗帘,调节室内日照。或采用遮阳系统,一般安装在向阳的外立面或采光屋顶上,可控可调,达到不同时间,据不同需要遮挡、反射和引光入室的目的。
2.3.屋顶节能措施
(1)采用高效保温材料
屋顶保温材料的选择应注意两点:其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大;其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果。
(2)隔离太阳辐射热
隔离太阳辐射热,减少阳光直射,对屋顶可用架空屋面,浅色屋面。条件允许时可在屋顶上覆土,做植被屋面,上面种密叶植物,利用植物遮阳,覆土作为隔热层提高隔热性能,而且通过光合作用,可消耗或转化部分能量,也起到美化环境作用。还有设计通风屋面、蓄水屋面等节能措施。
1、架空板隔热屋面
架空板隔热屋面,是指在已经做好防水层的屋面上,架设平板通风隔热层,并设置通风屋脊,设置进风口等,使屋面不被太阳直射,并通过隔热板和屋面之间 的空气间层进行隔热和节能。这种隔热方式施工简单,对屋面结构荷载增加不大,重量轻,隔热效果好,且板底具有合理的排气结构,又有一定的保湿作用。
2、蓄水屋面
蓄水屋面就是在刚性防水屋面上蓄一层水,其目的是利用水蒸发时,带走大量水中的热量,大量消耗晒到屋面的太阳辐射热,从而有效地减弱了屋面的传热量和降低屋面温度,是一种较好的隔热措施,是改善屋面热工性能的有效途径。
3、浅色坡屋面
目前,大多数住宅仍采用平屋顶,在太阳辐射最强的中午时间,太阳光线对于坡屋面是斜射的,而对于平屋面是正射的,深暗色平屋面仅反射不到30%的日照,而非金属浅暗色的坡屋面至少反射65%的日照,反射率高的屋面大约节省20%～30%的能源消耗。
3.利用可持续能源实现建筑节能
3.1.太阳能的利用
在太阳能比较丰富的地区,所有的建筑都应该用太阳能,如果此建筑用热水的量比较大,就在屋顶安装足够其使用的太阳能热水器,也在相邻用热水量不大的 建筑屋顶建太阳能热水器,以补充用量大的建筑。在这些地区的农村也应该全部用上太阳能电池,以供照明用电,同时加快技术开发建太阳能建筑,在实践较成功的 情况下,进一步在全国可用的地区进行推广。
3.2.风能的利用
我国风力资源十分丰富,据国家气象局提供的资料显示:中国陆上50米高度可利用的风力资源为5亿多千瓦,海上风力资源也超过5亿千瓦,储量居世界首 位,远远超过可利用的水能资源的3.78亿千瓦,与储量相比,我国风能资源利用在庞大的能源消费中不值一提。据统计,截至2004年末,我国风力发电总装 机容量为76万千瓦,仅占全国电力装机总量的不足千分之二。在亚洲,印度以800万千瓦居首位,我国不到印度的四分之一。所以我国应该尽可能的开发风能资 源,可以进行丰富与贫乏地区平衡,也可以将地方性风能发电设施与国家电网相结合,尽可能实现风能丰富地区的建筑所需电能自给。
3.3.水能的利用
我国淡水资源不算太少,居世界第六位。而人均水量仅及世界人均水平的1/4,属于贫水国家之列。因此我国在建筑设计中必须考虑如何利用中水,这样可 以节约大量的淡水资源。同时在建筑设计中也应该作雨水回收及处理设计,可以用雨水冲厕所、清洗,对于特别缺水的地区进行技术开发争取将雨水处理到可饮用。 这些可以减缓我国淡水资源极其缺乏的到来的时间。
我们还可以根据地理条件,充分利用深井水。所谓的深井水,指的就是在一些地下水资源较好的地区,深度约80~100m的水。此处水温较恒定,约7~10℃。可经过热泵交换后将冷却水通过另一口井再回灌地下。与普通电制冷空调比较,可节能15%。目前的实例已较多。
3.4.地热资源的利用
地热资源是地层深处的热资源由于未受外界扰动,其温度较为恒定;且是无污染的巨大的能源体。在设计中利用此热源做“地源热泵”,通过建筑与地热的交换,在冬天可取暖,夏天可供降温。
4.总结
建筑节能是“功在当代、荫及子孙”的世纪工程,是实现可持续发展的一个前提。我们可以从建筑物本身出发,通过屋顶节能设计、外墙节能设计、门窗节能 设计,还可以利用绿色能源如太阳能、风能、水能、地热能的利用来降低建筑能耗,提高建筑的智能化程度,以保证尽可能的为人们提供健康、舒适、安全的居住、 工作、学习和活动的节能建筑。
我们不仅要在住宅建筑实施节能规定,而且要在各类公共建筑和工业建筑中尽快实行节能;不仅在北方或需要采暖的地区,而且要对南方及一切空调制冷的各类建筑制定节能指标。
