探究夏热冬冷地区建筑被动式节能技术

      引言
      目前,我国建筑能耗约占全社会总能耗的1/3,其中,建筑能耗占比最大的是采暖和制冷。近年来,随着节能环保观念不断深入人心,如何降低建筑能耗、发展绿色建筑成为行业探索的新课题。2013 年国办发1 号文《绿色建筑行动方案》的出台,为绿色建筑的发展提供了前所未有的机遇,但在绿色建筑的设计和建设过程中,片面追求高技术、高标准的现象普遍存在:一方面是建筑成本居高不下,另一方面,“设计标准高、施工打折扣、运营跟不上”成为众多绿色建筑的顽疾。本文以夏热冬冷地区绿色建筑为研究对象,以“被动式技术优先、主动式技术结合”的理念为出发点,对绿色建筑被动式节能技术提出几点看法。
      1 绿色建筑的内涵
      关于绿色建筑,大卫和鲁希尔·帕卡德基金会(The David andLucile Packard Foundation)曾给出一个直白的定义:“任何一座建筑,如果其对周围环境所产生的负面影响小于传统的建筑”,那么它就可以被称为绿色建筑。
      我国原建设部在2006 年颁布的《绿色建筑评价标准》中,对绿色建筑提出了明确的定义:“绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材),保护环境和减少污染,尽量减少使用合成材料,充分利用阳光,节省能源,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。”绿色建筑可以通俗的理解为“四节一保护”,因地制宜是绿色建筑内涵的灵魂。
      2 被动式节能技术适宜性选择
      被动式节能技术是指以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术,具体是指通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调等能耗的降低。
      2.1 合理采用室内自然采光
      著名的建筑师赖特认为,给房间采光的最好的方式,就是上帝的方式。这里所谓的上帝的方式就是自然采光,在建筑设计之初,可采用屋顶光导管、中庭采光、采光井等多种方式相结合的方式,这几种方式具有投资少、效果好、维护方便等特点。在夏热冬冷地区,考虑到夏季炎热的温度,屋顶导光要采取北向采光或采取措施将直接日射去除,否则反而引来日射热负荷,而增加室内空调负荷。单层镀膜屋顶虽可引进自然光,但却引来日射热而增加空调负荷,因此尽量采用双层镀膜,并辅以遮阳。
      因此,对于公共建筑,合理设计采用中庭采光可以达到较好的效果,对于大跨度的多层公共建筑,还可以考虑光导管采光,目前市场上的光导管系统寿命在 25 a 左右,投资回收期在 3~5 a左右;对于跨度较大,白天室内需要补光的建筑来说比较适合。同时,对于地下室或地下停车库,白天采光变得尤为重要,可以采用采光井进行白天补光,重点在于合理的设计和布局,同时辅以绿化景观的设计相结合,打造自然舒适的采光环境。
      2.2 注重外围护结构热工性能
      外围护结构很重要的功能之一便是保温隔热,提高外墙体围护结构热工性能主要是通过增加围护结构热阻值(R 值)和减少其热导率(K值),即适当增加墙体厚度或保温层厚度,选用导热系数低的保温材料等。
      另外,要尽量消除热桥,常见热桥的形成主要包括建筑角落处结构性热桥、窗框处无保温形成热桥、突出的钢筋混凝土楼板形成热桥等。消除热桥比较有效的办法是采用无热桥设计,但在实践中通常的做法是采用外墙外保温的施工做法,尽量避免采用内保温或夹层保温,同时在窗框处用无机保温砂浆进行处理。
      2.3 提高门窗的气密性能
      建筑门、窗和玻璃幕墙等透光构件是建筑外围护结构中热工性能最薄弱的构件,约占整个建筑能耗的5%~12%。在门窗选型时应采用单中空层中空玻璃或双中空层中空玻璃,框体选用断桥铝合金型材、PVC 塑料型材、铝塑或铝木复合型材等,整体宜采用平开窗,尽量减少使用推拉窗。玻璃幕墙应采用LOW-E 玻璃等节能玻璃,同时,要做好施工质量监管,确保门窗整体的气密性达标。以大部分地处夏热冬冷地区的江苏为例,在2014 年1 月1 日起开始实施《居住建筑标准化外窗系统应用技术规程》,将标准化外窗与预先安装在门窗洞口中的标准化附框安装组合,完成所有安装工序就能够投入使用,在气密性、热工性能和防水方面具有较大优势。
      2.4 适当设置建筑外遮阳
      建筑外遮阳设计在夏热冬冷地区是节能最有效的方法之一,它影响整体空调耗能变动约两成左右。例如南向仰角45°的水平遮阳板(1 m 窗高,1 m遮阳深度)可轻易遮去68﹪的日射热,而室内遮阳百叶帘只能遮掉17﹪的日射热。目前市场上的遮阳产品非常多,在居住建筑中应用最多的是内置百叶玻璃窗和铝合金外遮阳。由于内置百叶玻璃窗在价格方面比铝合金外遮阳有优势,而且施工方便,因此相当一部分住宅开发项目都采用了内置百叶玻璃窗,节能效果明显;但是内置百叶玻璃窗使用寿命不长、一旦损坏无法维修,只能整体更换窗扇,而且无法做到通风与遮阳同步,因此在实际使用过程中存在一定的局限性。
      另外,户外遮阳篷和户外织物卷帘也得到了一定范围的应用,具有造价低、使用方便、遮蔽系数较高等优点,但两者抗风性较差,使用年限短。户外遮阳篷是比较符合中国人生活习惯的一种遮阳方式,尤其是可调节式户外遮阳篷,可以兼顾采光、通风与遮阳,但是使用寿命只有10 a 左右,节点位置若处理不好容易造成墙面渗水。其次,混凝土遮阳板等硬遮阳措施也是比较好的遮阳方式。
      2.5 屋顶绿化和墙体绿化相结合
      对于建筑本身而言,屋顶绿化、墙体绿化是比较好的方式,不仅美观,给人以视觉的享受,而且可以保持水分,在夏季降低热岛效应,并达到一定的遮阳作用。同时结合生态水系、生态围篱、生态水池的设计,打造丰富的多孔隙生态世界,营造适宜的建筑微环境。
      3 结语
      夏热冬冷地区具有夏季高温、冬季阴冷、常年湿度大的气候特点,在绿色建筑节能技术的选择上,应综合考虑冬季采暖保温和夏季通风、隔热、遮阳,因地制宜,优先采用被动式节能技术。合理设计自然采光方式、适当增加围护结构保温厚度、尽量消除热桥、提高门窗气密性、设置东南西向外遮阳、采用屋面复层绿化和墙面立体绿化,这些被动式节能技术造价低、施工方便,应用效果良好,节能效果明显。

    中华玻璃网www.glass.cn)新闻编辑部

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