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论文摘要:分析了我国北方农村地区建筑现状,针对农村建筑的特点,提出一些建筑节能设计措施以及能源综合利用方式。强调农村建筑规划体系建立和建筑节能的管理,以期为北方广大农村农民提供一个健康、舒适的节能建筑。
随着现代化建设的发展,我国农民的生活水平不断的提高,他们对自己的居住条件的要求也越来越高。长期以来,我国北方农村地区建筑特点是占地多,建造技术水平低,缺乏科学性,甚至是忽视最基本的建筑热工性能和舒适性要求,特别是缺乏统一的建筑规划,能源利用率低,导致其建筑土地利用率低,保温隔热性能差,能耗大,舒适度低。因此,为了提高农民生活质量,应以改善居住条件为重点,科学制定农村建筑规划体系,因地制宜地在广大北方农村地区推广建筑节能技术,发展节能建筑。
1农村建筑节能设计
1.1北方农村建筑现状分析
我国北方地区农村建筑要适应日常居住生活和农副业生产的双重需要,居民建筑类型大多为单户、双户以及多户并联的建筑类型。长期以来,我国农村建筑大多为个人建造,农民随意建设,农村建筑缺乏规划和设计,造成建筑的功能划分不合理,用地浪费。在房屋建设的过程中,由于技术和施工条件的限制以及经济条件的制约,农民建房时多选用一些落后的建材,围护结构的设计仍采用传统的做法,致使其建筑能耗大,不利于节能。
1.2建筑规划布局
我国北方农村大多地区冬季寒冷,夏季炎热。建筑规划选址中应充分利用当地的自然地理优势,根据当地的气候特点,合理地安排建筑与周围环境因素之间的关系。在建筑平面的布局时,要充分考虑当地农民的生活习惯,合理地安排建筑物功能分区。
1.2.1建筑选址应避免在山谷、沟底等区域,这主要考虑冬季气流在这些区域里形成对建筑物的“霜洞”效应,会使其能耗增加。建筑朝向应根据当地的地理条件和气候条件,选择最有利的自然采光和通风的区域,注意冬季防风和夏季有效利用自然通风,减少能耗。
1.2.2建筑类型上应多采用两户或多户并联的布置形式,减少建筑体系系数,有利于降低建筑能耗。
1.2.3根据当地农民生活习惯,将居住建筑和农副业生产用房进行合理的划分。例如将卧室、大堂宜布置在南向,饲养室、农副产品加工室宜布置在北向。
1.2.4规划中应注重绿化环境。绿化可以改善建筑群体的气候条件,可以调节气温、降低温室效应、隔热遮阳、减少噪声,是优化建筑室内环境、减少建筑能耗的有效措施。
1.3建筑围护结构节能设计
1.3.1外墙
外墙散失的热量约占整个围护结构总能耗的25~28%,因此应在寒冷地区的北方农村建筑外墙设计中应采用外墙外保温。依据当地已有的原材料,合理选择建筑外墙材料,推广使用空心砖或混凝土空心小砌块等节能砖。同时在建造时灵活选取构造措施,利用农村地区容易获得的材料(稻壳,麦秸等)作为外墙保温材料,使外墙获得良好的隔热效果。
1.3.2屋面与地面
北方地区农村建筑屋面散热量占总散热量的15%左右,地面约为6%。在屋面建造时应采用坡屋顶,设置架空层或平屋顶,设置吊顶层。选用导热系数小,吸水率低,易于就地取材的保温材料。重视地面保温,在地面垫层下铺设廉价的炉渣等其他保温材料,并注意地面防潮设计,减少地面散热量。
1.3.3门与外窗
长期以来,北方农村建筑的门窗建造较为简陋,大部分为单层,而且密封性较差。外窗的热损失量,约占整个房屋的30%。为了减少外窗的热损失,在满足自然通风和采光的要求下,减少窗墙比,应采用双层窗或单框双玻璃窗,增强其密封性,以此来提高窗的总热阻。外门应采用双层,若采用单层应作保温处理,提高外门的隔热性能。尺寸较大的门窗应在室内加装门窗帘,也有利于减少门窗的热损失。
2能源的综合开发与应用
2.1太阳能开发与应用
北方农村地区有着丰富的太阳能资源,建造太阳能综合利用建筑,在屋顶放置太阳能利用设备可提供生活热水、采暖系统以及照明等综合应用。特别是近年来太阳能低温地板辐射采暖系统的应用,适合应用在无集中供暖的农村建筑。在过渡季节,利用太阳能热水还可以强化自然通风。
2.2沼气开发与应用
沼气是一种清洁的可再生能源。在北方广大农村地区各种农作物的秸秆,牲畜的粪便等都可以作为产生沼气的原料。沼气不仅用来解决农村燃料缺乏问题,也可以应用沼气进行采暖和照明等综合利用。另外沼液和沼渣可以作为有机肥料,施在农田和果园里。沼气建设与种养殖业结合,通过资源的优化配置,延伸了经济链,使能源得到有效的循环利用。目前我国农村大多采用单户的沼气建设,受技术条件的限制经常沼气产量不足,而且安全性较差。建议采用多户集中建造高效的沼气设施,集中管理,有效利用资源,这样能使沼气设施能源利用率高,便于为广大农民提供高效、洁净、安全的沼气能源。2.3其他能源的开发与应用
我国有着丰富的浅层地热能源,在北方农村地区可以开发利用当地的地热资源,为集中规划建造的村镇建筑群提供热源,宜于集中热水供应和采暖设施建造,从而节约燃料的使用。在北方农村的一些地区风能资源也较为丰富,利用其建造风力发电,供应日常的生活和照明用电,既方便又廉价,节约用电。
3农村建筑节能管理
农村建筑的节能不仅仅是在体现在节能设计,节能管理也是很重要的一方面。建立健全建筑节能管理机制,是落实建筑节能规划设计的前提。首先,在新建农村建筑时应注重改变观念,统一规划建设,进行初期的建筑项目可行性论证报告以及综合利用能源的可行性方案设计。要按照节能设计和规范进行建造,加强节能设计,充分利用当地易于取得的廉价又节能的建筑材料。其次,在建筑建成后注重农民节能意识培养,统一管理一些集中的公用能源设施,例如集中的沼气设施或采暖系统。
4结束语
目前,在我国北方农村地区由于经济条件的制约,多数农村建筑未能使用节能设计,这就需要国家和当地政府提供政策和经济支持,开发出适合在农村地区的廉价节能的建筑材料和能源利用设备,树立可持续发展观念,建立农村建筑规划管理体系,在农村地区大力推广节能建筑,为广大农民创造一个健康、舒适的居住环境。
参考文献:
[1]牛明成,谷延霞,韩璐.新农村住宅节能研究[J].山西建筑,2007,33(22):238-239.
【关键词】:高层建筑;围护结构;节能;
复合墙体节能是我国的国策,建筑节能是节能中的重中之重,应该列为我国建设工作中的重要位置。建筑能论文耗在我国整个能耗中的地位也越来越重要。1996年中国建筑年消耗3·3亿吨标准煤,占能源消耗总量的24%,到2001年已达到3·76亿吨,占总量消耗的27·6%,年增长比例千分之五;随着建筑业的高速发展和人民生活质量的改善,建筑能耗占全社会总能耗的比例还会继续增长。据有关数据显示,我国当前的房屋建设规模堪称世界第一。目前全国房屋数量有400亿m2左右,房屋建筑规模看来已超过所有发达国家,仅去年一年房屋竣工面积是19·7亿m2,这几年差不多都是接近这个数字。而据预测,到2010年,我国房屋总建筑面积将达到519亿m2,其中城市171亿m2。然而,截至到去年,我国节能建筑的总面积还只有2·3亿m2,在每年近20亿m2的竣工面积当中,只有五六千万平方米是节能建筑,只占3%左右,也就是说有97%属于高耗能建筑。我国的高层建筑有近七十年的历史,然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分,城市设计是一项十分复杂的工作,我国在这方面的经验不多,而且管理机制尚不健全,往往受一些因素的影响,工作不甚周密和协调,甚至失去控制,有许多的问题等待我们去解决,有待于探索和改进,所以说,今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。
高层建筑体形庞大,如容积率过高,相邻建筑互相遮挡、不通透,形成大面积阴影区,城市人居环境质量下降,市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外,近些年在某些城市建高层建筑已成风气,设计者往往贪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄,造成高能耗、低效益,影响常年使用,浪费巨大。
建筑节能包含两部分内容,一部分是加强围护结构的保温隔热能力,另一部分就是从供暖、供冷的热源、输送渠道及实现方式来节约能源。一般的房子里,30%的热量从窗户跑掉了。如果选用双层玻璃,中间再充上惰性气体,就可在一定程度上阻断热量散发。35%热量从墙体散发,如采用隔热材料,增加保温层,节能效果就很明显。智能化建筑首先要达到节能的标准和良好的居住舒适度,其次才是家具的智能化和安全保卫的智能化。实际上,智能化建筑不一定就是豪华的,但它必须是低能耗的。美国有些智能化建筑造价比普通建筑还低15%,因为它们追求合理的结构,讲究实用功能和外观的简洁,利用了可回收材料,而不追求豪华装饰。还可以充分利用地热泵技术,如冰岛等国家,建筑房子时先在地上打两个洞,通过电泵将地下水循环起来,为整座房子供热。惟一耗能的就是电泵。而在丹麦等国,由于地处海边,太阳能和风能的利用条件得天独厚,使用热泵技术时结合风能与太阳能,用风能与太阳能来带动电泵就可以做到“零能耗”。所以建筑节能不仅是建筑本身的节能,且由城市的综合环境、气候条件、总体布局;建筑物的形体变化、朝向;护结构保温、隔热的性能;门窗质量等许多综合性因素构成,因此,高层建筑的节能首先应为设计者重视。
1优化建筑位置及朝向设计高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求,阳光有着巨大辐射能量。据有关资料分析,地球每年接收的能量有60亿亿千瓦,这么大能量弃之可惜,从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器,阳光不仅对人的身体健康有着很大影响,对建筑的节能也有着十分重要意义。城市规划应注重应用日照原理,合理的确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,因此,建筑的方位与节能有着直接关系。如,在北纬40°~45°度地区,冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍,而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2·5倍,不同朝向,不同季节,建筑物所得到的太阳辐射热能量不同,热损失也不同,尤其是在冬至前后,由于太阳高度角低,房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。
2优化围护结构墙体设计(1)外墙是围护结构的主体部分,高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋,前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重,因此,围护结构属于填充材料,为了减轻荷载,达到保温、隔热要求,采用轻质高效保温材料,目前在寒冷地区常用的墙体做法有:页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多,节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更为妥些。
(2)高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板),岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年,多则上百年,材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体,笔者认为存在以下不足之处:1)抗震能力差,易松散,与结构构件结合不好,整体性能差。2)不能承受外部装修贴、挂荷载,如:贴石材,安装装饰构件等。3)不能承受有振动的凿、刨的装修,如:剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。4)墙表面易出现裂纹。除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节。据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%~13%,因此应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。(3)国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温,欧、美各国取得不少先进经验。如:美国研制的TB型保温隔热复合砌块;波兰的咬合式保温砌块,两块组合成320厚墙体,在空心砌块内填入高效保温材料,墙体传热系数K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬兰研制的一种空心砌块,空隙之间填入聚胺脂保温材料,300厚,传热系数K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。
3影响建筑节能的其他因素(1)高层建筑护墙体耗能量较大,占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一,体形系数越大耗能越多,国外的一些高层建筑造成圆塔形,比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53号办公楼都是圆型或椭圆形,我们知道,相同的面积,圆的周长最短,这样使建筑外露面积较小。因此,基于能量损耗的考虑,高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。(2)高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。在冬季,风力对建筑的热损失很大,增大冷空气的渗透量,使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当,墙体内部易产生冷凝水。因此,建筑保温材料的选用,建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。3·6恢复补偿功能将试件放入水中养护14天测其膨胀率,然后放空气中任其干燥28天。失水后的试件产生微量干缩,重新放入水中后试件恢复失去的膨胀和自应力值,经试验,第一天恢复20%~30%;第3天恢复40%~50%,14天基本全部恢复。3·7微小裂缝自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墙板由于某种原因出现微小裂缝,膨胀纤维防水剂中部分成分的AI3+和SO42-在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成针柱状钙矾石晶体。当重新接触水后继续增长,经过一段时间会发生物理和化学的结合,晶体大量填充缝隙,使裂缝愈合。
标准主要技术内容包括:第一章总则,第二章术语,第三章建筑节能设计计算指标,第四章建筑和建筑热工节能设计,第五章建筑节能设计的综合评价,第六章空调采暖供暖通风节能设计,第七章给排水节能设计,第八章电气节能设计,第九章可再生能源建筑应用,第十章建筑节能设计审查技术要求,以及10个附录A~M。标准强制性条文设置如下:第四章“建筑和建筑热工节能设计”15条,第六章“空调采暖供暖通风节能设计”3条,第七章“给排水节能设计”1条,第八章“电气节能设计”1条,第九章“可再生能源建筑应用”1条;第4.1.8条关于凸窗的规定内容和和第4.2.4条关于夏热冬冷地区建筑围护结构性能的规定内容,虽未列为强制性条文,但仍按强制性条文要求执行。因此整个标准共设置了23条强制性条文。
2《设计标准》与《实施细则》、现行行业标准相比技术内容有哪些变化?
《设计标准》在现行两本居住建筑节能设计行业标准基础上,结合我省建筑节能技术和产业发展水平,对《实施细则》进行修编完成的。标准主要技术内容既符合现行行业标准对节能设计的基本要求,又根据我省实际,有所创新。主要归纳为以下几个方面:
2.1对我省居住建筑范围作了界定。《民用建筑设计通则》JGJ37-87(旧标准)条文说明对居住建筑范围作了界定:居住建筑包括住宅建筑和宿舍建筑。《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2012第1.0.2条的条文说明对居住建筑范围作了说明:居住建筑主要包括住宅建筑(约占90%)和集体宿舍、招待所、旅馆以及托幼建筑等。《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010第1.0.2条文说明中,居住建筑包括住宅建筑、集体宿舍、住宅式公寓、商住楼的住宅部分、托儿所、幼儿园等。本标准结合我省实际情况,为便于建筑节能工作的统一开展,参照《民用建筑设计通则》JGJ37-87规定,将居住建筑界定为住宅建筑和宿舍两个部分,宿舍建筑包括集体宿舍、学生宿舍等,未包括招待所、旅馆以及托幼建筑。
2.2我省重新划定节能设计气候分区,夏热冬冷地区不再执行夏热冬暖地区北区节能规定。福建省居住建筑节能设计气候区划分为夏热冬冷地区、夏热冬暖地区北区和夏热冬暖地区南区;宁德、南平和三明属夏热冬冷地区,福州、平潭、莆田和龙岩属夏热冬暖地区北区,泉州、厦门和漳州属夏热冬暖地区南区;平潭原为福州市的县级市,现为国家综合试验区,气候分区仍沿用以往规定,划入夏热冬暖地区北区内。见图1。我省2004年颁布《实施细则》时,考虑到我省夏热冬冷地区建筑节能工作刚启动,经验不足,且该地区建筑规模不大,规定了夏热冬冷地区节能设计按夏热冬暖地区北区节能要求执行。现在我省建筑节能形势发生了很大变化,经过10年的建筑节能实践,我省夏热冬冷地区已积累了丰富的建筑节能经验,已形成一批成熟的节能设计队伍,已具备条件执行夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准相关规定。本标准对我省夏热冬冷地区的节能设计要求单独列出,不再按夏热冬暖地区北区节能设计要求执行。
2.3制定福州市市辖区和厦门市更高的节能水平标准《实施细则》和现行两本行业标准是按节能50%水平规定了节能设计一系列措施和方法。《设计标准》对福州市市辖区和厦门市提出了节能水平更高的一系列技术措施,包括提高围护结构性能、通风、遮阳、绿化等,经过较科学的测算,与现行行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75相比,围护结构节能水平提高接近5%,辅以其它节能措施,总体节能水平接近60%。福州市市辖区指福州市的鼓楼区、台江区、仓山区、马尾区和晋安区。今后如有区划调整,则按调整后的市辖区范围执行。福州市市辖区和厦门市居住建筑节能设计执行更高节能水平是基于以下考虑:国务院办公厅以〔2013〕1号转发的国家发展改革委、住房城乡建设部制订的《绿色建筑行动方案》提出:“鼓励有条件的地区执行更高能效水平的建筑节能标准”;住建部颁布的《“十二五”建筑节能专项规划》要求:“有条件的地方要执行更高水平的建筑节能标准和绿色建筑标准”;《福建省建筑节能“十二五”专项规划》要求;“福州和厦门率先开展节能率65%的工程示范”。福州市是福建省省会,厦门市是计划单列市,长期以来建筑节能工作均走在全省前列,形成了一支较强的建筑节能科技队伍,经济发展水平较高,节能产业实力较雄厚,有条件执行更高能效水平的设计标准,为全省做出示范。为与绿色建筑工作相衔接,福州市市辖区和厦门市居住建筑节能设计按以下原则掌握:(1)执行本标准;(2)若不执行本标准,则可转按绿色建筑标准进行设计。即二选一设计,两者等同。
2.4在现行行业标准基础上调整了墙体热工性能要求。现行行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》和《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》对所属气候区的外墙体性能有不同的要求,夏热冬冷地区根据建筑体型系数,要求墙体传热系数K=1.0~1.5(体型系数≤0.4时)或K=0.8~1.0(体型系数>0.4时),夏热冬暖地区北区要求K≤2.0,南区K≤2.5。《设计标准》考虑到南方地区建筑节能重点在于围护结构的遮阳与隔热,同时我省夏热冬冷地区(宁德、南平、三明)与夏热冬暖北区(福州、莆田、龙岩)接壤,其气候条件相近,以及我省夏热冬暖南区(泉州、厦门、漳州)与广州地区的差异,适当调整我省建筑墙体保温要求,统一规定我省各气候区的建筑墙体性能K≤2.0,其中,夏热冬冷地区当建筑体型系数>0.4时,则要求墙体K≤1.0。这样要求更切合我省实际,有利于标准执行和进一步推广自保温节能墙体技术。
2.5提高对外窗的性能要求。我省围护结构中墙体与外窗相比,外窗的隔热与保温性能应更重要,是节能重点。《设计标准》编制时,适当放宽墙体性能要求,提高对门窗性能的要求,表1给出了我省各气候区(城市)外窗性能限值要求,与《实施细则》和现行行业标准相比,对外窗的传热系数和遮阳系数要求均有了较大的提高。
2.6明确规定外墙体传热系数为平均传热系数。《设计标准》规定建筑外墙的传热系数和热惰性指标应考虑结构性热桥的影响,取平均传热系数和平均热惰性指标。《实施细则》对外墙体传热系数计算方法未明确,因此我省各地区对墙体传热系数取值不尽相同,有的取主墙体传热系数,有的取平均传热系数。《设计标准》附录C给出了外墙的传热系数和热惰性指标的计算方法。
2.7合理控制窗墙面积比。普通窗户(包括阳台门的透明部分)的保温性能比外墙差很多,尤其是夏季白天通过窗户进入室内的太阳辐射得热也比外墙多得多。一般而言,窗墙面积比越大,则采暖和空调的能耗也越大。因此,从节约的角度出发,必须限制窗墙面积比。在一般情况下,应以满足室内采光、通风等要求作为窗墙面积比的确定原则。我省人们无论是过渡季节还是冬、夏两季普遍有开窗加强房间通风的习惯。一是自然通风改善了室内空气品质;二是夏季在两个连晴高温期间的阴雨降温过程或降雨后连晴高温开始升温过程的夜间,室外气候凉爽宜人,加强房间通风能带走室内余热和积蓄冷量,可以减少空调运行时的能耗,因此本标准在南、北朝向有允许较大的开窗面积。而对东、西向窗墙面积比限制较严,因为夏季太阳辐射在东、西面最大。不同朝向墙面太阳辐射强度的峰值,以东、西向墙面为最大,西南(东南)向墙面次之,西北(东北)向又次之,南向墙更次之,北向墙为最小,因此,严格控制东、西向窗墙面积比限值是合理的。表2给出了各气候区(城市)的窗墙面积比限值,总体上看比《实施细则》和现行行业标准更严格。设计建筑的窗墙面积比突破限值规定是允许的,但是为了满足建筑节能设计的要求,需进行建筑围护结构热工性能的综合评价。
2.8对建筑设置凸窗提出限制要求。《设计标准》参考了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010中的强制性条文第4.0.5条和一般条文第4.0.10条内容,结合我省实际做了调整,对各气候区凸窗板传热系数系数限值作了规定,见表3。《设计标准》对《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定的凸窗板的传热系数作调整,提出新的限值要求,主要基于以下几个考虑:一是我省居住建筑使用凸窗较多,凸窗热工性能薄弱,对建筑节能不利;二是我省建筑节能主要以隔热为主兼顾保温,同时建筑墙体节能以自保温为主,热桥局部采用无机保温砂浆的做法,经多年工程实践,证明该做法是切实可行的。三是凸窗侧板一般以钢筋混凝土形式出现,若按行标要求,则要使凸窗板传热系数不低于外墙传热系数限值[K≤1.0W/(㎡•K)],保温砂浆厚度势必超过30mm,不利保温砂浆施工且易引发工程质量问题,故本标准调整了凸窗板的传热系数要求,同时采用“凸窗面积按照展开面积计算”等措施进行补偿。四是凸窗下底板,在其下底面进行保温砂浆施工难度较大,且该部位不受太阳辐射影响,其隔热性能能够满足要求,故不对下底板提出要求。五是在本标准在编制过程中、综合考虑各方意见,凸窗板保温太厚,比较难执行,建议设定凸窗板超过400mm的情况下做保温处理,旨在限制凸窗的过渡做法。经研究讨论本标准采纳该意见。本条在具体实施时,上顶板可以采用在挑出构件上方用保温砂浆抹灰,在侧板可以采用保温砂浆进行外保温处理。
新建建筑围护结构的变化是建筑节能的核心内容,其节能效果主要依靠改善并提高围护结构的保温隔热性能来实现.建筑围护结构节能主要包括墙体、门窗、屋面、楼地面等部位采取保温隔热措施,这些保温隔热措施的采用有利于建筑主体结构保护、新型绿色建材的推广以及工程质量的提高.
1.1墙体节能
墙体是建筑护结构的主体,其所采用材料和砌筑型式直接影响着建筑物的耗热量.由于单一材料的墙体往往难以同时满足较高的保温隔热功能,尤其是寒冷和严寒地区,因而可以在单一材料墙体的基础上增设一层有保温功能的材料组成复合墙体,通常墙体保温材料有聚苯乙烯硬质泡沫塑料、玻化微珠、聚苯乙烯保温颗粒等等.另外,可以通过墙面的垂直绿化以及色彩的不同,降低墙面太阳辐射和较高的吸收太阳辐射,而且还美化环境.
1.2门窗节能
由于高校建筑的使用学生数众多,为满足自然的日照、采光、通风等要求的前提下,设计的门窗洞口尺寸均较大,以致于门窗是能耗散失的最薄弱的部位.户门和阳台门应结合防火以及防盗的要求,在门的空腹内填放15~18mm厚玻璃棉板或岩棉板.窗户节能技术主要从减少渗透、传热和太阳辐射三个方面采取措施.如使用新型的、密封性良好的塑性窗框加上双层中空玻璃;门窗框与墙间的缝隙可用弹性密闭型材料和边框设灰口等密封;窗扇与窗扇之间可用密封条、压条以及高低缝等形式.
1.3屋面节能
屋面节能主要通过改善屋面的热工性能阻止热量的传递,主要节能技术有:选用密度较小、热导率较低、吸水率较小的保温材料做屋面保温层,如采用膨胀珍珠岩保温芯板代替常规的水泥珍珠岩或沥青珍珠岩;采用架空、蓄水、种植或铺贴绝热反射膜等方式做屋面的隔热层;在屋面构造形式上采用目前发达国家流行的倒置保温做法,即将保温层置于屋面防水层之上,改变传统的把无机多孔材料(如膨胀珍珠岩、炉焦渣)置于防水层与结构层之间的不利做法.
1.4楼地面节能
高校建筑主要是公共建筑,使用人数众多,显然做成木地板或类木地板是不合适的.因此,可以将楼地面保温节能做成层间楼板(底面不接触室外冷空气)和底面接触室外空气的架空或悬挑,保温层可直接设置在楼板底面;采用不采暖的地下室顶板作为首层的保温隔热,加强房间与房间的保温隔热.另外,用于楼地面节能工程的保温隔热材料,其厚度、密度、压缩强度、导热系数和阻燃性必须符合设计要求和有关标准的规定.各种保温板或保温层的厚度不得有负偏差.
1.5利用太阳能
我国太阳能资源丰富,陆地每年接受的太阳辐射能相当于2.4×1012t,大约2/3国土面积的总辐射量超过0.6MJ/m2.太阳能是可再生能源,不仅资源丰富,免费使用,而且对环境无任何污染,有着矿物能源不可比拟的优越性.高校作为引领社会发展、社会进步的重要力量,在建设节约型社会中起着不容忽视的作用,应加大对太阳能源充分利用技术的相关研究,在高校这个耗能大户里优先、全面的使用太阳能技术并积极推广,以降低整个社会对不可再生能源的需求.太阳能在建筑上的利用技术主要有被动式太阳能取暖、太阳能集热供热水、太阳能发电、主动式太阳能取暖和空调等.这里面值得一提的是太阳能空调,由于在我国的建筑终端能耗中,空调能耗占据着相当大的比例.利用太阳能制冷主要有两种途径:一是利用光电转换器实现以电制冷;二是利用太阳能集热器实现光热转换,以热制冷.具体实现太阳能制冷的系统主要有:太阳能吸附式制冷系统、太阳能吸收式制冷系统、太阳能蒸汽喷射式制冷系统、太阳能除湿式制冷系统以及太阳能蒸汽压缩式制冷系统.安徽省政府、教育厅决定在全省106所高校的教学科研场所、学生宿舍和食堂安装空调,实施“空调进高校”工程,这对于高校利用太阳能空调技术来建筑节能,无疑是一个重要的发展平台和良好的基础条件.
2新建建筑节能检测技术
2.1节能检测技术发展现状
结合我国现时国情并达到降低建筑能耗的目的,国家于2007年颁布并实施了《建筑节能工程施工质量验收规范》(GB50411-2007),这是我国第一本关于建筑节能方面的规范和标准,全面规定了在建筑节能工程方面需要验收的项目以及建筑设计、施工中部分强制性执行的标准检测项目,为建筑节能施工提供了基础和必要的施工要求和验收标准.以后我国又陆续颁布并实施了《公共建筑节能检测标准》(JGJ/T177-2009)、《民用建筑节能设计标准》(JGJ26-95)和《居住建筑节能检测标准》(JGJ/T132-2009)等建筑工程行业标准,为新建建筑的各类节能现场检测方法标准提供了技术支持和较为科学的测试依据.目前新建建筑节能检测技术主要在建筑围护结构方面有所研究,国内外相关专家、学者也做过一些探讨和研究[3].如山东建筑大学潘雷等人对建筑围护结构的现场检测技术进行了研究,并采用数值模拟的方法计算出适用于不同保温形式围护结构的修正系数.北京中建建筑科学技术研究院费慧慧等人对新建建筑节能现场检测技术的影响因素进行了分析研究,提出了影响现场检测技术的主要因素及解决方法.山东省建设发展研究院的朱传晟总工对建筑节能现场检测技术的基本原理进行了研究,如热流计法、热箱法和红外线摄像仪法,重点对热流计法的检测技术进行了深入探讨.扬州大学杨鼎宜教授等用冷热箱法测定了稳定传热状态下混凝土空心砌块砌体的保温隔热性能等.国外对于建筑物围护结构热工性能的现场检测技术研究及报道也处于起步阶段,而且大多在实验室里完成对建筑材料的热工性能检测,相关的检测性能参数也是在稳定的状态下完成的,如日本对建筑围护结构的对流换热系数进行了测试,提出了建筑物围护结构对流换热系数和风速的关系式.
2.2新建建筑节能检测技术
2.2.1热箱法
热箱法检测技术是需要人工制造一个传热的模拟环境.具体做法可以参考如下:分别在试验试件两侧各布置一个所需温度、风速和辐射条件的热箱和一个冷箱,待试验环境条件达到稳定后,采用相应的仪器设备,分别量测冷、热箱体内壁的温度、模拟环境的空气温度、试件的表面温度以及计量箱中的输入功率,再根据物理计算相关原理和公式,计算出被测试试件的传热的性能指标,如热阻、表面换热系数等相关指标.热箱法检测测试技术适用于室外相对湿度不高于60%,室外空气平均温度不高于25℃的自然环境,且试验所用热箱的内部温度不低于室外自然最高温度8℃的情况[4].在建筑构造方面,热箱法检测技术对于门窗、楼板、外墙的传热性能指标的室内实验室检测非常有利,测试的结果一般较精确.由于需要模拟试验环境和条件的限制,此种方法不适宜用于现场施工的检测,但自然气温对实验室试验的结果影响微乎甚微,可以用实验数据作为现场施工的参考.
2.2.2热流计法
建筑耗热测定中最为常用的仪表就是热流计,也是传统的建筑能耗量测仪表,主要适用于对各种材料组成的围护结构的热工性能进行分析.使用时将其传感器埋设在绝热结构内或贴敷在绝热结构的外表面,可直接测量得到热(冷)损失值.检测时间宜选择一年中最为寒冷的月份,要求室内外自然气温差必须大于20℃的条件下才能测试,而且要求室外气温的变化起伏不是很大,测试的条件应放在至少稳定7d的人为制造室内外温差或连续采暖条件下的房间里进行,以此来保证测试数据结果的准确性和客观性.根据大量的试验数据结果显示,室内外空气温差愈大,热流计读数的误差相对愈小,计算所得之结果亦较为精确,因此此法受季节影响较大,一般需要在冬季才采用此法.
2.2.3红外热摄像仪法
红外热像技术是目前新研发的一种建筑节能检测手段,也是基于红外线技术理论以及先进的红外图像处理技术、光电子技术和红外线探测器技术的一种非接触性的、综合性的测量技术高科技产品.红外热像技术的原理是利用摄像仪对新建建筑物的围护结构的热工缺陷进行检测,分析检测得到的各种热像图来显示各种建筑构造有无热工缺陷,并对分析检测结果做比较参考,以此作为验收、修复、增强建筑节能施工措施的理论数据依据.红外热像技术既不破坏被测物体或试件的温度场,又能测量细微目标和运动中的目标[5].此法具有可利用计算机存储测量数据和处理分析,方便长期保存和几何运算;采用不同的颜色来区分并显示被测物体温度的热图像;对于温度的分辨率较高,精度可达到0.01℃;现场节能检测的红外热像仪器具有携带方便、操作简单、还可以形象、直观地显示物体表面的温度场,为简化检测程序和优化检测数据等都有很大益处.此法具有较多优点且不受季节的限制,还可以远距离测定建筑构造的热工缺陷,这必将会极大地完善和提高新建建筑节能现场检测技术,所以具有广阔的应用和开发前景.
3存在的问
题(1)检测技术和设备的不完善性.新建建筑的几种检测方法本身的不完善性给检测数据结果的真实性和客观性产生影响,因此如何针对地区气候特点和建筑能耗特征研究制定出检测精度高、快速准确的节能检测系统是一个迫切现实问题[6].(2)现场与实验室的对比检测结果差异较大.由于现场检测条件受自然气候条件、新建建筑构造自身状态、安装设备系统运行条件等众多因素的影响和制约,一般地,造成检测结果与标准理想状态偏离较大,测试结果不具有实际的指导意义.但在标准的实验室条件下,易将被检测试件的周边模拟或制造成近似热绝缘状态,对于检测试件的热工传导系数的测试结果较为准确.由此造成虽然采用的是相同的原理和方法进行检测,但是得到的检测结果却大相径庭,对成果的取用造成混乱.(3)检测方法有待统一.随着科技的不断进步和发展,建筑节能检测方法由传统的、粗略的检测技术向新型的、精确的测试方法迈进,还有一些衍生发展出来的检测技术和方法,形成了很多对有关热工传导系数的检测技术和方法标准.该如何统一规范测试条件和检测方法,建立一个比较同种项目的检测技术使用和结果的平台,建设行政主管部门以及相关高校还须对检测技术进行大力研究和发展,并根据实际情况制定节能检测的标准和规范,以保证行业的发展需要.(4)专业型建筑节能检测人才队伍匮乏.目前高校开办建筑节能检测的本科专业较少,一般都是研究生以上才有相关的研究方向,这就造成社会上的建筑节能检测行业的从业人员学历水平不高,对于专业型的人才更是缺乏.以致目前大多建筑节能检测人员由原实验室的土木工程材料实验人员转型而来,专业知识水平不高,对新型检测技术和方法知之甚少.因此,为加快建筑节能技术的应用和发展、降低新建建筑能耗量,建筑节能检测专业人才的培养将是我国未来“十三五”规划中必不可少的建设内容,也是高校培养人才类型的一个重要方面.
4结论与建议
新能源是可再生能源,是传统能源之外的各种能源形式,在当今社会中新能源才刚刚开发、推广和利用,部分新能源正在研究,常说的新能源包括太阳能、水能、风能、地热能、海洋能、生物能等,随着我国太阳能技术的日益发展、各类风力发电站、三峡等更多的水电站的建成,我国也成为了新能源开发和利用的大国。由于新能源被越来越多的人认可,在国际范围内越也被更多的开发利用;新能源主要具有以下优点:(1)太阳能在我国大部门地区都可使用,具有可直接开发和利用,且无须开采和运输不会污染环境,它是最清洁能源之一;每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤,太阳的能量是用之不竭的。(2)风能为洁净的能量来源,内蒙古草原上的风力发电机风能设施日趋进步,大量生产降低成本,风能实施为立体化设施,可以保护陆地和生态环境。(3)水能具有清洁无污染,作为可再生能源,并且可以循环利用,在我国有大量的水资源可以利用,随着三峡工程的投入使用,水能源会不断的扩展使用。
2.新能源在建筑节能中的具体实施
2.1环境保护方面
(1)在建筑工程中每天有大量的运送土方、垃圾、设备及建筑材料等车辆会进入施工现场,因此对现场的扬尘控制,不污损场外道路。施工现场出口应设置洗车槽,保证驶出车辆清洁;采取洒水、覆盖等降尘措施,达到作业区目测扬尘高度小于1.5m,尤其是在土方作业阶段;施工场地地面硬化、设置4m高围档、采取封闭式管理等效措,避免扬尘扩散到场区外。(2)随着越来越多的旧房改造工程,更多的施工现场在居民生活区和繁闹市区内,对噪音与振动控制需要加强,现场严格遵守《建筑施工场界噪声限值》(GB12523-2011)的规定。使用低噪音、低振动的机具,采取隔音与隔振措施,避免或减少施工噪音和振动;夜间11点之后施工的必须到环境局办理夜间施工许可证。(3)施工现场污水排放严格遵守《污水综合排放标准》(GB8978—2002)的规定,加强对水资源的控制,采取沉淀池、化粪池等。
2.2节能减排实施情况
根据建筑行业制定的节能减排管理办法,节能减排工作主要从以下几点进行,一是节约用电。施工现场用电现在已全部采用电网供电,集体设置变压器,正常情况下没有用自发电,达到了采用清洁能源减少油耗的要求。办公室所有采用节能灯;二是提高设备利用率,减少单位工作的排放量。三是节约用水,加强用水设备的日常维护管理;用水后随手关闭水龙头,减少用水量。四是节约使用办公用品,制定办公设备标准,严格控制办公设备的采购;严格控制文件印刷数量;提倡无纸化办公或双面用纸。
3.新能源在建筑节能中的应用趋势
根据数据显示,我国在2004年公共建筑面积为53亿平方米,能源消耗约为2600亿kWh以及2330万tce,电耗约为500亿kWh,从此数据得出我国的能源消耗量巨大,如果按此推算在未来20年我国的不可再生能源将被全部消耗完,在全国的能源消耗中建筑行业占25%,因此建筑行业采用新能源是势在必行,也是我国建筑业长久发展的趋势。
4.结语
1.1被动式太阳能技术
被动式太阳能技术不利用任何任何机械设备,也不借助任何控制系统,它是指在建筑物中直接利用太阳能,这种利用方式有直接获取系统、间接获取系统和混合式系统三种方式。例如,为了提升室内的温度,可以在修助房子时,选取适当光照时间长的方向,或者也可以调整房子之间的距离以增加太阳的光照面积,从而提高室内的温度。
1.2主动式太阳能技术
主动式太阳能技术主要是利用太阳能提供热水、室内升温、室内降温、室内除湿以及进行通风空气的预热等等。这种方式主要是利用太阳能产生热,用于其他设备中。
1.3太阳能光电技术
利用太阳能进行发电发热的时候,我们应该注意将太阳能与建筑物之间的协调,达到和谐的美。其次,利用太阳能进行产生热量后我们应该注意建筑的排水问题。
2风能的利用
2.1风力发电
在高层建筑物中利用风力发电必须考虑到当地的平均年风速、风向和风力资源。在高层建筑中,风力资源自然不用说,非常充分。所以在高层建筑物利用风力发电主要考虑当地的风速和风向就可以了。此外,在修建高层建筑物的时候,一定将风力发电的机械设备的装载考虑进去,不然后期再安装时极有可能会导致严重后果发生。
2.2自然通风
自然通风是一种纯天然的利用太阳能的方式,所谓自然通风就是及时将屋子内的窗门打开,保持室内的通风,同时可以带走室内的热空气流,从而降低室内的温度。这种利用风能的方式不利用任何机械设备和控制系统,也就不会造成任何环境污染。
3地热能的利用
3.1地热能利用技术
在建筑物中利用地热能主要是用热泵将地表浅层的低温热抽走,供建筑产热和获取热水,而到了夏天,建筑则通过热泵将热能输送到地表。利用热泵获取输送热能主要有土—气型地热泵技术和水—水地热泵技术两种技术方式。土—气型地热泵技术是从地表土壤中地下水中获取热能,然后分散在各个房间中,直接转化成热风或者冷风。而水—水地热泵技术则是将获取的热能经过热泵机转换成热水或冷水,然后分散在各个房间里通过风机盘转换成热风或冷风来供热或者制冷。
3.2利用地热能应注意的问题
利用地热能时,地理的选取是非常重要的。修建建筑物时,首先要做好规划,对建筑地基进行勘测,选取地热能源较广的地方进行建筑,并且在地下预留空洞,以便以后安装地热泵来传输地热能。同时,利用地热能的时候还要建立机房以便加强对地热能利用的控制,以及地热能装置的埋置都是值得注意的问题,埋置时不能影响建筑物的外观造型,以免造成不协调的现象发生。
4生物质能的利用
4.1沼气的广泛运用
我们对生物质能最多的就是沼气的运用,沼气是在沼气池中利用微生物将植物的秸秆和动物的粪便发酵,然后将产生的沼气进行过滤以提升其纯度从而更高效地运用在生产生活中。最后通过管道将沼气运输到每个家庭中。并且沼气能够减少废物的排放,达到环保的效果。
4.2利用生物质能应注意的问题
在建筑中利用生物质能需要注意很多问题,比如说沼气场地的选择,沼气池应该建多大,沼气池应该与植物园建在一起,植物对沼气池的影响作用,以及沼气池的外观与内在结构的和谐性,沼气池不仅要可观,而且要可行等等。最重要的是沼气池不能破坏建筑物的美观和结构,它必须与建筑物达到一定的协调性,这些都是设计师在设计建筑物的时候应该考虑的问题。
5结束语
根据对江苏地区农村住宅建筑节能的分析,并通过统计大量文献中对农村住宅建筑节能指标的描述,可将江苏地区农村住宅建筑节能评价指标归纳为建筑外形设计、围护结构、设备节能、新能源的利用这四个主要方面进行评价。对这四个指标做进一步分解,可以得出19个子指标,
2江苏地区农村住宅建筑节能的综合评价方法
2.1信息熵方法对建筑节能评价指标的筛选
为了从已经构建的初始评价指标中提取主要评价指标,可以采用信息熵法剔除其中对评价影响不大的指标。具体操作步骤及方法如下:第一步:将初始的指标矩阵进行标准化处理。假定所选的评估对象有N个,初始的指标有M个,则可以构建N×M阶的矩阵,定义为矩阵A。按照式(1)进行标准化后的矩阵为A′。a′ij=(1)第二步:熵值的求取。令pj表示熵值,则,Πij=pj=-ΠijlnΠij(2)第三步:熵权的确定。Wj表示求出的熵权的大小,则,Wj=(3)第四步:确定某个评价指标的具体权重。权重值用Qj表示,则,Qj=(4)第五步:将第三步求出的熵权与第四步求出的具体权重进行结合,剔除冗余指标,确保评价的稳定性。
2.2BP神经网络方法对农村住宅建筑节能的综合评价
BP神经网络可以用于逼近任意的一个非线性的函数,同时具有超强的自适应以及存储能力。采用BP神经进行评价时,其运行的主要思想就是将搜集到数据输入到该系统中,然后系统进行自我训练,拟合各指标间的最优关系,并自动记忆、存储所选指标对综合评价对象的影响权值,继而对类似对象做出客观的评价。在进行BP神经网络训练之前需要构建BP神经网络结构,主要需要以下参数。
(1)BP神经网络的节点数与层数的确定BP神经网络结构的确定需先确定输入、输出层节点数、隐含层的层数以及隐含层节点。输入层节点数为指标个数,输出层节点数为建筑节能综合评价指标。在规模不大的情况下,常采用一个隐含层。隐含层节点数可根据式(5)确定。Ny=(5)其中,Ny表示隐含层节点数;Ni表示输入层节点数;No表示输出层节点数;NP表示训练样本个数。
(2)BP神经网络相关参数的确定确定BP神经网络结构后,需要确定网络函数的选取、初始权重的确定、期望误差、学习速率、训练次数等相关参数。
3江苏农村住宅建筑节能的综合评价
首先对初始建立的评价指标进行筛选,剔除其中可能对评价结果有干扰的影响因素。聘请10位专家对初始的评价指标进行打分,然后依据信息熵方法进行处理,最终得出的综合评价指标包括b11、b12、b13、b14、b21、b22、b23、b24、b25、b31、b32、b33、b41、b45、b46这15个评价指标。采用三层BP神经网络模型,即输入层、隐含层、输出层各一层,输入节点数为选定的评价指标数15,根据式(5)确定隐含层的节点数为7,输出节点数为1。函数采用Sigmoid函数,初始权值为[0,1]区间的较小的数,误差期望为0.01,学习速率为0.001,训练次数为10000次。笔者选取了江苏省某地区的6个农村住宅建筑作为评价对象,以其中的5个作为训练样本。数据主要是通过调查得到并做归一化处理,聘请相关专家对这几个样本进行综合评分,用t表示。经过训练,将第六个样本作为评价对象,采用该模型进行综合评价,各指标的初始值见表3。采用经训练后的BP神经网络模型进行综合评价,得出的最终评价结果为0.932,这与通过专家打分法得出的评价值0.927相比,误差为0.005,相对误差为0.5%。这充分说明采用BP神经网络模型进行综合评价是可行的,且其评价的精度比较高。
4结语
条件、环境条件宁夏中北部地区的气候特点是:四季分明,春迟夏短,秋早冬长,冬寒而漫长一年采暖期约152天。昼夜温差大,雨雪稀少,蒸发强烈,年蒸发量在1700~2500毫米,风大沙多。年平均日照时数2800小时~3000小时,是中国太阳辐射和日照时数最多的地区之一。年平均降水量180毫米左右,无霜期185天左右。气候条件划分为严寒与寒冷气候带。宁夏中北部地区农村地广人稀,住户与住户之间相对分散,远离城市、远离热电厂,天然气管道、自来水管道、集中供暖管路距离远因投入太大,无法做到乡乡、村村、户户都通天然气自来水集中供暖。宁夏中北部地区在生活、取暖、节能等方面,依靠地理、气候、环境、优势合理应用从而达到节能与环保。
2建筑节能要求
建筑节能的主题是减少建筑耗能,提高建筑中的能源利用。建筑节能必需以不影响人们感觉舒适度为前提,即室内温度冬季不低于18℃,夏季不高于26℃。为此建筑节能势在必行。
3居住建筑节能方法
从以下几个方面考虑入户门、外窗、阳台门窗的选择;外墙内保温、外墙外保温、混合保温;太阳能供热采暖;辅助热源;风光互补发电。4入户门、外窗、阳台门窗的节能入户门选用多功能用户门,其同时具有防盗、防火、保温、隔音等功能。窗的主要功能是采光和通风。在各类建筑窗中,塑料窗在保温节能方面有着优良的性能。外窗及阳台窗采用中空玻璃塑钢窗。中空玻璃它的性能特点:具有良好的隔热、隔音、保温、防结露、降低冷辐射和安全性能。因此中空玻璃具有的保温节能、隔音以及防霜的功能使室外气温在-30℃以下,室内温度达18℃,相对湿度达到85%以上,夹层中也不会结霜而影响视线和采光。节能入户门、外窗、阳台门窗与单层玻璃普通的门窗相比节能72%以上。
5外墙外保温、外墙内保温、混合保温
(1)外墙外保温:将绝热材料复合在承重墙外侧,其建筑的热稳定性能好这有利于提高墙体的防水和气密性,使墙体潮湿情况得到改善,使室内温度保持稳定。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑节能是以足够的保温绝热材料做基础,以发展节能材料为前提,节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合才能真正发挥作用。为此综合考虑宁夏中北部地区采暖期室外平均温度为摄氏零下6度以下,外墙外保温做法较符合宁夏中北部地区气候条件。实践证明夏季墙体的外保温,能够减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面热量。在采暖期间采用适当厚度的外墙外保温,可节约失散热能75%。(2)外墙内保温:一般采用在外墙的内侧覆盖保温水泥砂浆墙面、白灰墙面、彩装模等保温材料,无论采用哪种方法或同时使用几种方法,都能使建筑达到保温节能作用。常使用的外墙内保温方法如下:①砂浆抹面法:用水泥、砂、水和外加剂等按一定比例,充分混合均匀后抹涂于墙上的砂浆;②混合砂浆法:用水泥、石灰、砂子、水、混合搅拌,涂抹到内墙壁上用于内墙壁的找平处理;③石膏建材:运用于内墙涂料与涂装的找平;④彩装膜:是一种新装饰材料,它以简单便捷的贴膜形式,在墙壁、水泥墙上直接粘贴,无接头。其保温性、耐温性良好,具有较好的隔热、防水、隔音及防火作用。(3)混合保温:是指外墙内保温与外墙外保温同时使用的保温方式,它的优点避免了外墙内保温的缺点,又加强了外墙外保温的优点,同时使建筑更加保温、防潮、防水、隔音、防火、在坚固的同时提高节能效率,可节约热能80%以上。
6太阳能热水、太阳能采暖、辅助热源、风光互补发电
(1)太阳能热水:是一种把太阳能集热器中的热水温水排放出来用于生活用水,其优点是一年四季都能够满足居民一家一户的生活用水,节约大量的能源。(2)太阳能采暖:太阳能采暖一种是把太阳集热器中的温水和水热泵结合起来,由太阳集热器给水热泵提供温水,再由水热泵加热增高温度能够满足要求后给室内采暖提供热源。根据当地气候特点,一年内有一个月为严寒冷冻天气,假如增加太阳能集热器的采光板的面积还无法满足采暖要求时。就要临时启动辅助热源或水热泵系统才能达到要求。在初冬和冬末初春时期是太阳能的高效期它既能够保证生活用水也能保证正常的供暖。这时水热泵停止工作。为此,太阳能采暖既节约了大量的能源又解决了当地农村建筑室内采暖的问题。是一条可持续发展之路。(3)辅助热源:由于天气的影响,太阳能采暖具有很多的不确定性,为确保采暖的可靠性,必须增设辅助热源。辅助热源根据当地的条件选择,可选择电加热,水热泵或生物热能等。当地秸秆、柴薪丰富,在安装使用辅助热源时应首选生物热能。对于秸秆、柴薪丰富的普通家庭应采用生物热能辅助热源。对于家庭条件好或秸秆、柴薪缺少的家庭应采用水热泵、电或煤炭作为辅助能源。(4)风光互补发电:根据宁夏气候特点,气候干燥,风多风力大。年平均日照时数2800小时~3000小时,太阳光充足,采用风力和太阳能发电互补的形式发电。它将电能的一部分作为照明灯用电,而冬季将另一部分再转换为热能供暖。这既提供了照明灯的电能和辅助热源又节约了外购的电能。
7结束语
就中国来说,建筑能耗是社会能耗的三驾马车之一,而既有建筑能耗是建筑能耗最大的组成部分。目前,我国每年城乡新建住房建筑面积近20×108m2,其中80%以上为高能耗建筑;现有建筑近400×108m2,95%达不到节能标准;我国住宅的能源消耗大约相当于同纬度欧洲国家的2~4倍,是节能潜力最大的用能领域。因此,通过开展既有建筑节能改造,大力发展生态建筑,是中国建筑节能的未来发展方向。
2既有居住建筑节能改造的概念
既有居住建筑节能是指对已经投入使用的居住建筑,在保证为使用者提供稳定舒适的生活和工作环境的前提下,降低使用能耗,使其符合国家节能标准。主要通过应用高新节能技术及产品,提高运行管理水平,使用可再生能源等途径来完成。
3既有居住建筑节能改造的经济性分析
3.1外部性的概念
外部性或外部效应,是指一个人的行为对旁观者福利(无补偿)的影响,根据影响结果不同,可以分为正外部性和负外部性两类。正外部性与外部经济是同一个概念,指一个经济主体的经济活动为其他经济主体带来了经济利益,但没有获得对方的任何回报;负外部性与外部不经济是同一个概念,指一个经济主体的经济活动为其他经济主体造成了经济损失,却没有向对方支付任何补偿。当外部效应存在时,市场会失灵,这时的均衡结果是无效率的,社会总福利并没有达到帕累托效率准则所要求的最优状态。
3.2既有居住建筑节能改造的经济性分析
3.2.1既有居住建筑节能改造具有外部经济性
在生态节能改造前,既有居住建筑舒适性差,资源能源耗费高,对环境造成较大负担,因此,具有外部不经济性。MSC为保有居住建筑的社会边际成本,MPC为保有居住建筑的私人边际成本,MB为保有居住建筑的边际收益。由于既有居住建筑具有外部不经济性,MSC位于MPC的上方。从社会来看,当MB=MSC时,均衡的产量和价格为Q2、Pc。从个人来看,当MB=MPC时,均衡的产量和价格为Q1、Pa。显然个人决策的产量大于社会决策的产量,AB表示既有居住建筑给社会造成的外部成本。在节能改造后,既有居住建筑成为生态节能建筑,除了给个人带来舒适性改善、能源费用节约等效用外,由于资源能源耗费有效降低,对环境保护和能源节约都有贡献,因而具有外部经济性。MSB为对既有居住建筑进行节能改造的社会边际收益,MPB为私人边际收益,MC为边际成本。由于节能改造的正外部性,MPB在MSB的下方。从社会来看,当MC=MSB时,均衡的产量和价格为Q2、Pc。从个人来看,当MC=MPB时,均衡的产量和价格为Q1、Pa。显然个人决策的产量小于社会决策的产量,AB表示既有居住建筑节能改造给社会带来的外部收益。既有居住建筑节能改造是减少外部不经济性,增加外部经济性的一项社会活动,对全社会来说十分有益,这也正是政府大力推进既有居住建筑节能改造的根本原因。
3.2.2既有居住建筑节能改造中的“市场失灵”
按照经济学观点,当一个市场存在外部性时,市场机制会失去其应有的调节价格和配置资源的作用,亦即市场失灵。由于既有居住建筑节能改造具有正外部性,对整个社会带来了收益,但没有得到任何补偿,造成实际节能改造低于社会需求,整个社会福利无法达到最大化。
4减少既有居住建筑节能改造外部性的对策建议
4.1减少既有居住建筑节能改造外部性的理论依据
经济学理论认为,解决经济外部性主要途径有政府干预和产权界定,代表人物分别是庇古和科斯。庇古法则的根本原则是通过收益和成本调整,使经济活动的边际社会收益与边际社会成本相等。科斯认为,在产权清晰和保护严格的条件下,外部性并不会引起市场失灵,市场均衡能够实现社会福利最大化。对于解决环境污染问题,科斯定理是可以解决的,但前提是必须满足定理的前提假设,科斯定理的前提是产权明确和交易成本足够小。在现实社会中,这些假设是难以被满足的。本文按照庇古的政府干预理论,对消除既有居住建筑节能改造的外部性作定性探讨。根据庇古法则,政府可考虑采取措施对既有居住建筑节能改造给予补贴,增加私人节能改造收益,使私人收益与社会收益相同,提高私人进行节能改造的积极性。
4.2推动既有居住建筑节能改造的政策建议
既有居住建筑节能改造的难点主要是投资大,改造技术不够完善,住户积极性差。由于外部经济性的存在,节能改造不可能自发地开展,难以通过市场调节实现社会福利最大化,迫切需要政府部门制定相关的政策来予以调节和推动。
1)健全法律体系。
建筑节能改造的推广必须有完善的法律体系作为保障,这样推广才有依据和强制力。目前,我国建筑节能方面的法律法规如《中华人民共和国建筑法》、《中华人民共和国节约能源法》、《民用建筑节能条例》等,操作性不强,缺少强制性措施,落实困难。要加快建筑节能法律体系建设,强化法律责任,提高法律法规的强制力,运用法律手段推动既有居住建筑生态节能改造。
2)完善政策体系。
完善推动节能改造的强制性政策和激励性政策,坚持法律强制推动和经济利益引导双管齐下,推广节能建筑。加快制定节能建筑补贴政策、信贷支持政策和税收优惠政策,对节能建筑的生产者和使用者给予多种优惠。对非节能建筑产品的生产者实行高标准、高强度的税收政策,提高其生产成本。同时,对进行节能技术和节能材料开发的科研机构和研究人员给予资金和多方面的支持,以推动节能技术的发展。
3)建立多元化投融资渠道。
各级政府要加大对节能改造的投入,整合现有的各类补贴资金建立节能改造专项资金,明确筹资渠道。要强化业主在筹集节能改造资金中的地位和责任,调动企业和开发商参与的积极性,通过政府出一部分,业主拿一部分,企业垫付一部分,形成多元化的节能改造投融资渠道,使业主只花很少的钱或者不花钱就能够达到节能效果。
4)设立评价和监管体系。
要完善节能建筑的评估、认证、标识等制度,要求各类建筑公布能耗数据,根据能耗标准对节能建筑进行认定,并发放节能建筑标志。要建立多部门共同参与的监管体系,定期对社会建筑节能情况进行专项检查,及时公布检查结果,让建设者接受社会的监督。
5)建立宣传推广体系。
要充分发挥舆论的导向与监督作用,大力宣传开展建筑节能改造的重要意义和成功经验,提高全民的建筑节能意识和专业人员的技术水平,努力营造全社会关注、支持既有建筑节能的良好氛围。
5结语
论文摘要:建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用,缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾;有利于加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展;有利于长远的保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。建筑设计是其中一个很重要的环节。本文从建筑节能的基础出发,对建筑节能设计方面进行了探索。
一、引言
建筑节能是整个建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和。是指建筑在选址、规划、设计、建造和使用过程中,通过合理的规划设计,采用节能型的建筑材料、产品和设备,执行建筑节能标准,加强建筑物节能设备的运行管理,合理设计建筑围护结构的热工性能,提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源。
如果继续执行节能水平较低的设计标准,将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗,已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。
二、建筑节能的重要性
目前世界范围内石油、煤炭、天然气三种传统能源日趋枯竭,人类将不得不转向成本较高的生物能、水利、地热、风力、太阳能、核能,而我国的能源问题更加严重。
我国能源发展主要存在四大问题:①人均能源拥有量低、储备量低;②能源结构依然以煤为主,约占75%,全国年耗煤量已超过13亿t;③能源资源分布不均,主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足,造成北煤南运、西气东送、西电东送;④能源利用效率低,能源终端利用效率仅为33%,比发达国家低10%。
随着城市建设的高速发展,我国的建筑能耗逐年大幅度上升,已达全社会能源消耗量的32%,加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%,建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400多亿m2,绝大部分为高能耗建筑,且每年新建建筑近20亿m2,其中95%以上仍是高能耗建筑。如果继续执行节能水平较低的设计标准,将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗,已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。
三、建筑节能设计的重要性
建筑节能设计是全面的建筑节能中一个很重要的环节,有利于从源头上杜绝能源的浪费。
(一)整体及外部环境的节能设计
建筑整体及外部环境设计是在分析建筑周围气候环境条件的基础上,通过选址、规划、外部环境和体型朝向等设计,使建筑获得一个良好的外部微气候环境,达到节能的目的。
1合理选址
建筑选址主要是根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。建筑设计中,既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境,为建筑节能创造条件,同时又要不破坏整体生态环境的平衡。
2合理的外部环境设计
在建筑位址确定之后,应研究其微气候特征。根据建筑功能的需求,应通过合理的外部环境设计来改善既有的微气候环境,创造建筑节能的有利环境,主要方法为:①在建筑周围布置树木、植被,既能有效地遮挡风沙、净化空气,还能遮阳、降噪;②创造人工自然环境,如在建筑附近设置水面,利用水来平衡环境温度、降风沙及收集雨水等。
3合理的规划和体型设计
合理的建筑规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。像蒙古包的圆形平面,圆锥形屋顶能有效地适应草原的恶劣气候,起到减少建筑的散热面积、抵抗风沙的效果;对于沿海湿热地区,引入自然通风对节能非常重要,在规划布局上,可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压,即使在无风时也能形成通风,在建筑体型设计上形成风洞,使自然风在其中回旋,得到良好的通风效果,从而达到节能的目的。日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并尽量减少太阳辐射。然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面的设计应考虑多方面的因素,建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约,要想使建筑物的朝向同时满足夏季防热和冬季保温通常是困难的,因此,只能权衡各个因素之间的得失,找到一个平衡点,选择出适合这一地区气候环境的最佳朝向和较好朝向。超级秘书网
(二)单体的节能设计
单体的节能设计,主要是通过对建筑各部分的节能构造设计、建筑内部空间的合理分隔设计,以及一些新型建筑节能材料和设备的设计与选择等,来更好地利用既有的建筑外部气候环境条件,以达到节能和改善室内微气候环境的效果。
1建筑各部位的节能构造设计
建筑各部位的节能构造设计,主要是在满足其作为建筑的基本组成部分功能的同时,通过对各部位(屋顶、楼板、墙体、门窗等)的造型、结构、材料等方面加以进一步设计,充分利用建筑外部气候环境条件,达到节能和改善室内微气候环境的效果。
屋顶的节能设计。屋顶是建筑物与室外大气接触的一个重要部分,主要节能措施为:①采用坡屋顶;②加强屋面保温措施;③根据需要,设置保温隔热屋面(架空隔热屋面、蓄水屋面、种植屋面等)。
楼板层的节能设计。主要是利用其结构中空空间,以及对楼板吊顶造型加以设计。如将循环水管布置在其中,夏季可以利用冷水循环降低室内温度,冬季利用热水循环取暖。
建筑护墙体的节能设计。墙体的节能设计除了适应气候条件做好保温、防潮、隔热等措施以外,还应体现在能够改善微气候环境条件的特殊构造上,如寒冷地区的夹心墙体设计、被动式太阳房中各种蓄热墙体(如水墙)设计、巴格达地区为了适应当地干热气候条件在墙体中的风口设计等;而在马来西亚,杨经文设计的槟榔屿州MennaruUmno大厦外墙中,则外加了一种“捕风墙”的特殊构造设计,在建筑两侧设阳台开口,开口两侧外墙上布置两片挡风墙,使两通风墙形成喇叭状的口袋,将风捕捉到阳台内,然后通过阳台门的开口大小控制进风量,形成“空气锁”,可以有效地控制室内通风。
建筑门窗的节能设计。据统计资料,在我国既有的高耗能建筑有40%的耗能是通过门窗散失的。因此,解决好门窗节能的问题相当重要。
建筑物围护结构细部的节能设计。细部的节能设计对于建筑物的整体节能也非常重要,应从以下各部位着手:①热桥部位应采取可靠的保温与“断桥”措施;②外墙出挑构件及附墙部件,如阳台、雨罩、靠外墙阳台栏板、空调室外机搁板、附壁柱、凸窗、装饰线等均应采取隔断热桥和保温措施;③窗口外侧四周墙面,应进行保温处理;④门、窗框与墙体之间的缝隙,应采用高效保温材料填堵;⑤门、窗框四周与抹灰层之间的缝隙,宜采用保温材料和嵌缝密封膏密封,避免不同材料界面开裂,影响门、窗的热工性能;⑥采用全玻璃幕墙时,隔墙、楼板或梁与幕墙之间的间隙,应填充保温材料。
2合理的建筑空间设计
合理的空间设计是在充分满足建筑使用功能要求的前提下,对建筑空间进行合理分隔(平面分隔和竖向分隔),以改善室内保温、通风、采光等微气候条件,达到节能目的。
3选用建筑节能材料
合理选用建筑节能材料也是全面建筑节能的一个重要方面。建筑材料的选择应遵循健康、高效、经济、节能的原则。一方面,随着科技的发展,大量的新型高效材料不断被研制并应用到建筑设计中去,更好地起到节能效果。如新型保温材料、防水材料在墙体屋顶中的应用,达到了更好的保温防潮效果;新型透光隔热玻璃(如Low-E玻璃等)在门窗中的应用,起到了更好的透光隔热效果;采用可调节的铝材遮阳板,达到遮阳的目的。
基于我国所处地理位置因素,在同纬度的国家中我国冬季比较严寒,夏季温度偏高,这也给我国建筑领域提出了新的要求,即加强建筑的节能保温技术的研究,满足人们宜居生活环境的需要。但由于我国对建筑节能技术等方面的研究起步较晚,许多有关建筑节能方面的理论体系和技术体系尚未健全,使得我国目前的多数建筑物在节能效果和保温效果方面都不尽人意,难以满足人们对和谐生活环境的要求。通常,我国建筑领域在建筑保温方面都采用传统的以消耗能源实现保温为主导思想,使得我国的能源消耗较为严重,出现资源短缺问题,为了能够促使我国建筑行业的可持续发展,即满足人们对宜居生活环境需求的同时,又不过多的消耗的能源,那么就需要我们加大对建筑节能技术的研究力度,通过引进新技术、新材料,改进建筑围护结构和保暖系统等方式来实现。
2建筑围护结构节能技术
建筑墙体结构传热所产生的热损失较大,约占总体耗能的一半以上,所以为了降低建筑耗能,对建筑结构采取保温措施是建筑节能工作所研究的重点。一般而言,建筑围护结构节能技术包括:外墙内保温技术、夹心复合墙保温技术和外墙外保温技术。
2.1外墙内保温技术外墙内保温节能技术是通过在建筑物外墙承重墙内部覆盖保温材料以起到保温节能的技术。
2.1.1外墙内保温的优点和缺点(1)优点.该种施工技术工艺比较简单,对保温材料的覆盖要求相对较低,施工速度快,保温材料廉价。(2)缺点.基于外墙内保温施工实在墙体内侧覆盖保温材料,墙体外侧部分并未覆盖保温材料,墙体外侧部分在温差影响下容易出现结露、淌水、冷凝现象;此外,用于外墙内保温的保温材料,尤其是板材在工程实践中发现容易出现裂缝等问题,这将降低建筑物的保温效果。
2.1.2外墙内保温工艺(1)粉刷石膏聚苯板.在外墙保温施工前,应先将墙面清理干净后粉刷石膏聚苯板。外墙内表面相邻的墙面、地面、屋顶以及门窗部位弹出控制线;按照工程设计石膏拌合比例拌制粘结石膏;按照工程设计的粘结点要求涂刷石膏在聚苯板上,粘贴石膏聚苯板应按照从下而上的顺序依次进行;粘贴石膏聚苯板前应检查墙面的垂直度和平整度,避免石膏聚苯板粘贴到墙面上出现鼓包或凹坑。在施工过程中如遇到较宽的拼接缝可采用聚苯条填充;聚苯板粘贴完后在其表面涂抹石膏砂浆。(2)涂抹保温砂浆.保温砂浆是以胶粉和聚苯颗粒为原材料按照一定的比例掺水拌合,待砂浆拌合均匀后将其涂抹在基层墙体上,形成保护层。涂抹保温砂浆一般至少要涂抹两遍以上。待保温砂浆凝固后再涂抹一层一定厚度要求的抗裂砂浆。为了防止墙面上的保温砂浆出现开裂现象,可采用铁抹子在刚涂抹后的砂浆上均与压入玻纤网格布。
2.2夹心复合墙保温夹心复合墙由混凝土结构内墙、混凝土外装饰墙体、保温板以及内外墙的连接件构成。
2.2.1夹心复合墙保温的优缺点(1)优点。夹心复合墙的保温材料设置在外墙中间,即可以保护保温材料,又能起到保温的双重效果。(2)缺点。夹心复合板墙体内容易产生空气对流,发生热桥现象。在保温施工中工序比较多,施工难度大,并且保受墙体内外温差影响较大,外墙容易出现温度裂缝,外墙结构整体性和稳固性下降。
2.2.2夹心复合墙保温的工艺要点首先按照工艺程序将混凝土模板安装固定好,然后将饰面材料按照工程设计规范要求安放到位;按照工程设计配筋要求绑扎墙体钢筋,待钢筋绑扎完毕,对关键绑扎部位进行检查,(墙体内外两道钢筋)然后将挤塑泡沫板放入墙体中,接着将保温板插入到两道钢筋中间,最后混凝土浇筑成型。
2.3外墙外保温外墙外保温就是在外墙的外侧设置保温隔热体系,使建筑物达到保温效果。
2.3.1外墙外保温的优缺点(1)优点.外墙外保温施工技术之所以在建筑工程领域广泛的推广及应用,其主要优势在于,可以保护建筑物主体结构,延长建筑物的使用寿命;避免热桥对建筑物的影响使建筑物墙体受潮。另外,该种施工技术和方法所投入的保温材料相对较少,经济性强。(2)缺点.外墙外保温对保温材料的耐候性、耐久性有要求比较严格,所选用的保温材料必须要符合外墙外保温的设计要求;同时,外墙外保温施工对保温体系的防火、抗震以及抗裂能力要求高,需要施工单位要具有专业素质强的施工队伍来完成。
2.3.2外墙外保温施工方法外墙外保温墙体施工技术要求高,保温材料各性能指标要求严格,在施工前应严格按照工程设计要求选用施工技术及保温材料。通常保温施工是在建筑物主体结构稳定后再进行施工,避免主体结构应力变形期发生变形影响保温施工。同时在外墙外保温施工时还需采取必要的防雨水措施,避免保温材料经雨水侵泡保温性能下降。
3结语
(1)外墙外保温:将绝热材料复合在承重墙外侧,其建筑的热稳定性能好这有利于提高墙体的防水和气密性,使墙体潮湿情况得到改善,使室内温度保持稳定。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑节能是以足够的保温绝热材料做基础,以发展节能材料为前提,节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合才能真正发挥作用。为此综合考虑宁夏中北部地区采暖期室外平均温度为摄氏零下6度以下,外墙外保温做法较符合宁夏中北部地区气候条件。实践证明夏季墙体的外保温,能够减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面热量。在采暖期间采用适当厚度的外墙外保温,可节约失散热能75%。
(2)外墙内保温:一般采用在外墙的内侧覆盖保温水泥砂浆墙面、白灰墙面、彩装模等保温材料,无论采用哪种方法或同时使用几种方法,都能使建筑达到保温节能作用。常使用的外墙内保温方法如下:①砂浆抹面法:用水泥、砂、水和外加剂等按一定比例,充分混合均匀后抹涂于墙上的砂浆;②混合砂浆法:用水泥、石灰、砂子、水、混合搅拌,涂抹到内墙壁上用于内墙壁的找平处理;③石膏建材:运用于内墙涂料与涂装的找平;④彩装膜:是一种新装饰材料,它以简单便捷的贴膜形式,在墙壁、水泥墙上直接粘贴,无接头。其保温性、耐温性良好,具有较好的隔热、防水、隔音及防火作用。
(3)混合保温:是指外墙内保温与外墙外保温同时使用的保温方式,它的优点避免了外墙内保温的缺点,又加强了外墙外保温的优点,同时使建筑更加保温、防潮、防水、隔音、防火、在坚固的同时提高节能效率,可节约热能80%以上。
2太阳能热水、太阳能采暖、辅助热源、风光互补发电
(1)太阳能热水:是一种把太阳能集热器中的热水温水排放出来用于生活用水,其优点是一年四季都能够满足居民一家一户的生活用水,节约大量的能源。
(2)太阳能采暖:太阳能采暖一种是把太阳集热器中的温水和水热泵结合起来,由太阳集热器给水热泵提供温水,再由水热泵加热增高温度能够满足要求后给室内采暖提供热源。根据当地气候特点,一年内有一个月为严寒冷冻天气,假如增加太阳能集热器的采光板的面积还无法满足采暖要求时。就要临时启动辅助热源或水热泵系统才能达到要求。在初冬和冬末初春时期是太阳能的高效期它既能够保证生活用水也能保证正常的供暖。这时水热泵停止工作。为此,太阳能采暖既节约了大量的能源又解决了当地农村建筑室内采暖的问题。是一条可持续发展之路。
(3)辅助热源:由于天气的影响,太阳能采暖具有很多的不确定性,为确保采暖的可靠性,必须增设辅助热源。辅助热源根据当地的条件选择,可选择电加热,水热泵或生物热能等。当地秸秆、柴薪丰富,在安装使用辅助热源时应首选生物热能。对于秸秆、柴薪丰富的普通家庭应采用生物热能辅助热源。对于家庭条件好或秸秆、柴薪缺少的家庭应采用水热泵、电或煤炭作为辅助能源。
(4)风光互补发电:根据宁夏气候特点,气候干燥,风多风力大。年平均日照时数2800小时~3000小时,太阳光充足,采用风力和太阳能发电互补的形式发电。它将电能的一部分作为照明灯用电,而冬季将另一部分再转换为热能供暖。这既提供了照明灯的电能和辅助热源又节约了外购的电能。
3结束语
关键词:建筑节能评价体系室内环境品质
1概述
发达国家的能源统计,是按产业(Industry)、交通(Transportation)、居民和商业等四个部门统计。因此,很容易得到建筑能耗数据,即居民(Residential)和商业(Commercial)能耗之和。其建筑能耗一般占全国总能耗的三分之一左右。如美国,2000年的建筑能耗占全美总能耗的35%。但我国的能源统计模式与发达国家不同,是分工业、农业、建筑业、交通运输及邮电通讯、批发零售、生活消费和其它等多个部门统计。如果将后三个部门的能耗当作建筑使用能耗,则我国的建筑能耗在总能耗中的比例多年来一直在20%左右。2000年为20.4%。而我国建设部公布的2000年建筑能耗比例数字是27.6%。建设部的数字中包括了建材工业的能耗,实际是广义建筑能耗。此外,还有好几个版本的比例数字。
其次,在很多建筑中,也没有区分各部分能耗。比如,通常认为在公共建筑中,空调采暖的能耗在总能耗中占最大比例。其实这一结论在我国并没有实际数据的支持。因为国内建筑物中能耗计量很粗糙,一般只有冷水机组有单独的功率表,而空调的末端装置和输送系统的耗能无法与其它动力设备和照明的耗能区分开来。在工业建筑中,传统上又把空调等建筑设备能耗计入生产能耗。笔者曾经引用过日本建筑环境·省能机构统计得到的办公楼中各部分能耗比例的调查结果,但这一数据在被许多文章多次转引之后,以讹传讹,变成“上海地区办公楼能耗比例”,甚至进入某些正式的研究报告和文件。
在基础数据和能耗现状不清的情况下,难以恰当地确定建筑节能的目标(例如,在某一时间节点基础上的节能率),也难以恰当地分配各部分的节能率(例如,总节能率中围护结构、照明、空调各承担多少)。
图1某高层办公大楼全年能耗分布
图1是上海某高层办公楼全年的总能耗曲线。可以发现,图1的能耗曲线有两个最低点,分别出现在4月和11月。在上海地区,这两个月是气候最宜人的时期,一般来说建筑物既不需要采暖,也不需要供冷。取这两个月能耗量的平均值,在曲线图上划一道水平线(图2-17中的虚线)。可以认为,这道水平线以上由曲线所围成的面积就是该大楼采暖空调所消耗的能量;水平线以下的矩形面积则是照明和其它动力设备(如电梯)所消耗的能量。
因此,可以把照明、插座、电梯等设备能耗当作稳定能耗。尽管冬季昼短夜长,夏季则相反,人们使用照明的时间有一些差别,但在现代商用建筑中从全年能耗角度来看,这种差别并不明显。而采暖和空调的能耗是变动的、不稳定的能耗,它不但随气候区变化,而且随建筑类型、形状、结构和使用情况变化,甚至今天和明天都会有所不同。这就给建筑节能工作带来了复杂性和多样性,但同时也是建筑物中节能潜力最大的部分。
在美国,建筑能耗统计是由政府进行的,在日本,则是由专业学会和学术团体完成的。但在中国,还没有像美、日等发达国家那样大规模地进行建筑能耗调查。因此,大多数节能政策制定者和从事建筑节能的研究者都不能像发达国家那样对全国或一个城市的建筑能耗情况了如指掌。而由于缺乏必要的检测计量手段,许多建筑楼宇的物业管理人员对自己所管理的建筑各部分能耗情况也是心中无数。因此,建筑节能必须从计量做起。
2结构节能与空调系统节能
围护结构采取节能措施,是建筑节能的基础。由于我国建筑节能是从采暖居住建筑起步的,因此,建筑节能首先考虑加强围护结构保温无疑是正确的决策。从管理的角度看,可以对围护结构制订限定性指标,易于评价。但是,建筑节能的关键是空调采暖系统的效率,最终的节能量也要从空调采暖系统来体现。北方地区在墙改之后又发展到热改。如果没有调节阀和热计量,围护结构保温越好,可能浪费的热量越多。
图2采用不同形式窗户的空调总冷负荷(MWh)
图3不同墙体传热系数条件下的全年总负荷(MWh)
而在间歇运行的空调建筑中,在空调关机之后,室温升高,当室外气温低于室温时,通过围护结构的逆向传热可以降低第二天空调的启动负荷。因此,围护结构保温越好,蓄热量越大,空调负荷也越大(见图2)。
对公共建筑而言,围护结构形成的负荷在总负荷中所占比例很小,因此,围护结构的节能潜力有限。
从图3中可以看出,墙体传热系数降低40%,所得到的节能率最大8.1%(哈尔滨),最小2.8%(广州)。可见,在公共建筑节能中重要的环节是降低内部负荷、减少内部发热量。例如,在保证照度的前提下降低照明负荷,既降低照明耗电,又降低空调负荷,可谓一举两得。
3节能与室内环境品质
非典之后,人们的健康意识和自我保护意识增强,对室内环境品质提出更高的要求。
我国大城市80%以上的公共建筑中的空调末端(AHU)仅有一级粗效过滤,有的甚至只有一层滤网。而根据美国ASHRAE标准62-2001,应在冷却盘管或其具有湿表面的处理设备的前端加设最小效率(MERV,MinimumEfficiencyReportingValue)不低于6的除尘过滤器或者净化器。欧洲标准也要求AHU过滤器达到F7标准。即需要有粗效和中效两级过滤。整个风系统阻力至少比现在增加200Pa。假定一台3600m3/h的空调箱,全年运行,要增加耗电量2500kWh。
另外,很多大楼的空调新风量也没有达到规范的要求。而且,非典之后,一些新建大楼的业主对新风量提出了超出规范的要求。新风负荷占空调负荷的20~30%,加大新风量就意味着能耗的增加。
在公共建筑中,室内环境品质直接影响用户的舒适、健康和工作效率。对大楼管理者来说,这是“开源”。而建筑节能则是降低运营成本,是“节流”。开源和节流应该是相辅相成。
因此,建筑节能工作要以室内环境为底线。一方面,建筑节能决不能以牺牲室内环境品质为代价;另一方面,对不合理的环境消费(例如夏季过低和冬季过高的环境温度、过大的新风量、边使用空调边开窗等)行为,即不合理的用能,则应该改变。
解决节能与室内环境品质矛盾还可以采用很多新技术或原有技术的集成。例如,独立新风系统(DOAS)、辐射吊顶+置换送风系统、除湿空调系统等。
4节能与节电
2003年夏季高温期间全国19个省市严重缺电和美国加拿大部分地区的大停电事故为我们敲响了警钟,电力空调的应用关系到电网安全,因此,在节能的同时还要关注节电。
某些节能技术可能可以降低全年建筑能耗,但却不节电。例如本文第2节所论述的围护结构保温就是如此。在传统的空调能源结构中,夏季用电供冷、冬季用一次能源供热。对于采暖为主的地区,加强围护结构保温隔热可以降低全年能耗(例如哈尔滨);而在供冷为主的地区,加强围护结构保温隔热的总节能效果有限,反而会增加空调能(电)耗。
某些技术可能能耗稍大,但是可以使用清洁能源,对保护环境有利。例如,燃气直燃机在国内一直被很多人视为“节电不节能”。但是,直燃机不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然气对环境影响极小、温室气体排放极低,从而被世界各国当作一项绿色技术。夏季利用低谷燃气、平整高峰电力负荷,可以使电力和燃气得到“双赢”。
某些技术可能在微观层面上不节能、但在宏观层面上却是节能的。例如蓄冰空调,利用夜间低谷电力制冰时制冷机组的COP值降低。在用户侧,如果没有合理的峰谷差价,则蓄冰空调是既不节能又费钱。但在发电侧,大量蓄冰空调的使用填平了夜间电力负荷低谷,使发电机组常时处于高发和满发,发电煤耗下降。满负荷工况与40%部分负荷工况相比,30万千瓦发电机组可以节能15.7%。同时,发电设备的利用率提高。发达国家电力平均年负荷率为66.6%,我国发电设备年平均负荷率1999年达到最低值50%。以后逐年有所上升,2002年达到54.8%。与发达国家相比还有很大差距。
因此,建筑节能工作需要在能源、环境、经济、技术等各个方面进行权衡,这应该成为建筑节能工作者的一项基本素质。
5设备节能和系统节能
节能设备不一定能连成节能系统。例如,空调冷水系统的扬程与楼高无关,一般在30m~40m。如果水泵的扬程选择过大,定水量系统中会使流量过大,水温差往往只有2~3℃。这时测得的离心机COP仅在2~3之间。这说明,空调系统的配置合理是系统节能的重要环节。
我国正在积极推广建筑热电冷联产技术。但在热电冷联产应用上,存在一些误区。似乎凡热电冷联产系统就一定是节能系统。笔者认为,热电冷联产技术的关键并不在于其动力装置用微型燃气轮机还是用内燃机,也不在于其理论效率有多高。实际上如果系统配置不当,热电冷联产系统的节能效益便完全不能发挥。热电冷联产的理论效率达到70%或80%的前提是设备满负荷运行。在我国热电联产电力尚不允许上网的条件下,还必须将热电联产所发电力和所产热量全部用掉,才能体现出效益。
热电联产机组的产热和发电之间存在着平衡关系。取得的热量多、得热的品位(温度)高,就势必要降低发电效率;反之亦然。无论从热力学第一定律还是从热力学第二定律的观点分析,热电联产系统都应该充分发挥发电效率、充分利用排热,而不应该是相反。
图4微燃机热电联产系统全供冷模式
(直燃机热力制冷+离心机电力制冷)
图5电动离心式制冷机能流图
图6微燃机热电联产系统全供冷模式
(双效吸收机热力制冷+离心机电力制冷)
假定某建筑的微型燃气轮机热电冷联产系统的产热和发电完全用来为大楼供冷,分别采用热力制冷和电力制冷。其能流图见图4。在图4的模式下,总一次能效率为1.51。因为在热力制冷部分采用了直燃机,就必须使微燃机排气温度达到500℃以上,而此时发电效率只有13~15%。
与传统电制冷相比,用离心机制冷的能流图见图5。
可见其一次能效率(1.5)与热电冷联产基本持平。说明对热电联产机组和直燃机的投资是无效投资。而如果要提高发电效率,则相应的排气温度比较低,只适于采用热力制冷效率比较低的吸收式制冷机。(见图6)
图6中的供冷一次能利用率高于传统电制冷。
由此可见,热电冷联产系统的本质是回收发电系统过去被丢弃的排热、废热或余热,以提高综合能效。即在保证发电效率的前提下充分利用余热。如果为了用热而抑电,就是本末倒置了。尤其是楼宇热电冷联产,所用的发电机组功率比较小,效率远远比不上大型电厂的大发电机组。它的优势在于综合效率和就近供能。而发挥其综合效率的关键是系统合理的配置和科学的运行。
在建筑节能中,选择设备不仅要看它在额定工况下的效率,更要看它在部分负荷条件下的效率。对制冷机而言,就是综合部分负荷值(IPLV)。
制冷机的综合部分负荷值IPLV在空调系统节能中是一个十分重要的参数。我国的制冷机标准中基本沿用了美国空调与制冷学会(ARI)标准。而ARI最初制订IPLV标准时是用美国亚特兰大市的气象参数、通过对一幢假想办公楼的模拟计算得到的。即使对美国的不同气候区,这一IPLV都不能完全适用,ARI用不同纬度的美国29个城市的数据得到新的IPLV(ARI550.590-1998)。因为没有自己的数据,我国新版的制冷机标准中没有IPLV。
笔者根据我国的气象参数,用实测数据和计算机模拟的方法,得到适应我国气候特点的平均IPLV。
对IPLV的研究,还要进一步深入。
6建筑节能的评价
开展建筑节能,需要建立一套科学的建筑能效评价体系。我国基本上还在沿用按建筑面积平均的能耗绝对值的评价方法。这种评价方法属于静态评价,对不同档次、不同用途的建筑很难区分在建筑节能方面孰优孰劣。在上海市地方标准《集中式空调系统(中央空调)合理用能技术要求与运行管理》中引用了日本建设省所推行的PAL/CEC方法。
所谓PAL,是PerimeterAnnualLoad的缩写,即“全年热负荷系数”:
另外还有设备系统能量消费系数(CEC,CoefficientofEnergyConsumption)。分别有空调、换气、照明、电梯和供热水5个能耗系数。以空调能耗系数CEC/AC为例,表达式为:
很明显,能量消费系数CEC实际上是建筑设备系统全年能效的倒数。因此,用PAL能够评价建筑物围护结构的保温隔热性能,而用CEC则可以更直接地评价建筑的能量转换效率。PAL和CEC反映了动态节能的思想和转换效率的思想,是一种性能性指标。
7结论
空调公共建筑的节能,是一个比较复杂的课题。必须建立动态节能、系统节能的思想,正确处理好几对看似矛盾的关系。有很多中国特有的建筑节能课题等待我们去研究。
主要参考文献
[1]龙惟定:国内建筑合理用能的现状及展望,能源工程,2001年02期,1~6
关键词:民用建筑;节能;对策
1民用建筑节能必要性
节能源于全球性的能源危机,能源是社会经济发展不可缺少的动力,但是它又是有限的,存在枯竭、用完的时间。我国当前能源形势十分严峻,能源高速生产,煤、电、油、运持续紧张。建筑是耗能大户。建筑运行能耗占我国能源总消费量的比例已由上世纪70年代末的10%上升到目前的26.7%,发达国家的实践经验表明,这个比例还将提高到35%左右。建筑能耗不仅是消费过程的运行能耗,还应包括建造房屋生产环节的能耗,据估算,加上这部分间接能耗,建筑能耗的总量应占到社会总能耗的46.7%上下。建筑节能已是我国节能工作的重点内容。
我国建筑规模巨大,发展迅速。每年新建建筑竣工面积大于各发达国家每年新建建筑竣工面积之和,我国正以世界上前所未有的规模和速度建造高耗能建筑。这些高耗能建筑已带来严重的环境问题,建筑用能排放的温室气体已占全国总量的25%,北方城市冬季煤烟型污染指数超过世界卫生组织提出的最高值的2~3倍,已对公众健康造成较明显的损害,这明显背离了科学发展观和可持续发展战略。
改革开放后。我国国民经济的迅速发展,人民生活水平的不断提高,促使了人们对建筑热舒适性的要求越来越高,采暖和空调的使用越来越普遍;也促使了居民家庭家用电器品种数量日益增多,家用热水明显增加。这些都造成了建筑能耗的快速增加,带来了能源紧张和环境污染等许多问题,但我们不能因噎废食,发展是硬道理,建设要继续,环境要改善,生活质量要提高,出路就在全面推进建筑节能。
2民用建筑节能技术原理
2.1影响建筑节能的几个建筑因素
2.1.1建筑物体形系数
建筑物体形系数愈大,其传热量也就愈大。从建筑节能的观点出发,毫无疑问应尽力减小建筑物体形系数。
2.1.2围护结构的传热系数
围护结构的传热耗热量占建筑物总耗热量的71%~77%,因此,大幅度降低围护结构的传热系数,选择合适的围护材料是重要的。
2.1.3窗墙面积比
开窗面积增大,会增加传热耗热量和空气渗透耗热量,对建筑节能不利,理论上应尽可能降低窗墙面积比。然而,窗墙面积比还受建筑立面、室内采光、通风因素控制。因此,建筑节能设计中,应针对不同地区的环境和习惯区别对待,不宜过分缩小窗墙面积比。
2.1.4建筑朝向和建筑布局
相关研究结果表明,无论是为了降低冬季采暖能耗,还是为了降低夏季空调制冷负荷,建筑物朝向均宜采用南北向或者接近南北向,尽量避免东西向。建筑平面布局总的原则应根据地形、地势和朝向等条件灵活布置。
2.2民用建筑节能技术措施
2.2.1墙体节能
墙体节能,关键要降低墙体传热系数值。目前墙体节能措施主要有:
(1)单一材料外墙,指采用保温、隔热性能较好的材料所做的外墙。(2)保温夹心复合墙,指把保温材料放在墙体中间,形成夹心墙。(3)外墙内保温,指在外墙内侧增加保温措施。有贴保温板做法、粉刷石膏做法和聚苯颗粒胶粉做法等。(4)外墙外保温,指在外墙外侧粘结保温层,并在保温层的外侧抹聚合物砂浆、加网格布和做饰面层。
2.2.2门窗节能
门窗能量损失方式主要是辐射、对流、传导和空气渗透,辐射是门窗能量损失的主要方式。提高门窗节能效果的技术措施主要有:
(1)重视门窗的节能设计,尤其要综合考虑好门窗朝向和窗墙面积比。(2)合理选用原片玻璃,控制通过门窗的辐射传热。(3)改进中空玻璃间隔层气体性能。(4)优化节能窗框材料,进一步改善窗框密封性能。
2.2.3屋顶节能
屋面由于直接受太阳大面积、长时间辐射,而成为节能设计的关键部位。常有如下几种做法:架空型保温屋面、倒铺型保温屋面、蓄水屋顶和种植屋顶等。
倒铺型保温屋面是把保温层置于防水层的上侧,类似于外墙外保温墙体,屋面结构层不直接受太阳辐射,表面温度升降幅度较小。延缓防水层老化,是一种比较保险的做法,值得大力推广应用。
2.3新能源在建筑中的应用
2.3.1太阳能应用
我国是太阳能十分丰富和得天独厚的国家,三分之二以上的国土面积日照在2200小时以上。当今,将被动太阳采暖、太阳热水、太阳电池发电应用于建筑,并与建筑一体化的新型太阳能建筑已在我国得到应用,公众反映热烈。
2.3.2地热的应用
地热是一种可再生的能源,跟民用建筑相关的地热利用主要是地源热泵技术。地源热泵技术是利用包括土壤、井水、湖泊等与建筑物室温的差别,通过热交换达到采暖降温的目的,其优点是耗电量低,节省空间和土地。
3民用建筑节能经济原理
3.1节能建筑相关主体的利益关系
与节能建筑相关的主体包括政府、房地产商、业主和建材产商等。
3.1.1政府
节能、环保,利于国家今后的长期可持续发展,政府要自上而下地推动建筑节能工作的开展。
3.1.2房地产商
房地产商开发节能建筑是否有成熟的节能技术支持和有利可图是至关重要的。一般而言,房地产商可以从以下几点获得良好的效益:
(1)节能建筑围护结构重量轻,减轻了荷载,在地基和基础上节省了费用。(2)节能建筑室内热环境好,相应减少了锅炉、空调等设备和场地的投资。(3)试点先行可以得到国家经济上的支持和政策上的优惠。
3.1.3业主
在现行体制下,由于各方面的政策法规和相应的技术没有跟上,节能建筑的吸引力并不高,业主只是一个被动的参与者。只有将业主的经济利益和建筑能耗切实的联系起来,才有可能从根本上推动节能建筑的发展。节能建筑能使业主获得如下好处:
(1)舒适健康的居住工作环境。(2)日后维持费用低。(3)节能建筑墙体薄,在建筑面积相同的情况下扩大了使用面积。
3.1.4建材厂商
随着节能建筑的推广,市场对新型建材的需求量大幅增加,无疑为建材厂商提供了广阔的市场机会。
3.2对我国建筑节能经济激励政策的建议
(1)继续加强新型墙体材料专项基金的征收和使用管理。充分发挥专项基金的调控作用,促进墙体革新工作的快速健康发展。(2)对于执行建筑节能标准的房地产商可以给予适当的税收优惠。(3)对于达到节能标准的建筑适当减免市政配套设施费。(4)经过认证合格的节能门窗、保温隔热材料减半征收增值税。(5)制定可行的鼓励太阳能、地热、风能和生物能等清洁可再生能源在建筑上应用的经济激励政策。
4民用建筑节能措施
(1)建立健全建筑节能法规、政策和标准体系。立法是推进建筑节能的根本。我国应尽快完善《节约能源法》、《可再生能源法》和《建筑法》中与现状脱离的内容,继续加大《建筑节能管理条例》的执行监督力度。此外,要加快编制各类有关节能的技术法规和标准规范,以尽快覆盖建筑节能的各个领域和环节。
(2)深化供热体制改革,理顺热价。只有坚持供热的商品化、市场化,才能彻底改变宁可欠热费、降低供热质量。也不愿建设节能建筑的情况。为此,我国应加快推行小区采暖系统分室调控室温和热量按户计量收费的技术和管理政策。
(3)开展既有建筑节能改造。与新建筑相比,既有建筑总是占绝大多数,能耗要高得多,只有既有建筑节能改造取得成效,全国建筑能耗才能大幅度降下来。
(4)推动建筑节能技术进步。不少开展建筑节能的地区,反映建筑节能技术选择困难,为此,要尽快开发并形成不同地区不同建筑适用的多种建筑节能配套技术。同时,大力推进太阳能、地热、风能等可再生能源的开发和利用。
(5)不断建造节能示范建筑。真正好的节能建筑示范效应很大。要求各地年年建造节能示范建筑、示范小区。示范建筑不能只是房地产商的卖点,而要在该地区真正起到引领建筑节能技术潮流的作用。
1.1空间功能设计分析
这座建筑地下2层,地上5层,包括研究室实验室、办公室、教室和餐厅以及公共区域。主要的设备以及研究用房呈一字形排布,凸出“T”部分为2层,主要是报告厅、教学及共享空间。学生和教师通过公共空间的楼梯到达上下层。每一层中庭都有布置舒适的桌椅供师生们交流,这也是与设计者的协作精神不谋而合。实验室主要在第2层~第4层的“一”字部分,是由不间断连续的空间组合而成,这就是考虑到多个研究小组之间的交流而产生的平面布置。实验室需要采光以及大型设备的运输,因此条形走廊同实验室的布置相平行。中庭部分大量使用自然采光的天窗并同时观赏到室外运动场地而采用的玻璃幕墙,将室外景色引入室内,同时也将室内景色延伸到室外。在大楼中安装使用声控灯能合理有效的利用资源。机械系统装置和低振动试验室布置在地下室,功能分区合理安排,能有效的减少噪声的相互干扰。
1.2场地设计分析
建筑的设计充分与场地设计相结合,推广绿色交通的实施和公共交通的发展。建筑场地附近有5个公交站点,在场地内设有30个自行车位,大楼的内部设有60个淋浴头,供骑车师生使用。在这种短距离出行模式大力提倡下,进一步强调了低碳交通和低碳出行,满足师生交通需求的同时也能节约资源,保护环境。该设计减少硬化土地比例,与生态协调发展,师生积极参与,是降低碳排放的有效措施。因此,从康奈尔生命科学研究中心的设计中的种种细节可以看出设计者对环境的崇高敬意。
2建筑节能技术
2.1屋顶绿植与节水
在屋顶设计方面,迈耶在屋顶上种植绿色植物,这些是当地松软的、具有良好吸水性的植物,它们的优点在于可以保持低温隔热,减小屋顶雨水径流时间,降低排水系统压力,同时还能吸收二氧化碳并且释放氧气康奈尔生命科学研究中心拥有一套高效的废水回收系统和节约用水的模式,有32%的用水使用低流速设备,配合使用高效的废水回收系统,使得大楼减少废水排放高达40%,与同等规模建筑相比每年节水约170万L。
2.2环保建材及湖水冷却系统
康奈尔生命科学研究中心在建筑材料和节能技术方面,有超过65%的建筑废料可以再回收利用,同时有超过60%的木材或者木制品来自森林管理委员会认证的再生林。建筑工程中使用所有的绘画材料、密封剂和含有粘合剂的地毯含有的有机物都是低挥发性的,这对于使用者的身体健康至关重要。令人瞩目的是大楼使用了康奈尔大学拥有先进的湖水资源冷却系统,充分利用卡尤加湖(CayugaLake)地理优势,减少污染性的制冷装置,并且减少对矿物燃料的依赖,大大节省了制冷能耗。与传统制冷相比,大楼每年节水333万L。生命科学研究中心仅仅是康奈尔大学中的一个缩影。高效的冷却系统是一种更具成本效益和可靠服务的措施,从长远来看,在提供优质环境的同时,也为校园制冷方面减少了80%的能源消耗。湖水冷却系统与之前的制冷相比平均每年节电2000万kWh,这些节省下来的电量足以供应2500户家庭使用。在夏季提供制冷的同时,冬季也可以供暖。事实已证明,校园水系统和湖水冷却系统配合的很默契,二者协同合作且不会相互干扰,通过热交换器将湖水能量传递给校园水系统,热水自然流动,同时从热到冷释放能量,无需额外压力去驱动。湖水冷却系统有独立的监测装置,保证在从湖水中获得能量的同时不会破坏湖水环境,在得到能量的同时也不会干扰校园正常的用水。
2.3冷梁技术应用
生命科学研究中心空调通风系统对于整个实验室亦是重中之重,同时也是一个挑战。将湖水冷却系统和空调系统结合在一起,运用新技术,能够有效的节约能源。在实验室中使用冷梁系统,有助于实验室空气温度均匀分布和有效节能。简而言之,冷梁系统是一种对流冷却技术,把经过处理的新风送入冷梁后,通过喷嘴高速喷射,在冷梁箱体内部形成局部负压,驱使室内空气进入冷梁,经冷却水盘管线冷却以后,从两侧送风口送入室内。冷梁是由一系列被动的或者主动的设备组成。主动式可以通风、除湿、制冷或者制热,被动式的只能通过物理原理制冷。水路方面一共是两个过程:一方面从制冷机到空气处理机,并且最后再流回制冷机的冷冻水循环的过程;另一方面是流经主动式冷梁制冷水的循环。其中冷冻水循环中的冷水低于制冷水循环中的冷水的温度,两个水循环系统通过热交换器进行热量交换,最终将室内热量排放到室外。主动式冷梁冬季则通过空调系统和湖水系统与热交换器持续为室内供暖。可以看出,冷梁技术具有舒适节能、空间小、低噪声、易于操作维护简单的优势。
3结语