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時(shí)間:2023-03-28 15:01:38
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所謂的建筑節(jié)能則主要指的是利用科學(xué)技術(shù)與一定手段,對(duì)建筑中的照明系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)等進(jìn)行一定的改進(jìn),以達(dá)到降低能源消耗的目的;對(duì)建筑周圍的自然能源充分利用,以提升能源的高效利用率,從而在很大程度上促進(jìn)綠色建筑的發(fā)展。供暖系統(tǒng)是建筑必不可少的系統(tǒng)之一,也是建筑耗能最多的系統(tǒng),如果能夠?qū)⒔ㄖp失的熱量降低,便可以在很大程度上減少采暖系統(tǒng)對(duì)能源的消耗,具體來(lái)講,想要實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能,可以從以下幾方面入手:第一,充分利用太陽(yáng)輻射熱能與建筑的內(nèi)部熱能;第二,提升建筑門窗的密封性,以減少因空氣滲透所造成的熱量消耗;第三,在一定程度內(nèi)減少建筑外表面積,以及提升建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能也可以減少建筑因傳熱所造成的熱量消耗。
2建材節(jié)能與建筑節(jié)能問(wèn)題的關(guān)聯(lián)性
2.1建材節(jié)能的相關(guān)問(wèn)題
在建材節(jié)能領(lǐng)域中,主要存在的問(wèn)題有以下兩個(gè)方面:其一,建筑的生產(chǎn)相關(guān)環(huán)節(jié)存在不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象,由于當(dāng)前市場(chǎng)上的節(jié)能建材價(jià)格相對(duì)較高,導(dǎo)致一部分施工人員在施工過(guò)程中對(duì)建筑材料偷工減料、以次充好,忽略建筑材料之間搭配的合理性,而相關(guān)的管理者也并沒(méi)有及時(shí)系統(tǒng)的進(jìn)行監(jiān)督與審查,造成很多建筑中的建筑材料不能達(dá)到節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)[2]。而與其他相同用途的建筑材料相比,節(jié)能建材的性價(jià)比相對(duì)較低,礙于經(jīng)濟(jì)因素,當(dāng)前在建筑市場(chǎng)中大規(guī)模推行節(jié)能建材仍然存在一定難度。另外,對(duì)節(jié)能理念的認(rèn)識(shí)不足也是當(dāng)前建材節(jié)能領(lǐng)域存在的主要問(wèn)題之一,很多人還沒(méi)有意識(shí)到使用節(jié)能建材的好處與重要性。其二,建筑的施工環(huán)節(jié)不到位,當(dāng)前很多建筑施工工人不能對(duì)節(jié)能建材合理科學(xué)的進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工,也在一定程度上限制了節(jié)能建材優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。
2.2建筑節(jié)能的相關(guān)問(wèn)題
在建筑節(jié)能領(lǐng)域,建筑耗能是最核心的問(wèn)題,當(dāng)前很多建筑的能源消耗量過(guò)大,且存在能源利用率較低的現(xiàn)象。以北方地區(qū)為例,冬季建筑都要進(jìn)行采暖,而當(dāng)前絕大多數(shù)建筑的采暖系統(tǒng)都是以消耗煤資源為主,每年都會(huì)耗費(fèi)很多不可再生資源,也對(duì)大氣等自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染,在很大程度上制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。而且,在很多城市建筑中,供熱所用的空調(diào)有很多都會(huì)出現(xiàn)供熱效率不高、相關(guān)維護(hù)裝置沒(méi)有足夠氣密性以及保溫性等現(xiàn)象。另外,我國(guó)當(dāng)前還有相當(dāng)一部分建筑人員沒(méi)有足夠的建筑節(jié)能意識(shí),早在上個(gè)世紀(jì)八十年代,西方許多發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),便已經(jīng)在建筑節(jié)能的技術(shù)方面非常有建樹了,而我國(guó)卻沒(méi)有在這方面考慮太多[3]。
2.3兩者的關(guān)聯(lián)性
從上述情況看,在當(dāng)前建材節(jié)能領(lǐng)域與建筑節(jié)能領(lǐng)域中,都存在著能源上的浪費(fèi)現(xiàn)象,建筑建造的基本便是建筑材料,如果建筑材料在能源上浪費(fèi)嚴(yán)重,也會(huì)在很大程度上影響建筑的節(jié)能性。另外,在建材節(jié)能與建筑節(jié)能領(lǐng)域,還都存在著意識(shí)不足現(xiàn)象,這在一定程度上反映了我國(guó)當(dāng)前在節(jié)能建筑觀念的普及方面仍然沒(méi)有做到位。
3建材節(jié)能與建筑節(jié)能施工措施的關(guān)聯(lián)性
3.1建材節(jié)能的施工措施
在建筑建造過(guò)程中合理應(yīng)用可再生能源,如在建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中,將太陽(yáng)能合理利用便能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能的光伏發(fā)電。另外,還可以對(duì)建筑材料產(chǎn)生的廢棄物充分利用,不僅能夠節(jié)省一部分建筑成本,還能夠減少建筑垃圾對(duì)環(huán)境的污染,如將已經(jīng)廢棄的橡膠打碎成顆粒,融入到建筑部混凝土中,不僅能夠提升混凝土的抗裂性,還能夠節(jié)省建筑成本、減少環(huán)境污染。
3.2建筑節(jié)能的施工措施
建筑節(jié)能主要表現(xiàn)在使建筑供熱系統(tǒng)的供熱效率得到有效提升,以及減少建筑圍欄保護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱兩方面[4]。在建筑過(guò)程中,可以對(duì)建筑的墻體與門窗的保溫性能加以改善,還需要對(duì)建筑的題型系數(shù)加以控制,與此同時(shí),還可以對(duì)建筑的布局進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整,以提升建筑的節(jié)能效果。
3.3兩者的關(guān)聯(lián)性
建材節(jié)能是建筑節(jié)能中非常重要的組成部分,如果沒(méi)有做好建材節(jié)能,那么建筑節(jié)能也就無(wú)從談起,如果可以將具備節(jié)能效果的建筑材料運(yùn)用到建筑節(jié)能的相關(guān)設(shè)計(jì)當(dāng)中,不僅僅可以使能源的消耗有所降低,還能夠充分發(fā)揮祝建筑自身的保溫隔熱功能,使建筑更加符合節(jié)能環(huán)保的新型理念。
4結(jié)論
太陽(yáng)能建筑是指利用太陽(yáng)光的輻射能量代替一部分可消耗的常規(guī)能源,以達(dá)到可以被動(dòng)或者主動(dòng)式的能源建筑。被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑是指被動(dòng)的采暖設(shè)計(jì),是利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻,用以保持建筑的儲(chǔ)熱的性能。主動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)是指利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為熱能或者電能進(jìn)行利用,主要是取暖、燒水,供電的使用。
2被動(dòng)式能源建筑的形式
按照太陽(yáng)能建筑的利用方式可以把能源建筑分為直接受益型、集熱蓄熱墻型、附加型等幾種形式,具體內(nèi)容如下幾個(gè)方面。
2.1直接受益型
直接受益型的擦暖形式是以太陽(yáng)通過(guò)一定的透光材料直接進(jìn)入室內(nèi),以太陽(yáng)透過(guò)較大的南窗玻璃,通過(guò)存儲(chǔ)熱能到維護(hù)結(jié)構(gòu)表面的墻和地上,再通過(guò)夜間對(duì)流輻射的方式和室內(nèi)空間熱傳導(dǎo)進(jìn)行釋放。建筑要求:建筑正陽(yáng)的南方要安裝大面積的直接受陽(yáng)的玻璃窗、圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要有較大的熱阻、室內(nèi)需有蓄能較好的材料保證能量的積聚。
2.2集熱蓄熱墻型
集熱蓄熱墻型是利用建筑南向的集熱墻(垂直),通過(guò)傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流吸收太陽(yáng)光而傳送熱能。建筑要求:建筑墻體覆蓋玻璃,在墻體上下設(shè)通風(fēng)口,一方面,太陽(yáng)能通過(guò)墻體熱傳導(dǎo)通過(guò)對(duì)流輻射吸收熱能到室內(nèi),另一方面,集熱墻以對(duì)流方式傳遞熱能給玻璃和墻體間的夾層,再由室內(nèi)空氣對(duì)流傳遞熱能。
2.3附加型
附加型是指在建筑的南面附加一個(gè)玻璃罩室,是使太陽(yáng)光是集受益窗和蓄熱墻的綜合熱能的一種方式。建筑要求:以陽(yáng)光直射建筑南向,在建筑室內(nèi)用門或者窗把房子和陽(yáng)光隔開,給房間一個(gè)緩沖的減少熱能消耗,以此給房間熱能供給。
3節(jié)能建筑設(shè)計(jì)策略
3.1位置及朝向設(shè)計(jì)
被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑在建造上必須保持足夠的陽(yáng)光直射,按照太陽(yáng)偏離的角度和時(shí)間以個(gè)固定的北緯35°的建筑為例,方向正南向垂直,冬季較夏季受到的輻射要大,當(dāng)太陽(yáng)直射垂直角度超過(guò)30°時(shí)接受的能量集聚下降。
3.2建筑平面
被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑以太陽(yáng)能利用年規(guī)律的合理為設(shè)計(jì)目的,按照使用功能和人們對(duì)溫度的舒適度來(lái)把控,太陽(yáng)能的建筑要以溫度舒適性為主,盡可能把臥室和客廳設(shè)計(jì)到正南向或者東西向的15°來(lái)吸取太陽(yáng)能,把一些要求溫度不高的比如廁所、廚房、衣帽間可以設(shè)計(jì)到北向,在中間設(shè)計(jì)一道緩沖區(qū)減少熱能流失。
3.3形體設(shè)計(jì)
建筑形體是指建筑單位體積的建筑外表面積,建筑形體系數(shù)的越小度對(duì)建筑耗能損失就越小,外維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失就小,因此,在設(shè)計(jì)上盡可能減小建筑的體形系數(shù),體形系數(shù)以f0\V0進(jìn)行表示,除此外,影響到建筑體形的還有建筑的造型、布局和暖通的因素。因此在對(duì)建筑節(jié)能的系數(shù)間采取f0\V0<0.3時(shí)為最佳控制。
4結(jié)語(yǔ)
1.1建筑節(jié)能評(píng)估體系的發(fā)展現(xiàn)狀全世界對(duì)建筑節(jié)能的關(guān)注到目前已有30余年,我國(guó)從20世紀(jì)80年代起也開始試行了相關(guān)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),但對(duì)于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的評(píng)估起步較晚,目前,主流的建筑節(jié)能評(píng)價(jià)體系主要為國(guó)外建立,如20世紀(jì)90年代初英國(guó)提出的“建筑研究中心環(huán)境評(píng)估法”(BREEAM)、美國(guó)的“能源與環(huán)境設(shè)計(jì)先導(dǎo)”(LEED)、加拿大等國(guó)的“綠色建筑桃戰(zhàn)2000”(GBC2000)等,這些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以可持續(xù)發(fā)展原則為指導(dǎo),具有清晰的組織體系,并兼顧定性和定量?jī)煞矫娣治?,受到廣泛的認(rèn)可。我國(guó)建筑節(jié)能評(píng)估發(fā)展晚于國(guó)外,不及國(guó)外成熟,國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能及綠色建筑評(píng)價(jià)主要采用國(guó)外標(biāo)準(zhǔn),但隨著近年來(lái)建筑節(jié)能和綠色建筑的快速發(fā)展,國(guó)家也陸續(xù)了《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《節(jié)能建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)建筑節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)建筑節(jié)能工作起到了較大的推動(dòng)作用。
1.2對(duì)當(dāng)前主要評(píng)估體系的思考盡管目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)比較成熟,但通過(guò)分析上述主要的建筑節(jié)能或綠色建筑評(píng)估體系,可以發(fā)現(xiàn)這些評(píng)估體系主要采用后評(píng)估方式,即一般在建筑投入使用1年后進(jìn)行,但眾所周知的是,影響建筑節(jié)能的關(guān)鍵在于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)前期的場(chǎng)地選擇、規(guī)劃布局、節(jié)能措施、材料選擇、設(shè)備選型等對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的最終效果起著重要作用。后評(píng)估方式的滯后性,使設(shè)計(jì)者失去了在前期進(jìn)行彌補(bǔ)和優(yōu)化的最佳時(shí)機(jī)。而目前在建筑設(shè)計(jì)階段的能耗模擬分析也往往在施工圖完成后進(jìn)行,一旦在模擬計(jì)算中達(dá)到預(yù)期的節(jié)能目標(biāo),則基本上沒(méi)有再進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的動(dòng)力。如何使建筑節(jié)能設(shè)計(jì)評(píng)估更方便及時(shí)地反饋給設(shè)計(jì)人員,以便最大程度地為改進(jìn)設(shè)計(jì)而服務(wù),是值得思考的問(wèn)題。
2BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)評(píng)估中的應(yīng)用
2.1BIM技術(shù)應(yīng)用于節(jié)能評(píng)估的階段及目標(biāo)通過(guò)上述對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)評(píng)估的現(xiàn)狀分析與思考,筆者認(rèn)為應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)評(píng)估應(yīng)區(qū)別于其他相關(guān)評(píng)價(jià)方式,主要在建筑前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段進(jìn)行,即以預(yù)評(píng)估的方式出現(xiàn)。其目標(biāo)應(yīng)不僅僅局限于對(duì)某建筑的節(jié)能效果作出評(píng)判,而更應(yīng)著眼于為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化完善提供準(zhǔn)確的參考。雖然當(dāng)前在建筑設(shè)計(jì)階段應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行能耗模擬分析計(jì)算已是普遍的評(píng)價(jià)方式,但相比成熟的后評(píng)估體系,這樣的評(píng)價(jià)往往不夠全面,重定量分析而輕定性分析,綜合性和系統(tǒng)性有所欠缺,且由于技術(shù)上的局限,通常能耗分析軟件專業(yè)性很強(qiáng),需要專門的技術(shù)人員來(lái)完成,造成了建筑設(shè)計(jì)與能耗分析、建筑專業(yè)與設(shè)備專業(yè)一定程度的脫節(jié),不利于各專業(yè)的協(xié)調(diào)工作和效率提升。BIM技術(shù)的出現(xiàn)使得建筑設(shè)計(jì)與節(jié)能設(shè)計(jì)可以結(jié)合得更加緊密,使建筑師能更加直觀地對(duì)所設(shè)計(jì)的建筑進(jìn)行節(jié)能評(píng)價(jià),促進(jìn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化完善。
2.2BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能預(yù)評(píng)估的可行性
2.1BIM可提供足夠詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息建筑節(jié)能設(shè)計(jì)及評(píng)估需要大量的數(shù)據(jù)信息,而傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立起來(lái)的建筑模型所含信息有限,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑節(jié)能的評(píng)估,需要專業(yè)人員輸入大量的數(shù)據(jù),既費(fèi)人力,耗時(shí)也較多,這就容易造成建筑能耗分析往往成為建筑設(shè)計(jì)后的附加工作,難以對(duì)前期的建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響,即使根據(jù)分析結(jié)果來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,也是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過(guò)程,效率不高。而BIM提供了設(shè)計(jì)信息極其完整的設(shè)計(jì)模型,只要模型達(dá)到必要的詳細(xì)度和可信度,就能在前期設(shè)計(jì)階段完成能耗分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的預(yù)評(píng)估。
2.2BIM可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的可交互操作盡管能耗分析軟件數(shù)量眾多,但這類軟件通常需要不同的接口,采用不同的數(shù)據(jù)形式,彼此之間兼容性較差,往往需要重新建模并輸入大量的專業(yè)數(shù)據(jù),造成建筑節(jié)能各項(xiàng)評(píng)價(jià)之間比較孤立,綜合性較差。BIM技術(shù)可有效地解決這樣的問(wèn)題,由于其支持IFC(IndustryFoundationClass)標(biāo)準(zhǔn)和GreenBuildingXML(gbXML)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,使得建筑信息模型和大量第三方分析應(yīng)用軟件之間有了良好的接口,可以將建筑信息模型中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治鲕浖?,從而?shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)平臺(tái)上各個(gè)工種的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)集中,解決了建筑設(shè)計(jì)和節(jié)能過(guò)程中數(shù)據(jù)流被割裂、重復(fù)輸入、數(shù)據(jù)流失、出現(xiàn)信息歧義和不一致的問(wèn)題,提高了評(píng)估的效率和準(zhǔn)確性。
2.3BIM可對(duì)建筑全生命周期進(jìn)行精確控制BIM的應(yīng)用不僅局限于設(shè)計(jì)階段,而是貫穿于整個(gè)工程項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工、再到運(yùn)營(yíng)管理、直至拆除的全生命周期,因此能夠更精確地控制工程的各個(gè)環(huán)節(jié),保證工程質(zhì)量。BIM精確的建模及碰撞檢查技術(shù)可以使各專業(yè)設(shè)計(jì)相互矛盾沖突之處在設(shè)計(jì)階段就得以被發(fā)現(xiàn),避免在施工階段頻繁出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更,造成延誤工期乃至返工的情況。模型里詳細(xì)的材料、構(gòu)造、工程量、造價(jià)、生產(chǎn)廠家等信息使施工過(guò)程更加精確地被控制,有助于提高施工效率,而這些信息也使得項(xiàng)目建成后的運(yùn)營(yíng)管理更加方便,做到可視化管理。可以說(shuō),一個(gè)準(zhǔn)確、詳細(xì)的BIM模型可以真正達(dá)到“所見(jiàn)即所得”的程度,為預(yù)評(píng)估提供了最接近實(shí)際的對(duì)象,使預(yù)評(píng)估真正具有實(shí)際意義。
2.3BIM技術(shù)應(yīng)用于節(jié)能預(yù)評(píng)估的方法
2.3.1建立評(píng)估體系建筑節(jié)能設(shè)計(jì)預(yù)評(píng)估的關(guān)鍵首先在于如何建立完善的評(píng)價(jià)體系以全面準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)建筑建成后的能耗情況,就評(píng)估的內(nèi)容而言,預(yù)評(píng)估與目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的建筑節(jié)能或綠色建筑評(píng)價(jià)體系并無(wú)本質(zhì)差別,但由于預(yù)評(píng)估在項(xiàng)目前期進(jìn)行,其評(píng)估內(nèi)容主要針對(duì)設(shè)計(jì)階段。參考GB/T50668-2011《節(jié)能建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T50378-2006《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)體系,其內(nèi)容主要包括建筑規(guī)劃、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、室內(nèi)環(huán)境等方面
2.3.2建立建筑三維信息模型建立信息準(zhǔn)確詳盡的建筑信息模型是進(jìn)行預(yù)評(píng)估的基礎(chǔ),模型包含的有效信息越豐富,預(yù)評(píng)估的準(zhǔn)確度與詳細(xì)程度也就越高。目前比較成熟的三維建筑設(shè)計(jì)軟件有Autodesk公司的Revit、Graphisoft公司的ArchiCAD、Bentley公司的MicroStationTriforma等,盡管其各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)不盡相同,但它們都是以BIM技術(shù)為核心的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件,建筑師運(yùn)用此類軟件建立起一個(gè)包含足夠多預(yù)評(píng)估所需信息的建筑信息模型,如建筑的場(chǎng)地信息、周邊建筑、道路、建筑材料、構(gòu)造、物理性能以及設(shè)備等各專業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù),為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)預(yù)評(píng)估各項(xiàng)指標(biāo)分析提供數(shù)據(jù)信息支持。
2.3.3數(shù)據(jù)信息分析及評(píng)估在建筑信息模型完整建立的基礎(chǔ)上,將模型信息導(dǎo)入性能化分析模擬軟件,如Ecotect、GreenBuildingStudio、EnergyPlus、DOE-2、IES等,可對(duì)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)、室內(nèi)環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、計(jì)算、分析。在此模擬分析基礎(chǔ)上,結(jié)合預(yù)評(píng)估的內(nèi)容體系進(jìn)行評(píng)價(jià),并及時(shí)反饋給各專業(yè),進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:民用建筑;節(jié)能;對(duì)策
1民用建筑節(jié)能必要性
節(jié)能源于全球性的能源危機(jī),能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的動(dòng)力,但是它又是有限的,存在枯竭、用完的時(shí)間。我國(guó)當(dāng)前能源形勢(shì)十分嚴(yán)峻,能源高速生產(chǎn),煤、電、油、運(yùn)持續(xù)緊張。建筑是耗能大戶。建筑運(yùn)行能耗占我國(guó)能源總消費(fèi)量的比例已由上世紀(jì)70年代末的10%上升到目前的26.7%,發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,這個(gè)比例還將提高到35%左右。建筑能耗不僅是消費(fèi)過(guò)程的運(yùn)行能耗,還應(yīng)包括建造房屋生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗,據(jù)估算,加上這部分間接能耗,建筑能耗的總量應(yīng)占到社會(huì)總能耗的46.7%上下。建筑節(jié)能已是我國(guó)節(jié)能工作的重點(diǎn)內(nèi)容。
我國(guó)建筑規(guī)模巨大,發(fā)展迅速。每年新建建筑竣工面積大于各發(fā)達(dá)國(guó)家每年新建建筑竣工面積之和,我國(guó)正以世界上前所未有的規(guī)模和速度建造高耗能建筑。這些高耗能建筑已帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,建筑用能排放的溫室氣體已占全國(guó)總量的25%,北方城市冬季煤煙型污染指數(shù)超過(guò)世界衛(wèi)生組織提出的最高值的2~3倍,已對(duì)公眾健康造成較明顯的損害,這明顯背離了科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
改革開放后。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,促使了人們對(duì)建筑熱舒適性的要求越來(lái)越高,采暖和空調(diào)的使用越來(lái)越普遍;也促使了居民家庭家用電器品種數(shù)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(lái)了能源緊張和環(huán)境污染等許多問(wèn)題,但我們不能因噎廢食,發(fā)展是硬道理,建設(shè)要繼續(xù),環(huán)境要改善,生活質(zhì)量要提高,出路就在全面推進(jìn)建筑節(jié)能。
2民用建筑節(jié)能技術(shù)原理
2.1影響建筑節(jié)能的幾個(gè)建筑因素
2.1.1建筑物體形系數(shù)
建筑物體形系數(shù)愈大,其傳熱量也就愈大。從建筑節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā),毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)盡力減小建筑物體形系數(shù)。
2.1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)
圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù),選擇合適的圍護(hù)材料是重要的。
2.1.3窗墻面積比
開窗面積增大,會(huì)增加傳熱耗熱量和空氣滲透耗熱量,對(duì)建筑節(jié)能不利,理論上應(yīng)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(nèi)采光、通風(fēng)因素控制。因此,建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中,應(yīng)針對(duì)不同地區(qū)的環(huán)境和習(xí)慣區(qū)別對(duì)待,不宜過(guò)分縮小窗墻面積比。
2.1.4建筑朝向和建筑布局
相關(guān)研究結(jié)果表明,無(wú)論是為了降低冬季采暖能耗,還是為了降低夏季空調(diào)制冷負(fù)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(yīng)根據(jù)地形、地勢(shì)和朝向等條件靈活布置。
2.2民用建筑節(jié)能技術(shù)措施
2.2.1墻體節(jié)能
墻體節(jié)能,關(guān)鍵要降低墻體傳熱系數(shù)值。目前墻體節(jié)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(fù)合墻,指把保溫材料放在墻體中間,形成夾心墻。(3)外墻內(nèi)保溫,指在外墻內(nèi)側(cè)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(cè)粘結(jié)保溫層,并在保溫層的外側(cè)抹聚合物砂漿、加網(wǎng)格布和做飾面層。
2.2.2門窗節(jié)能
門窗能量損失方式主要是輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)和空氣滲透,輻射是門窗能量損失的主要方式。提高門窗節(jié)能效果的技術(shù)措施主要有:
(1)重視門窗的節(jié)能設(shè)計(jì),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(guò)門窗的輻射傳熱。(3)改進(jìn)中空玻璃間隔層氣體性能。(4)優(yōu)化節(jié)能窗框材料,進(jìn)一步改善窗框密封性能。
2.2.3屋頂節(jié)能
屋面由于直接受太陽(yáng)大面積、長(zhǎng)時(shí)間輻射,而成為節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)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?shù)取?/p>
倒鋪型保溫屋面是把保溫層置于防水層的上側(cè),類似于外墻外保溫墻體,屋面結(jié)構(gòu)層不直接受太陽(yáng)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(xiǎn)的做法,值得大力推廣應(yīng)用。
2.3新能源在建筑中的應(yīng)用
2.3.1太陽(yáng)能應(yīng)用
我國(guó)是太陽(yáng)能十分豐富和得天獨(dú)厚的國(guó)家,三分之二以上的國(guó)土面積日照在2200小時(shí)以上。當(dāng)今,將被動(dòng)太陽(yáng)采暖、太陽(yáng)熱水、太陽(yáng)電池發(fā)電應(yīng)用于建筑,并與建筑一體化的新型太陽(yáng)能建筑已在我國(guó)得到應(yīng)用,公眾反映熱烈。
2.3.2地?zé)岬膽?yīng)用
地?zé)崾且环N可再生的能源,跟民用建筑相關(guān)的地?zé)崂弥饕堑卦礋岜眉夹g(shù)。地源熱泵技術(shù)是利用包括土壤、井水、湖泊等與建筑物室溫的差別,通過(guò)熱交換達(dá)到采暖降溫的目的,其優(yōu)點(diǎn)是耗電量低,節(jié)省空間和土地。
3民用建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)原理
3.1節(jié)能建筑相關(guān)主體的利益關(guān)系
與節(jié)能建筑相關(guān)的主體包括政府、房地產(chǎn)商、業(yè)主和建材產(chǎn)商等。
3.1.1政府
節(jié)能、環(huán)保,利于國(guó)家今后的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展,政府要自上而下地推動(dòng)建筑節(jié)能工作的開展。
3.1.2房地產(chǎn)商
房地產(chǎn)商開發(fā)節(jié)能建筑是否有成熟的節(jié)能技術(shù)支持和有利可圖是至關(guān)重要的。一般而言,房地產(chǎn)商可以從以下幾點(diǎn)獲得良好的效益:
(1)節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)重量輕,減輕了荷載,在地基和基礎(chǔ)上節(jié)省了費(fèi)用。(2)節(jié)能建筑室內(nèi)熱環(huán)境好,相應(yīng)減少了鍋爐、空調(diào)等設(shè)備和場(chǎng)地的投資。(3)試點(diǎn)先行可以得到國(guó)家經(jīng)濟(jì)上的支持和政策上的優(yōu)惠。
3.1.3業(yè)主
在現(xiàn)行體制下,由于各方面的政策法規(guī)和相應(yīng)的技術(shù)沒(méi)有跟上,節(jié)能建筑的吸引力并不高,業(yè)主只是一個(gè)被動(dòng)的參與者。只有將業(yè)主的經(jīng)濟(jì)利益和建筑能耗切實(shí)的聯(lián)系起來(lái),才有可能從根本上推動(dòng)節(jié)能建筑的發(fā)展。節(jié)能建筑能使業(yè)主獲得如下好處:
(1)舒適健康的居住工作環(huán)境。(2)日后維持費(fèi)用低。(3)節(jié)能建筑墻體薄,在建筑面積相同的情況下擴(kuò)大了使用面積。
3.1.4建材廠商
隨著節(jié)能建筑的推廣,市場(chǎng)對(duì)新型建材的需求量大幅增加,無(wú)疑為建材廠商提供了廣闊的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
3.2對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策的建議
(1)繼續(xù)加強(qiáng)新型墻體材料專項(xiàng)基金的征收和使用管理。充分發(fā)揮專項(xiàng)基金的調(diào)控作用,促進(jìn)墻體革新工作的快速健康發(fā)展。(2)對(duì)于執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的房地產(chǎn)商可以給予適當(dāng)?shù)亩愂諆?yōu)惠。(3)對(duì)于達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑適當(dāng)減免市政配套設(shè)施費(fèi)。(4)經(jīng)過(guò)認(rèn)證合格的節(jié)能門窗、保溫隔熱材料減半征收增值稅。(5)制定可行的鼓勵(lì)太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能和生物能等清潔可再生能源在建筑上應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策。
4民用建筑節(jié)能措施
(1)建立健全建筑節(jié)能法規(guī)、政策和標(biāo)準(zhǔn)體系。立法是推進(jìn)建筑節(jié)能的根本。我國(guó)應(yīng)盡快完善《節(jié)約能源法》、《可再生能源法》和《建筑法》中與現(xiàn)狀脫離的內(nèi)容,繼續(xù)加大《建筑節(jié)能管理?xiàng)l例》的執(zhí)行監(jiān)督力度。此外,要加快編制各類有關(guān)節(jié)能的技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,以盡快覆蓋建筑節(jié)能的各個(gè)領(lǐng)域和環(huán)節(jié)。
(2)深化供熱體制改革,理順熱價(jià)。只有堅(jiān)持供熱的商品化、市場(chǎng)化,才能徹底改變寧可欠熱費(fèi)、降低供熱質(zhì)量。也不愿建設(shè)節(jié)能建筑的情況。為此,我國(guó)應(yīng)加快推行小區(qū)采暖系統(tǒng)分室調(diào)控室溫和熱量按戶計(jì)量收費(fèi)的技術(shù)和管理政策。
(3)開展既有建筑節(jié)能改造。與新建筑相比,既有建筑總是占絕大多數(shù),能耗要高得多,只有既有建筑節(jié)能改造取得成效,全國(guó)建筑能耗才能大幅度降下來(lái)。
(4)推動(dòng)建筑節(jié)能技術(shù)進(jìn)步。不少開展建筑節(jié)能的地區(qū),反映建筑節(jié)能技術(shù)選擇困難,為此,要盡快開發(fā)并形成不同地區(qū)不同建筑適用的多種建筑節(jié)能配套技術(shù)。同時(shí),大力推進(jìn)太陽(yáng)能、地?zé)帷L(fēng)能等可再生能源的開發(fā)和利用。
(5)不斷建造節(jié)能示范建筑。真正好的節(jié)能建筑示范效應(yīng)很大。要求各地年年建造節(jié)能示范建筑、示范小區(qū)。示范建筑不能只是房地產(chǎn)商的賣點(diǎn),而要在該地區(qū)真正起到引領(lǐng)建筑節(jié)能技術(shù)潮流的作用。
歐洲在推動(dòng)建筑節(jié)能采取的措施主要有兩方面:
a)改善建筑物本身的熱工性能。例如充分利用通風(fēng)、太陽(yáng)能、自然采光等來(lái)降低采暖和空調(diào)能耗,提高建筑門窗密閉性能,提高建筑物墻體保溫隔熱性能;
b)提高建筑物內(nèi)空調(diào)、照明、采暖、家用電器等能耗系統(tǒng)及設(shè)備的能源效率。以下是近年逐步開始推廣使用的建筑節(jié)能新技術(shù):
a)建筑能效管理系統(tǒng)。法國(guó)施耐德總部大樓堪稱“世界上最節(jié)能的總部大樓”,同時(shí)也是全球首家通過(guò)ISO50001認(rèn)證的綠色建筑。這座大樓通過(guò)安裝能效管理系統(tǒng),利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和分布式控制技術(shù),建立完善的能耗監(jiān)測(cè)、管理體系,將建筑物或建筑群內(nèi)的變配電、照明、電梯、空調(diào)、供熱、給排水、燃?xì)獾饶茉词褂脿顩r,實(shí)行集中監(jiān)視、管理和分散控制,該系統(tǒng)由各計(jì)量裝置、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和能耗數(shù)據(jù)管理軟件組成。通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和分析管理實(shí)現(xiàn)以下效果:
(a)對(duì)設(shè)備能耗情況進(jìn)行監(jiān)視,提高整體管理水平;
(b)找出低效率設(shè)備;
(c)找出能源消耗異常;
(d)優(yōu)化用能方案;
(e)挖掘節(jié)能潛力;
(f)診斷主要用能設(shè)備健康狀況,提出設(shè)備節(jié)能改造措施。實(shí)現(xiàn)能源消耗動(dòng)態(tài)過(guò)程的信息化、可視化、可控化,最終降低能源消耗,節(jié)省能源費(fèi)用支出;
b)可再生能源綜合利用。太陽(yáng)能是一種清潔的可再生資源,很多國(guó)家都在開發(fā)利用太陽(yáng)能進(jìn)行建筑節(jié)能,目前主要利用太陽(yáng)能進(jìn)行采暖、供熱水和發(fā)電,極大降低了常規(guī)能源消耗,是建筑節(jié)能的有效途徑。太陽(yáng)能一體化建筑是當(dāng)前太陽(yáng)能利用的發(fā)展新趨勢(shì),通過(guò)太陽(yáng)能為建筑物提供生活熱水、冬季采暖和夏季空調(diào),同時(shí)可以結(jié)合光伏電池技術(shù)為建筑物供電。此外,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還積極研究余熱、廢熱回收利用技術(shù),減少對(duì)化石能源的開采和使用,達(dá)到建筑節(jié)能目的。積極探索可再生能源在建筑中的應(yīng)用,用其替代常規(guī)能源,是改善建筑能源消耗的另一途徑;
c)儲(chǔ)能材料。建筑物可以在地板和天花板的厚板中利用這種材料,這樣白天建筑物能獲得熱量并將熱量?jī)?chǔ)存,在夜間熱量被重新利用,材料被冷卻,從而起到節(jié)能效果。其原理主要利用了建筑結(jié)構(gòu)的熱容特性來(lái)儲(chǔ)存大量能量,而且不會(huì)帶來(lái)建筑物溫度很大變化,但缺點(diǎn)是對(duì)夜間周圍環(huán)境溫度依賴性很大,而且只能提供顯熱冷量。因此,該項(xiàng)技術(shù)還有待進(jìn)一步研究開發(fā)應(yīng)用[1]。
2中國(guó)對(duì)歐洲建筑節(jié)能經(jīng)驗(yàn)的借鑒
由于中國(guó)建筑節(jié)能工作起步較晚,目前建筑普遍存在耗能大、效率低等問(wèn)題,與國(guó)外存在一定差距。歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在建筑節(jié)能取得了大量成績(jī),可以根據(jù)國(guó)情,借鑒其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)一步完善政策法規(guī),積極推廣建筑節(jié)能技術(shù),全面推進(jìn)中國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展。下一步中國(guó)應(yīng)加強(qiáng)以下工作:
a)加快制訂和出臺(tái)建筑節(jié)能政策法規(guī)。建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,涉及技術(shù)、資金、稅收等各方面,很多工作需要國(guó)家、政府牽頭組織完成。建議國(guó)家應(yīng)加快出臺(tái)一系列鼓勵(lì)建筑節(jié)能的政策法規(guī),鼓勵(lì)建筑節(jié)能研發(fā)和應(yīng)用,加大這方面資金投入;
b)加大科學(xué)研究投入力度。世界各國(guó)的建筑節(jié)能工作從開始到發(fā)展,各項(xiàng)新技術(shù)不斷推出,始終貫穿著科學(xué)研究工作的引導(dǎo)、指導(dǎo)和參與;
c)加強(qiáng)建筑節(jié)能宣傳教育。由于宣傳不夠到位,目前中國(guó)大多數(shù)人對(duì)建筑節(jié)能還比較陌生。國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)宣傳教育,讓更多人了解建筑節(jié)能的重大意義,使其成為每個(gè)公民應(yīng)盡的義務(wù)。
3結(jié)語(yǔ)
一
建筑節(jié)能在整個(gè)節(jié)能工作中占有極其重要的地位。我們知道建筑能耗在社會(huì)整個(gè)能源消耗中占到30%以上,建筑節(jié)能工作的好壞直接影響到整個(gè)節(jié)能工作。特別是現(xiàn)有的許多大型公共建筑,數(shù)量特別巨大,能耗特別嚴(yán)重。目前,中國(guó)每年竣工的各類建筑的建筑面積約為20億平方米,其中公共建筑約為4億平方米。
年初,建設(shè)部、國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、財(cái)政部、監(jiān)察部、審計(jì)署聯(lián)合《關(guān)于加強(qiáng)大型公共建筑工程建設(shè)管理的若干意見(jiàn)》,要求新建大型公共建筑必須嚴(yán)格執(zhí)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和有關(guān)的建筑節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),建設(shè)單位要按照相應(yīng)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)委托工程項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì),項(xiàng)目建成后應(yīng)經(jīng)建筑能效專項(xiàng)測(cè)評(píng),凡達(dá)不到工程建設(shè)節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的,有關(guān)部門不得辦理竣工驗(yàn)收備案手續(xù)。
當(dāng)今,絕大多數(shù)公共建筑有一個(gè)共性,就是采暖能耗、空調(diào)能耗特別高。在公共建筑全年能耗中,大約60%消耗于采暖和空調(diào),而其中的20~50%由護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所消耗。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面,由于此類建筑大多數(shù)都要求具有良好的自然采光,因而,玻璃門窗設(shè)計(jì)得尺寸很大,窗墻比很高,或干脆設(shè)計(jì)成玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。
玻璃與其優(yōu)良的透光性能和特殊的質(zhì)感在建筑上的運(yùn)用是其它材料無(wú)法替代的。長(zhǎng)久以來(lái),由于玻璃材料本身的特性造成了玻璃自身的保溫隔熱性能差,不能滿足現(xiàn)代建筑所要求的節(jié)能和舒適的要求。特別是那些大面積采用玻璃幕墻的大型公共建筑,過(guò)去,由于使用了不節(jié)能的普通鋼化玻璃或普通中空玻璃制作幕墻,該部分建筑的能耗特別高,而且冬冷夏熱很不舒適。
隨著玻璃深加工技術(shù)的發(fā)展,各種各樣的節(jié)能玻璃象雨后春筍一樣蓬勃發(fā)展。真空玻璃的出現(xiàn)超越了以往所有的節(jié)能玻璃品種,標(biāo)志著真空玻璃節(jié)能時(shí)代即將到來(lái)。
二、真空玻璃的基本結(jié)構(gòu)真空玻璃是一種保溫、隔聲性能非常突出的高新技術(shù)產(chǎn)品
真空玻璃是由兩塊平板玻璃,中間由微小支撐物將其隔開,玻璃四周用玻璃釬焊料封邊,通過(guò)抽氣口抽真空,然后封接抽氣口保持真空層的一種結(jié)構(gòu)。為了長(zhǎng)久保持真空度,延長(zhǎng)真空玻璃壽命,新立基公司生產(chǎn)的真空玻璃在真空腔內(nèi)還放置了吸氣劑。微小支撐物是外徑0.5mm,厚度0.15mm的金屬環(huán),由于體積微小,對(duì)人的視覺(jué)和玻璃的光學(xué)性能幾乎沒(méi)有影響。
真空玻璃的保溫原理和結(jié)構(gòu)與保溫瓶極為相似,建筑上使用真空玻璃就好象把建筑罩在一個(gè)巨大的保溫瓶中,保溫節(jié)能效果可想而知。
三、真空玻璃的保溫性能Low-E中空玻璃是目前市場(chǎng)上運(yùn)用較為普遍、節(jié)能效果也很好的玻璃品種。
中空玻璃利用了空氣導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)。從傳熱學(xué)上講空氣雖然導(dǎo)熱系數(shù)較小,但畢竟是要進(jìn)行熱傳導(dǎo),其它氣體包括惰性氣體也一樣。中空玻璃由于存在著較大的空氣傳導(dǎo)熱量,使得使用Low-E玻璃降低輻射熱的最終保溫隔熱效果大為降低。只有真空狀態(tài)才能消除熱傳導(dǎo),使玻璃的綜合傳熱性能優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。
常規(guī)真空玻璃產(chǎn)品系列中的真空玻璃保溫。最好的Low-E中空玻璃和充氬氣的Low-E中空玻璃的保溫。通過(guò)對(duì)比真空玻璃和中空玻璃不難得出下述結(jié)論:
1、真空玻璃熱導(dǎo)隨著所用原片的有效發(fā)射率的降低而迅速降低,中空玻璃熱導(dǎo)降低的并不明顯。
2、如果Low-E玻璃發(fā)射率做得很低,比如0.05以下,輻射熱導(dǎo)到了幾乎可以忽略的地步,此時(shí)再降低Low-E玻璃發(fā)射率對(duì)中空玻璃來(lái)講意義已經(jīng)不大,但真空玻璃傳熱系數(shù)可以做到0.5W/m2.k,而充空氣的中空玻璃傳熱系數(shù)只能做到1.60W/m2.k,充氬氣的中空玻璃傳熱系數(shù)只能做到1.23W/m2.k.
3、就傳熱系數(shù)K值而言,真空玻璃K值只有充空氣中空玻璃的三分之一,充氬氣中空玻璃的二分之一,在不考慮太陽(yáng)光輻射的情況下,比如,夜晚,真空玻璃比充空氣的中空玻璃節(jié)能近70%,比充氬氣的中空玻璃節(jié)能50%.
4、在輻射熱導(dǎo)可以忽略的情況下,真空玻璃熱導(dǎo)的主要來(lái)源是支撐物熱導(dǎo)0.5W/m2.k,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,有望進(jìn)一步降低該數(shù)值,比如在玻璃強(qiáng)度提高的情況下,減小支撐物直徑或增大支撐物的間距都有望大幅度減小熱導(dǎo);充空氣(或氬氣)的中空玻璃熱導(dǎo)的主要來(lái)源是氣體對(duì)流傳熱和氣體導(dǎo)熱,為2.1(或1.5)W/m2.k,該數(shù)值不可能再有下降。從發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看,在保溫性能上真空玻璃將超越中空玻璃(或充氬氣的中空玻璃)更多。
5、由于真空玻璃的厚度通常只有中空玻璃厚度的一半,因此,真空玻璃的表觀導(dǎo)熱系數(shù)更顯著地小于中空玻璃的表觀導(dǎo)熱系數(shù)。真空玻璃可以使用三塊玻璃制成雙真空層的真空玻璃,熱阻增加一倍,熱導(dǎo)降低一倍,而厚度在單真空層真空玻璃厚度的基礎(chǔ)上只增加4mm,比中空玻璃還是薄。
可以說(shuō)在保溫性能上,現(xiàn)階段真空玻璃已經(jīng)大大超越了中空玻璃,將來(lái)會(huì)超越得更多。
四、真空玻璃的光學(xué)性能和隔熱常規(guī)真空玻璃由兩片玻璃組成,真空間隔層對(duì)太陽(yáng)光譜是通透的,間隔層支撐物很小。
新立基公司所用支撐物為環(huán)形金屬片,外徑只有0.5mm,高度約0.15mm,即使按圓柱形考慮,每平方米約1600個(gè)支撐物對(duì)輻射的遮擋面積只有:1600×π×0.252=0.000314(m2),約占玻璃總面積的萬(wàn)分之三,故支撐物對(duì)輻射的遮擋作用可以忽略。
我們知道,建筑上的傳熱除了要考慮溫差因素引起的傳熱外,還要考慮太陽(yáng)輻射因素。太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃的能量與玻璃光學(xué)特性有直接關(guān)系。最重要的就是要考慮得熱系數(shù)SHGC(太陽(yáng)能總透射比)。
嚴(yán)寒地區(qū)冬季寒冷,夏季涼爽,應(yīng)多考慮冬季陽(yáng)光的射入,以減少取暖熱耗,選用得熱系數(shù)大的真空玻璃對(duì)節(jié)能更為有利;夏熱冬暖地區(qū),夏季陽(yáng)光強(qiáng)烈,氣候炎熱,冬季溫暖,應(yīng)多考慮遮陽(yáng),減少陽(yáng)光的射入以節(jié)約制冷能耗,選用得熱系數(shù)小的真空玻璃更為合理。
五、真空玻璃工程實(shí)例
1.天恒大廈工程天恒大廈2005年6月落成,位于北京東直門立交橋東南角,地上22層,地下4層,建筑高度89米,總建筑面積57000平方米,是一座具有5A智能系統(tǒng)的高級(jí)寫字樓。天恒大廈北側(cè)有一面橫隱框豎明框玻璃幕墻,西北角是一面橫明框豎隱框,向內(nèi)與垂直面傾斜15°的三角形玻璃幕墻。幕墻設(shè)計(jì)和施工單位是江蘇省建偉幕墻裝飾工程有限公司,兩面幕墻所用玻璃全部是新立基公司提供的真空玻璃。玻璃最大尺寸為1985×1161mm(矩形),其西北角幕墻由于是三角形立面,所用玻璃很大部分是異形(梯形和三角形)。兩面玻璃幕墻總面積約7000平方米,共用去真空玻璃3365塊,合4848平方米。另外,大廈各種窗戶所用玻璃也全部是新立基公司提供的真空玻璃。窗面積約2500平方米,用真空玻璃共用去1636塊,合1540平方米。
天恒大廈玻璃的傳熱系數(shù)(K值)和空氣計(jì)權(quán)隔聲量經(jīng)國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中心檢測(cè),A結(jié)構(gòu)真空玻璃K值=1.0w/m2.k,B結(jié)構(gòu)真空玻璃K值=1.2w/m2.k.B結(jié)構(gòu)真空玻璃空氣計(jì)權(quán)隔聲量Rw=36dB.天恒大廈幕墻玻璃采用FB雙面復(fù)合中空的做法,除了能夠使K值在NL真空玻璃的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高外,主要考慮了幕墻抗風(fēng)壓和人身安全方面的要求。與室內(nèi)外空氣接觸的玻璃采用兩塊6mm鋼化玻璃,有效地承受了正負(fù)風(fēng)荷載,室內(nèi)鋼化玻璃還有效防止了人的身體對(duì)玻璃的沖擊可能引起的傷害并保護(hù)了玻璃的真空部分。
2.清華大學(xué)超低能耗示范樓工程清華大學(xué)超低能耗示范樓落成于2005年3月,是北京市科委重點(diǎn)科研和“奧運(yùn)科技專項(xiàng)”項(xiàng)目。該項(xiàng)目還是國(guó)家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究”的技術(shù)集成
平臺(tái),用于展示和實(shí)驗(yàn)各種低能耗、生態(tài)化、人性化的建筑形式及先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。
超低能耗示范樓座落于清華大學(xué)校園東區(qū),總建筑面積2930m2,地下一層,地上四層。新立基公司的真空玻璃產(chǎn)品用于南立面幕墻玻璃和西面、北面的門窗玻璃。該工程幕墻部分共使用真空玻璃72塊,合計(jì)74m2,最大玻璃尺寸為1982×1200mm;門窗部分共使用真空玻璃92塊,合計(jì)50m2,最大玻璃尺寸為1356×964mm.幕墻設(shè)計(jì)施工單位是深圳市方大裝飾工程有限公司,門窗制造和安裝單位是日本YKKAP公司。玻璃結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3幕墻玻璃K值=1.0w/m2.k,門窗玻璃由于在中空層玻璃上用一塊低輻射鍍膜玻璃代替了普通鋼化玻璃,使得K值=0.9w/m2.k.幕墻玻璃考慮到面積較大和承受正負(fù)風(fēng)荷載的影響,內(nèi)外兩面均為鋼化玻璃。門窗面積較小,除室內(nèi)考慮人身可能的沖擊使用5mm鋼化玻璃外,朝向室外的玻璃未使用鋼化玻璃。
由于該幕墻為隱框幕墻,玻璃面積大,玻璃的自重和風(fēng)壓等荷載較大。
六、節(jié)能效果試驗(yàn)和分析
1、真空玻璃節(jié)能試驗(yàn)2003年冬季,在建筑科學(xué)院的協(xié)助下,進(jìn)行了真空玻璃冬季節(jié)能效果試驗(yàn)。結(jié)果表明真空玻璃與中空玻璃相比有非常明顯的節(jié)能效果。
該試驗(yàn)所用真空玻璃為新立基公司的產(chǎn)品,當(dāng)時(shí)常規(guī)真空玻璃的K值為1.4w/m2.k,復(fù)合真空玻璃的K值為1.2w/m2.k試驗(yàn)是在北京市馬家堡選用的兩個(gè)同樣戶型、面積、朝向,同一層相鄰的兩戶新建單元房501、502室中進(jìn)行。該戶型的南向房間建筑面積15.12m2,北向房間為10.8m2.外墻為240mm,磚墻加60mm厚聚苯夾心石膏板保溫。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是502戶的南北鋼窗保持原樣,僅把501戶南北鋼窗拆下,換成塑鋼窗。這就形成501塑鋼窗與502單玻鋼窗(南向),雙玻窗(北向)的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)期間塑鋼窗按需更換,分別為中空玻璃(N4+A9+N4),常規(guī)真空玻璃(N3+V+L4)、復(fù)合真空玻璃(N3+V+L4+A9+N3)。試驗(yàn)的測(cè)量元件采用熱流計(jì)和銅—康銅熱電偶測(cè)溫元件。測(cè)量元件布置在窗玻璃、窗框、陽(yáng)臺(tái)門肚板和房間的各內(nèi)外墻上,通過(guò)BXSCC-1型便攜式數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng),每小時(shí)檢測(cè)一次。試驗(yàn)從2002年12月11日開始采集,至2003年元月9日為止,共取得22晝夜實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)期間,南向陽(yáng)臺(tái)門窗戶全部打開,使試驗(yàn)窗直接面臨室外氣候。房間房門關(guān)閉,室內(nèi)供暖沒(méi)有控制。
試驗(yàn)遇到北京多年未遇寒冷天氣,連續(xù)幾天下雪陰天,曾測(cè)量到日平均氣溫-7.9℃。日最低氣溫達(dá)-9.3℃的嚴(yán)寒天氣。針對(duì)上述氣候狀況,采用南向有陽(yáng)光,北向無(wú)陽(yáng)光和陰天三種工況來(lái)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)大部分時(shí)間室外的平均氣溫低于節(jié)能規(guī)范,即北京地區(qū)采暖期間室外日平均氣溫為-1.6℃。
2、天恒大廈節(jié)能效果分析以天恒大廈為例,假設(shè)該大廈分別采用白玻、普通中空玻璃、熱反射玻璃、熱反射中空玻璃、Low-E中空玻璃、標(biāo)準(zhǔn)真空玻璃組合雙中空六種情況,進(jìn)行耗能比較。并對(duì)真空玻璃節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益作估算。
以國(guó)內(nèi)某玻璃企業(yè)生產(chǎn)的白玻、普通中空玻璃、熱反射玻璃、熱反射中空玻璃、Low-E中空玻璃和新立基公司為天恒大廈生產(chǎn)的真空玻璃參數(shù)為根據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
結(jié)論
(1)從全年節(jié)能來(lái)分析,復(fù)合真空玻璃比其它玻璃節(jié)能,最低的達(dá)28%,最高可達(dá)72%.
(2)北京屬于寒冷地區(qū),冬季復(fù)合真空充分發(fā)揮了節(jié)能優(yōu)勢(shì)。但夏天節(jié)能卻不如熱反射中空玻璃,其原因是真空玻璃的遮蔽系數(shù)較高,但降低其遮蔽系數(shù)又會(huì)影響室內(nèi)采光和冬季太陽(yáng)輻射進(jìn)熱。遮蔽系數(shù)應(yīng)取合適值。從全年節(jié)能來(lái)看復(fù)合真空比熱反射中空節(jié)能36%.
(3)與其它各種玻璃比較,采用復(fù)合真空,可節(jié)能、省電、節(jié)省電費(fèi)開支,最低62萬(wàn)元/年,最高424萬(wàn)元/年,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時(shí)由于節(jié)能,可節(jié)省發(fā)電燃煤,減少環(huán)境污染,保護(hù)地球,造福人類。
(4)由于節(jié)省能源費(fèi)用,對(duì)于單片玻璃,使用真空玻璃當(dāng)年即可收回投資,即使對(duì)于Low-E中空2年內(nèi)也可基本收回多付出的投資成本。
七、結(jié)束語(yǔ)
天恒和清華工程分別落成于2005年9月和2005年3月,為兩個(gè)工程提供的真空玻璃的生產(chǎn)時(shí)間是在2004年下半年。事實(shí)上,新立基公司真空玻璃的生產(chǎn)技術(shù)在這兩年里又有了新的發(fā)展,產(chǎn)品質(zhì)量也有了很大的提高。
第一,Low-E玻璃作為生產(chǎn)真空玻璃的原片,質(zhì)量有了很大提高。南方玻璃集團(tuán)和皇明太陽(yáng)能有限公司的離線硬膜Low-E玻璃的輻射率都做到了0.11以下,這為大幅度降低真空玻璃的傳熱系數(shù),提高真空玻璃的保溫性能作出了重要貢獻(xiàn)。以上兩個(gè)工程N(yùn)L真空玻璃部分的傳熱系數(shù)為1.3w/m2.k左右,而目前NL真空玻璃的傳熱系數(shù)已經(jīng)可以做到0.85w/m2.k,LL真空玻璃的傳熱系數(shù)已經(jīng)可以做到0.70w/m2.k.第二,研制成功了具有國(guó)內(nèi)專利的夾層真空玻璃,使得真空玻璃又多了一個(gè)安全玻璃品種。
第三,真空腔內(nèi)置入了吸氣劑,使得真空玻璃壽命得到延長(zhǎng)。
1.1外墻節(jié)能改造技術(shù)
(1)外墻外保溫。外墻外保溫的有效施工,能夠?qū)⑼獠凯h(huán)境中的冷、熱進(jìn)行隔離,對(duì)建筑的主體起到一定的保護(hù)作用,減少高溫對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,延長(zhǎng)建筑物的使用。同時(shí),外墻外保溫技術(shù)的應(yīng)用,不需要對(duì)原有的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變,由于既有建筑的結(jié)構(gòu)大多以磚混結(jié)構(gòu)為主,因此通過(guò)外墻外保溫能夠使建筑物內(nèi)部冬暖夏涼,改善居民生活環(huán)境。外墻外保溫過(guò)程中經(jīng)常使用的材料是擠塑聚苯板,其具有良好的保溫性能,施工工藝較為簡(jiǎn)單,而且施工成本較低,有利于實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)的有效控制。需要的情況下,可以適當(dāng)增加擠塑聚苯板的厚度,能夠起到更好的保溫效果。在冬季氣溫相對(duì)較低的地區(qū),在進(jìn)行外墻外保溫時(shí),要注意保溫材料與外墻面的有效貼合,避免縫隙處產(chǎn)生水蒸氣而破壞保溫層。外墻還可以采用重新涂刷隔熱反射涂料的方法,可以有效降低室內(nèi)溫度。(2)外墻內(nèi)保溫。與外墻外保溫相比,外墻內(nèi)保溫的施工工藝更加簡(jiǎn)單,只需要在外墻的內(nèi)表面粘貼聚苯板,再使用水泥砂漿進(jìn)行抹平即可。外墻內(nèi)保溫在施工時(shí)容易對(duì)居民的生活和工作產(chǎn)生一定的影響,所以需要根據(jù)實(shí)際情況合理應(yīng)用。
1.2門窗節(jié)能改造技術(shù)
門窗也是建筑結(jié)構(gòu)中耗能較大的部位,尤其是外窗所占的比例更大,通過(guò)外窗所傳遞的熱量和產(chǎn)生的熱量損耗占據(jù)建筑耗能的一半以上,因此,要重視對(duì)門窗的節(jié)能改造,才能達(dá)到降耗的目的。(1)門的節(jié)能改造。在夏熱冬暖地區(qū)的既有建筑中,大部分都是木門,通過(guò)在木門的中間位置粘貼聚苯乙烯板,能夠有效的提高建筑的保溫效果。同時(shí),民用建筑中使用的防盜門,在進(jìn)行定制時(shí)可以在門腔內(nèi)填充一些玻璃棉或者是礦棉等材料,可以達(dá)到防火和隔熱的目的。(2)窗的節(jié)能改造。既有建筑中的鋁合金框要避免熱橋,需要根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置雙層或者多層玻璃窗,在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下可以使用低輻射玻璃,如熱反射玻璃,Low-E玻璃,鍍膜玻璃等,能夠起到更好的隔熱效果。需要注意的是,玻璃層之間要做好密封工作,避免長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致玻璃層間進(jìn)入灰塵,影響玻璃透明度。(3)窗簾的合理應(yīng)用。內(nèi)置窗簾的應(yīng)用容易將熱量從玻璃窗外部抵擋,就如同將能量浪費(fèi),所以建議室內(nèi)可以應(yīng)用鍍膜窗簾,通過(guò)鍍膜的循環(huán)作用能夠阻擋夏季的高溫直射和降低冬季室內(nèi)熱量的流失,鍍膜窗簾在國(guó)外已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。百葉的形式可以在使用的時(shí)候拉開,不使用的時(shí)候關(guān)閉,對(duì)建筑物的空間和使用性能不會(huì)產(chǎn)生影響。(4)窗的外遮陽(yáng)改造。根據(jù)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ75-2012中規(guī)定,東、西向外窗需要遮陽(yáng)措施,所以對(duì)外窗的節(jié)能要求變得更加嚴(yán)格。對(duì)于東西向外窗除了選擇低輻射的玻璃外,還可以選擇增加外遮陽(yáng)的方法??梢赃x用外遮陽(yáng)百葉或活動(dòng)遮陽(yáng)。
1.3屋頂?shù)墓?jié)能改造
由于大部分既有建筑使用的都是平屋頂,這種屋面對(duì)于防水的施工容易造成較大的困難,因此可以考慮將平屋頂改成坡屋頂,并且在屋頂內(nèi)部裝入保溫材料,能夠提高屋頂?shù)姆浪阅芎捅匦阅?,同時(shí)也能創(chuàng)造更大的使用空間。一般在屋頂沒(méi)有產(chǎn)生較大破損的情況下,不需要對(duì)防水層進(jìn)行大面積返修,可以對(duì)漏水的部位進(jìn)行局部修補(bǔ)和翻改。具體可以在屋頂?shù)牟课黄戒佉恍└魺岵牧希诟魺岵牧仙蠈尤匀恍枰褂梅浪苛?,以此保證屋頂?shù)姆浪阅?。?duì)于屋頂?shù)墓?jié)能改造,還可以通過(guò)使用擠塑聚苯板等保溫材料進(jìn)行局部修補(bǔ)。另外,可以通過(guò)植被的種植來(lái)實(shí)現(xiàn)隔熱節(jié)能的目的。在很多既有建筑的屋面上采用灌草結(jié)合的植被進(jìn)行布置,能夠起到很好的隔熱和降溫的作用,尤其是在夏天,能夠很好的阻隔太陽(yáng)的高溫輻射對(duì)建筑物墻面所產(chǎn)生的作用,既達(dá)到了節(jié)能的目的,又綠化了環(huán)境,這也是一種經(jīng)濟(jì)性很高的節(jié)能改造技術(shù)。
1.4陽(yáng)臺(tái)、樓梯間及外露傳熱構(gòu)件的節(jié)能改造
有很多建筑節(jié)能改造時(shí)針對(duì)陽(yáng)臺(tái)的措施,都采取將陽(yáng)臺(tái)密封、加保溫窗等措施,而針對(duì)一些沒(méi)有陽(yáng)臺(tái)的建筑,則可以通過(guò)加裝陽(yáng)臺(tái)的方式來(lái)進(jìn)行改造。這種加裝陽(yáng)臺(tái)的技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)有一定的應(yīng)用,通過(guò)單獨(dú)設(shè)置相應(yīng)的支柱實(shí)現(xiàn)陽(yáng)臺(tái)與原有建筑物結(jié)構(gòu)的連接,能夠增加建筑物的使用面積,也為建筑物增加了保溫的效能。對(duì)于樓梯間的節(jié)能改造,可以通過(guò)增加保溫防盜門的方式來(lái)提高樓梯間的熱工性能。同時(shí)在改造過(guò)程中,應(yīng)安裝能隨時(shí)關(guān)閉的單元門,并且用新型的節(jié)能隔熱窗對(duì)原有的窗進(jìn)行替換,適當(dāng)?shù)脑黾觾?nèi)墻保溫,增強(qiáng)隔熱效果。
2其他節(jié)能改造措施
在針對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí),也可以從室內(nèi)裝飾的角度進(jìn)行考慮,比如在室內(nèi)吊燈的部位增加保溫材料、或者使用新型的遮陽(yáng)窗簾等,都能夠達(dá)到較好的節(jié)能效果。同時(shí),科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,促進(jìn)了很多新型節(jié)能材料的生成,如節(jié)能燈具、管材以及變頻空調(diào)等,都可以在節(jié)能改造中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用,降低能源的消耗。另外,在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)要堅(jiān)持對(duì)自然資源的充分利用,如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能照明系統(tǒng)、地源熱泵、增加夏季室內(nèi)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)改造等等,都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自然資源的有效利用,在達(dá)到節(jié)能效果的同時(shí),節(jié)約了成本,高效節(jié)能、環(huán)保并能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,提高了建筑節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益。
3結(jié)束語(yǔ)