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节约型理念在建筑设计技术策略中的应用
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内容提示：随着我国城市化步伐不断加快,我国的建筑事业也取得了长足的进步,而建筑能耗的比例也在不断提高,面对当前的能源紧张问题,从建筑角度考虑节能将会是一个不错的解决办法。本文主要从建筑设计方面来进行节能探讨,笔者首先介绍了节约型建筑设计的基本原则,接着具体介绍了建筑节能设计的策略。
1 节约型建筑设计的基本原则
1.1 整体关联原则
在自然生态系统中,与我们人类息息相关的建筑也是其中的重要组成部分,因而应考虑资源的再生和自然景观的连续性,建造建筑物时充分考虑对社会和生态环境造成的影响。我们不能只是一味地满足人的无休止的欲望,而忽略对人类赖以生存的环境的影响,破坏自然生态平衡。应从人与自然相互关系的伦理角度出发,合理利用自然资源和各种能源,实现人与自然的和谐相处,满足人类社会的可持续发展要求。（参考《建筑中文网》）
1.2 经济高效原则
近年来,由于房地产利润较高,使得这个行业一直是我国的热门行业,但建筑业同时也是一个高能耗高污染的行业,而建筑开发商永远是以逐利为目的,这就使得许多人把节能与资本的高投入对立起来。他们往往以为生态建筑投资较高,但却不能给开发商带来相应的利益回报,造成高投入低产出的现象,从而阻碍了生态建筑地广泛推广和使用。但实际上并不像人们想象的那样,节约型建筑的投资成本以及运营成本等总成本反而比高耗能建筑低许多,因为在建筑投入使用后,其各种节能措施可以大大节省水、电、采暖等能源费用,而能源价格越高,这种节省成本的效果越显著。
1.3 健康舒适原则
建筑节能固然重要,但不能以牺牲建筑使用功能为代价,建筑还必须满足人们对其健康舒适性的要求。因此,必须在此基础上,充分研究人体的生理和心理需求,巧妙利用各种技术和手段,使建筑更加自然合理,能为人类创造一个舒适、健康的室内环境。
1. 4 全寿命周期设计原则
建筑节约可从多种渠道来进行,从建造地址的选择到建筑方案的确定,到施工设备和材料的选用,以及施工工艺的选择,再到建筑完成后的使用和维护过程,这整个环节相互影响相互制约,必须做好每个细部的节能处理。狭义的环保型建筑只是强调在施工建造或使用过程中尽量减少对环境的破坏,而广义的节约型建筑则要求从原材料的开采、加工和使用,到建筑施工和使用过程,再到建筑物的废弃、拆除、再利用或销毁,进行全方位的环保节能,这一理念贯穿于建筑物的全寿命周期。原材料方面注重减小对自然生态的破坏,建筑的建造和日常使用既要减少能源消耗,降低成本,又要尽可能小地对环境产生污染,建筑使用寿命结束后,要较少建筑垃圾,对有用的材料尽可能的回收再利用。
2 建筑设计阶段的节约型策略
2 .1 提高围护结构的隔热保温性能
在建筑物的所有节能设计中,建筑外表皮一直是其保存能量较少能耗的关键因素。具有良好保温隔热功能的建筑外表皮能在炎热的夏天减少热量的传入,在寒冷的冬天减少热量的散失,从而减少建筑内部的制冷或制热的能耗。在建筑中采用保温隔热性能好的新型墙体材料,是提高建筑节能效果的重要途径。在推广使用新型墙体材料的同时,还应完善建筑的结构体系,采用大空间的框架结构及复合结构,能减少普通砖墙的使用,为应用新型墙体提供了平台。
保温隔热的原理即是根据建筑内部温度需求和外部环境情况来调控构件系统的总热阻。因此要选择可以有效减少热量通过传导、对流和辐射产生的热量损失的材料。通常的途径是采用导热系数小,低放射性的绝缘材料以减少通过辐射产生的热能损失,表面则通常以高反射的金属薄片或表面涂层来反射热辐射。因为在寒冷气候中,通过通风而产生的热量损失占有一定的比重,所以应解决好与通风之间的矛盾,同时还需增强表皮的密封性能。此外,太阳辐射对建筑的保温具有一定影响。当透明或半透明绝缘组合体被采用时,在寒冷气候中能够利用太阳辐射直接供给室内一部分热量,对建筑保温具有重要意义,同时还有利于室内卫生。但值得注意的是,在炎热气候中会导致多余的热量,增加室内冷负荷。因此还要注意利用遮阳构件来隔热,做好通风措施来散热,以减轻夏季的冷负荷。
如果建筑物只有单层表皮,则其保温隔热主要是通过采用特殊材料来实现的,如果是多层表皮,则不仅可以材料角度来进行保温隔热,还可以做好结构设计,如通过两层或多层界面与中间空气间层共同作用来实现系统的保温隔热,其中建筑的内层界面其主要保温隔热作用,而外层界面和空气间层只起辅助作用,空间层能减少热量的传递。
(1)以单层材料形成保温隔热界面。其主要的保温隔热功能在于材料本身的性能。随着材料科学的发展,人们可以更好地根据自己的需要来对自然材料进行改造,并不断创造出性能更好的新的人工材料。以往的建筑外围护结构最主要的功能是承重和保温隔热,多为砖石、混凝土或木材筑成,它 们 的 保 温 隔 热 效 能 较 差,导热系数较高,如普通粘土砖砌体的导热系数为0.8w1/(m?k),这是相当高的一个数字,能使热量较快的从墙体传入传出,而泡沫聚苯乙烯板、玻璃棉板和岩棉板等新型保温材料,导热系数可低到0.035～0.04w1/(m?k)左右,其保温效能比前者要高出20倍。而以往透明材料的保温隔热性能通常也较弱,虽然增强了建筑的透明性,提高了自然光的利用率,但这是以牺牲表皮的保温隔热性能为代价的。随着材料技术的发展,一些新型隔热玻璃出现了,如低辐射中空玻璃、硅气凝胶特种玻璃等等。它们不仅提高建筑的美观度,加大了自然光的利用,同时也实现了建筑的保温隔热效果。
(2)由多种材料组合而成的复合构造。各种材料用于不同的层上,共同组成多层结构。复合结构常有三明治建筑方式和箱式建造式两种建筑方式。前者的各层结构像三明治一样相叠,中间设置保温层。后者是在保温材料和面层之间保留空气层,来减少热传递。
2 .2 提高建筑表皮的遮阳性能
现代建筑中,透明性成了表皮的一大特点。建筑物采光功能不仅能在一定程度上满足了室内的照明要求,节约了能源,同时还有利于改善室内环境卫生。遮光实际上包括遮阳与反眩光两项。当代表皮的遮阳功能可以有效减少能源消耗,特别是在玻璃较多、透明度较高的建筑中,遮阳构件能在夏天避免建筑物吸收过多的热量,从而减少制冷的能耗。反眩光功能则为使用者提供视觉舒适度。可见,人们既需要太阳光,又在一定程度上避免太阳光,遮光与采光本身就是一对矛盾,建筑节能设计必须处理好它们之间的关系。
(1)采光系统。现在人们越来越注重对自然光线的使用了,这种光不仅用起来比较舒适自然,而且能减少人工光源的使用,从而能有效节约能源。自然光的利用分为直接利用和间接利用。前者主要体现在传统的从侧面门窗体进行采光,但这种方式往往会造成眩光。而且采光区有限,只在窗边的小范围内产生效果。因此必须注重对光线的间接利用。这不仅能提高光线质量和视觉舒适度,还能扩大自然光线的有效范围区域。这对房间进深很大,不能直接利用自然光线的地方,或是对光线质量具有较高要求的区域是非常必需的。光线折转系统能很好的进行间接利用自然光,其采光主要是依靠材料本身性能来实现,或者根据构件的形状和表面反射性来实现。
(2)遮光系统。它包括遮阳与防眩光两大功能,并且这两功能多由同一构件体系来实现。遮光系统的主要作用是在外部直射阳光进入建筑前中途阻止,避免阳光的不利照射和对建筑进行不必要的加热,同时还能并防止眩光的产生。遮光系统的放置是一个重要的问题,它直接对建筑中的能源消耗产生影响,其具体文章还应与采光系统紧密结合。遮阳要素几乎对所有建筑类型都适用,尤其是在具有大面积玻璃面的建筑中,其在夏季冷负荷较高,采用遮阳系统能减少过多的热量摄入,从而节省空调能耗。
遮光系统一般安装位置有三种情况:
①安装在室外一侧。这种安装位置能有效节省能源消耗,有调查表明,在传统的东西朝向建筑立面中,使用外部遮光比没有遮光系统的玻璃立面的建筑物的制冷能耗要低一半。还可进一步对建筑的形态进行通风设计,但在选择相关的构件组合体时要考虑外部因素的影响,如防止高强度的风荷载导致系统的损坏,以及气候对构件系统的侵蚀等。这就提高了对构件的设计、建造和维护使用等方面的要求。如果将遮光系统与光线改道系统相结合使用,为使光路畅通,避免对反射效果产生影响,应定期对系统进行清洁。同时为了使空气能够自由流通,还应将该系统与外层表皮保持一定距离。
②安装在室内一侧。这种遮光设置方法的隔热效果不如前者,特别是在夏季中,使用内部遮光只能将制冷能耗减少20%。这主要是因为该系统安装在室内后,能吸收较多太阳辐射热,但这些热量很大部分又通过墙体传到了室内,从而增大了室内的冷负荷。但在冬天时,这种设置由于吸收热量。因而可以适当提高室内温度,减少采暖能耗。而且由于系统安装在其他界面之后,所以其建造和安装也比较方便。
1.1 整体关联原则
在自然生态系统中,与我们人类息息相关的建筑也是其中的重要组成部分,因而应考虑资源的再生和自然景观的连续性,建造建筑物时充分考虑对社会和生态环境造成的影响。我们不能只是一味地满足人的无休止的欲望,而忽略对人类赖以生存的环境的影响,破坏自然生态平衡。应从人与自然相互关系的伦理角度出发,合理利用自然资源和各种能源,实现人与自然的和谐相处,满足人类社会的可持续发展要求。（参考《建筑中文网》）
1.2 经济高效原则
近年来,由于房地产利润较高,使得这个行业一直是我国的热门行业,但建筑业同时也是一个高能耗高污染的行业,而建筑开发商永远是以逐利为目的,这就使得许多人把节能与资本的高投入对立起来。他们往往以为生态建筑投资较高,但却不能给开发商带来相应的利益回报,造成高投入低产出的现象,从而阻碍了生态建筑地广泛推广和使用。但实际上并不像人们想象的那样,节约型建筑的投资成本以及运营成本等总成本反而比高耗能建筑低许多,因为在建筑投入使用后,其各种节能措施可以大大节省水、电、采暖等能源费用,而能源价格越高,这种节省成本的效果越显著。
1.3 健康舒适原则
建筑节能固然重要,但不能以牺牲建筑使用功能为代价,建筑还必须满足人们对其健康舒适性的要求。因此,必须在此基础上,充分研究人体的生理和心理需求,巧妙利用各种技术和手段,使建筑更加自然合理,能为人类创造一个舒适、健康的室内环境。
1. 4 全寿命周期设计原则
建筑节约可从多种渠道来进行,从建造地址的选择到建筑方案的确定,到施工设备和材料的选用,以及施工工艺的选择,再到建筑完成后的使用和维护过程,这整个环节相互影响相互制约,必须做好每个细部的节能处理。狭义的环保型建筑只是强调在施工建造或使用过程中尽量减少对环境的破坏,而广义的节约型建筑则要求从原材料的开采、加工和使用,到建筑施工和使用过程,再到建筑物的废弃、拆除、再利用或销毁,进行全方位的环保节能,这一理念贯穿于建筑物的全寿命周期。原材料方面注重减小对自然生态的破坏,建筑的建造和日常使用既要减少能源消耗,降低成本,又要尽可能小地对环境产生污染,建筑使用寿命结束后,要较少建筑垃圾,对有用的材料尽可能的回收再利用。
2 建筑设计阶段的节约型策略
2 .1 提高围护结构的隔热保温性能
在建筑物的所有节能设计中,建筑外表皮一直是其保存能量较少能耗的关键因素。具有良好保温隔热功能的建筑外表皮能在炎热的夏天减少热量的传入,在寒冷的冬天减少热量的散失,从而减少建筑内部的制冷或制热的能耗。在建筑中采用保温隔热性能好的新型墙体材料,是提高建筑节能效果的重要途径。在推广使用新型墙体材料的同时,还应完善建筑的结构体系,采用大空间的框架结构及复合结构,能减少普通砖墙的使用,为应用新型墙体提供了平台。
保温隔热的原理即是根据建筑内部温度需求和外部环境情况来调控构件系统的总热阻。因此要选择可以有效减少热量通过传导、对流和辐射产生的热量损失的材料。通常的途径是采用导热系数小,低放射性的绝缘材料以减少通过辐射产生的热能损失,表面则通常以高反射的金属薄片或表面涂层来反射热辐射。因为在寒冷气候中,通过通风而产生的热量损失占有一定的比重,所以应解决好与通风之间的矛盾,同时还需增强表皮的密封性能。此外,太阳辐射对建筑的保温具有一定影响。当透明或半透明绝缘组合体被采用时,在寒冷气候中能够利用太阳辐射直接供给室内一部分热量,对建筑保温具有重要意义,同时还有利于室内卫生。但值得注意的是,在炎热气候中会导致多余的热量,增加室内冷负荷。因此还要注意利用遮阳构件来隔热,做好通风措施来散热,以减轻夏季的冷负荷。
如果建筑物只有单层表皮,则其保温隔热主要是通过采用特殊材料来实现的,如果是多层表皮,则不仅可以材料角度来进行保温隔热,还可以做好结构设计,如通过两层或多层界面与中间空气间层共同作用来实现系统的保温隔热,其中建筑的内层界面其主要保温隔热作用,而外层界面和空气间层只起辅助作用,空间层能减少热量的传递。
(1)以单层材料形成保温隔热界面。其主要的保温隔热功能在于材料本身的性能。随着材料科学的发展,人们可以更好地根据自己的需要来对自然材料进行改造,并不断创造出性能更好的新的人工材料。以往的建筑外围护结构最主要的功能是承重和保温隔热,多为砖石、混凝土或木材筑成,它 们 的 保 温 隔 热 效 能 较 差,导热系数较高,如普通粘土砖砌体的导热系数为0.8w1/(m?k),这是相当高的一个数字,能使热量较快的从墙体传入传出,而泡沫聚苯乙烯板、玻璃棉板和岩棉板等新型保温材料,导热系数可低到0.035～0.04w1/(m?k)左右,其保温效能比前者要高出20倍。而以往透明材料的保温隔热性能通常也较弱,虽然增强了建筑的透明性,提高了自然光的利用率,但这是以牺牲表皮的保温隔热性能为代价的。随着材料技术的发展,一些新型隔热玻璃出现了,如低辐射中空玻璃、硅气凝胶特种玻璃等等。它们不仅提高建筑的美观度,加大了自然光的利用,同时也实现了建筑的保温隔热效果。
(2)由多种材料组合而成的复合构造。各种材料用于不同的层上,共同组成多层结构。复合结构常有三明治建筑方式和箱式建造式两种建筑方式。前者的各层结构像三明治一样相叠,中间设置保温层。后者是在保温材料和面层之间保留空气层,来减少热传递。
2 .2 提高建筑表皮的遮阳性能
现代建筑中,透明性成了表皮的一大特点。建筑物采光功能不仅能在一定程度上满足了室内的照明要求,节约了能源,同时还有利于改善室内环境卫生。遮光实际上包括遮阳与反眩光两项。当代表皮的遮阳功能可以有效减少能源消耗,特别是在玻璃较多、透明度较高的建筑中,遮阳构件能在夏天避免建筑物吸收过多的热量,从而减少制冷的能耗。反眩光功能则为使用者提供视觉舒适度。可见,人们既需要太阳光,又在一定程度上避免太阳光,遮光与采光本身就是一对矛盾,建筑节能设计必须处理好它们之间的关系。
(1)采光系统。现在人们越来越注重对自然光线的使用了,这种光不仅用起来比较舒适自然,而且能减少人工光源的使用,从而能有效节约能源。自然光的利用分为直接利用和间接利用。前者主要体现在传统的从侧面门窗体进行采光,但这种方式往往会造成眩光。而且采光区有限,只在窗边的小范围内产生效果。因此必须注重对光线的间接利用。这不仅能提高光线质量和视觉舒适度,还能扩大自然光线的有效范围区域。这对房间进深很大,不能直接利用自然光线的地方,或是对光线质量具有较高要求的区域是非常必需的。光线折转系统能很好的进行间接利用自然光,其采光主要是依靠材料本身性能来实现,或者根据构件的形状和表面反射性来实现。
(2)遮光系统。它包括遮阳与防眩光两大功能,并且这两功能多由同一构件体系来实现。遮光系统的主要作用是在外部直射阳光进入建筑前中途阻止,避免阳光的不利照射和对建筑进行不必要的加热,同时还能并防止眩光的产生。遮光系统的放置是一个重要的问题,它直接对建筑中的能源消耗产生影响,其具体文章还应与采光系统紧密结合。遮阳要素几乎对所有建筑类型都适用,尤其是在具有大面积玻璃面的建筑中,其在夏季冷负荷较高,采用遮阳系统能减少过多的热量摄入,从而节省空调能耗。
遮光系统一般安装位置有三种情况:
①安装在室外一侧。这种安装位置能有效节省能源消耗,有调查表明,在传统的东西朝向建筑立面中,使用外部遮光比没有遮光系统的玻璃立面的建筑物的制冷能耗要低一半。还可进一步对建筑的形态进行通风设计,但在选择相关的构件组合体时要考虑外部因素的影响,如防止高强度的风荷载导致系统的损坏,以及气候对构件系统的侵蚀等。这就提高了对构件的设计、建造和维护使用等方面的要求。如果将遮光系统与光线改道系统相结合使用,为使光路畅通,避免对反射效果产生影响,应定期对系统进行清洁。同时为了使空气能够自由流通,还应将该系统与外层表皮保持一定距离。
②安装在室内一侧。这种遮光设置方法的隔热效果不如前者,特别是在夏季中,使用内部遮光只能将制冷能耗减少20%。这主要是因为该系统安装在室内后,能吸收较多太阳辐射热,但这些热量很大部分又通过墙体传到了室内,从而增大了室内的冷负荷。但在冬天时,这种设置由于吸收热量。因而可以适当提高室内温度,减少采暖能耗。而且由于系统安装在其他界面之后,所以其建造和安装也比较方便。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14453.htm
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