在建筑工程设计中如何考虑建筑节能

狭义的建筑节能侧重于某个建筑物本身所采取的措施和手段。建筑节能包含两方面的工作,一是对新建建筑要按照节能设计标准建成节能建筑;二是对既有建筑的节能改造,即通过采取相应的节能措施使建筑能耗下降,使之成为节能建筑。建筑能耗是指民用建筑使用过程中的能耗,主要包括采暖、空调、通风、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。其中采暖、空调、通风能耗约占23%。

广义的建筑节能不仅涉及到建筑设计方案、能源、生活质量等问题,还考虑了整个建筑对资源、环境、气候、地理条件、维护管理、经济等方面的影响。这里着重从建筑设计方面对建筑节能的影响进行了研究。

二、规划设计对建筑节能的影响

建筑朝向是规划设计中要考虑的首要问题。好的朝向是要充分利用冬季日照、避开冬季寒风的侵袭,使夏季可以获得良好的自然通风条件,这样才能保证室内冬暖夏凉的效果。河南省5居住建筑节能设计标准6规定,本省适宜朝向为南偏东25b至南偏西15b,对不同地区应以当地气象部门的统计数字为依据。

控制体型系数主要还是要控制平面形状。同样建筑面积,外墙长度越长,就意味着外墙面积越大,体型系数就越大,就越不节能。一般条式建筑体型系数应0.35,点式应0.40。从几何形状比较,同样面积前提下的外墙长度,圆形最短,其次方形,第三是长方形。而长方形(也是建筑最常用的形状),长短边比例越大,外墙越长。因此,设计大进深的长方形平面比狭长形长方形平面更节能、更经济、更省材。

在规划设计中,还需要考虑建筑的日照间距对建筑节能的影响。我国大部分地区日照间距约为(1.0~1.7)H,愈往南日照间距愈小,愈往北日照间距愈大。有时,建筑师为了某种空间的采光通风需要,常在住宅设计时用开狭口的手法,即在两单元之间开一个1.80~3.00m宽的深狭口来解决内卫生间、厨房采光通风,这显然是不经济的手法。这样就增加了外墙长度,增大了体型系数,不利于节能。一般说大进深住宅,用些狭口设计手法可视为合理,并应控制在开口宽与开口深的比例在1B2以内,12m以内小进深住宅不宜采用狭口。

三、建筑方案设计方面

(一) 屋顶的建筑节能设计

屋顶在整个建筑围护结构中所占的比例虽然远低于外墙,但对顶层房间而言,却是比例最大的围护结构,其保温隔热性能的好坏,直接影响顶层房间的室内热环境与建筑能耗,采用高效保温材料,架空型保温、倒置保温等进行合理的保温和隔热设计,可以起到很好的效果。根据保温层的位置分内外保温,一般屋面大多采用外保温,传统的做法是保温层设在防水层内,现在更科学的做法是保温层设在防水层外的倒置式保温屋面,既提高防水层的耐久性,又达到保温隔热的效果。这样可以很好地保证在冬季低温地区、夏季高温地区给室内提供适宜的生活温度,同时为冬季的暖气用能、夏季的空调降温用能节省出大量能源。我国冬季的采暖大多数地区还在用煤,夏季的降温一般都是用电。合理的屋顶保温和隔热设计可节省大量的能耗。

(二)建筑外墙节能设计

在所有的建筑设计中必须对外墙进行必要的保温和隔热设计。由于外墙在整个建筑外包面积中占的比例最大,对建筑能耗的影响也最大。在严寒地区,冬季室内外温差达30e~60e,墙面传热造成的热损失非常可观,因此墙体的保温隔热是建筑节能的一个重要部分。在设计时应控制墙体的传热系数,采用保温性能好的砌体。如加气混凝土自保温砌体,也可采用多层复合墙体。

根据保温层位置的不同,复合墙体可分为外保温、内保温及夹心保温墙体,每种保温形式有各自的优缺点。外墙内保温和自保温由于结构的原因很难消除热桥,而采用外保温则由于保温层覆盖住整个外墙面而有利于避免热桥的产生,内保温还会受二次装修的影响,并占使用空间。夹心保温是两侧为墙体材料中间为保温材料,这种材料有其方便内外装修的优点。

另一方面,外墙外保温体系可以保护主体结构,延长建筑物寿命。方便对旧有建筑物进行节能改造,从长远来看,外保温的优越性明显高于其它形式。墙体外保温使用蒸压加气混凝土作填充墙时需要注意以下几个问题:蒸压加气混凝土用于钢筋混凝土框架结构填充墙时,对钢筋混凝土梁柱的热桥部位还应加保温处理。其手段:可采用钉钢丝网加强;也可用燕尾凹凸面的聚苯板直接浇嵌在混凝土表面,容易满足强度的要求。

蒸压加气混凝土质轻、保温性能好,是由于加气混凝土内部充满无数小气孔。因此,蒸压加气混凝土砌块的砌筑和内外粉刷,千万不能像对普通砖砌体那样直接用的水泥砂浆砌筑或粉刷。因为水泥砂浆粉上去后,其中的水份很快就被小气孔吸干,剩下干水泥砂,失去了强度。蒸压加气混凝土砌筑时应采用特别的粘结剂。

(三) 门、窗节能设计

建筑的门、窗是用来通行、通风和采光之用,在建筑节能设计中也是重点处理的位置。因为建筑的通风、采光好时其面积就要相应的增大,这样与外界的交换就会变多,特别是最近几年在居住建筑中比较流行的大落地窗和玻璃幕墙,这些对室内的保温和隔热都带来很大困难。该建筑手法可用于夏天不太热、冬季不冷的地区,假如在东北地区使用,则必然造成冬季供暖负荷加大,导致能源浪费;若用于深圳,则制冷费用必然上升,相当浪费能源,不宜用于量大面广的居住建筑。我国相继出现了一些地方性强制规范。天津住宅节能设计标准明确规定:新建住宅南向玻璃与墙面的比例绝对不能大于50%,而北向则不能高于30%。所以建筑门、窗中特别是户门、阳台门及外窗必须进行合理的节能设计,要在设计中提高门、窗的保温和隔热能力,增加门、窗的密封性,减少通风次数,同时要减少门、窗的面积及透明程度,以保证建筑能耗的降低。另外要合理地控制窗地比,合理地减少开窗面积是建筑节能设计的重要措施。

外窗与外墙组成建筑物主要的围护构件,而外窗是主要的传热口。如:普通铝合金单玻窗的传热系数是6.0~6.5,240mm厚KP1粘土多孔砖墙(两面各加20厚水泥砂浆粉刷)的传热系数为1.37。

四、其它方面

(一)太阳能的利用

在太阳能比较丰富的地区,所有的建筑都应该充分利用太阳能,如果建筑用热水的量比较大,就在其屋顶建筑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,在全国可用的地区进行推广。

(二)水能的利用、节约淡水资源及雨水回收利用

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强,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雨水,这样可以节约大量的淡水资源。建筑设计中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。减缓我国淡水资源极其缺乏的到来。

(三)开发新材料,使用新工艺

现在国家己明令限制使用标准粘土砖,取而代之的是用工业废料制成的砌块和板材,此外改进建材的加工工艺或采用新工艺,也是节能的有效途径。

(四) 借鉴国外成熟的建筑节能措施

日本1962年在东京郊区的研发中心部建造了一栋/节能建筑0,其节能措施主要有:

采用高效设备,如高性能的冷冻机和新型高效太阳能电池等。

利用自然能量转化为建筑所需的能源形式,如利用太阳能水蓄热和利用季节变化的外气冷房及雨水收集用作杂用水源等。

合理利用建筑本身构造的节能措施,如大楼的自然换气和利用建筑物躯体蓄热及尽可能的自然采光等。

先进的设计系统,如变流量和变风量空调系统及中央监视系统对设备和建筑物的控制等。能量的循环利用,如发电机或原动机的冷热量回收等。

五、结语

我国煤、石油、水能等不可再生能源的储量与世界上许多国家相比量少且开发利用率比较低。我国在建筑节能设计与绿色建筑设计方面与世界发达国家存在一定差距,但我们可以通过屋顶节能设计、外墙节能设计、门窗节能设计及太阳能、风能、水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、学习和活动的绿色建筑。