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    夏熱冬冷地區生態建筑節能建筑的應用探討

    發布日期:2017-11-18 來源: 中國破碎機網 查看次數: 3079 作者:[db:作者]

    核心提示:[db:SY_簡介]

      在當今能源危機日趨嚴重的環境下,發展生態建筑、節能建筑成為建筑領域人們呼聲*高的熱門話題。氣候的地域性造就不同地區具有不同的氣候特征,與氣候環境相適應,利用天然資源的生態建筑不應忽略它的地域性,反而應該得到更加重視。深入挖掘天然資源,走可持續化發展的道路。

      1夏熱冬冷地區的氣候概述我國夏熱冬冷地區處于炎熱與寒冷地區之間,長江中下游及其周圍地區,大致為隴海線以南,南嶺以北,四川盆地以東,涉及16個省、市、自治區。其中上海、杭州、南京、合肥、南昌、武漢、長沙、重慶、成都九個城市*具有代表性,面積約為180萬平方公里,人口5.5億左右,國內生產總值約占全國的4是我國一個人口密集、經濟發達的地區。

      上述地區的建筑氣候特征表現為:夏季悶熱,冬季濕冷,氣溫的日差較小,年降水量大,日照偏少。春末夏初多陰雨天氣,常有大雨和暴雨出現。該地區主要氣候要素的代表性數據為:1月平均氣溫為0°C~10°C,7月平均氣溫為25°C~30°C,日平均氣溫穩定等于或大于25°C的日數為40~ 110d年平均相對濕度為70%~84年降水量為1 800mm年日照數為1 000h~2400h上述九城市熱天氣象參數見表1冷天氣象參數見表2表1九城市熱天氣象參數項目上海杭州南京合肥南昌武漢長沙重慶成都*熱月月平均氣溫極端*高氣溫*熱月14時平均氣溫(C)全年日*高氣溫>35C的天數*熱月月平均相對濕度表2九城市冷天氣象參數項目上海杭州南京合肥南昌武漢長沙重慶成都*冷月月平均氣溫(C)極端*低氣溫日平均氣溫<5C的天數日*低氣溫<0C的天數*冷月月平均相對濕度由表1、表2統計數據可以看出,這些地區夏天平均氣溫偏高于南方地區,冬天平均氣溫又偏低于南方地區,夏熱冬冷氣候特征甚為明顯。

      2目前夏熱冬冷地區的建筑現狀在如此不良的氣候條件下,長期以來由于屬于非采暖地區,建筑設計不考慮采暖要求,更少用夏季空調降溫,同時建筑維護結構的熱工性能差,居住建筑對保溫隔熱問題不夠重視,使得這些地區建筑的保溫隔熱狀況基本沒有得到改善。

      多層建筑的外墻多年來主要采用240mm實心粘土磚墻,保溫隔熱性能較差;該地區窗戶普遍采用單層玻璃窗,尤以鋁合金為多;近年來由于商品住宅的購買者大都希望自己的住宅更加通透明亮,使得居住建筑的窗墻比也不斷增大,單層窗的溫差傳熱量也隨之加大;建筑外遮陽較少,大量熱輻射經由窗戶進入室內,加大空調制冷的負荷,加劇能源消耗;屋頂又多以平屋頂為主,向室內傳熱量較外墻更為嚴重;門窗的氣密性不好,冷空氣滲透嚴重。目前,我國建筑耗能量占全國耗能的近3(%,而且還在不斷攀升。

      在人民生活水平日益提高的今天,該地區居民紛紛采取措施自行解決住宅的冬夏季的室內熱環境問題,雙制空調也應用而生,在人們的日常生活中得到普及,然而夏天制冷使得室內熱量被“搬到”室外,加劇熱島負效應,凝結水被排到室外,然后被蒸發,增加室外濕度,加劇濕熱感;冬天取暖又不斷向外排放冷空氣,加劇室外環境的惡劣,同時夏天制冷冬天取暖也使得能源消耗急劇上升。以武漢地區為例,夏天要拉閘限電,不同行業要調整上班時間來避免用電高峰,分區輪休,才能緩解整個城市的用電緊張。長江日報2004年5月12日報道目前湖北省缺電量1000萬千瓦,在武漢曰缺電量高達200萬千瓦時。由此可見,能源消耗的嚴重性尤為突出。

      這些地區雨水和太陽能資源極為豐富,可是在目前的建筑設計中,建筑的傳統構件如屋頂,墻,散水等只考慮其排水功能而未考慮大量雨水的回收,也未考慮太陽能的利用。粗略估算一下:以居住建筑為例,設全國25億戶,每戶屋面,墻面,散水等日照面積共50m2按中等太陽輻射強度,每年每平方米得太陽能544萬k取50%的反射率,那么反射浪費的太陽能達3.4X1016k合9.4XltfkWh電力,按中高水平,若每戶每年用電3 000度計,則該一年浪費的太陽能轉化的電力可供2.5億戶12年的用電。基于這種可持續能源的浪費,很有必要提出生態建筑和節能建筑并著手研究和推廣。許多權威性國際會議也在不斷探討該問題。如:1992年,斯德哥爾摩與赫爾辛基UA“ECO-LOGEARCHITEC-TURECONFERENCE國際建協生態建筑國際會”,重點討論生態平衡在建筑中的絕對必要性。1994年6月5曰,“WORLDENVIRONMENTDAY世界環境曰”提出:“SOLAR 21STCENTURYARCHirEC-TURE21世紀建筑學國際大會,‘及同時展覽的國際大學生設計競賽作品展,無不貫穿追求生態與可持續發展這根主線。

      3生態建筑、節能建筑的產生運用基于夏熱冬冷地區特有的氣候特征和特有的天然資源,提出適于本地區的生態建筑、節能建筑的可行性發展的需求。

      3.1太陽能太陽能作為一種無污染的綠色能源,在當前全球可持續發展戰略的倡導下,大范圍的開發,利用已是大勢所趨。從表3可以看出該地區有著充足的太陽能資源值得深入研究和開發。

      表3夏熱冬冷地區主要城市采暖期和空調期太陽輻射總量地點上海重慶南京杭州合肥南昌長沙武漢采暖期空調期3.1.1太陽能熱水器太陽能熱水器目前正以其經濟性、無污染、可靠、耐用、節能而倍受人們的關注,并且越來越廣泛應用于生產、生活、科研領域。

      3.1.2多功能構件目前,傳統建筑構件本身沒有吸收,利用太陽能的功能,只是起到支承和圍護作用。多功能構件則是將傳統構件如屋面,墻面,陽臺,窗戶,遮陽構件,雨篷等變成能夠將太陽能轉換成熱能,電能的構件。不僅僅是滿足*初的功能,還可以實現夏天將太陽能轉化為電能滿足日常生活中電能所需,冬天則轉化為熱能滿足人們熱量所需。

      3.1.3太陽能電池太陽能電池幾乎不需要維護,而且壽命長,資源消耗*低。德國研制的家用太陽能電池板,面積9m2,在陽光下可獲得1功率的電力,可滿足家庭照明。目前,我國已可生產太陽能電池板,但仍需提高效率,降低成本,方可達到推廣應用的民用商品化水平。

      3.2雨水眾所周知,我國是個水資源匱乏的國家。據水利部統計,我國人均淡水資源占有量僅為2300m2相當于世界人均占有量的1/H立居世界排名第121位,是世界上*缺水的13個國家之一。節約用水對于我國絕大部分城市而言都有很強的現實意義。而對于夏熱冬冷地區卻具有得天獨厚的資源優勢,其年降水量在1000mm~1800mm雨水資源較為豐富。以武漢地區為例,每年梅雨季節、長江汛期都會降落大量雨水,其它季節也有豐富的雨水。如果能將這一優勢充分運用到建筑設計中,將回收的雨水用于沖洗廁所或灌溉花草樹木,將經過過濾或處理的雨水循環到太陽能熱水器中用作洗浴水或非飲用水,不僅可以節約用水而且也實現能源再利用。用水作為建筑形體要素可同時起到滿足人們心理和生理需要的功用。水墻就是個很好的例子,如果設計得當水墻不需要特別的能耗。

      3.3建筑綠化夏熱冬冷地區室外環境條件較為惡劣,通過建筑綠化可以使居住環境得到適當改善。恰當的綠化是改善城市和建筑微氣候環境的有效辦法。建筑綠化還可以帶來一系列衛生效益:(1)有利于夏降溫冬保暖。建筑綠化是夏季降溫,消除城市熱島負效應的*好措施之一;(2)防風,防塵,防噪音,調節溫度,濕度;(3)滅菌,滅蟲,凈化空氣;(4)減輕大氣溫室效應。放眼全球,建筑綠化搞好了,對減輕大氣溫室效應,補救臭氧層將大為有利。

      建筑綠化可以為周邊環境綠化、墻面綠化、室內綠化、屋頂綠化等,但它們的區分不是絕對的,例如楊經文的生態摩天大廈,綠化就是從地面一直延伸到屋面,成為*重要的生態設計要素。我們期待著這類型生態摩天大廈在冬冷夏熱地區的應用推廣。

      3.4窗戶3.41窗墻比近年來人們生活水平的不斷提高,對居住條件也不斷提高,要求室內寬敞明亮這無疑加大了窗墻比。然而窗墻比的大小會影響到全年采暖和空調耗電量。在夏熱冬冷地區由于采暖與空調耗電量都隨窗墻比的增加而呈階梯狀躍升,但一定窗墻比范圍內耗電量不變。所以適當加大開窗面積,既有利采光,又不會增加采暖和空調的總耗電量。所以提出適合地域氣候條件的窗墻比無疑是節能的有效方式之一,同時根據朝向不同,在滿足室內采光要求的前提下,將窗墻比控制在合理的范圍內,也有利于降低建筑物耗熱(冷)量指標和降低工程造價。

      3.4.2窗戶節能措施窗戶作為圍護結構的重要組成部分,是熱量交換的重要通道,也是降低能耗提高使用效率的重要部位。節能措施諸如:在夏天空調制冷時,外窗玻璃的輻射得熱是空調冷負荷的主要部分,所以應采取遮陽措施。冬天由于室內外溫差大,窗框氣密性差,導致熱量外流,鑒于此,國際上流行密封中空雙層玻璃構件,具有很好的氣密性和保溫性。另外還可以采用隔熱節能玻璃,或盡量提高窗框隔熱性能等。

      3.5墻體墻體作為主要的圍護結構,也是熱量得失的主要通道。

      眾所周知,夏熱冬冷地區夏天或冬天室內外溫度相差無幾。

      針對這種特有的氣候,適當提高圍護結構的隔熱能力,既能改善建筑物的居住舒適度,又可起到降低該地區建筑物內實際空調啟用時間,提高節能效果。墻體傳熱系數K通常情況下反映外圍護結構隔熱性能,但是基于夏熱冬冷地區獨有的氣候結合熱惰性指標D更能有效的反映外圍護結構隔熱性能。

      表4夏熱冬冷地區熱惰性指標D的*小取值部位墻體傳熱系數K熱惰性指標D墻體屋面另外墻體外墻面盡量采用淺色飾面材料,在夏季有太陽直射時,能反射大量的太陽輻射熱,無太陽直射時,又能把圍護結構內部在白天積蓄的太陽輻射熱較快地向天空輻射出去。因此,無論是對降低空調耗電量還是對改善無空調時室內熱環境都有重要意義。

      3.6與生態建筑、智能建筑聯手20世紀80年代“智能建筑”在建筑界誕生,90年代在中國掀起“智能建筑”熱潮。但是長期以來,在國內,生態建筑、節能建筑、智能建筑都是各行其道,各謀其“主'建筑物本身是個綜合的復雜體,能否將生態建筑、節能建筑、智能建筑也巧妙的揉合在一起,擁有生態的環境,節能的框架,智能的管理,使得冰冷無知的建筑物具有”人性化“呢,當國外建筑師已初嘗成果的時候,我們是否更應該加快研究的步伐呢,4生態建筑、節能建筑的經濟效益我們居住的地球只有一個,在環境資源日益匱乏的今天發展生態建筑、節能建筑,走可持續發展道路已是迫在眉睫。

      可仍有許多人擔心生態建筑、節能建筑造價過高,不切合實際。如果我們的眼光放遠一點,幾年以后再拿生態建筑、節能建筑與傳統建筑相比就能看出它的優勢所在。就是一個很好的比較。

      從圖中可以看出,生態與可持續建筑與傳統建筑相比在初始投資時生態與可持續建筑要高些,但隨著時間的推移生態與可持續建筑的效益優勢逐漸凸現出來。

      5現狀與未來的展望目前,生態建筑、節能建筑并沒有得到很好的應用和推廣。

      以武漢地區為例:位于南湖花園的頤和苑是國家小康住宅小區有13棟564戶,但太陽能熱水器卻只有35部;祥和苑是優秀住宅小區,太陽能熱水器普及率也不容樂觀;南湖華錦花園、南湖沁康園、寶安花園等等不僅如此綠化也僅限于地面屋頂、墻面未得到充分的利用。節能方面也未做過多改進究其原S首先是長期以來人們思想上一直認為建設生態建筑、節能建筑必然導致設計成本和建造成本增加,將生態建筑、節能建筑與高科技聯系起來,認為是空中樓閣,離現實太遠。其次是關系到建筑師的設計理念――有無環保意識、生態意識、社會責任感。另外,國家政策,建筑法規推行力度不夠。我國科技部、原經貿委、建設部、環保總局等相關部門頒發了一系列極為重的要文件并制定“十五”計劃要達到的宏偉目標;建筑節能率達5(%到2005年太陽能建筑面積達5000萬平方米,太陽集熱器面積達6000萬平方米,太陽能發電采暖和空調建筑面積達2000萬平方米。但就目前情況來看前景堪憂,這就需要有關部門嚴把審批關,不達要求不予批準,加強宣傳力度,才有可能實現這一宏偉目標。

      依目前技術現狀和經濟水平雖然還不能完全充分利用現有資源,不能完全達到期望的目標,但我們完全可以從規劃、設計入手,利用常規技術,部分實現生態建筑、節能建筑的目標。夏熱冬冷地區特有的氣候,蘊含了豐富的天然資源,在目前和以后的建筑設計中,若能將這一優勢與建筑恰如其分的結合起來形成具有地域特色的生態建筑造福的不僅僅是我們還有子孫后代。

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