超低能耗建筑設(shè)計探討

超低能耗建筑設(shè)計探討摘要：當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，做為我國國民經(jīng)濟(jì)三大支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑業(yè)，在能源消耗中占的比重越來越大，在當(dāng)下大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，超低能耗建筑做為共同關(guān)注的重要問題被提上日程。本文對我國環(huán)保節(jié)能前提下的超低能耗建筑設(shè)計進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：超低能耗；建筑；設(shè)計Abstract:intoday’ssocialandeconomicrapiddevelopment,asoneofthethreepillarindustriesofthenationaleconomyconstruction,intheenergyconsumptionaccountsfortheproportionofmoreandmorebig,inthepresentadvocateenergyconservationandenvironmentalprotectionoftheenvironment,lowenergyconsumptionbuildingastheimportantissuesofmutualconcernhavebeenontheagenda.Inthispaper,theenvironmentalprotectionandenergysavinginourcountryunderthepremiseoflowenergyconsumptionbuildingdesignarediscussed.Keywords:lowenergyconsumption;Buildingconstruction;design引言當(dāng)前，能源問題已經(jīng)成為制約世界各國發(fā)展的主要因素之一。我國是能源消費大國，建筑能耗約占全國總用能的1/4，居耗能首位。隨著我國住宅建設(shè)量的不斷增加，能源與環(huán)境問題日漸突出。一方面我國人均能源擁有量較低，另一方面以煤炭為主的不合理的能源結(jié)構(gòu)以及建筑的高能耗所帶來的環(huán)境破壞為可持續(xù)發(fā)展帶來巨大壓力。我國的建筑能耗中，寒冷地區(qū)的采暖能耗占了相當(dāng)大的比例。因此，建筑節(jié)能降耗以及可再生能源的利用引起人們的廣泛重視。太陽能作為一種可再生的清潔能源，近年來在建筑中的利用受到關(guān)注。我國屬于太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000小時，輻射總量高于5000MJ/m2.a。北方采暖地區(qū)，大多數(shù)城鄉(xiāng)處于太陽能資源豐富區(qū)，為太陽能建筑提供了可能。結(jié)合恰當(dāng)?shù)慕ㄖw形設(shè)計和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計，經(jīng)測算，在太陽能資源豐富地區(qū)的晴好天氣下，可以建造出完全依靠太陽能滿足采暖和生活用熱水的超低能耗建筑甚至零能耗建筑。一、超低能耗建筑的總體規(guī)劃設(shè)計1.建筑選址選址的節(jié)能問題是一個與自然整合的問題，要符合自然規(guī)律，盡量利用自然環(huán)境來創(chuàng)造適合人類生存的條件。建筑選址需爭取日照，避風(fēng)建宅。建筑基地宜選在向陽的地段上，為爭取日照創(chuàng)造先決條件，而不適宜選擇在山谷、洼地及凹地等處，因為冬季冷氣流易在凹地里形成對建筑物的“霜洞”效應(yīng)，位于凹地的底層或半地下建筑為保持所需的室內(nèi)溫度所消耗的能量，就會相應(yīng)地增加。建筑布局住宅群的形狀和道路的不同走向?qū)︼L(fēng)向和風(fēng)速有明顯的影響，住宅群和道路之間多為速度較小、方向豎直的管狀氣流，很難穿越建筑物，所以必須考慮建筑群體的形狀與體量的組合和布局，適當(dāng)布置建筑物，做到不同體量、不同角度、不同間距、不同道路走向的建筑物合理組合，充分利用自然通風(fēng)和日照。冬季降低冷風(fēng)風(fēng)速避免冷風(fēng)滲透，減少建筑物和場地表面熱損失，節(jié)省能耗;夏季可以組織良好的通風(fēng)，在建筑物之間及建筑內(nèi)部形成良好過堂風(fēng)，達(dá)到自然通風(fēng)和降溫。從建筑群的平面布局來說，宜采用錯列式、斜列式及自由式等形式，而不宜采用不利于自然通風(fēng)的周邊式和并列式布局。從豎向布局來說，宜將較低的建筑布置在夏季風(fēng)的迎風(fēng)面的前端，這樣有利于季風(fēng)的滲透。建筑朝向選擇合理的建筑朝向是群體設(shè)計中首先要考慮的問題，朝向?qū)ㄖ芎木哂信e足輕重的影響，最佳朝向范圍的概念是日照和通風(fēng)兩個主要因素共同作用的結(jié)果。例如正東向和正西向朝向的建筑比正南向的建筑每年要多消耗20%的電能，然而正南向并不一定與當(dāng)?shù)氐奶柸肷浣呛拖募撅L(fēng)主導(dǎo)方向相符合，而且理想的日照方向也并不一定是最有利的通風(fēng)方向。從單棟建筑的通風(fēng)來看，房屋垂直于季風(fēng)主導(dǎo)方向最好，但從整個規(guī)劃來看，這種情況并不完全有利，而往往希望形成一個角度，以使各排房屋都能獲得比較滿意的通風(fēng)。因此，我們所選定的建筑朝向應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：①冬季具有適量和一定質(zhì)量的日光照入室內(nèi)；②炎熱季節(jié)盡量減少太陽直射室內(nèi)及居室外墻面；③夏季通風(fēng)良好，冬季避免冷風(fēng)吹襲。在實際工程中，我們應(yīng)該利用合理的朝向，使建筑在夏季盡量避開南向烈日的炙烤，而冬季爭取盡可能多的溫暖陽光，使建筑獲得冬暖夏涼的宜人環(huán)境。在設(shè)計中根據(jù)日照和太陽入射角確定住宅朝向范圍后，再進(jìn)一步根據(jù)季風(fēng)主導(dǎo)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，選取合理的朝向，以獲得良好的夏季穿堂風(fēng)。建筑間距建筑間距的確定一般是由日照間距和節(jié)地措施決定的，陽光對于個人不僅有衛(wèi)生學(xué)的意義，同時對人的心理及精神也具有一定的影響。它不但是熱源，同時還可以提高室內(nèi)的日照水平，一般居住建筑總希望夏季避免日曬而冬季又能獲得充分的陽光照射，因此在選擇住宅的日照時間時，通常取冬至中午前后2h日照為下限，再根據(jù)地理緯度和用地情況加以調(diào)整，從而保證住宅室內(nèi)具有一定的日照量，進(jìn)而確定建筑的最小間距。從建筑的豎向布局來說，前排建筑采用斜屋面或把較低的建筑布置在較高建筑的陽面方向都能夠縮小建筑的間距。二、超低能耗建筑的建筑單體設(shè)計平面設(shè)計住宅平面設(shè)計的合理性在很大程度上可以節(jié)約能耗，在住宅平面設(shè)計中，夏季穿堂風(fēng)和全明房是建筑物節(jié)能的關(guān)鍵因素。住宅房間進(jìn)深對穿堂風(fēng)的形成和效果具有決定性的影響，一般房間進(jìn)深不應(yīng)大于15m,但我們可以適當(dāng)增加套型進(jìn)深,以便于在限定的建筑面寬內(nèi)增加建筑面積。建筑平面的巧妙布局也能獲得滿意的節(jié)能效果，如將電梯、樓梯、管道井、設(shè)備房和輔助用房等布置在建筑物的南側(cè)或西側(cè)，可以有效阻擋日射；與之相連的房間不僅可以減少冷消耗，同時可以減少大量的熱量損失。另外，現(xiàn)在許多住宅都配置超大陽臺，開發(fā)商往往注重于其作為室內(nèi)外過渡空間對觀景的作用，而建筑師也常常將其作為豐富建筑立面效果的元素，實際上在夏熱冬冷地區(qū)它還能起到夏季遮陽和通風(fēng)的作用。西、南立面的陽臺封閉起來，又可形成熱交換過渡空間，保證冬季室內(nèi)熱量散失慢，夏季節(jié)約空調(diào)冷量。立面設(shè)計建筑屋面和外墻是建筑與周圍環(huán)境進(jìn)行能量交換的媒介體，它具有通風(fēng)隔熱、遮陽蔽雨等明確的庇護(hù)功能，也是體現(xiàn)建筑形象藝術(shù)特征的重要部分。建筑屋面和外墻將室內(nèi)空間從外部空間中分隔出來，將對人類居住環(huán)境不利的惡劣自然因素“阻隔”在建筑外面，庇護(hù)人的居住空間；同時，作為建筑物內(nèi)外不同空間的中介物，還肩負(fù)著“傳遞”自然資源的任務(wù)，例如自然風(fēng)、自然光等氣候資源的功能。被動式設(shè)計方法既是強(qiáng)調(diào)利用屋面和外墻的傳遞能量的功能，充分利用自然界的有用資源，而將不利因素阻隔在建筑外面，在“用”與“防”之間達(dá)到平衡。通常，減少外墻傳熱主要有以下的方法：一是嚴(yán)格控制建筑的體型系數(shù)，以減少傳熱面積；二是通過外墻構(gòu)造設(shè)計增強(qiáng)外墻的保溫隔熱性能；以及有效防止外墻體內(nèi)部結(jié)露屋頂設(shè)計屋頂是住宅第五立面，對建筑造型起著重要作用。住宅做斜坡頂屋面，可借助屋面坡度與日照斜率相接近的特點，可再降低住宅頂層的層高。在維持平屋面住宅日照間距的條件下，既取得了改變建筑輪廓、有效地解決了屋面防水和擴(kuò)大屋頂部位使用空間的效果；也減少了住宅之間的日照間距，節(jié)約了建設(shè)用地。平屋頂可采用北向的退臺，既獲得露天活動空間，也可縮小日照間距。門窗設(shè)計盡量減少門窗的面積，門窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，面積約占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的30%,其能耗約占建筑總能耗的2/3,其中傳熱損失為1/3。被動式太陽能的利用一直存在著一對矛盾：冬季白天建筑南向為獲得盡可能多的太陽輻射而開設(shè)盡量大的窗口以獲得熱量，然而白天獲熱量最多的部位也是夜間失熱量最多的部位。所以門窗是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點，在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景條件下，應(yīng)盡量減少外門窗洞口的面積。建筑中門窗材料和密閉性對室內(nèi)溫度變化起著一定的作用，設(shè)計中應(yīng)采用密閉性良好的門窗，通過改進(jìn)門窗產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（如加裝密封條）、采用雙層真空玻璃窗、中空玻璃窗等目前市面上的保溫性能好的窗戶，提高門窗氣密性，防止空氣對流傳熱。三、利用太陽能采暖的超低能耗設(shè)計太陽能建筑的采暖和生活熱水依托的是太陽能熱水系統(tǒng)，其組成部分包括：太陽能集熱器、儲熱器（蓄熱器）、散熱器系統(tǒng)。1.太陽能集熱器集熱器是吸收太陽輻射并向載熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置，它是熱水器的關(guān)鍵部件。目前，國內(nèi)的太陽能集熱器主要有平板集熱器、真空管集熱器。2.儲熱器（蓄熱器）儲熱裝置是儲存熱水并減少向周圍散熱的裝置，一定的熱水蓄熱量主要滿足夜間供熱，使室內(nèi)溫度不致過大波動。儲熱裝置的容量需熱工計算確定。儲熱器的儲熱效果不僅取決于保溫材料性能的好壞，還與裝置的結(jié)構(gòu)和固定連接方式有關(guān)。3.散熱器一一低溫?zé)崴匕遢椛洳膳捎谔柲軐俚兔芏葻崮茉?，散熱器選擇的最佳形式當(dāng)屬低溫?zé)崴匕遢椛洳膳５蜏責(zé)崴匕遢椛洳膳窃跇堑貙觾?nèi)設(shè)置加熱埋管形成的輻射采暖系統(tǒng)，使用不高于60°C的熱水流經(jīng)埋入地板的盤管，所釋放的熱量使混凝土加熱。從地表面散出輻射熱并均勻地將熱量傳到室內(nèi)，由于采用輻射采暖方式，室內(nèi)溫度均勻，梯度合理，室內(nèi)溫度由下而上逐漸遞增，地面溫度高于呼吸線溫度，給人以腳暖頭涼的良好感覺，促進(jìn)新陳代謝，達(dá)到一定的保健作用。由于地面層及混凝土層蓄熱量大，室內(nèi)溫度的熱穩(wěn)定性也非常理想。在地板輻射采暖中，實測證明，在人體舒適范圍內(nèi)，實感溫度比室內(nèi)環(huán)境溫度高2C?3C。在保持同樣舒適感的前提下，地板輻射采暖時的室內(nèi)設(shè)計溫度，可以比對流采暖降低2C?3C，房間熱負(fù)荷相對減少，可以節(jié)省供熱能耗20%左右。結(jié)語對人居環(huán)