高層建筑節(jié)能設計的思考

高層建筑節(jié)能設計的思考

節(jié)能是國家發(fā)展的基本政策之一。建筑節(jié)能是節(jié)能的重要優(yōu)先事項。我國高層建筑的建造愈來愈多,高層建筑的節(jié)能設計日益為人們關注。1優(yōu)化建筑和設計群體高層建筑節(jié)能在規(guī)劃設計階段就要引起重視,要從節(jié)能的角度,充分考慮建筑朝向、日照間距、空間形態(tài)、以及建筑與周邊環(huán)境的關系等問題,從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造前提條件。首先,建筑的主要朝向應迎合當?shù)叵募镜闹鲗эL向,利于自然通風;在夏季,南北朝向的建筑物所受到的太陽輻射相對東西朝向建筑要少很多,這樣可以節(jié)省空調能量的消耗;而在冬季時,建筑受到太陽輻射的情況剛好與夏季相反,從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗。第二,高層建筑設計時應在節(jié)約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點,優(yōu)化節(jié)能設計。適當增加建筑物的間距有利于空氣流動,增大風量、提高風速,從而使建筑物與空氣的熱交換增加,有效降低建筑物的溫度,降低建筑能耗。第三,高層建筑及其組合的群體應結合周邊環(huán)境,充分考慮整體的空間形態(tài),優(yōu)化節(jié)能設計,將現(xiàn)有建筑和擬建高層建筑作為一個建筑群體考慮,實現(xiàn)建筑群內的自然通風。建筑群的入風口和出風口應結合主導風向合理設置,使空氣流通;把夏季主導風向作為建筑的主要朝向,按照南小北大、南低北高的原則排列建筑物,這樣的建筑群體在夏季能迎合南風、引導空氣穿越,冬季又能阻擋寒冷北風的侵襲,較好地適應氣候的變化,從而減少了建筑能源消耗。設立空中花園是一種間接改變建筑朝向的極好方法,能較好地改善建筑受太陽輻射的影響,如法蘭克福考莫茲銀行總部,是世界上第一座“生態(tài)型”大廈,多個空中花園圍繞建筑主體塔樓盤旋而上,每個空中花園高4層;建筑主體中通高的中庭與花園連通,為內向的辦公室提供100%的自然通風和綠色植物,極大地改善了太陽輻射的直接影響。2研制新型墻體材料墻體傳熱在建筑物總體傳熱中所占的比例最大。高層建筑要實現(xiàn)節(jié)能,還必須研制新型墻體材料,提高外墻的保溫節(jié)能性能。適用于高層建筑的新型墻體材料主要有蒸壓加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土小型空心砌塊和復合墻體等。2.1模具型多孔墻體材料的制備蒸壓加氣混凝土砌塊主要將70%左右的粉煤灰與定量的水泥、生石灰膠結料、鋁粉、石膏等按配比混合均勻,加入定量水,經(jīng)攪拌成漿后注入模具發(fā)氣成型,經(jīng)靜停固化后切割成坯體,再經(jīng)高壓蒸養(yǎng)固化而成制品,是一種新型多孔輕質墻體材料,其特點是熱阻大、重量輕,具有良好的防火、隔熱、保溫、隔聲性能。蒸壓加氣混凝土砌塊已廣泛應用于高層建筑中框架結構的填充墻和部分承重墻。2.2輕集料混凝土輕集料混凝土小型空心砌塊采用水泥作膠凝材料,骨料以各種陶粒、陶砂和煤矸石等加入部分爐下灰為集料,經(jīng)壓制振動成型。輕集料混凝土小型空心砌塊具有重量輕、力學性能好、保溫隔熱等特點,適用于全國不同氣候區(qū)。一般用來做高層建筑中框架結構填充的內隔墻和外填充墻。2.3復合墻體的特點復合墻體往往采用承重材料與高效保溫材料(如巖棉板或聚苯板等)組成。復合墻體較好地發(fā)揮了2種材料的特點,既不會因組成墻體材料的強度過低導致墻體所需尺寸過厚,又具有良好的保溫隔熱效果。因此,我國新建高層建筑目前已基本上采用了復合墻體的方式。2.3.1外墻保溫及墻面系統(tǒng)膨脹聚苯板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)是由自熄型模塑聚苯板、錨栓(必要時使用)、粘結膠漿、抹面膠漿和耐堿網(wǎng)布及涂料等材料復合而成,置于建筑物外墻外側的保溫及飾面系統(tǒng)。該系統(tǒng)冬季能避免產(chǎn)生熱橋,大大減少室內熱能通過外墻損失;夏季能大大減少由陽光輻射外墻而傳導至室內的熱能,進而使暖氣、空調的能耗下降。該墻體重量輕、節(jié)能效果明顯。2.3.2擠塑聚苯板的前后擠塑聚苯保溫體系的結構與膨脹聚苯薄抹灰保溫體系相同,只是將自熄型模塑聚苯板換成了自熄型擠塑聚苯板。它適用于各種形式主體結構的外墻外保溫,特別適宜于在嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)使用。2.3.3現(xiàn)澆混凝土剪力墻結構體系現(xiàn)澆混凝土模板內置(聚苯板)外墻外保溫系統(tǒng)簡稱CL結構體系,該體系適用于現(xiàn)澆混凝土剪力墻結構的高層建筑,CL建筑結構體系可使建筑物全生命周期內不需要對保溫層進行維修,解決了外墻粘貼、外掛保溫層而產(chǎn)生的裂縫隱患及壽命短等問題。3高層建筑圍欄設計3.1提高建筑材料與能耗外窗是保溫隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計資料顯示,我國建筑物通過窗戶散失的能量約占建筑總能耗的50%,具有較大的節(jié)能潛力,提高窗戶的熱工性能是建筑節(jié)能最經(jīng)濟有效的方法。3.2直接使用的范圍普通平板玻璃雖然具有造價低廉、采光性能好等特點,但其傳熱系數(shù)大、能耗高,從長期使用的結果分析,其性價比較低。根據(jù)實測,普通平板玻璃塑料框窗的傳熱系數(shù)K=4.63W/(m2·K),氣密性系數(shù)A=1.2m3P/(m·h);節(jié)能效果比較好的雙層玻璃塑料框窗的傳熱系數(shù)為K=2.37W/(m2·K),氣密性系數(shù)為A=0.53m3P/(m·h)。兩者的K值之比約為50%、A值之比為44.1%。因此,平板玻璃的直接使用范圍越來越受到限制,且最終將被淘汰。目前,節(jié)能效果好,具有推廣價值的節(jié)能型玻璃有中空玻璃、鍍膜玻璃等功能性玻璃。3.2.1氣體、氣體的密封中空玻璃是在2層或多層玻璃間隔成的空氣間層、氣層中充入干燥氣體或惰性氣體,四邊加以密封而形成的。中空玻璃最大的特點是傳熱系數(shù)小,具有良好的隔熱、保溫性能,同時具有防結露、隔音和降噪等功能,可用于各類建筑外窗、外門和幕墻。3.2.2玻璃透射層鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍金屬薄膜等,使其滲入玻璃表面或置換其表面層,成為無色或有色的薄膜,它能改變玻璃的透射系數(shù)和反射系數(shù),對陽光有良好的控制作用,可以吸收或反射太陽輻射,減少室內外的熱量交換,保持室內溫度的穩(wěn)定,從而達到節(jié)能的效果。3.2.3吸熱玻璃的特性在平板玻璃成分中加入微量鎳、鐵、鈷、硒等元素,制成的著色透明玻璃稱為吸熱玻璃。吸熱玻璃具有吸收可見光和紅外線的特性,無論是哪一種色調的玻璃,當其厚度δ=6mm時,均可吸收40%左右的太陽輻射。所以,在太陽直射的情況下,進入室內的輻射熱減少了約40%左右,從而可減輕空調設備的負荷,達到節(jié)能的目的。4屋面保溫、供熱、防水一體化技術屋面的保溫隔熱與防水是其主要功能,常規(guī)的屋面保溫材料與防水材料存在性能單一問題,防水的不能保溫,保溫的不能防水。噴涂聚氨酯硬泡、聚脂彈性體屋面保溫防水一體化技術,除采用兼具優(yōu)良保溫防水性能的聚氨酯硬泡作為保溫防水一體化功能性材料外,還復合防水性能極好的噴涂聚脂彈性體作為防水飾面材料,從而使屋面保溫、隔熱、防水一體化。廣州市對現(xiàn)有建筑的調查發(fā)現(xiàn):21%的屋面沒有采用任何隔熱措施,即使是采用一些隔熱措施,也遠不能滿足節(jié)能標準和熱舒適性的要求。高層建筑的屋面隔熱措施做得更加不到位。因此,屋面保溫、隔熱設計已成高層建筑節(jié)能的另一重點。5影響高層建筑節(jié)能的其他因素5.1小體積,大可合理合成建筑的體形系數(shù)指建筑物的外表面積與外表面積所包的體積之比,體形系數(shù)越小,單位面積對應的外表面積越小,外圍護結構的傳熱損失越小。采用圓形的平面形式,不僅有利于面積的使用,而且圓柱狀的外形既能降低風壓,減少熱能的流失和結構的消耗,又能優(yōu)化光線的射入。研究表明,圓形的平面具有最小的表面積,熱耗最小,空調負荷也較小,而矩形的形態(tài)卻更利于對太陽能的控制,矩形平面長寬比不同,建筑的能耗有較大區(qū)別,在設計時要根據(jù)具體方案加以推敲。5.2設計中的作用作為建筑物的第五立面——屋頂,在高層林立的城市中,也需要在設計中加以重視。屋頂花園的設計不僅彌補了地面綠地的不足,形成豎向多層次的豐富景觀,也極大地改善了環(huán)境,同時也起到了保溫隔熱的作用。5.3領域節(jié)能技術我國現(xiàn)在使用的各種建筑保溫材料耗能大,污染大,因此,應該大力開發(fā)適合中國國情的建筑外墻保溫材料系統(tǒng),重視科技新材料、新工藝。合理利用太陽能,發(fā)展建筑外墻保溫技術將成為我國建筑節(jié)能技術的主導方向。采用地面式低溫采暖、制冷系統(tǒng),冷熱輻射溫度接近或等于室內的舒適溫度上下限,使人感受舒適;采用小功率、小溫差的地面送風式空調技術和設備,代替大功率、大溫差的上給上排式空調設備;采用新風機組將室外新鮮空氣經(jīng)過濾除塵(加熱/降溫、加濕/除濕)等處理后,以低速地面送風的方式送到每個房間;采用熱量回收系統(tǒng),通過通風管將各房間相對污濁的空氣收集起來,與新風交換顯熱,預熱新鮮空氣