建筑節(jié)能與氣候條件的關(guān)系

建筑節(jié)能與氣候條件的關(guān)系

居住建筑節(jié)能節(jié)能能力已成為中國(guó)的基本政策，是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的基本要求。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃規(guī)定,2010年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗要比2005年降低20%左右,而且這是一個(gè)約束性的、必須實(shí)現(xiàn)的指標(biāo),任務(wù)相當(dāng)艱巨。我國(guó)建筑用能已超過(guò)全國(guó)能源消費(fèi)總量的1/4,并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。我國(guó)居住建筑用能數(shù)量巨大,浪費(fèi)嚴(yán)重,因此,居住建筑節(jié)能是當(dāng)務(wù)之急。建筑能耗由何而來(lái)?它和氣候有極大的關(guān)系,氣候條件不同,建筑的形式、空間、構(gòu)造就不一樣。如果不考慮氣象因子,那么這個(gè)建筑設(shè)計(jì)就談不上節(jié)能,綠色建筑也無(wú)從談起,也就是說(shuō),離開(kāi)氣象資料,綠色建筑就沒(méi)法設(shè)計(jì)。如建筑的體型就與降水、日照、風(fēng)向有關(guān);建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造與室外空氣溫度(累年平均值、最冷最熱月平均值、年波動(dòng)值、日波動(dòng)值等)、空氣濕度(累年平均值、最冷最熱月平均值、年波動(dòng)值、日波動(dòng)值等)等有關(guān);采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與室外空氣溫度、濕度、太陽(yáng)總輻射及直射輻射、散射輻射等有關(guān);建筑節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算與累年平均的全部氣象資料有關(guān)。氣象要素對(duì)建筑物的影響幾乎是全方位的,要想建造一個(gè)良好的建筑物,必須合理地利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳌Ｒ虼?掌握當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,對(duì)于發(fā)展節(jié)能建筑、綠色建筑是極其重要的。1冬季采暖條件分析采暖是用人工的方法保持一定的室內(nèi)溫度,以創(chuàng)造適宜的生活條件和工作條件的技術(shù)。我國(guó)一直是按日平均溫度≤5℃的日數(shù)作為采暖臨界溫度,將采暖臨界溫度的開(kāi)始和終止日期之間的整個(gè)時(shí)段稱(chēng)為采暖期。由于我國(guó)各地氣候差異很大,采暖期內(nèi)各地氣溫≤5℃的天數(shù)南北差異很大。內(nèi)蒙古地區(qū)從東到西氣溫≤5℃的日數(shù)分布是,呼倫貝爾市在190～230d;錫林郭勒盟180～200d;呼和浩特及以西地區(qū)小于170d;西部的阿拉善盟日數(shù)150～160d。全區(qū)集中采暖期為5～7個(gè)月,因此,我區(qū)是名副其實(shí)的冬季寒冷區(qū)。各地冬季日數(shù)見(jiàn)表2。室外有別于室內(nèi),計(jì)算溫度是經(jīng)過(guò)處理的溫度,采暖室外計(jì)算溫度是采用多年平均不保證5d的日平均溫度,即室外日平均溫度低于采暖室外計(jì)算溫度的天數(shù),累年平均為5d。這是因?yàn)闅夂蜃兓遣▌?dòng)的,最冷和最暖的天氣并不是每年都出現(xiàn)。采暖期只說(shuō)明寒冷時(shí)間的長(zhǎng)短,體現(xiàn)設(shè)備利用率的高低,以解決設(shè)置集中采暖是否經(jīng)濟(jì)合理的問(wèn)題;采暖室外溫度的高低,標(biāo)志著寒冷的程度,是決定采暖設(shè)備多少的依據(jù)。一般工業(yè)廠房及輔助建筑物的室內(nèi)溫度允許有一定時(shí)間低于設(shè)計(jì)值,同時(shí)在不保證的情況下,由于維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性,室內(nèi)仍有一定時(shí)間維護(hù)廠房溫度的最低要求。如果采暖設(shè)備是選擇歷年最低溫度設(shè)計(jì)的,那么,在采暖運(yùn)行期的絕大多數(shù)時(shí)間里,就會(huì)顯得設(shè)備能力富裕過(guò)多,造成浪費(fèi);反之,如果把室外計(jì)算溫度,按溫暖年份氣溫來(lái)設(shè)計(jì),則在較長(zhǎng)的時(shí)間里不能保證必要的室內(nèi)溫度,達(dá)不到采暖的目的和要求。因此,正確地確定和合理里地采用采暖室外計(jì)算溫度,是一個(gè)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的問(wèn)題。2空氣通風(fēng)的作用建筑通風(fēng)是改善生活和生產(chǎn)環(huán)境以創(chuàng)造安全、衛(wèi)生的適宜條件而進(jìn)行換氣的技術(shù),它是決定人們健康、舒適的重要因素之一。其中,工業(yè)建筑通風(fēng)還要保證產(chǎn)品質(zhì)量,控制生產(chǎn)過(guò)程中的余熱、水汽、粉塵和有害氣體,創(chuàng)造一個(gè)安全、衛(wèi)生、舒適的室內(nèi)環(huán)境的任務(wù)。我國(guó)采暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度、濕度,采用多年最熱月14時(shí)的平均氣溫及其所對(duì)應(yīng)的平均相對(duì)濕度。其目的是按最不利的氣象條件作為設(shè)計(jì)依據(jù)。氣象觀測(cè)資料顯示,在我國(guó),北京時(shí)和地方時(shí)時(shí)差1h,14時(shí)的氣溫平均相差0.2～1.0℃;時(shí)差2h,相差0.5～1.7℃。通風(fēng)可以采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種方式。自然通風(fēng)是在室內(nèi)外氣溫差、密度差和風(fēng)壓差作用下實(shí)現(xiàn)換氣的通風(fēng)。機(jī)械通風(fēng)是利用通風(fēng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)換氣的通風(fēng)。從功能上分通風(fēng)具有三種類(lèi)型,即健康通風(fēng)、舒適通風(fēng)和建筑通風(fēng)。2.1室外每分鐘使用20m3的新鮮空氣,如果每一個(gè)單健康通風(fēng)是利用室外的新鮮空氣更新室內(nèi)由于居住及生活污染的空氣,以保持室內(nèi)空氣的潔凈程度達(dá)到某一最低標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)氣味與氣溫有很大關(guān)系,當(dāng)室內(nèi)溫度為18℃時(shí),人對(duì)氣味沒(méi)有不舒適的感覺(jué),那么房間內(nèi)每人每小時(shí)需要30m3的新鮮空氣,而當(dāng)室內(nèi)溫度升高到30℃時(shí),若要人對(duì)氣味沒(méi)有不舒適的感覺(jué),房間內(nèi)每人每小時(shí)需要50m3的新鮮空氣。對(duì)于居室和辦公室通風(fēng)最好的方法就是自然通風(fēng)。自然通風(fēng)排風(fēng)量受室內(nèi)外溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等因素的影響,排風(fēng)能力小,排風(fēng)量很不穩(wěn)定,有時(shí)排風(fēng)口處于正壓狀態(tài),會(huì)發(fā)生倒灌現(xiàn)象。2.2供熱環(huán)境對(duì)衛(wèi)生指標(biāo)的影響這是向室內(nèi)提供舒適的熱環(huán)境條件,增加人體內(nèi)散熱防止由于溫?zé)岣屑捌つw潮濕造成的不舒適。熱舒適通風(fēng)取決于建筑內(nèi)部的溫度、水汽壓和氣流速度。炎熱地區(qū)人體舒適上限的室內(nèi)衛(wèi)生指標(biāo)溫度大約為31.5℃。研究表明:“當(dāng)環(huán)境溫度在35℃以下時(shí),對(duì)人體溫、皮膚、脈搏的影響,變化不大,排汗量表現(xiàn)有躍增的現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)境溫度高于37℃時(shí),上述各項(xiàng)變化大大超出了正常的生理范圍,對(duì)心血管系統(tǒng)則發(fā)生不良影響”。因此,夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度≥33℃(允許誤差2℃),工作地點(diǎn)溫度以35℃為準(zhǔn)。2.3空氣的通風(fēng)過(guò)程當(dāng)室內(nèi)氣溫高于室外的氣溫時(shí),使用建筑物降溫,稱(chēng)建筑降溫通風(fēng)。空氣的熱容量很低,故建筑無(wú)通風(fēng)時(shí),室內(nèi)氣溫將接近圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度水平,其值與外表面溫度接近。后者與墻面顏色有一定關(guān)系,同時(shí)還和結(jié)構(gòu)的熱容量與熱阻的乘積有關(guān)。當(dāng)建筑物有通風(fēng)時(shí)室外空氣以其原有的溫度進(jìn)入室內(nèi),并在流動(dòng)過(guò)程中與室內(nèi)空氣混合,而且根據(jù)室內(nèi)外的溫差與室內(nèi)各表面進(jìn)行著熱交換。通風(fēng)的作用不僅取決于建筑物墻的顏色、材料,還與墻的厚度有關(guān)。當(dāng)表面為灰色時(shí)西墻內(nèi)表面及室溫的最高和最低值均因通風(fēng)而有所降低。當(dāng)為白色時(shí),最高溫度的升降隨墻體材料的不同而定。如果較薄時(shí),持續(xù)通風(fēng)對(duì)于最高溫度的降溫作用最大。對(duì)于同一種厚度,則熱阻和熱容量較低的材料,通風(fēng)的降溫作用較大。窗戶(hù)全部關(guān)閉和打開(kāi)對(duì)室內(nèi)溫度的影響也很大。窗戶(hù)關(guān)閉溫度較低,如打開(kāi)一扇窗戶(hù),室溫可提高0.5℃,打開(kāi)兩扇窗戶(hù)可以增加約1℃,全部打開(kāi)可提高室溫3℃;打開(kāi)西向單面窗戶(hù),提高室溫2.5℃,打開(kāi)東向窗,僅提高1℃左右。通風(fēng)的效果取決與室內(nèi)外的溫差。在室內(nèi)溫度高于是外溫度時(shí),通風(fēng)可以降溫。反之,則效果相反。所以傍晚、夜間室溫較高,通風(fēng)效果好。3濕度對(duì)空調(diào)行費(fèi)的影響空調(diào)是為了滿足生活、生產(chǎn)要求,改善勞動(dòng)衛(wèi)生條件,用人工的方法使室內(nèi)溫度、濕度、潔凈度和氣流速度等達(dá)到一定要求的技術(shù)。空調(diào)室內(nèi)溫度、濕度的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)空調(diào)和冷凍的初投資和運(yùn)行費(fèi)是一個(gè)重要的因素?？照{(diào)房間內(nèi)溫度基數(shù)為20℃,有的地區(qū)提高到了22～25℃,此情況下相對(duì)濕度對(duì)溫度無(wú)疑也是影響很大的。當(dāng)相對(duì)濕度為50%～60%時(shí),比70%～80%溫度要高2℃。也就是說(shuō)在氣溫20℃左右,相對(duì)濕度高,則氣溫要低一些;相反,相對(duì)濕度小,氣溫要高一些。夏季空調(diào)室外計(jì)算溫、濕度的3個(gè)參數(shù)是:①夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度,是采用多年平均不保證50小時(shí)為標(biāo)準(zhǔn);②空調(diào)室外計(jì)算是求溫度,也是按多年平均不保證50小時(shí)為標(biāo)準(zhǔn);③夏季空調(diào)室外計(jì)算平均溫度,采用多年平均不保證5天的日平均溫度為標(biāo)準(zhǔn)。4內(nèi)蒙古氣候分區(qū)我國(guó)地域遼闊,地形復(fù)雜,氣候變化也有很大差異,對(duì)居住建筑設(shè)計(jì)要求也不一樣。進(jìn)行居住建筑氣候分區(qū),是為了促使工業(yè)與民用建筑充分利用和適宜氣候條件,因地制宜,進(jìn)一步滿足人民生產(chǎn)和生活要求,為了提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低工程造價(jià),縮短設(shè)計(jì)周期,推廣標(biāo)準(zhǔn)定型化設(shè)計(jì),為加快建設(shè)速度創(chuàng)造條件,并有利于進(jìn)一步促使建筑更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用、更美觀。衡量一個(gè)地方的寒冷和炎熱的程度可以用不同的指標(biāo)。從人的主觀感覺(jué)出發(fā),一年中最冷月的平均溫度和最熱月的平均溫度比較直接地反映了當(dāng)?shù)氐暮浜脱谉岬某潭?。但是建筑?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的著眼點(diǎn)在于控制采暖和空調(diào)降溫的能耗,而采暖和空調(diào)降溫的需求除了溫度的高低因素外,還與低溫和高溫持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短有著密切的關(guān)系。劃分氣候分區(qū)的最主要目的是針對(duì)各個(gè)分區(qū)提出不同的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能要求。采暖度日數(shù)指標(biāo)包含了冷的程度和冷持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度兩個(gè)因素,用它作為分區(qū)指標(biāo)更能反映采暖需求的大小。采用采暖度日數(shù)HDD18和空調(diào)度日數(shù)CDD26作為氣候分區(qū)的指標(biāo)。可將我國(guó)劃分為五個(gè)不同的氣候大區(qū)(嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和),十一個(gè)不同的氣候小區(qū)(表1)。內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國(guó)北方,大部分地區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)(Ⅰ區(qū)),氣象資料統(tǒng)計(jì)表明,最冷月一月的平均氣溫在-10～-28℃之間,最熱月7月的平均氣溫在27～17℃之間,7月相對(duì)濕度在35%～85%之間。年降水量在50～500mm之間。按上述分區(qū)依據(jù),內(nèi)蒙古屬于Ⅰ區(qū)嚴(yán)寒地區(qū),采暖度日數(shù)在3500～7500之間(圖1)。其氣候特征是冬季嚴(yán)寒,根據(jù)冬季嚴(yán)寒的不同程度,又細(xì)分成Ⅰ(A)、Ⅰ(B)、Ⅰ(C)三個(gè)小區(qū):Ⅰ(A)區(qū)的分區(qū)指標(biāo)是8000>HDD18>5500,氣候特征冬季異常寒冷,夏季涼爽。包括:錫林郭勒盟阿巴嘎旗以東地區(qū),興安盟西北部和海拉爾市。該區(qū)寒冷期長(zhǎng),年平均氣溫1～-2℃。以候平均氣溫≤5℃作為冬季標(biāo)準(zhǔn),該地區(qū)冬季日數(shù)在180～230d,1月平均氣溫-29～-18℃。年日最低氣溫≤-10℃日數(shù)在140～170d之間。年最大凍土深度2.5m～4m,年積雪日數(shù)100～160d。按候平均氣溫≥20℃的夏季標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì),本區(qū)的大興安嶺嶺上及北部林區(qū)無(wú)夏季,7月平均氣溫17～20℃。年大風(fēng)日數(shù)10～60d。該區(qū)在建筑上的基本要求是冬季太陽(yáng)高度角較小,房屋應(yīng)有足夠的間距以保證冬季室內(nèi)日照條件。由于寒冷期長(zhǎng),必須考慮冬季采暖,外窗應(yīng)設(shè)雙層窗,本區(qū)北部動(dòng)土深度較深,需增加基礎(chǔ)埋深。夏季一般不考慮防熱。Ⅰ(B)區(qū)的分區(qū)指標(biāo)是5500>HDD18>5000,氣候特征冬季非常寒冷,夏季涼爽。包括:錫林郭勒盟南部3個(gè)旗縣和東蘇旗、赤峰市克旗、通遼市北部和興安盟中部。該區(qū)大部分位于大興安嶺東南坡。年平均氣溫0～5℃,1月平均氣溫-20～-13℃。冬季日數(shù)170～200d。夏季日數(shù)10～40d,7月平均氣溫18～22℃。本區(qū)西部年大風(fēng)日數(shù)較多,為60～80d,春季多沙塵天氣。因此,除要求冬季采暖外,建筑外窗應(yīng)有防護(hù)措施。Ⅰ(C)區(qū)的分區(qū)指標(biāo)是5000>HDD18>3800,本區(qū)地域東西跨度較大,氣候特征冬季很寒冷,夏季