建筑节能结课论文 级建筑学2班 301253 于广岩Word格式.docx
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(一)我国绿色建筑现状
2005年,绿色建筑在设计阶段的执行率为53%,施工阶段才21%,也就是说当时大部分的新建建筑都不是节能建筑和绿色建筑;
2006年,设计阶段和施工阶段执行率大幅上升,但施工环节还有一半左右没有执行;
2007年起,施工单位逐渐重视起来,到2008年施工阶段执行率已达82%。
以上数据表明我国的绿色建筑事业的巨大进步。
目前,上海,深圳,厦门,广西,浙江,江苏,四川,新疆等三市五省(自治区)已经成立绿色建筑委员会,广东,重庆,山东,福建,湖南等一批省市正在积极筹备之中。
我国中新天津生态城、曹妃甸生态城、深圳光明生态城,以及湖南长株潭和湖北武汉“两型社会”配套改革实验区正在规划建设中,还有越来越多的城市投入到低碳生态城建设中,还有越来越多的城市投入到低碳生态城实践中。
据估计目前有十几个城市已近在实施生态城市计划,有20多个城市已近着手规划生态卫星城。
中国正以最快的速度向世界生态城市最多的国家迈进。
(二)国外绿色建筑现状
20世纪六十年代,曾创造“经济奇迹”的德国工业化终于导致了大自然的报复,但是的鲁尔工业区由于能耗大,二氧化碳排放量高,看不到蓝天,莱茵河被称为“犹如一道被六万多种不同化学药品调成的鸡尾酒”。
针对这一现状,1970年,德国政府制定了第一部发展酒啊;
1974年,成立联邦环境局,并掀起一股问责潮,几十位高官被免职。
“问责风暴”促使各级政府把“环保能源”作为施政重点,“绿色政治”在欧洲大陆逐步兴起。
日本能源匮乏,95%的能源供应依赖进口,促使日本政府完善相关规范,想方设法节能降耗。
多年来,日本经济发展迅速,但能耗却未见明显增长。
在日本,节能提示随处可见,普通民众节能意识高。
例如,日本人喜欢在院子里种落叶树,夏季枝叶繁茂可以遮阴,妒忌树叶落尽,阳光可以登堂入室,植物发挥了天然空调的作用。
日本积极推广ESCO事业,ESCO是英文energyservicecompany的缩写,是一种利用市场机制推动建筑节能的商业模式。
在ESCO事业模式中,能源服务公司向建筑产权人或使用人提供建筑节能所需要的各类技术、设备、人才、资金等综合服务。
日本政府非常重视ESCO事业,经济产业省、日本节能中心等从政策层面,日本新能源及产业技术综合开发机构,日本政策投资银行等从资金层面给予大力支持,使ESCO事业在绿色建筑领域中得推广普及较为成功。
二、办公建筑的建筑特点和能耗特点
(一)建筑特点
随着现代办公要求的发展,办公建筑的空间构成也在为了适应新的办公功能和办公舒适性要求而不断变化。
由于笔者着重研究办公建筑的节能问题,故下面将从办公建筑的能耗特性考虑,将国内现有办公建筑空间组合进行分类,并简要阐述各种类型的特点(如图1)。
外廊式办公楼——多见于早期建造的办公楼和低层小型办公楼。
这类建筑多出现在小城镇或小型工业厂区内。
建筑物形体多为简单板式造型,以开敞外廊或位于建筑物一侧的封闭走道组织单元办公室。
这类办公楼体形系数大,采用自然通风,一般不采用集中空调和采暖设备,易于实现设备的分区控制。
内廊板式办公楼——这种形式的办公建筑最为常见,大都以多层建筑或10到20层左右的小高层形式出现。
办公空间形式既有单元式办公室,也有大空间进行自由分割的集中办公室。
该类建筑体形系数较大,多采用自然采光和通风形式。
在设备使用上,大空间集中办公的建筑常采用集中空调和采暖形式,这样不利于进行小范围控制;
单元办公室常采用小型分体空调进行制冷或采暖,易于分区控制。
但是近年常见一些原无空调设备的办公楼改造为中央空调建筑。
中央核心筒式办公楼——常见于规模较大的高层建筑。
以中央核心筒作为管线集中设置的空间和交通枢纽,围绕核心设置尺度较大的集中办公空间,或是利用轻质隔墙进行自由分割。
建筑物内一般是多种功能的组合,不仅有常见的办公功能,还常附带餐饮、会展等功能。
该类建筑体形系数相对较小,建筑物内设备复杂,多采用集中系统进行通风或制冷采暖。
由于办公空间进深较大,多为自然采光和人工照明相结合。
围绕开敞内院组织空间的办公楼——这种类型的办公楼可以说是对传统院落式建筑的回归。
在院落中进行景观和绿化布置,一方面为办公人员创造宜人的视觉环境,缓解紧张的工作压力,另一方面,院落中的亭台水榭、绿化等可以在很大程度上调节办公空间附近的外部微气候,从而缓和室内外的气候过渡,这对于目前所倡导的“健康建筑”、“节能建筑”来说,都是一种有利的空间布置形式。
单就庭院外围的建筑物来说,以可分为外廊、内廊等组织形式,是一种复合的空间整合形式。
这种建筑形态既体现了传统园林思想,也体现了现代建筑回归自然的“绿色”观念,是现代办公建筑对传统空间的继承和发展,也是建筑节能所需要的理念。
以中庭为核心空间的办公楼——自从1967年约翰.波特曼迪第一次在海特摄政旅馆中创造了波特曼大厅,中庭建筑就不断出现在各种公共建筑中,办公建筑当然也不例外。
以往,人们向往大自然,却为冬日的寒风和夏季的暴雨而却步,而中庭给人们创在了一个有着绿茵水、没有夏季酷暑和冬季严寒的空间,人们可以在其中交往、娱乐、休闲等。
但是大部分中庭空间的热工环境需要改善。
图1
(二)能耗特点
办公建筑自身的建筑特点决定了其独特的能耗特点。
与住宅建筑相比,办公建筑有以下几个特点:
(1)造型丰富,形体复杂,因此体形系数一般较大;
(2)随着办公理念的转变,大空间办公越来越多;
(3)经常会出现中庭空间;
(4)由于立面效果的要求,常出现大面积的玻璃,甚至是玻璃幕墙,窗墙比较大;
(5)人口进出量较大,大厅热环境不理想;
(6)大量办公建筑,尤其是新建办公建筑,进深较大,不能进行自然通风和采光。
(7)办公建筑的以上特点,使其与住宅建筑相比,能耗增加。
图2
图3
美国CBECS(CommercialBuildingsEnergyConsumptionSurvey)曾对办公建筑的能源消耗结构做过调查和分析(图2和图3),由于美国与我国对办公建筑的定义非常相似,故可拿来进行参考。
三、规划设计
建筑的规划设计是建筑节能设计的重要内容之一,要对建筑的总平面布置、建筑平立剖面形式、太阳辐射、自然通风等气候参数对建筑能耗的影响进行分析。
也就是冬季最大限度地利用自然能来取暖,多获得热量和减少热损失;
夏季最大限度地减少得热并利用自然能来降温冷却,以达到节能的目的。
朝向选择的原则是冬季能够获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并减少太阳热辐射。
然而建筑的朝向!
方位以及建筑总平面设计要考虑多方面的因素,尤其是公共建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约,要想使建筑物的朝向对夏季防热、冬季保温都很理想是有困难的。
因此,只能权衡各个因素之间的得失轻重,选择出这一地区建筑的最佳朝向和较好的朝向,优化建筑的规划设计。
基地的主导风向也是影响办公建筑节能设计的一个重要因素。
例如在北方寒冷地区,办公建筑的朝向应避开不利风向,合理安排出入口位置和方向;
而在南方湿热地带,合理的组织自然通风能够迅速带走建筑表面的热量,从而有利于建筑降温和创造舒适的办公环境。
能够合理充分利用太阳能。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源,它为我们提供光和热量。
人类生存、身心健康、营养、工作效率均与太阳有着密切的联系。
据有关研究显示,在办公建筑中,利用太阳光进行自然采光,人的工作效率比利用人工照明时要高好多。
另外,在寒冷和严寒地区,人们需要获得更多的太阳能。
入射到玻璃上的太阳辐射,直接供给室内一部分热量;
入射到墙或屋顶上的太阳辐射,使围护结构温度升高,减少了房间的热损失。
同时,围护结构在白天储存的太阳辐射热,到夜间可以减缓温度的下降。
对于太阳能资源较为丰富的地区,还可以采用主动式利用太阳能的方式,以减少对常规能源的利用。
四、建筑体形空间设计
(一)建筑体形设计
(1)控制体形系数
体形系数是指建筑物与室外大气接触的面积A(不包括地面和不采暖楼梯间隔墙与户门的面积)与其所包围的建筑体积V的比值。
建筑物的体型系数越大,其单位面积所对应的外表面面积就越大,热损失也就越大。
有研究资料表明,体型系数每增加0.01,耗热量指标增加2.5%。
如果建筑物的高度相同,则其平面形式为圆形时体形系数最小,然后是正方形、长方形及其它形式。
控制建筑物的体型系数的主要途径有:
加大建筑体量,如加大建筑进深、长度;
合理提高层数;
体形变化尽可能小。
对于办公建筑来说,圆形、正方形和长方形等较为集中的体态体形系数较小。
但是,在建筑设计时,不能将体形系数限值制定的过小,否则就会制约建筑师创造性,使建筑显得呆板,从而影响建筑的外观形象。
建筑师应根据地域和气候条件及外观要求,进行综合考虑,合理设计建筑的体形系数。
(2)非空调建筑与空调建筑体型设计差异
对于非空调建筑,其要求通过自然通风来降低室内温度,因此,对其进行体型设计时,应使建筑体量尽可能的散开,以增加建筑物与外界环境接触的外表面积,进而合理加大开窗面积,使建筑物室内通过自然通风来获得舒适的热环境。
而对于空调建筑来说,其室内的热舒适性是通过空调系统的运行来实现的,室内温度低于室外温度。
因此,要想保证其室内理想的热环境,应使建筑物的体形尽量简洁并且封闭,以减少室内外的热交换量。
在非空调办公建筑设计中,可采用庭院式或天井式布局,以增加建筑物的外表面积,加强自然通风的效果。
在空调办公建筑设计中,可通过减少建筑物体量变化、控制窗墙比等方法来抑制室内外的热交换,保证室内环境的热舒适度。
(二)空间设计
(1)合理的平面形式
办公建筑的平面形态多样,常见的有方向、圆形、条形、不规则形等。
不同的平面布局方式,其建筑节能设计也有所不同。
条形平面:
条形建筑平面面宽大而进深小,有利于自然采光和通风。
建筑外表面积大,高层办公建筑易形成大面积的投影,不利于改善局部小气候,同时过大的表面积也不利于建筑节能。
方形、圆形平面:
这种平面形式空间较为集约、紧凑,空间使用系数较高;
圆形的体型系数较小,高层办公建筑所受风压比其他平面形式都要小,利于建筑节能。
异形平面:
有时为充分利用地形,在城市中会出现不规则的办公建筑平面形式。
这种平面形式通常会给结构、设备布置带来一定的不利因素,同时由于其造型多变,外表面积较大,热容性相比其他形式较差。
(2)热环境分区布局
在办公建筑设计时,应根据对不同热环境的需求来进行合理的分区,将对环境要求相近的房间布置在一起,如办公室应集中布置。
另外这些对热环境要求较高的空间应布置在较好的位置,有利于实现自然通风和采光,以保证办公建筑室内热环境的舒适度。
(3)改善门厅热环境
门厅是连接建筑室内与室外的过渡和缓冲空间。
由于办公建筑人员进出较多,外门开启也较为频繁,冬季容易造成建筑室内能耗增加。
由于冬季室内外温差而形成的空气容量差,使得建筑物内部象烟囱一样有一股上升的热空气柱,底层渗入的冷空气将室内热空气沿竖向交通井上挤,然后由高层部分的缝隙排出室外,这就是热压作用。
室内外温差越大,建筑物越高,热压作用就越强烈。
如果办公建筑的主入口在朝向迎风面,则冷空气渗入的压头将是风压与热压绝对值之和,建筑的能耗散失就越大,问题也越严重。
因此,在办公建筑设计中,采取一定的措施来改善门厅热环境是十分必要的。
首先应在设计时合理确定入口数量及朝向,避免冬季主导风直接侵入室内,降低热压引起的冷风深入压头;
其次,可以采用增加转角门斗、改变门厅布局的方式来维持室内热环境的稳定性。
如在寒冷地区的办公建筑中,入口设封闭性较好的电动转门,进入门斗后设置迎面是玻璃墙,须转90°
角进入门厅(如图4)
图4
另外,在北方寒冷地区,办公建筑入口门斗还可以增加低速热风幕,使其成为温暖的缓冲空间,其防风作用明显加强。
进入大厅后应增加主入口与电梯间的距离,将电梯厅、楼梯间封闭起来,不宜做成开敞式共享大厅,以减少烟囱效应,使大厅的冷风渗透得以缓解。
五、建筑结构设计
(一)门窗节能
(1)窗户的隔热性能
主要措施有采用高效节能的反射玻璃和遮阳措施。
图5
采用特殊热反射玻璃或贴反射膜提高隔热性能。
目前常用的有热反射玻璃、Low-E玻璃、Solar-E玻璃和中空玻璃。
如深圳市“京基100”大厦采用10万平米的Low-E节能中空玻璃,其不但能满足建筑外立面的需求,同时提高了办公的遮阳系数及透光效果。
它具有优异的光透过性和高隔热性,大幅度降低了紫外线对人体的伤害及减小建筑物的闲逛效应,同时也节省了空调能耗。
(图5)
遮阳设计
图6
目前较常用的遮阳系统有固定遮阳系统和活动式遮阳系统。
前者典型的设施有水平式遮阳板、垂直式遮阳板。
因为大部分遮阳设施都设置于建筑的外立面,在一定程度上会影响办公建筑形象的美观,因此设计时应统筹考虑二者的关系,做到尽量协调统一。
活动式遮阳系统又可分为调节式遮阳和可收缩式遮阳。
调节式遮阳设施在遮挡阳光的同时还能获得部分光线,它能够使室内的照度不至于过低。
可收缩的遮阳设施可以收缩到窗口一侧或全部收缩,遮阳可以满足冬夏两季的要求,还能自然通风。
在广州珠江城大厦的设计中,就采用了60mm智能电动遮阳百叶系统。
智能遮阳百叶在不同季节可发挥不同的作用:
夏季,保证采光避免日晒,遮阳百叶能够反射除去大部分辐射热且避免造成室内眩光;
冬季,可保温防寒,防止室内热能散失。
此外,这种这样系统能够通过设定固定模式达到自动调节帘片的功能,减少室内照明的使用,达到节能省电与控制日光于一体的效果(图6)。
(2)窗户的保温性能
改善建筑外窗的保温性能主要是要提高窗的热阻,可用的措施有双层或多层玻璃窗、中空玻璃等,利用空气间层热阻大的特点,能显著提高窗的保温性能。
吸热玻璃是一种吸收大量红外线辐射能而又保持良好可见透光率的平板玻璃。
它具有吸收太阳的辐射热、可见光、紫外线的特点。
(3)控制窗墙面积比
窗墙面积比是指窗洞面积与房间立单元面积(即建筑物层高和开间定位线围城的面积的比值。
单纯从建筑节能的角度来讲,应尽量减小开窗面积。
但窗墙比太小,建筑无法正常采光。
所以,从节能出发结合窗户多种性能的要求,考虑不同朝向的窗户所获得的太阳辐射热不同。
在无空调的建筑中,不同朝向的窗墙面积比可取:
北向0.25;
东西向0.3;
南向0.35。
在有空调的建筑中,单框单玻窗平均窗墙面积比不宜超过0.3,双玻窗不宜超过0.4。
(二)墙体节能
办公建筑的外墙具有分隔围护的作用,它直接受到大气温度、湿度、光、风、雨等气候的影响,对室内热环境的影响较大。
根据墙体结构和材料的不同,又可分为复合外墙和玻璃
幕墙两种。
复合外墙保温根据保温层位置的不同,复合墙体保温类型可分为外墙外保温、外墙内保温和夹芯保温三种措施。
玻璃幕墙是现代办公建筑中较为常见的一种建筑表达形式,它一方面创造了通透、简洁、美观的建筑形象,但同时又成为建筑外围护结构中热交换、热传导最为活跃的部位。
双层通风幕墙构造对提高幕墙的保温、隔热、隔声功能起很大的作用。
由内外两道幕墙组成,内层幕墙一般采用明框幕墙,有活动窗或检修门,便于维护、清洁,外层幕墙可采用有框幕墙或支点玻璃幕墙。
内外幕墙之间形成一个相对封闭的通风换气层,空间可以从下部进风口进
入,又从上部排风口排出。
这一空间经常处于空气流动状态,称之为热通道,热量在这个空间里流动。
因此,双层通风幕墙又称热通道幕墙或呼吸式幕墙。
(如图7)
(三)楼板节能
目前楼板节能设计中常用的措施有:
低温辐射技术和地板送风技术。
图7
低温热水地板辐射技术(简称地暖)的工作原理是以不高于60℃的低温水作为热媒,使科学分布于地面层下的热水管首先均匀辐射加热整个地面,是以整个地面为散热器。
通过地暖网辐射层中的热媒,均匀加热整个地面。
利用地面自身的蓄热和热置向上辐射的规律由下至上进行传导,来达到取暖的目的,一般设计地表温度只有24℃-26℃。
因为供热面积较大,所以室内热量分布均匀,空气中水分蒸发慢。
热力由下往上进行热辐射,在室内形成从脚底至头部逐渐递减的温度梯度。
地板送风技术:
传统的办公楼中央空调系统为:
风机盘管加新风机组空调系统,集中式定风量空调系统,以及变风量空调系统。
这些系统通常采用顶棚送风(上送风)的空调方式,它强调送风气流与室内空气的充分混合,由吊顶送出的空气吸收室内产生的全部余热、余湿并稀释污染物,这样使室内所有空间的温湿度基本一致。
地板送风的送风口一般与地面平齐设置,地面需架空,下部空间用作布置送风管或直接用作送风静压箱,送风通过地板送风口进入室内,与室内空气发生热质交换后从房间上部(顶棚或者工作区之上)的出风口排出。
(五)屋顶节能
(1)屋面保温
从屋面保温构造来讲,构造方式有正置式和倒置式两种,倒置式屋面就是将传统的正置式屋面构造中的保温层和防水层颠倒,把保温层放在防水层的上面。
在条件允许的情况下,应优先采用倒置式保温,并在保温层上面设置保护层。
在保温材料的选择上,应尽量选用重量轻、力学性能好、传热系数小的材料,如传热系数小的加气混凝土屋面、水泥珍珠岩屋面、挤压型聚苯板或在屋面板内侧贴铝箔等。
另一方面,要增加屋面的热惰性指标,以保证室内的热稳定性,防止室内温度忽高忽低。
(2)屋面绿化
指在建筑屋面上铺以种植土,并种植植物,使其起到防水、保温、隔热和生态环保作用。
(如图8)屋顶绿化可以大幅度降低建筑能耗、减少温室气体排放,同时可增加城市绿地面积,美化城市、改善城市气候环境。
夏季绿化屋面与普通隔热屋面相比,其表面温度平均要低6.3℃,隔热效果显著,可以降低空调的能耗。
种植屋面的保温效果也十分明显,它具有良好的热惰性,不随室外温度的变换而大幅波动。
图8
(3)屋顶透明部分节能措施
现在,中庭已经成为众多办公建筑采用的方式,设有中庭的办公建筑通常屋顶会采用玻璃天窗的形式。
相关资料表明,建筑的能耗与天窗面积的大小有关,天窗越大,建筑物的能耗也就随之增加,因此应合理设置天窗的大小。
屋顶天窗的主要节能措施有:
(1)控制天窗面积,透明屋顶面积不宜大于屋顶总面积的20%,此时建筑能耗较小;
(2)夏季应采取一定的遮阳措施,可利用中庭进行自然通风,或在天窗上设置遮阳系统。
结语
通过对办公建筑的节能设计方法的研究与阐述会使我们对公共建筑的节能的认识提高很多。
通过对办公建筑的规划、建筑体形空间设计和建筑结构设计三方面的节能方法和做法的系统说明也会对这类建筑的节能设计的知识有很大的提升。
最后,我希望作为建筑的学生能够不仅关注、了解节能设计更要学习、应用节能设计到自己的方案中,因为这样是很有实际意义的。
参考文献
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