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夏热冬冷地区生态建筑节能建筑的应用探讨

发布日期:2017-11-18 来源: 中国破碎机网 查看次数: 41 作者:[db:作者]

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  在当今能源危机日趋严重的环境下,发展生态建筑、节能建筑成为建筑领域人们呼声最高的热门话题。气候的地域性造就不同地区具有不同的气候特征,与气候环境相适应,利用天然资源的生态建筑不应忽略它的地域性,反而应该得到更加重视。深入挖掘天然资源,走可持续化发展的道路。

  1夏热冬冷地区的气候概述我国夏热冬冷地区处于炎热与寒冷地区之间,长江中下游及其周围地区,大致为陇海线以南,南岭以北,四川盆地以东,涉及16个省、市、自治区。其中上海、杭州、南京、合肥、南昌、武汉、长沙、重庆、成都九个城市最具有代表性,面积约为180万平方公里,人口5.5亿左右,国内生产总值约占全国的4是我国一个人口密集、经济发达的地区。

  上述地区的建筑气候特征表现为:夏季闷热,冬季湿冷,气温的日差较小,年降水量大,日照偏少。春末夏初多阴雨天气,常有大雨和暴雨出现。该地区主要气候要素的代表性数据为:1月平均气温为0°C~10°C,7月平均气温为25°C~30°C,日平均气温稳定等于或大于25°C的日数为40~ 110d年平均相对湿度为70%~84年降水量为1 800mm年日照数为1 000h~2400h上述九城市热天气象参数见表1冷天气象参数见表2表1九城市热天气象参数项目上海杭州南京合肥南昌武汉长沙重庆成都最热月月平均气温极端最高气温最热月14时平均气温(C)全年日最高气温>35C的天数最热月月平均相对湿度表2九城市冷天气象参数项目上海杭州南京合肥南昌武汉长沙重庆成都最冷月月平均气温(C)极端最低气温日平均气温<5C的天数日最低气温<0C的天数最冷月月平均相对湿度由表1、表2统计数据可以看出,这些地区夏天平均气温偏高于南方地区,冬天平均气温又偏低于南方地区,夏热冬冷气候特征甚为明显。

  2目前夏热冬冷地区的建筑现状在如此不良的气候条件下,长期以来由于属于非采暖地区,建筑设计不考虑采暖要求,更少用夏季空调降温,同时建筑维护结构的热工性能差,居住建筑对保温隔热问题不够重视,使得这些地区建筑的保温隔热状况基本没有得到改善。

  多层建筑的外墙多年来主要采用240mm实心粘土砖墙,保温隔热性能较差;该地区窗户普遍采用单层玻璃窗,尤以铝合金为多;近年来由于商品住宅的购买者大都希望自己的住宅更加通透明亮,使得居住建筑的窗墙比也不断增大,单层窗的温差传热量也随之加大;建筑外遮阳较少,大量热辐射经由窗户进入室内,加大空调制冷的负荷,加剧能源消耗;屋顶又多以平屋顶为主,向室内传热量较外墙更为严重;门窗的气密性不好,冷空气渗透严重。目前,我国建筑耗能量占全国耗能的近3(%,而且还在不断攀升。

  在人民生活水平日益提高的今天,该地区居民纷纷采取措施自行解决住宅的冬夏季的室内热环境问题,双制空调也应用而生,在人们的日常生活中得到普及,然而夏天制冷使得室内热量被“搬到”室外,加剧热岛负效应,凝结水被排到室外,然后被蒸发,增加室外湿度,加剧湿热感;冬天取暖又不断向外排放冷空气,加剧室外环境的恶劣,同时夏天制冷冬天取暖也使得能源消耗急剧上升。以武汉地区为例,夏天要拉闸限电,不同行业要调整上班时间来避免用电高峰,分区轮休,才能缓解整个城市的用电紧张。长江日报2004年5月12日报道目前湖北省缺电量1000万千瓦,在武汉曰缺电量高达200万千瓦时。由此可见,能源消耗的严重性尤为突出。

  这些地区雨水和太阳能资源极为丰富,可是在目前的建筑设计中,建筑的传统构件如屋顶,墙,散水等只考虑其排水功能而未考虑大量雨水的回收,也未考虑太阳能的利用。粗略估算一下:以居住建筑为例,设全国25亿户,每户屋面,墙面,散水等日照面积共50m2按中等太阳辐射强度,每年每平方米得太阳能544万k取50%的反射率,那么反射浪费的太阳能达3.4X1016k合9.4XltfkWh电力,按中高水平,若每户每年用电3 000度计,则该一年浪费的太阳能转化的电力可供2.5亿户12年的用电。基于这种可持续能源的浪费,很有必要提出生态建筑和节能建筑并着手研究和推广。许多权威性国际会议也在不断探讨该问题。如:1992年,斯德哥尔摩与赫尔辛基UA“ECO-LOGEARCHITEC-TURECONFERENCE国际建协生态建筑国际会”,重点讨论生态平衡在建筑中的绝对必要性。1994年6月5曰,“WORLDENVIRONMENTDAY世界环境曰”提出:“SOLAR 21STCENTURYARCHirEC-TURE21世纪建筑学国际大会,‘及同时展览的国际大学生设计竞赛作品展,无不贯穿追求生态与可持续发展这根主线。

  3生态建筑、节能建筑的产生运用基于夏热冬冷地区特有的气候特征和特有的天然资源,提出适于本地区的生态建筑、节能建筑的可行性发展的需求。

  3.1太阳能太阳能作为一种无污染的绿色能源,在当前全球可持续发展战略的倡导下,大范围的开发,利用已是大势所趋。从表3可以看出该地区有着充足的太阳能资源值得深入研究和开发。

  表3夏热冬冷地区主要城市采暖期和空调期太阳辐射总量地点上海重庆南京杭州合肥南昌长沙武汉采暖期空调期3.1.1太阳能热水器太阳能热水器目前正以其经济性、无污染、可靠、耐用、节能而倍受人们的关注,并且越来越广泛应用于生产、生活、科研领域。

  3.1.2多功能构件目前,传统建筑构件本身没有吸收,利用太阳能的功能,只是起到支承和围护作用。多功能构件则是将传统构件如屋面,墙面,阳台,窗户,遮阳构件,雨篷等变成能够将太阳能转换成热能,电能的构件。不仅仅是满足最初的功能,还可以实现夏天将太阳能转化为电能满足日常生活中电能所需,冬天则转化为热能满足人们热量所需。

  3.1.3太阳能电池太阳能电池几乎不需要维护,而且寿命长,资源消耗最低。德国研制的家用太阳能电池板,面积9m2,在阳光下可获得1功率的电力,可满足家庭照明。目前,我国已可生产太阳能电池板,但仍需提高效率,降低成本,方可达到推广应用的民用商品化水平。

  3.2雨水众所周知,我国是个水资源匮乏的国家。据水利部统计,我国人均淡水资源占有量仅为2300m2相当于世界人均占有量的1/H立居世界排名第121位,是世界上最缺水的13个国家之一。节约用水对于我国绝大部分城市而言都有很强的现实意义。而对于夏热冬冷地区却具有得天独厚的资源优势,其年降水量在1000mm~1800mm雨水资源较为丰富。以武汉地区为例,每年梅雨季节、长江汛期都会降落大量雨水,其它季节也有丰富的雨水。如果能将这一优势充分运用到建筑设计中,将回收的雨水用于冲洗厕所或灌溉花草树木,将经过过滤或处理的雨水循环到太阳能热水器中用作洗浴水或非饮用水,不仅可以节约用水而且也实现能源再利用。用水作为建筑形体要素可同时起到满足人们心理和生理需要的功用。水墙就是个很好的例子,如果设计得当水墙不需要特别的能耗。

  3.3建筑绿化夏热冬冷地区室外环境条件较为恶劣,通过建筑绿化可以使居住环境得到适当改善。恰当的绿化是改善城市和建筑微气候环境的有效办法。建筑绿化还可以带来一系列卫生效益:(1)有利于夏降温冬保暖。建筑绿化是夏季降温,消除城市热岛负效应的最好措施之一;(2)防风,防尘,防噪音,调节温度,湿度;(3)灭菌,灭虫,净化空气;(4)减轻大气温室效应。放眼全球,建筑绿化搞好了,对减轻大气温室效应,补救臭氧层将大为有利。

  建筑绿化可以为周边环境绿化、墙面绿化、室内绿化、屋顶绿化等,但它们的区分不是绝对的,例如杨经文的生态摩天大厦,绿化就是从地面一直延伸到屋面,成为最重要的生态设计要素。我们期待着这类型生态摩天大厦在冬冷夏热地区的应用推广。

  3.4窗户3.41窗墙比近年来人们生活水平的不断提高,对居住条件也不断提高,要求室内宽敞明亮这无疑加大了窗墙比。然而窗墙比的大小会影响到全年采暖和空调耗电量。在夏热冬冷地区由于采暖与空调耗电量都随窗墙比的增加而呈阶梯状跃升,但一定窗墙比范围内耗电量不变。所以适当加大开窗面积,既有利采光,又不会增加采暖和空调的总耗电量。所以提出适合地域气候条件的窗墙比无疑是节能的有效方式之一,同时根据朝向不同,在满足室内采光要求的前提下,将窗墙比控制在合理的范围内,也有利于降低建筑物耗热(冷)量指标和降低工程造价。

  3.4.2窗户节能措施窗户作为围护结构的重要组成部分,是热量交换的重要通道,也是降低能耗提高使用效率的重要部位。节能措施诸如:在夏天空调制冷时,外窗玻璃的辐射得热是空调冷负荷的主要部分,所以应采取遮阳措施。冬天由于室内外温差大,窗框气密性差,导致热量外流,鉴于此,国际上流行密封中空双层玻璃构件,具有很好的气密性和保温性。另外还可以采用隔热节能玻璃,或尽量提高窗框隔热性能等。

  3.5墙体墙体作为主要的围护结构,也是热量得失的主要通道。

  众所周知,夏热冬冷地区夏天或冬天室内外温度相差无几。

  针对这种特有的气候,适当提高围护结构的隔热能力,既能改善建筑物的居住舒适度,又可起到降低该地区建筑物内实际空调启用时间,提高节能效果。墙体传热系数K通常情况下反映外围护结构隔热性能,但是基于夏热冬冷地区独有的气候结合热惰性指标D更能有效的反映外围护结构隔热性能。

  表4夏热冬冷地区热惰性指标D的最小取值部位墙体传热系数K热惰性指标D墙体屋面另外墙体外墙面尽量采用浅色饰面材料,在夏季有太阳直射时,能反射大量的太阳辐射热,无太阳直射时,又能把围护结构内部在白天积蓄的太阳辐射热较快地向天空辐射出去。因此,无论是对降低空调耗电量还是对改善无空调时室内热环境都有重要意义。

  3.6与生态建筑、智能建筑联手20世纪80年代“智能建筑”在建筑界诞生,90年代在中国掀起“智能建筑”热潮。但是长期以来,在国内,生态建筑、节能建筑、智能建筑都是各行其道,各谋其“主'建筑物本身是个综合的复杂体,能否将生态建筑、节能建筑、智能建筑也巧妙的揉合在一起,拥有生态的环境,节能的框架,智能的管理,使得冰冷无知的建筑物具有”人性化“呢,当国外建筑师已初尝成果的时候,我们是否更应该加快研究的步伐呢,4生态建筑、节能建筑的经济效益我们居住的地球只有一个,在环境资源日益匮乏的今天发展生态建筑、节能建筑,走可持续发展道路已是迫在眉睫。

  可仍有许多人担心生态建筑、节能建筑造价过高,不切合实际。如果我们的眼光放远一点,几年以后再拿生态建筑、节能建筑与传统建筑相比就能看出它的优势所在。就是一个很好的比较。

  从图中可以看出,生态与可持续建筑与传统建筑相比在初始投资时生态与可持续建筑要高些,但随着时间的推移生态与可持续建筑的效益优势逐渐凸现出来。

  5现状与未来的展望目前,生态建筑、节能建筑并没有得到很好的应用和推广。

  以武汉地区为例:位于南湖花园的颐和苑是国家小康住宅小区有13栋564户,但太阳能热水器却只有35部;祥和苑是优秀住宅小区,太阳能热水器普及率也不容乐观;南湖华锦花园、南湖沁康园、宝安花园等等不仅如此绿化也仅限于地面屋顶、墙面未得到充分的利用。节能方面也未做过多改进究其原S首先是长期以来人们思想上一直认为建设生态建筑、节能建筑必然导致设计成本和建造成本增加,将生态建筑、节能建筑与高科技联系起来,认为是空中楼阁,离现实太远。其次是关系到建筑师的设计理念――有无环保意识、生态意识、社会责任感。另外,国家政策,建筑法规推行力度不够。我国科技部、原经贸委、建设部、环保总局等相关部门颁发了一系列极为重的要文件并制定“十五”计划要达到的宏伟目标;建筑节能率达5(%到2005年太阳能建筑面积达5000万平方米,太阳集热器面积达6000万平方米,太阳能发电采暖和空调建筑面积达2000万平方米。但就目前情况来看前景堪忧,这就需要有关部门严把审批关,不达要求不予批准,加强宣传力度,才有可能实现这一宏伟目标。

  依目前技术现状和经济水平虽然还不能完全充分利用现有资源,不能完全达到期望的目标,但我们完全可以从规划、设计入手,利用常规技术,部分实现生态建筑、节能建筑的目标。夏热冬冷地区特有的气候,蕴含了丰富的天然资源,在目前和以后的建筑设计中,若能将这一优势与建筑恰如其分的结合起来形成具有地域特色的生态建筑造福的不仅仅是我们还有子孙后代。

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