時(shí)間:2023-02-14 05:59:38
序論:好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇住宅建筑論文范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質(zhì),帶來更深刻的閱讀感受。
2生態(tài)建筑住宅的設(shè)計(jì)理論
當(dāng)前,各個(gè)國(guó)家的生態(tài)住宅都處于發(fā)展初期,站在可持續(xù)發(fā)展的角度來看,發(fā)展生態(tài)建筑將是未來建筑行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。建筑行業(yè)作為國(guó)家的重要產(chǎn)業(yè),住宅建筑得到了快速的發(fā)展,如果不能適時(shí)引入生態(tài)建筑這一概念,對(duì)住區(qū)環(huán)境保護(hù)和住宅節(jié)能問題進(jìn)行解決,將會(huì)對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)造成嚴(yán)重的影響。生態(tài)住宅的設(shè)計(jì)指的是對(duì)建筑技術(shù)科學(xué)、建筑學(xué)、人工環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科進(jìn)行綜合利用,將住宅建設(shè)成一個(gè)可以為居住者提供環(huán)保、健康、舒適、高效、美觀的生活生態(tài)系統(tǒng)。總得來說,生態(tài)住宅的設(shè)計(jì)理論主要從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)出來:(1)智能化的居住區(qū),主要包含了通訊自動(dòng)化、信息管理自動(dòng)化、設(shè)備控制自動(dòng)化、物業(yè)管理自動(dòng)化、安全防護(hù)自動(dòng)化、家庭智能化。(2)可以更好的節(jié)約能源、節(jié)省土地,更好的將廢棄物的處理和回收工作做好。(3)在設(shè)計(jì)住宅區(qū)能源系統(tǒng)和物理環(huán)境時(shí),需要對(duì)建筑能源系統(tǒng)、建筑單體設(shè)計(jì)、建筑規(guī)劃等進(jìn)行設(shè)計(jì),此外,還要和綠化設(shè)計(jì)有機(jī)的聯(lián)系起來,在設(shè)計(jì)生態(tài)建筑時(shí),這些問題是很容易被忽略的。(4)采光和日照。在夏季熱輻射和太陽光直射是對(duì)局室熱環(huán)境造成影響的一個(gè)主要因素,同時(shí)也是對(duì)住戶心理感受造成影響的一個(gè)主要因素,遮陽指的是通過對(duì)建筑的懸挑外形、凹凸變化進(jìn)行改變,使建筑接受到的陽光熱輻射和直射量減少的一種措施,在設(shè)計(jì)時(shí),最好可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和地理環(huán)境進(jìn)行計(jì)算,然后通過準(zhǔn)確的計(jì)算,了解建筑內(nèi)部單體住宅和住區(qū)建筑布局之間的關(guān)系,從而對(duì)建筑的遮陽、日照等進(jìn)行采光分析,查看是否達(dá)到了遮陽和日照的要求。(5)污染和噪聲的防治。住宅設(shè)計(jì)要對(duì)噪音的預(yù)防系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃,將主要交通干線和住區(qū)格局,避免主要交通的噪音傳遞過來,此外要控制好污染問題,如果建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量不好,一般和室外空氣污染情況有直接的聯(lián)系,而通過合理有效的調(diào)整建筑周圍的氣流流動(dòng)情況,可以對(duì)室內(nèi)空氣的質(zhì)量進(jìn)行改善,在初期設(shè)計(jì)時(shí)。技術(shù)人員要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試和調(diào)研,查看噪音和污染是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi),在不能達(dá)到要求時(shí),要采取必要的補(bǔ)措施。
3在住宅設(shè)計(jì)中對(duì)生態(tài)建筑理論的應(yīng)用
3.1設(shè)計(jì)住宅區(qū)風(fēng)環(huán)境
在對(duì)建筑物進(jìn)行布局的時(shí)候,如果建筑物的布局缺乏合理性,會(huì)使住宅區(qū)部分環(huán)境中的氣候惡化,再生風(fēng)環(huán)境問題和風(fēng)環(huán)境問題在設(shè)計(jì)時(shí)是不能忽視的,但是,由于在預(yù)測(cè)室外風(fēng)環(huán)境時(shí),缺乏合理有效的手段,在規(guī)劃建筑區(qū)的時(shí)候,經(jīng)常會(huì)將設(shè)計(jì)重心放在建筑的美觀設(shè)計(jì)、平面功能的布置以及空間的使用方面,很少會(huì)對(duì)密度比較集中的高層建筑氣流流動(dòng)對(duì)人體造成的影響,即使考慮也只是根據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行考慮的。而在實(shí)際的居住過程中,一個(gè)良好的風(fēng)環(huán)境指的是在風(fēng)速比較大的時(shí)候,在不會(huì)對(duì)人們正常行走造成影響的基礎(chǔ)上,可以使室內(nèi)保持良好的通風(fēng)環(huán)境,從這個(gè)方面來看,在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),只是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)風(fēng)屏障的方法是不可行的,在實(shí)際的設(shè)計(jì)規(guī)劃中,還需要可以得到良好的住區(qū)風(fēng)環(huán)境,對(duì)小區(qū)中氣流的流動(dòng)情況有一個(gè)詳細(xì)的了解,這是建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)必須要做到的。
3.2設(shè)計(jì)綠化、水景和避免熱島效應(yīng)出現(xiàn)
住宅區(qū)四周的熱環(huán)境除了和氣流流動(dòng)有直接的聯(lián)系外,還和住宅區(qū)的輻射系統(tǒng)有比較大的聯(lián)系,在建筑材料、建筑密度、建筑布局等因素的影響下,住宅區(qū)的室外氣溫很容易出現(xiàn)熱島現(xiàn)象,因此對(duì)建筑進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)布局,使用美觀高效的綠化形式,可以對(duì)熱島效應(yīng)進(jìn)行合理的控制,使人們得到良好的室內(nèi)外環(huán)境。需要注意的時(shí)。進(jìn)行生態(tài)住區(qū)的建設(shè)不是單純的對(duì)綠化面積進(jìn)行提升,如果只是大規(guī)模的使用草地,對(duì)自然通風(fēng)、水景設(shè)施、林地等不進(jìn)行考慮,是很難將綠化環(huán)境在改善室內(nèi)和室外熱環(huán)境方面的作用發(fā)揮出來的,而且會(huì)造成資金的浪費(fèi),在設(shè)計(jì)建設(shè)綠化系統(tǒng)時(shí),除了需要對(duì)以上幾個(gè)誤區(qū)進(jìn)行避免外,還需要將下面幾個(gè)方面的工作做好:(1)在設(shè)計(jì)的過程中,要堅(jiān)持以人為本的設(shè)計(jì)原則,不能只是為了設(shè)計(jì)綠色建筑而設(shè)計(jì)。(2)綠化植物和水景設(shè)置時(shí),要進(jìn)行合理的選擇和搭配,并將小區(qū)的熱環(huán)境設(shè)計(jì)有機(jī)的協(xié)調(diào)起來,除了可以讓人進(jìn)行觀賞外,還需要將水和植物的熱島作用充分的發(fā)揮出來,對(duì)住區(qū)微氣候的作用進(jìn)行改善。
3.3自然通風(fēng)
在住宅建筑中,自然通風(fēng)是效果最好、經(jīng)濟(jì)效益最高的環(huán)境調(diào)節(jié)措施,建筑物的立面設(shè)計(jì)、平面布局、三維空間的布置等,都會(huì)對(duì)自然通風(fēng)的效果造成比較大的影響,考慮到這些因素,在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí),要可以對(duì)空氣質(zhì)量問題和熱舒適性問題進(jìn)行解決,而且是在不增加居民投資的前提上,為居民營(yíng)造一個(gè)舒適健康的居住生活環(huán)境。
3.4采光、遮陽和日照的設(shè)計(jì)
在炎熱的夏季,太陽光的熱輻射和直射會(huì)對(duì)居室熱環(huán)境造成比較大的影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)住戶的心理感受造成比較大的影響,遮陽指的是使用懸挑、建筑外形設(shè)計(jì)、凹凸變化形成的一種建筑維護(hù)結(jié)構(gòu),使得建筑的輻射熱力和接受陽光直射的時(shí)間降低,可以很好的根據(jù)具體的氣候條件和地理?xiàng)l件,對(duì)單體住宅和建筑布局之間對(duì)應(yīng)的關(guān)系、建筑群的遮陽和日照以及自然采光進(jìn)行分析,檢測(cè)遮陽和日照是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求[3]。
3.5布置結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)指的是外窗、外墻等結(jié)構(gòu)的布置,由于體型系數(shù)的概念無法準(zhǔn)確的將結(jié)構(gòu)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)對(duì)外建筑熱環(huán)境的復(fù)雜影響反映出來,由于外窗和外墻的傾角不同,不同地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向也不同,進(jìn)而導(dǎo)致滲漏情況出現(xiàn),由于外表面對(duì)流的換熱系數(shù)有比較大的差距,隨著時(shí)間的變化,日間太陽輻射的接收也會(huì)出現(xiàn)比較大的變化,而夜間背景輻射狀態(tài)的差異性也很大。
3.6污染和噪音的控制與防治
住宅區(qū)需要對(duì)防噪系統(tǒng)進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì),比如,為了避免交通干線的噪音傳過來,需要將主要交通干線和住區(qū)干線隔離開來。此外,還要提高對(duì)污染控制的重視度,如果建筑物中內(nèi)部的空氣質(zhì)量比較差,那么和室外空氣的污染就有比較大的聯(lián)系,通過對(duì)建筑周圍的空氣流動(dòng)情況進(jìn)行組織,進(jìn)行合理地綠化,來對(duì)室內(nèi)空氣的品質(zhì)進(jìn)行改善[4]。在初期設(shè)計(jì)時(shí),技術(shù)人員要到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試和調(diào)研,對(duì)當(dāng)?shù)氐奈廴厩闆r和噪音情況進(jìn)行檢查,對(duì)于不能達(dá)到要求的地區(qū),要采取必要的補(bǔ)救措施,對(duì)于房屋噪音超標(biāo)的情況,可以使用錯(cuò)開設(shè)計(jì)雙層玻璃窗的方法進(jìn)行預(yù)防,不僅可以有效的降低噪音,而且不會(huì)對(duì)自然通風(fēng)造成比較大的影響。
關(guān)鍵詞:住宅建筑護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量指標(biāo)耗冷量指標(biāo)
1前言
在節(jié)能住宅的設(shè)計(jì)中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫狀況是影響住宅冬、夏季能耗指標(biāo)的重要因素。我國(guó)現(xiàn)行的《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》從降低冬季采暖能耗的角度,詳細(xì)規(guī)定了北方各采暖地區(qū)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳熱系數(shù)的上限值[1],但這些限值主要是根據(jù)冬季的室外氣象參數(shù)確定的,并沒有考慮當(dāng)?shù)叵募臼彝鈿庀髼l件的變化特點(diǎn)。而對(duì)于某些采暖地區(qū)(如北京),其室外氣象條件的特點(diǎn)是冬季寒冷和夏季炎熱。此外,作為影響住宅熱狀況的另一個(gè)重要外擾,太陽輻射對(duì)各個(gè)朝向的作用又是有所差別的。因此,為了以最少的投入獲得最好的保溫效果,應(yīng)同時(shí)考慮室外氣象條件變化的動(dòng)態(tài)性和方向性對(duì)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能的不同要求,合理地確定住宅外墻及屋面的保溫性能。
住宅節(jié)能的主要目的是在滿足人體熱舒適的基礎(chǔ)上,盡可能地降低機(jī)械系統(tǒng)的使用能耗。因此,本文以北京地區(qū)實(shí)際的住宅建筑作為研究對(duì)象,采用建筑熱環(huán)境模擬分析軟件DeST,分析住宅建筑外墻和屋面保溫性能的變化對(duì)房間冬季耗熱量指標(biāo)和夏季(6、7、8月)耗冷量指標(biāo)的影響,并初步確定同時(shí)滿足冬、夏季住宅節(jié)能要求的護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能。
2研究方法及工具
采用計(jì)算模擬分析的方法。相比于實(shí)驗(yàn)研究,這種方法可以方便有效地研究不同住宅建筑方案在各種內(nèi)擾和外擾作用下的室內(nèi)熱狀況特性(室溫和負(fù)荷)。
模擬分析的工具是清華大學(xué)空調(diào)教研組經(jīng)過20年時(shí)間研究開發(fā)的DeST軟件。該軟件對(duì)建筑熱過程模擬的可靠性已通過傅里葉變換方法,在不同建筑物結(jié)構(gòu)和不同室內(nèi)外熱擾狀況下得到了驗(yàn)證。因此,在建筑描述、室外氣象條件、室內(nèi)熱擾量及室溫設(shè)定值定的情況下,可通過DeST模擬分析。住宅耗熱量指標(biāo)和耗冷量指標(biāo)的全年逐時(shí)變化情況。
3研究對(duì)象
3.1建筑形式
研究對(duì)象為普通的5層居民住宅樓,其標(biāo)準(zhǔn)層的平面布局見圖1所示。
為了簡(jiǎn)化問題,選取取底層、中間層(3層)和頂層的中間段及東、西端頭的南、北向房間,分析它們的耗熱量和耗冷量指標(biāo)的變化。這些房間的功能均為臥室,房間的朝向分別為南向、北向、東南向、東北向、西南向和西北向。
圖1研究對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)層平面
3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)
圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的選擇應(yīng)保證它們的傳熱系數(shù)不超過新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的相應(yīng)限值。各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的具體構(gòu)造及其傳熱系數(shù)見表1所列。
表1圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其傳熱系數(shù)(W/(m2·K))
構(gòu)件具體構(gòu)造傳熱系數(shù)
外墻
內(nèi)墻
屋頂
樓板
樓地
外門
外窗
加氣砼300mm。
砼隔墻140mm,內(nèi)、外各抹20mm的石灰砂漿
加氣砼保溫屋面,防水珍珠巖保溫100mm,鋼肋砼150mm,內(nèi)、外抹灰分別為15mm和20mm
鋼肋砼150mm,上下抹灰均勻?yàn)?0mm。
砼保溫樓地,碎石40mm,聚苯保溫150mm,內(nèi)抹灰20mm。
單層陽臺(tái)木制外門
單層塑鋼外窗,尺寸120mm×1500mm,5mm平板玻璃。
0.96
1.14
0.54
0.70
0.29
6.31
4.70
3.3室內(nèi)熱擾量
住宅臥式內(nèi)熱源(照明燈具、家用電器及人體)的平均散熱狀況見表2所列。這是通過對(duì)100戶住宅內(nèi)熱源散熱狀況的調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理得出。
表2住宅臥室內(nèi)熱源的逐時(shí)散熱狀況
內(nèi)熱源人員總數(shù)或功率運(yùn)行模式
人員2人0:00~8:00:100%,8:00~12:00及15:00~19:00:18%,13:00~14:00:60%,20:00:25%,21:00:40%,22:00:50%,23:00:60%。
照明燈具45W0:00:20%,1:00~18:00:3%,19:00:20%,20:00:30%,21:00:40%,22:00~23:00:50%。
家用電器110W0:00:20%,1:00~18:00:3%,19:00:55%,20:00~22:00:80%,23:00:40%。
3.4室外氣象的條件
全年逐時(shí)的外溫和太陽輻射值可通過氣象數(shù)據(jù)隨機(jī)生成軟件Medpha得出,它們能夠代表北京地區(qū)室外氣象條件歷年變化的平均狀況。另一方面,為了更真實(shí)地反映住宅熱過程的實(shí)際變化,在模擬計(jì)算中還考慮了南向陽臺(tái)底板對(duì)太陽直射遮擋所導(dǎo)致的南外墻和南外窗所實(shí)際接受太陽輻射的變化,以及冬季由于門窗縫隙的滲透所導(dǎo)致室內(nèi)外0.5次的通風(fēng)換氣和夏季的夜間通風(fēng)。
3.5室溫的設(shè)定值
冬季的室溫設(shè)定值為16℃,夏季為28℃。
4冬季耗熱量分析
冬季室外氣象條件的特點(diǎn)是外溫總是低于室溫,從而使得室內(nèi)熱量向室外散失,而太陽輻射對(duì)降低房間冬季耗熱量又總是有利的因素。因此,失熱與得熱這兩者對(duì)住宅冬季能耗的影響是相反的。首先,圖2表示出對(duì)于本文的研究對(duì)象,在不改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能的基本狀況下,不同樓層、不同朝向房間的耗熱量指標(biāo)。
圖2基本狀況下的房間耗熱量指標(biāo)
不同朝向房間的耗熱量指標(biāo)相差較大。其中南向房間的耗熱量指標(biāo)最低,并已達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求,北向房間稍偏高,而東北、西北、東南及西南房間則明顯增加。這是由于南向房間所接受的太陽輻射熱較大而外墻面積又較小;而對(duì)于東北、西北、東南及西南向房間,外墻表面積的加大同時(shí),導(dǎo)致了房間所接受太陽輻射熱和室內(nèi)向室外散熱的增加,而太陽輻射熱增加的幅度要小于室內(nèi)室外散熱的增加幅度,因此,房間的冬季耗熱量指標(biāo)增加。而不同樓層房間相比較,底層、中間層和頂層對(duì)應(yīng)房間的耗熱量指標(biāo)則相差較小,這說明通過屋面向室外散失的熱量與所接受的太陽輻射熱基本相等。因此,住宅房間冬季耗熱量指標(biāo)的大小主要與房間護(hù)結(jié)構(gòu)的朝向及其面積大小有關(guān)。
為了進(jìn)一步分析住宅護(hù)士結(jié)構(gòu)不同朝向及不同面積大小的保溫效果,圖3表示出各個(gè)朝向外墻及屋面單獨(dú)保溫(30mm厚的聚苯板)后,對(duì)應(yīng)于各自的基本狀況,頂層各房間耗熱量指標(biāo)的相對(duì)變化幅度。其中正號(hào)表示耗熱量指標(biāo)減少,負(fù)號(hào)表示耗熱量指標(biāo)增加。
圖3不同朝向結(jié)構(gòu)的保溫效果比較
各個(gè)房間相比較,南向房間耗熱量指標(biāo)降低的幅度均比對(duì)應(yīng)的北向房間低。因此,南向外墻單獨(dú)保溫的效果不如北外墻的好。而同一房間的不同外墻相比較,東、西向及北向外墻單獨(dú)保溫后房間耗熱量指標(biāo)降低的幅度基本相符,這說明這三個(gè)朝向外墻單獨(dú)保溫的效果基本一致。并且這些雙朝向房間的所有外墻保溫后,其耗熱量指標(biāo)降低的幅度接近30%,要好于北外墻的單獨(dú)保溫效果。而對(duì)于屋面保溫,頂層房間的耗熱量指標(biāo)反而增加。分析圖2和圖3可看出,外墻保溫效果與房間耗熱量指標(biāo)的變化趨勢(shì)相同,即房間的耗熱量指標(biāo)越大,外墻保溫后的效果越明顯。而對(duì)于屋面,由于太陽輻射對(duì)室內(nèi)熱狀況的影響較大,增加其保溫性能反而會(huì)增加房間的耗熱量。因此,住宅建筑屋面的保溫性能存在一個(gè)臨界值。
根據(jù)上述的分析,住宅建筑護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能的確定,也應(yīng)根據(jù)其朝向及面積小大采用不均勻分布的原則。對(duì)于本文的研究對(duì)象。由于東、西向及北向外墻的保溫效果基本一致而且比南向外墻及屋面的保溫效果好;另一方面,東北、西北、東南及西南向房間的耗熱量指標(biāo)要高于北向房間的耗熱量指標(biāo),而南向房間的則已滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此,除北墻外,應(yīng)著重加強(qiáng)東、西外墻的保溫,而對(duì)南墻和屋面不采取保溫措施。表3具體列出了均勻和不均勻保溫方案的保溫狀況及保溫材料的總消耗量。表4列出了在兩種不同的保溫方案下,頂層各房間的耗熱量指標(biāo)以及各房間對(duì)應(yīng)于南向房間的相對(duì)耗熱量指標(biāo)。
表3均勻和不均勻方案的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料(聚苯板)的厚度(mm)及總消耗量(m3)
東向保溫材料西向保溫材料南向保溫材料北向保溫材料總消耗量
均勻保溫方案
不均勻保溫方案
30
80
30
80
30
30
20
74.5
43.4
表4均勻和不均勻方案下頂層房間的耗熱量指標(biāo)(w/m2)及相對(duì)耗熱量(%)
保溫方案房間朝向總和
南向北向東南西南東北西北
耗熱量指標(biāo)
(w/m2)均勻13.915.420.520.421.522.2114
不均勻15.915.519.719.619.819.6110
相對(duì)耗熱量指標(biāo)
(%)均勻1.01.11.51.51.51.6
不均勻1.00.97
5夏季耗冷量分析
北京夏季室外氣象條件的特點(diǎn)是白天的外溫高于室溫,太陽輻射強(qiáng)烈,從而導(dǎo)致熱量由室外向室內(nèi)傳遞;而夜間外溫則基本處在較舒適的溫度范圍內(nèi)。鑒于室外氣象條件的特點(diǎn),住戶一般白天拉窗簾,夜間開窗通風(fēng),因此,在模擬分析住宅夏季熱狀況時(shí),應(yīng)考慮夜間通風(fēng),本文設(shè)定夜間通風(fēng)的換氣次數(shù)為4次。類似于耗熱量指標(biāo)的分析,圖4給出在基本狀況下,研究對(duì)象不同樓層、不同朝向房間的耗冷量指標(biāo)。圖5表示出各個(gè)朝向外墻及屋面單獨(dú)保溫(30mm厚的聚苯板)后,對(duì)應(yīng)于各自的基本狀況,頂層各房間耗冷量指標(biāo)的相對(duì)變化幅度。
圖4基本狀況下的房間耗冷量指標(biāo)圖5不同朝向護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效果
很明顯,頂層房間的耗冷量指標(biāo)要遠(yuǎn)大于中間層和底層的房間,而不同朝向的耗冷量指標(biāo)的差異則很小,但房間耗冷量指標(biāo)隨朝向的變化趨勢(shì)與耗熱量指標(biāo)相似。南向房間的耗冷量指標(biāo)最小,東北、西北、東南及西南向房間的耗冷量指標(biāo)則較大,北向房間的介于其中。由于太陽輻射對(duì)住宅夏季熱狀況是非常不利的因素,而南外墻由于南向陽臺(tái)底板對(duì)太陽直射的遮擋作用,使得其接受的太陽輻射熱最少;東、西向外墻的夏季太陽輻射得熱最高,北向介于其中。因此,護(hù)結(jié)構(gòu)接受太陽輻射熱的增加相應(yīng)會(huì)提高對(duì)其保溫性能的要求,故滿足冬、夏季住宅節(jié)能所要求的外墻保溫性能相同。這與圖5所示的結(jié)果基本一致。不同房間相比較,東外墻和西外墻的保溫效果最明顯。而同一房間相比較,各房間均是屋面保溫后,耗冷量指標(biāo)降低的幅度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它外墻,這是由于屋面所接受的太陽輻射熱構(gòu)成了頂層房間夏季得熱的主要部分。因此,與冬季狀況不同的是為了滿足夏季的住宅節(jié)能,應(yīng)加大頂層房間屋面的保溫?zé)嶙柚怠?/p>
圖5還表明外墻保溫后,部分房間的耗冷量指標(biāo)反而有所增加。這是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能的增加不利于夜間室內(nèi)向室外散發(fā)熱量。因此,應(yīng)加大室內(nèi)、外的夜間通風(fēng)換氣,以充分利用室外的低溫環(huán)境降低室溫而達(dá)到減少能耗的目的。圖6表示在相同的保溫狀況下,分別對(duì)應(yīng)于不同的夜間通風(fēng)條件,頂層各房間夏季耗冷量指標(biāo)相對(duì)于基本狀況的變化幅度。
圖6不同夜間通風(fēng)狀況下的保溫比較圖7頂層房間耗熱和耗冷指隨屋面保溫性能的變化
圖6表明:加大夜間通風(fēng)后,各個(gè)房間的耗冷量指標(biāo)降低幅度都得到明顯增加。故為了滿足住宅的夏季節(jié)能要求,除增強(qiáng)護(hù)結(jié)構(gòu),尤其屋面的保溫性能外,應(yīng)著重加大室內(nèi)、外的夜間通風(fēng)換氣。
但在上一節(jié)的分析中得出:住宅屋面的保溫性能存在一個(gè)臨界值,超過這個(gè)臨界值,房間的耗熱量指標(biāo)反而會(huì)加大。因此,冬夏季不同的室外氣象條件對(duì)屋面保溫性能的要求是相互矛盾的。圖7表示同在外墻不均勻保溫的條件下,頂層南向房間的耗熱量指標(biāo)及耗冷量指標(biāo),隨屋面保溫性能的變化趨勢(shì)。
2住宅建筑平面節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑的平面設(shè)計(jì)是基于滿足住戶家庭構(gòu)成、生活習(xí)慣和生活態(tài)度等方面要求的角度提出的,主要包括住宅建筑功能的多樣性設(shè)計(jì)、房屋的采光通風(fēng)性能設(shè)計(jì)、住宅舒適度設(shè)計(jì)、住宅建筑面積的合理利用率以及房屋功能布局設(shè)計(jì)等五個(gè)重要方面。而建筑節(jié)能設(shè)計(jì)除了要滿足這個(gè)五個(gè)方面的要求之外,還要對(duì)住宅建筑的平面布局形狀、局部熱環(huán)境分布以及溫度阻尼區(qū)的設(shè)置等因素進(jìn)行綜合考量。首先呢,住宅建筑的平面布局應(yīng)當(dāng)盡量的保持規(guī)整,在保證安全性的情況下盡量的減少建筑的護(hù)欄結(jié)構(gòu)面積,這樣能夠?qū)崿F(xiàn)夏季減少輻射、冬季增加室內(nèi)光照面積的目的,進(jìn)而降低住宅建筑的能源消耗。其次,在熱環(huán)境設(shè)計(jì)方面,要將住宅中的上下高度相對(duì)較低的廚房、廁所、過廳等設(shè)計(jì)在整個(gè)房屋的北側(cè),將臥室、客廳等設(shè)計(jì)在南側(cè),這樣就能夠提高住宅對(duì)太陽能利用度的大大提高,進(jìn)而達(dá)到降低能耗的目的。另外,要在住宅建筑中設(shè)計(jì)一定的溫度阻尼區(qū),例如設(shè)計(jì)封閉式的樓梯間、對(duì)屋面上的入孔進(jìn)行密封處理,減少住宅建筑的傳熱損失。
3住宅建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)
(1)住宅建筑的屋面節(jié)能設(shè)計(jì)。屋面在整個(gè)住宅建筑的面積中所占的比例不大,但是屋面對(duì)頂層樓房的舒適度有著重要的影響,在頂層樓房的節(jié)能設(shè)計(jì)中具有十分重要的作用。首先,在屋面保溫層材料選擇方面不宜選擇密度較高的保溫材料,避免造成屋面厚度過大。其次,吸水率較大的保溫材料也不宜在屋面上使用,這種材料會(huì)在大大降低屋面的保溫效果。目前,高校保溫材料保溫屋面、倒置式保溫屋面等節(jié)能屋面已經(jīng)在住宅建筑中得到廣泛的應(yīng)用。此外,在生態(tài)建筑理念下,很多建筑采用的種植屋面、遮陽屋面等也能夠大大降低屋面的能源消耗。(2)住宅建筑的墻體節(jié)能設(shè)計(jì)。建筑墻體在整個(gè)住宅建筑中的面積比例比較大,目前經(jīng)常采用的住宅建筑墻體節(jié)能設(shè)計(jì)主要是復(fù)合墻體節(jié)能,這種墻體是在原有的墻體主結(jié)構(gòu)上根據(jù)實(shí)際建設(shè)要求增加一層或者是幾層復(fù)合的絕熱保溫材料,進(jìn)而對(duì)墻體的熱工性能產(chǎn)生積極影響。根據(jù)復(fù)合節(jié)能材料與墻體主結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系,住宅建筑的墻體節(jié)能設(shè)計(jì)主要分為墻體內(nèi)部保溫技術(shù)和外部保溫技術(shù)兩大類,其中墻體外部保溫技術(shù)是目前大力推廣的一種節(jié)能設(shè)計(jì)方案,這種節(jié)能設(shè)計(jì)不僅能夠滿足新建住宅區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)要求,而且在舊樓改造中也能夠起到積極的作用。(3)住宅建筑的外窗節(jié)能設(shè)計(jì)。住宅建筑的外窗窗框材料選擇、玻璃的種類以及遮陽措施都會(huì)對(duì)建筑的熱工性能產(chǎn)生影響。因此,為了實(shí)現(xiàn)降低能耗的需求,應(yīng)當(dāng)在住宅建筑中盡量的使用新型保溫節(jié)能外窗,在材料選擇上注重?zé)峁ば阅茌^好的材料使用。另外,窗墻面積的設(shè)計(jì)也對(duì)住宅建筑的節(jié)能產(chǎn)生有效影響,窗墻面積直接影響到住宅的空調(diào)系統(tǒng)能耗量,因此在設(shè)計(jì)過程中,要根據(jù)實(shí)際情況合理的控制,一般北向的房屋北向面積不大于25%,南向房屋南向面積不超過35%,而東西向房屋面積不超過30%。
一、引言
最初提出實(shí)行"分戶計(jì)量,分室控溫",是以節(jié)能為主要目的,對(duì)節(jié)能住宅室內(nèi)采暖系統(tǒng)提出的要求。由于供熱體制的改革,對(duì)既有住宅建筑供暖系統(tǒng)實(shí)行分戶計(jì)量的改造工作,也迅速發(fā)展起來。如果室內(nèi)采暖系統(tǒng)做到了分戶計(jì)量與分室調(diào)節(jié),一方面,可以滿足不同住戶對(duì)室內(nèi)溫度的不同要求,這是采暖用"熱"成為商品的必要條件;另一方面,采暖用熱量的多少和住戶負(fù)擔(dān)的采暖費(fèi)用直接掛鉤,充分調(diào)動(dòng)住戶的節(jié)能積極性,其節(jié)能效益是非常可觀的。[1]
1.戶式熱表計(jì)量值修正方法研究
我國(guó)的大部分住宅都是公寓式住宅,對(duì)這種類型的住宅實(shí)行戶用熱表計(jì)量,不能僅以每戶熱表計(jì)量的結(jié)果直接作為收費(fèi)的依據(jù),這一點(diǎn)經(jīng)過近年來的研究已達(dá)成共識(shí),在這方面的研究成果也很多。目前,主要修正方法有以下四種:
(1)對(duì)不同集團(tuán)的房?jī)r(jià)進(jìn)行修正;
(2)對(duì)不同住戶采用不同的單位熱量熱價(jià);
(3)將屋頂、山墻、地面的傳熱損失作為公共熱費(fèi),進(jìn)行分?jǐn)偅?/p>
(4)戶型修正系數(shù)。
四種修正方法各有千秋,選擇修正方法應(yīng)遵循的原則是:
(1)修正方法要簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng)
(2)要準(zhǔn)確,既將熱消耗的先天不公正加以修正,又鼓勵(lì)住戶的節(jié)能積極性;
(3)要簡(jiǎn)單、易于理解,不僅要業(yè)內(nèi)人力認(rèn)可,還要得到居民的認(rèn)可。
目前研究較多的是第三種方法,將建筑中的屋面、山墻、地面作為整棟建筑共有的,通過這部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失作為公共熱費(fèi)由整棟建筑的住戶平均承擔(dān),而將每戶的外墻(除山墻)作為該戶的自己承擔(dān)的熱費(fèi),事實(shí)上有些建筑中,外墻的傳熱損失也是應(yīng)該分?jǐn)偟摹1疚淖髡咴谖墨I(xiàn)[2]提出根據(jù)戶型體形系數(shù)確定戶型修正系數(shù)的觀點(diǎn),并對(duì)試點(diǎn)建筑--哈爾濱人和名苑節(jié)能住宅的幾戶不同位置典型房間進(jìn)行了理論計(jì)算和實(shí)測(cè)分析。戶型修正是一種可行的方法,戶型體形系數(shù)與整棟建筑體形系數(shù)的差異反映出各戶圍護(hù)結(jié)構(gòu)的個(gè)性特征與整棟建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)共性特征的差異,且綜合考慮了屋頂、地面、山墻、外墻及樓梯間隔墻的影響。
2.公共費(fèi)用分?jǐn)?/p>
在采用戶用熱表計(jì)算的多層公寓式住宅建筑中,一般仍需要設(shè)置計(jì)量建筑用熱總量的熱量表,各戶熱表計(jì)量的熱量之和,應(yīng)小于總表計(jì)量的熱量,二者之差應(yīng)是樓梯間散熱和管道的熱損失,這部分也散失在建筑物內(nèi),直接或間接地提高了戶內(nèi)溫度。因此其費(fèi)用應(yīng)由住戶承擔(dān)。
(1)
式中:Qg--各戶所應(yīng)負(fù)擔(dān)的公共用熱量,W;
Ai--各戶建筑面積,m2;
Qb--整棟建筑熱表計(jì)量的熱量,W;
Qi′--修正后的各戶采暖用熱量,W。
3.戶型修正系數(shù)的影響因素分析
戶型修正系數(shù)用來修正各戶熱表的計(jì)量結(jié)果
(2)
式中:Qi′--修正后的各戶采暖用熱量,W。
ai--戶型修正系數(shù),按式(3)計(jì)算。
(3)
式中:Qi-c--建筑耗熱量計(jì)算結(jié)果,W。
總體上說,中間層靠山墻戶型的體形系數(shù)接近于整棟建筑的體形系數(shù),因此其戶型修正系數(shù)接近1.0;中間層中間戶型的體形系數(shù)小于整棟建筑的體形系數(shù),因此其戶型修正系數(shù)大于1.0;底層、頂層中間戶型的體形系數(shù)大于整棟建筑的體形系數(shù),因此,其戶型修正系數(shù)小于1.0;底層頂層向山墻戶型的體形系數(shù)最大,因此其戶型修正系數(shù)最小。為進(jìn)一步研究戶型體系數(shù)與戶型修正系數(shù)的關(guān)系并分析影響戶型修正系數(shù)的其他因素,選取表1中的建筑進(jìn)行計(jì)算。
計(jì)算模型的主要參數(shù)表1
序號(hào)建筑名稱建筑形狀朝向建筑面積(m2)體形系數(shù)戶均面積(m2)特點(diǎn)
1泰海小區(qū)38號(hào)板式南北6924.264.280.21一梯三戶
239號(hào)5203.374.320.23一梯三戶
342號(hào)5772.882.460.23一梯兩戶
444號(hào)5670.185.90.23一梯兩戶
(1)按建筑耗熱量指標(biāo)比例分?jǐn)偀豳M(fèi)
在確定戶型修正系數(shù)時(shí),應(yīng)該按建筑實(shí)際耗熱量,也就是計(jì)量時(shí)間段內(nèi)消耗的熱量比例確定,不能按熱負(fù)荷比例確定,二者的主要區(qū)別是熱負(fù)荷不包括生活得熱,計(jì)算熱負(fù)荷時(shí)將生活得熱按供熱量熱裕量考慮。但在建筑實(shí)際的熱平衡中,生活得熱是不可忽視的,而且近年來,隨著生活水平的提高,住宅中的生活得熱有所增加[3]。尤其是具有調(diào)節(jié)功能的室內(nèi)采暖系統(tǒng)的住宅,生活得熱等免費(fèi)能源的利用是降低采暖費(fèi)用的有效手段,必須充分考慮。圖1、圖2給出了按熱負(fù)荷比例和按耗熱量指標(biāo)比例來確定戶型修正系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。
圖1泰海小區(qū)44號(hào)樓耗熱量指標(biāo)和按熱負(fù)荷計(jì)算的戶型修正系數(shù)對(duì)比
圖2泰海小區(qū)39號(hào)樓按大批量指標(biāo)和按熱負(fù)荷計(jì)算的戶型修正系數(shù)對(duì)比
對(duì)于戶型體形系數(shù)與建筑體形系數(shù)接近的房間一說,是否考慮生活得熱對(duì)戶型修正系數(shù)影響不大,但對(duì)于體形系數(shù)較小的房間來說,按熱負(fù)荷比例確定的戶型修正系數(shù)略小;對(duì)于體形系數(shù)較大的房間來說,按熱負(fù)荷比例確定的戶型修正系數(shù)略大。
(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的影響
在文獻(xiàn)[2]中定性一地分析了節(jié)能住宅與傳統(tǒng)住宅,戶型修正系數(shù)的沒。戶型體形系數(shù)越大,戶型修正系數(shù)越大,對(duì)于節(jié)能建筑,變化的趨勢(shì)較傳統(tǒng)建筑平緩。但二者在數(shù)值上的差異通過幾棟典型建筑計(jì)算的情況見圖3、圖4。
圖3泰海小區(qū)39樓戶型修正系數(shù)
圖4泰海小區(qū)44樓戶型修正系數(shù)
無論是節(jié)能建筑還是傳統(tǒng)建筑中,中間層靠山墻的戶型修正系數(shù)均接近1.00;而對(duì)于中間層中間戶型、底層、頂層中間戶型、底層、頂層靠山墻戶戶型修正系數(shù)因建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同而不同,節(jié)能建筑與傳統(tǒng)建筑相比約差20%。節(jié)能建筑中間層中間戶型的戶型修正系數(shù)約1.20;傳統(tǒng)建筑中間層中間戶型系數(shù)約為1.40。節(jié)能有建筑底層、頂導(dǎo)中間戶型的戶型修正系數(shù)約為0.80;傳統(tǒng)建筑底層、頂層中間戶型的戶型修正系數(shù)約為0.65。節(jié)能建筑底層、面層靠山墻戶型的戶型修正系數(shù)約為0.70;傳統(tǒng)建筑底層、頂層中間戶型的戶型修正系數(shù)約為0.50。
(3)朝向的影響
對(duì)于一梯三戶的板式住宅建筑中,存在著所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)均朝南向的中間戶型,與既有南向圍護(hù)結(jié)構(gòu)、又有北向圍護(hù)結(jié)構(gòu)的房間相比,同樣戶型體形系數(shù)的情況下,其傳熱損失小,因此,戶型修正系數(shù)應(yīng)增大,中間層中間戶型修正系數(shù)增加20%,頂層中間戶型修正系數(shù)增加10%,見圖3中點(diǎn)1、2、3、4。
(4)戶型修正系數(shù)影響因素的確定
對(duì)于幾何形狀比較簡(jiǎn)單的板式住宅,戶型修正系數(shù)相對(duì)變化不大,但對(duì)于幾何形狀復(fù)雜而且各對(duì)于幾何形狀、面積差異較大的建筑,其戶型修正系數(shù)必須單獨(dú)計(jì)算,戶型修正系數(shù)受到室內(nèi)外溫度差、圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)、戶型體形系數(shù)等因素的影響。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮式(4)給出的各因素。
(4)
式中:km--護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)W/m2K;
si--戶型體形系數(shù);
c--朝向修正;
Δt--室內(nèi)外溫差,K。
4.結(jié)論與建議
通過理論分析與計(jì)算,本文給出了板式住宅中不同戶型的戶型修正系數(shù),將板式多層住宅各戶因?yàn)槲恢貌煌鸬臒嵯M(fèi)不公平以簡(jiǎn)單的、固定的系數(shù)加以修正,可操作性強(qiáng)易于理解。
(1)中間層靠山墻的戶型修正系數(shù)為1.00。
(2)節(jié)能建筑中間層中間戶型的戶型修正系數(shù)約1.20;傳統(tǒng)建筑中間層中間戶型的戶型修正系數(shù)約為1.40。所有護(hù)結(jié)構(gòu)均為南向時(shí),中間層中間戶型修正系數(shù)增加20%。
(3)節(jié)能建筑底層、頂層中間戶型的戶型修正系數(shù)約為0.80;傳統(tǒng)建筑底層、頂層中間戶型的戶型修正系數(shù)約為0.65。所有垂直護(hù)結(jié)構(gòu)均為南向時(shí),中間層中間戶型修正系數(shù)增加10%。
(4)節(jié)能建筑底層、頂層靠山墻戶型的戶型修正系數(shù)約為0.70;傳統(tǒng)建筑底層、頂層中間戶型的戶型修正系數(shù)約為0.50。
(5)對(duì)于熱計(jì)量中由于相鄰房間溫度不同,引起的傳熱損失如何修正等其他問題,本文未涉及。
參考文獻(xiàn):
2住宅建筑節(jié)能的內(nèi)容
2.1住宅建筑節(jié)能的定義
住宅建筑節(jié)能是指通過采用合理的建筑設(shè)計(jì)和選用符合節(jié)能要求的新型墻體材料、屋面隔熱材料、門窗、空調(diào)等措施,執(zhí)行建筑節(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)住宅建筑耗能設(shè)備的管理和使用,合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的熱工性能,提高其照明、采暖、給排水及通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率及利用可再生資源的能力,從而降低建筑物的能源消耗。
2.2住宅建筑節(jié)能的控制內(nèi)容
①合理規(guī)劃節(jié)能方案根據(jù)住宅所在地環(huán)境特點(diǎn),依照國(guó)家及地方住宅建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),綜合考慮住宅開發(fā)、利用、維護(hù)成本,合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)節(jié)能方案,保證住宅建筑節(jié)能效果。②合理利用節(jié)能材料節(jié)能材料進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求認(rèn)真核對(duì),審核有關(guān)質(zhì)量保證資料、技術(shù)推廣證書。對(duì)于保溫隔熱材料、隔熱型材、外窗及中空玻璃、幕墻玻璃、散熱器、風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組、低壓配電系統(tǒng)的電纜、電線在使用前應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求取樣試驗(yàn)合格。
3現(xiàn)有住宅工程建筑節(jié)能存在的問題
3.1節(jié)能材料的選擇
目前,建材市場(chǎng)上主要供應(yīng)的節(jié)能材料種類單一,且大多為一次性能源,而且大多節(jié)能材料從國(guó)外引進(jìn),價(jià)格較高、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、能夠形成主流產(chǎn)品與技術(shù)的不多,難以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,為推廣使用節(jié)能材料帶來難度。另外部分開發(fā)商片面的追求降低住宅建筑節(jié)能成本,不會(huì)綜合考慮節(jié)能效果、建筑節(jié)能的全部費(fèi)用等因素;或者缺乏對(duì)節(jié)能新產(chǎn)品的了解,往往造成節(jié)能材料選擇使用不當(dāng),影響住宅建筑的節(jié)能效果。
3.2住宅建筑節(jié)能規(guī)劃與設(shè)計(jì)
目前,多數(shù)新建的住宅建筑在進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮建筑物的外觀及造型,不重視綠化景觀設(shè)計(jì)及相關(guān)配套工程的建設(shè),相關(guān)規(guī)劃部門也只要求住宅的方位與周圍的有關(guān)參照物相一致(如道路),忽視住宅小區(qū)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào),未考慮住宅建筑的日照及自然通風(fēng)要求,不能保證房屋的最佳朝向。住宅節(jié)能設(shè)計(jì)在我國(guó)還處于起步和發(fā)展階段,還沒有一套成熟、通用的體系,某些不成熟的節(jié)能技術(shù),通常會(huì)產(chǎn)生一些垃圾建筑及建筑垃圾,降低了住宅的耐久性,不利于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,損壞建筑結(jié)構(gòu)主體,縮短房屋的壽命,例如外墻內(nèi)保溫、外墻自保溫、夾芯保溫等做法所產(chǎn)生的一些問題正在加劇一些垃圾建筑和建筑垃圾的產(chǎn)生。
3.3節(jié)能住宅的檢測(cè)與驗(yàn)收方法不完善
建筑熱工法是目前國(guó)內(nèi)外檢測(cè)建筑節(jié)能達(dá)標(biāo)與否常用方法,建筑墻體的傳熱系數(shù)是建筑熱工法的一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱工法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的內(nèi)容主要包括:熱流密度、室內(nèi)外氣溫、保溫建筑墻體的內(nèi)外表面溫度以及熱流計(jì)的兩表面溫度。此測(cè)試方法是以被測(cè)試墻體單元的熱工性能代表整棟樓或整個(gè)小區(qū)的墻體熱工性能。此方法的缺點(diǎn)是具有代表性的測(cè)點(diǎn)難以確定,難以準(zhǔn)確而全面的確定整個(gè)住宅小區(qū)內(nèi)所有建筑墻體及屋面的熱工性能。另外,保溫工程作為一項(xiàng)重要的分項(xiàng)工程,目前仍缺少相應(yīng)的檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家建筑安裝統(tǒng)一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中也沒有相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定,施工質(zhì)量難以檢驗(yàn)、保證。
4住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施
4.1既有住宅的節(jié)能改造措施
非節(jié)能既有建筑主要有兩類,一類是已裝修的并居住多年的,這類建筑往往是建成多年的老房子,裝修比較簡(jiǎn)陋,居住結(jié)構(gòu)也不合理,各類設(shè)施老化,居住者本身為中下等收入群體;另一類是未裝修過的新住宅。對(duì)于前者,節(jié)能改造要首先考慮成本,以最經(jīng)濟(jì)、效果最明顯的地方下手,無需大動(dòng)干戈;后者在裝修環(huán)節(jié)中需加入一系列的節(jié)能措施。這二者都可以通過墻體、屋面、房屋結(jié)構(gòu)、門窗的改造達(dá)到節(jié)能效果。既有住宅建筑節(jié)能技術(shù)改造的推廣與實(shí)施對(duì)實(shí)現(xiàn)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》中的節(jié)能目標(biāo)具有很大的促進(jìn)作用。我們不僅在節(jié)能改造的技術(shù)上需要進(jìn)一步探索,用最簡(jiǎn)便、最經(jīng)濟(jì)的措施達(dá)到最好的節(jié)能效果,而且還需要改變陳舊的觀念,加大經(jīng)濟(jì)投入力度,推出切實(shí)可行的管理方法。
4.2新住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)措施
一、發(fā)展節(jié)能住宅建筑的意義
在建筑領(lǐng)域,人類從自然界所獲得物質(zhì)原料的50%用來建造各類建筑及附屬設(shè)施,建筑能耗在人類總能耗中所占比重約為1/4。在經(jīng)歷了數(shù)次能源危機(jī)以及對(duì)礦物能源資源的不可恢復(fù)性和溫室效應(yīng)對(duì)生存環(huán)境負(fù)面影響的認(rèn)識(shí)越來越清楚之后,世界各國(guó)提出了控制礦物能源用量的增長(zhǎng),提高能源使用效率,開發(fā)新能源和可再生能源的目標(biāo)。作為耗能大戶的建筑業(yè)節(jié)能受到極大的關(guān)注。建筑節(jié)能是近年來世界建筑發(fā)展的一個(gè)基本趨勢(shì),也是當(dāng)代建筑科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新生長(zhǎng)點(diǎn)。隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷改善,對(duì)住宅建筑的環(huán)境質(zhì)量要求也日益提高。我國(guó)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、人口占世界20%的大國(guó),也是能源相對(duì)匱乏的大國(guó),已成為世界上第三大能源生產(chǎn)國(guó)和第二大能源消費(fèi)國(guó)。目前我國(guó)每年建成房屋面積已超過所有發(fā)達(dá)國(guó)家一年建成建筑面積的總和。建筑在生產(chǎn)和使用過程中要消耗全球資源中能源總量的50%,產(chǎn)生的污染也十分驚人。所以建筑節(jié)能和保護(hù)環(huán)境是擺在人們面前的緊迫課題。
二、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹的設(shè)計(jì)原則
各地區(qū)的節(jié)能建筑,必須適應(yīng)本地區(qū)的氣候特征,既不能照搬嚴(yán)寒地區(qū)的建筑型式,也不能照搬夏熱冬暖及海洋性氣候地區(qū)的建筑型式,更不能照搬四季如春的溫和氣候地區(qū)的建筑型式,一般說來設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則:
(1)建筑物盡量采用南北朝向布置。否則,須加強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能而需增大建筑成本。
(2)建筑群之間和建筑物室內(nèi),夏季要有良好的自然通風(fēng),建筑群不應(yīng)采用周邊式布局型式。低層建筑應(yīng)置于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面;多層建筑置于中間;高層建筑布置在最后面,否則,高層建筑的底層應(yīng)局部架空并組織好建筑群間的自然通風(fēng)。
(3)按相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,盡量加大建筑物之間的間距,盡量減少建筑群間的硬化地面,推廣植草磚地面,提高綠地率,加強(qiáng)由落葉喬木、常綠灌木及地面植被組成的空間立體綠化體系,以便由樹冠和地面植被阻檔、吸收大部分的太陽直射輻射,減小地面對(duì)建筑物的反射輻射。
(4)應(yīng)控制建筑物的體形系數(shù)不超過節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。即盡量減少外墻的凸凹面和架空樓板,坡屋頂宜設(shè)置結(jié)構(gòu)平頂棚或降低坡度,應(yīng)采用封閉式樓梯間等。當(dāng)體形系數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時(shí),應(yīng)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,計(jì)算建筑物的采暖空調(diào)能耗并不得超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
(5)不應(yīng)設(shè)置大窗戶,窗戶大小以滿足采光要求為限。門窗玻璃應(yīng)采用普通透明玻璃或淡色低輻射鍍膜玻璃的中空玻璃,居住建筑和辦公建筑不應(yīng)采用可見光透光率低的深色鍍膜玻璃或著色玻璃。還要求外門外窗具有良好的氣密性、水密性、不小于30分貝的隔聲性能和不小于2.5kea的抗風(fēng)壓性能。
(6)屋頂和外墻既要保溫又要隔熱,其保溫隔熱性能應(yīng)符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,還要防止保溫層滲水、內(nèi)部結(jié)露和發(fā)霉。屋頂和外墻,不能采用單一的輕質(zhì)材料和空心砌塊材料,最適合采用厚實(shí)材料加輕質(zhì)材料的復(fù)合構(gòu)造做法。
(7)屋頂和外墻的外表面,宜采用淺色飾面層,不宜采用黑色、深綠、深紅等深色飾面層,否則應(yīng)加大屋頂和外墻保溫隔熱層的厚度,計(jì)算其夏季的內(nèi)表面計(jì)算溫度不超過36.9℃,宜低于35℃。
(8)加強(qiáng)分戶墻和樓地面的保溫性能,使其符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。居室及辦公室樓地面面層的吸熱指數(shù)還應(yīng)符合民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。
(9)設(shè)有集中采暖、空調(diào)的節(jié)能建筑,應(yīng)選用高效、低能耗的設(shè)備與系統(tǒng),不得采用直接電熱式采暖設(shè)備和裝置,應(yīng)設(shè)置分室溫度控制裝置。除上述9點(diǎn)之外,節(jié)能建筑還應(yīng)具備設(shè)計(jì)規(guī)范所要求的隔聲性能等適用性能、安全性能、耐久性能和環(huán)境性能。
三、節(jié)能設(shè)計(jì)在我國(guó)住宅建筑中的應(yīng)用措施
(一)屋頂保溫隔熱的節(jié)能設(shè)計(jì)
在住宅建筑屋頂構(gòu)造設(shè)計(jì)中,應(yīng)使用高效保溫材料、架空型保溫、倒置保溫等進(jìn)行合理的保溫和隔熱設(shè)計(jì),這樣可以很好地保證在冬季低溫地區(qū)、夏季高溫地區(qū)給室內(nèi)提供適宜的生活溫度,同時(shí)為冬季的暖氣用能、夏季的空調(diào)降溫用能節(jié)省出大量能源。我國(guó)冬季的采暖大多數(shù)地區(qū)還在用煤,夏季的降溫一般都是用電,合理的屋頂保溫和隔熱設(shè)計(jì)可省出大量的能耗。
(二)門、窗系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)
外門窗是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位,其面積約占建筑外維護(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,所以門窗是外維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點(diǎn)。在節(jié)能措施上,首先在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景條件下,要盡量減少外門窗洞口的面積。其次,可采用外廊、陽臺(tái)、挑檐、遮陽板、熱反射窗簾等遮陽措施減少陽光直接輻射屋頂、墻、窗及透過窗戶進(jìn)入室內(nèi)。再次,加設(shè)密閉條是提高門窗氣密性的重要手段之一,提高門窗氣密性。最后,在經(jīng)濟(jì)狀況允許的條件下,可考慮使用新型保溫節(jié)能門窗,能耗低的節(jié)能材料制造的新型保溫節(jié)能門窗可大大提高熱工性能。
(三)建筑外墻節(jié)能設(shè)計(jì)
以往以實(shí)心粘土磚為墻體材料,保溫性能不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),按照新標(biāo)準(zhǔn)在單一材料墻體中,只有加氣混凝土能滿足要求,所以應(yīng)發(fā)展復(fù)合墻體技術(shù)。設(shè)計(jì)中主墻體可采用混凝土空心砌塊、空心磚墻體、空心砌塊墻體、現(xiàn)澆混凝土墻體,然后加以輕質(zhì)高效保溫層和耐候飾面層。保溫層可放在承重層外側(cè),特別提到的是復(fù)合結(jié)構(gòu)中常采用單層或多層封閉空氣間層與帶反射材料的封閉空氣間層,在增大熱阻、滿足保溫的同時(shí)還可以減輕圍護(hù)結(jié)構(gòu)的自重。
四、結(jié)語
在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方面,通過以上幾方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以解決國(guó)家的能源問題,同時(shí)也可以促進(jìn)建筑技術(shù)和建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為合理利用資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高人民生活水平起到一定的作用。
參考文獻(xiàn)
(一)對(duì)墻體采取保溫隔熱措施
外墻按其保溫所在的位置分類,目前主要有:外保溫外墻、內(nèi)保溫外墻、夾芯保溫外墻、單一保溫外墻四種類型。這四種類型的外墻保溫既能改善室內(nèi)熱環(huán)境,降低建筑造價(jià),又起到節(jié)能、環(huán)保、利廢的效果。
(二)門窗的節(jié)能措施
門窗是裝在墻洞中可開啟的構(gòu)件,通過門窗的傳熱和門窗與墻體之間的縫隙滲透進(jìn)來的耗熱量很大,因此門窗是建筑節(jié)能的根本之源、重中之重。
1.合理控制窗墻面積比。窗墻面積比是指住宅窗口面積與房間立面單元面積的比值,窗戶的傳熱系數(shù)一般大于該朝向的外墻的傳熱系數(shù),采暖耗熱量會(huì)隨著窗戶的傳熱系數(shù)增大而增大,因此對(duì)不同朝向的住宅窗墻比《居住節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》作了嚴(yán)格的規(guī)定。因此,從地區(qū)、朝向和房間功能出發(fā),應(yīng)選擇適宜的窗面積來減少熱量的損失。
2.提高外門窗的氣密性,減少空氣的滲透量。減少室外的冷熱空氣滲入室內(nèi)的一個(gè)非常重要的措施就是提高外門窗的密閉性,可提高門窗框的尺寸準(zhǔn)確性、尺寸的穩(wěn)定性,以減少門窗開啟縫隙的寬度;還可以在門窗與墻體的縫隙之間嵌入密封條,減少室外空氣的滲入;或者在門窗框與墻體的縫隙之間用保溫材料填充,提高氣密性。
3.使用導(dǎo)熱系數(shù)小的新型材料,改善門窗的保溫性能。一是提高熱工性能,可采用新型的導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料制作的節(jié)能門窗。二是采用斷橋窗戶,可采用導(dǎo)熱系數(shù)小的截?cái)啻翱虻臒針蛑谱鞒伞H抢每蛄蟽?nèi)的空氣腔室,單層玻璃本身的熱阻很小,在寒冷地區(qū)可采用雙層或三層玻璃。
(三)屋頂?shù)墓?jié)能設(shè)計(jì)
屋頂耗熱量大于任何一面外墻或地面的耗熱量,約占整個(gè)住宅建筑耗熱量的9%左右。因此,提高建筑屋面的保溫隔熱能力,可以減少室外冷熱空氣對(duì)室內(nèi)的影響,有效改善室內(nèi)的溫度環(huán)境。
1.高效保溫材料保溫屋面。這種屋面保溫層為實(shí)鋪,屋面保溫層采用輕質(zhì)高效的保溫材料。我國(guó)現(xiàn)在主要使用的保溫材料有擠塑聚苯板、聚苯板、巖棉板等,這些保溫材料均為輕質(zhì)材料,均可提高屋面的保溫隔熱作用,減少室外冷熱空氣對(duì)室內(nèi)的影響,改善室內(nèi)的溫度環(huán)境。
2.架空型保溫屋面。在屋面上面加設(shè)空氣層,冬季可以增加屋面的保溫功效,夏季可以有效阻隔房間的熱量。
3.倒置型(外)保溫屋面。外保溫屋面,就是把保溫層置放于防水層上面,這樣做起到了保護(hù)的作用,使防水層不受外界氣候和環(huán)境的老化影響,增加使用年限,也不易受到外界的機(jī)械損傷,當(dāng)然這些保溫材料必須保證防水和耐氣溫性能好。
4.隔熱屋面。可采用磚、混凝土材料架空混凝土板做通風(fēng)層;兜風(fēng)隔熱屋面在兩端開口形成兜風(fēng)散熱;利用頂棚與屋面間的空間起到架空通風(fēng)層的同樣效果,這幾種措施均能提高屋頂?shù)母魺崮芰Γ鸬焦?jié)能作用。
5.種植隔熱屋面。利用屋頂種植栽花,甚至灌木,堆假山形成一種生態(tài)型的節(jié)能屋面,這種屋面隔熱保溫性能優(yōu)良,已經(jīng)逐步被廣泛利用。
6.蓄水隔熱屋面。利用屋面蓄積的水層,從而能將熱量散發(fā)到空氣中,減少了屋頂?shù)奈鼰幔瑥亩_(dá)到了隔熱作用,水在冬季還起到了保溫作用。
(四)采暖節(jié)能設(shè)計(jì)
促進(jìn)輻射熱進(jìn)入室內(nèi),保證開口的方向和開口面積,并且要保證開口對(duì)熱線透明度的問題;為了可以使背陰的一面也能接受到太陽輻射,可通過反射太陽光來提高太陽能的密度,例如在建筑的北側(cè)設(shè)反射面,使北側(cè)房間也能得到太陽的輻射;抑制輻射熱從表面和窗洞口部分的熱損失;適當(dāng)增加屋頂和維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱容量,可以減小室內(nèi)溫度隨外界氣溫變化的變化。
(五)采光與照明節(jié)能設(shè)計(jì)
現(xiàn)代的建筑采用了大量的玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這樣可以使室外的光線進(jìn)入室內(nèi),有效利用天空光,減少照明用電,減少能源浪費(fèi)。但是天空光極為不穩(wěn)定,且光污染會(huì)帶來損害,這樣就出現(xiàn)了自動(dòng)照明控制系統(tǒng),可提高采光的均勻度及營(yíng)造一個(gè)良好的視覺環(huán)境,又可減少資源的消耗,降低維護(hù)費(fèi)用,帶來極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
2目前來說,建筑施工管理主要分為三個(gè)層次,分別是決策管理、作業(yè)管理、管理監(jiān)督。在其實(shí)踐過程中,針對(duì)不同的環(huán)境,針對(duì)人員的素質(zhì)要求也是存在差異的。其要求施工活動(dòng)人員具備良好的控制能力、管理能力及其決策能力,保證從業(yè)人員具備良好的資格。在建筑筑工程應(yīng)用中,很多從業(yè)人員的素質(zhì)是比較低下的,其面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
二、建筑工程施工管理體系的健全
1在高層住宅建設(shè)應(yīng)用中,隨著施工管理環(huán)節(jié)的優(yōu)化,人們的生活方式日益改變,這也推動(dòng)了傳統(tǒng)城市的居住格局的變化。目前來說,我國(guó)的高程住宅體系是不斷健全的,其一系列的開發(fā)強(qiáng)度及其建設(shè)數(shù)量與日俱增,可以這樣說,我國(guó)的很多城市已經(jīng)進(jìn)入高層時(shí)代,這也出現(xiàn)了一系列的建筑建設(shè)問題,需要得到解決。目前來說,建筑設(shè)計(jì)的較高難度步驟是對(duì)高層住宅的公共交通極其設(shè)備管理環(huán)節(jié)。這里可以看到其公攤面積非常多,其戶型的設(shè)計(jì)具備比較高的難度,無法確定各個(gè)套型的良好朝向性,比如北邊住宅的朝向、通風(fēng)性、采光性等都面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在高層住宅設(shè)計(jì)過程中,也要考慮到消防問題,豎向交通問題,做好相關(guān)的安全問題。
2在建筑工程應(yīng)用中,可以看到其高層住宅的投資還是比較大的,也就是建筑的剛才及其混凝土的消耗水平都比較高,普遍高于多層住宅,這就需要進(jìn)行電梯、高壓水泵等的建設(shè),從而進(jìn)行公共走道、疏散樓梯等的建立。相對(duì)于多層住宅,高層住宅的施工技術(shù)面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),其建筑的投資也是比較大的,其建筑費(fèi)用高、建筑周期長(zhǎng),這也與高層建筑的多層次、大面積、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)相關(guān)。隨著高層建筑的不斷普及,人們的活動(dòng)空間小了,也減少了彼此交往的機(jī)會(huì)。在建筑施工環(huán)節(jié)中,其設(shè)計(jì)的步驟是非常繁雜的,又要注意其系統(tǒng)性也要注意其復(fù)雜性。這種工程的施工工作量非常大,也具備比較長(zhǎng)的施工周期。為了做好這個(gè)工作,需要進(jìn)行目標(biāo)責(zé)任管理體系的健全,保證各種責(zé)任的落實(shí),實(shí)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào),從而實(shí)現(xiàn)建筑施工工程的良好工作。通過對(duì)目標(biāo)責(zé)任管理體系的優(yōu)化,可以保證不同建筑施工環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào),這需要做好相關(guān)的分工協(xié)調(diào)工作。在建筑施工環(huán)節(jié)中,進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)管體制的健全是必要的,這是順利進(jìn)行建筑施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。目前來說,我國(guó)的城市住宅建設(shè)建筑施工安全事件是比較多的,這極大影響了國(guó)家社會(huì)的穩(wěn)定性。這里就可以看出我國(guó)城市建設(shè)監(jiān)督監(jiān)管體系的不健全。這就需要進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)管機(jī)制的健全,保證建筑施工管理的良好進(jìn)行,保證建筑質(zhì)量體系的優(yōu)化。在建筑施工質(zhì)量的控制中,進(jìn)行高新技術(shù)的普及應(yīng)用是必要的,從而保證建筑施工進(jìn)度的控制,保證建筑施工效益的提升。這就需要建筑施工單位進(jìn)行科學(xué)發(fā)展觀的落實(shí),保證一系列的高新技術(shù)的應(yīng)用,保證建筑施工體系的健全,實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)。做到現(xiàn)代化、專業(yè)化、機(jī)械化,達(dá)到資源配置的最優(yōu)化,著力提高建筑施工效益與質(zhì)量。同時(shí),應(yīng)積極創(chuàng)造條件,鼓勵(lì)、支持和幫助建筑施工單位運(yùn)用高新技術(shù),不斷提高建筑施工單位的能力和水平,進(jìn)而提高建筑施工的質(zhì)量控制。總的來說,建筑施工管理涉及的范圍非常廣泛,其需要施工操作人員進(jìn)行工作步驟的細(xì)化,進(jìn)行施工項(xiàng)目體系的健全,保證企業(yè)管理體系的健全,這需要與員工形成良好的管理,嚴(yán)格的貫徹的企業(yè)工作制度,保證其積極的執(zhí)行及其落實(shí)。因此,要搞好建筑施工管理,就要做好做細(xì)每一個(gè)環(huán)節(jié),只有提高建筑工程施工管理的質(zhì)量水平,才能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及建筑行業(yè)的施工管理水平,才能提高高層住宅施工中的安全穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)建筑施工的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞:城市化空調(diào)負(fù)荷住宅建筑熱島效應(yīng)
Abstract
Urbanizationcausestemperaturedifferencebetweenurbanandruralareas.UsingtheCTTCmodeltosimulatetemperatureofanurbanbuildinggroup.Thetemperaturewasusedtocalculatethecoolingheatingloadinsteadoftemperaturemeasuredatthelocalmeteorologicalstationasoutdoordesigntemperature.Itisshownforanordinaryresidentialbuildingthatthecalculatedcoolingloadisabout10to35percentwiththetemperatureofanurbanbuildinggroupthanthatwiththeoutdoortemperaturefromthelocalmeteorologicalstation.Butthedifferenceofheatingloadbetweenthemislessthan10percent.
Keywords:urbanizationcoolingloadresidentialbuildingheatislandeffect
0引言
早在公元前4世紀(jì),人們就注意到了城市和鄉(xiāng)村的氣候是有差別的。19世紀(jì),英國(guó)的賀華德(LakeHoward)對(duì)倫敦市內(nèi)和郊區(qū)的氣象記錄進(jìn)行對(duì)比分析,從大量資料中總結(jié)出倫敦城市氣候的特點(diǎn),其中有一個(gè)著名的發(fā)現(xiàn):倫敦城市中心的溫度比四周郊區(qū)高[1]。后來各國(guó)學(xué)者對(duì)不同緯度、不同類型、不同規(guī)模的城市陸續(xù)做了大量對(duì)比測(cè)試,發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。人們把這種現(xiàn)象稱為"城市熱島"。
然而,我們?cè)谟?jì)算某棟建筑物的室內(nèi)冷熱負(fù)荷時(shí),使用的室外參數(shù)都是來源于建筑所在地區(qū)的一個(gè)大范圍內(nèi)的氣象資料,而這些氣象資料又是由氣象人員在空曠的城市遠(yuǎn)近郊監(jiān)測(cè)而得。既然許多研究資料都已證明城區(qū)氣溫與郊區(qū)氣溫確實(shí)存在著較大的差別,那么如果在對(duì)建筑物室內(nèi)冷熱負(fù)荷進(jìn)行各種分析計(jì)算中把這些由氣象臺(tái)站測(cè)出的氣象數(shù)據(jù)作為城區(qū)內(nèi)建筑的室外計(jì)算參數(shù),其結(jié)果就很可能會(huì)出現(xiàn)偏差,并由此得出不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤的結(jié)論。澳大利亞的M.M.Elnahls等對(duì)這個(gè)問題曾做過實(shí)驗(yàn)和模擬,在阿德萊德地區(qū)建造了一個(gè)典型的建筑群,結(jié)果表明,冬、夏兩季建筑群內(nèi)的空氣溫度都高于氣象溫度。對(duì)空調(diào)系統(tǒng)而言,在對(duì)室內(nèi)加熱時(shí)減少10%的能耗,在供冷時(shí)增加15%的能耗。兩種算法的能耗總和(加熱+供冷)相差不多。但"這并不意味著因?yàn)橄嗷サ窒涂梢院雎詫?duì)空氣溫度的修正。忽略了修正溫度的影響就意味著對(duì)冷負(fù)荷估計(jì)不足,對(duì)熱負(fù)荷估計(jì)過高"[2]。因此,建筑群的"熱島效應(yīng)"的確會(huì)對(duì)負(fù)荷計(jì)算造成不可忽視的影響,需要我們進(jìn)一步關(guān)注和研究。
1建筑群室外溫度的模擬計(jì)算
關(guān)于建筑群內(nèi)空氣溫度的模型,前人已經(jīng)做了不少的研究工作。筆者在比較前人對(duì)城市氣候和建筑局部微氣候的研究方面和研究模型之后,選擇了簡(jiǎn)明實(shí)用的CTTC模型及其系列改進(jìn)模型作為研究開發(fā)的切入點(diǎn)。
CTTC模型把特定的地點(diǎn)的濕度視為幾個(gè)獨(dú)立過程溫度效應(yīng)的疊加,用公式表示如下[3]:
ΔTa(t)=To+ΔTa,solar(t)-ΔTNLWR(t)
式中Ta(t)為需計(jì)算的t時(shí)刻的大氣溫度:To為基準(zhǔn)(背景)溫度;ΔTa,solar(t)為因城市覆蓋層表面吸收太陽輻射而導(dǎo)致的大氣溫升;ΔTNLWR(t)為凈長(zhǎng)波輻射吸收失熱而導(dǎo)致的溫度變化。正是在計(jì)算ΔTNLWR(t)時(shí)使用了CTTC模型數(shù),可由下式進(jìn)行計(jì)算:
(2)
式中t是計(jì)算時(shí)刻,m是下墊面對(duì)太陽輻射的吸收率,h是綜合換熱系數(shù),Ipen(t)是建筑群在t時(shí)刻接受到單位面積上的平均太陽輻射照度,CTTC是建筑群熱時(shí)間常數(shù)。
斯沃德(HannaSwaid)和霍夫曼(MiloE.Hoffman)按理論公式計(jì)算出ΔTa,solar(t)和ΔTNLWR(t),并經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)出當(dāng)ΔTa,solar(t)為晝夜最小值時(shí)的空氣溫度Ta(t),則由式(1)可計(jì)算出To。他們發(fā)現(xiàn)同一個(gè)城市不同建筑群的基準(zhǔn)溫度值很接近,誤差不超過0.5℃,且與鄉(xiāng)村日平均空氣溫度相等。
1997年,艾那漢斯(M.M.Elnahls)和威利斯姆森(T.J.Willismoson)在CTTC模型基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的CTTC模型,其計(jì)算空氣溫度的思路與CTTC模型完全一致。改進(jìn)模型將通常位于市郊的氣象站測(cè)量的逐時(shí)氣溫作為輸入溫度,而不是把鄉(xiāng)村的日平均氣溫和為輸入溫度計(jì)。通過比較氣象站和待計(jì)算建筑群的建筑幾何特征、規(guī)劃、熱量排放等因素造成的熱量收支差異,計(jì)算這些差異給這兩種下墊面上方空氣溫度帶來的差別,通過氣象站的實(shí)測(cè)溫度以及計(jì)算的溫度差別就可以得到待計(jì)算建筑群處的空氣溫度。用公式表示如下[2]:
Ta(t)urb=Tb+ΔTsol(t)urb-ΔTlw(t)urb(3)
Ta(t)net=Tb+ΔTsol(t)met-ΔTlw(t)met(4)
則有
ΔTa(t)urb=Ta(t)net+[ΔTsol(t)urb-ΔTsol(t)met]-[ΔTlw(t)urb-ΔTlw(t)met](5)
式中:Ta(t)urb是建筑群處在t時(shí)刻的空氣溫度;Ta(t)net是氣象站在t時(shí)刻測(cè)量的空氣溫度;Tb是基準(zhǔn)溫度;ΔTsol(t)urb是建筑群因吸收太陽;而導(dǎo)致的空氣溫度變化;ΔTsol(t)met是氣象站因吸收太陽輻射而導(dǎo)致的空氣溫度變化;ΔTlw(t)urb是建筑群因天空長(zhǎng)波輻射而導(dǎo)致的空氣溫度變化;ΔTlw(t)met是氣象站因天空長(zhǎng)波輻射而導(dǎo)致的空氣溫度變化。
基于改進(jìn)的CTTC算法模型,筆者編制了CTE(clusterthermalenvironment)計(jì)算程序,考慮了太陽輻射、風(fēng)、小區(qū)規(guī)劃和單體建筑等對(duì)小區(qū)室外熱環(huán)境的影響,從整體的、動(dòng)態(tài)的角度來預(yù)測(cè)和分析實(shí)際建筑群的溫度環(huán)境[4]。
2.負(fù)荷計(jì)算
選取一個(gè)典型的住宅小區(qū)建筑群來進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算,該建筑群由9棟(3排3列)5層的建筑組成,綠化率為0.3。
模擬計(jì)算結(jié)果見圖1,2。從圖中可以看出,利用CTE程序計(jì)算得到的小區(qū)室外空氣溫度和氣象站空氣溫度存在明顯的差別。
圖1夏季小區(qū)計(jì)算溫度和氣象站溫度的比較
圖2冬季小區(qū)計(jì)算溫度和氣象站溫度的比較
選取該建筑群中的3個(gè)房間進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算,這3個(gè)房間分界位于建筑的南、東北角和東南角,且均在建筑的3層,如圖3所示。
圖3計(jì)算房間示意圖
建造外墻為37磚墻,每個(gè)計(jì)算房間有一扇外窗,位于房間的南側(cè)或北側(cè),雙層鋼窗,無內(nèi)外遮陽。室內(nèi)發(fā)熱設(shè)備為計(jì)算機(jī)和燈光照明,人員為1人。夏季室內(nèi)設(shè)定溫度為27℃,冬季室內(nèi)設(shè)定溫度為18℃,換氣次數(shù)為2h-1。按照常規(guī)的冷、熱負(fù)荷計(jì)算方法,分別將氣象站提供的計(jì)算溫度和用CTE程度計(jì)算出來的小區(qū)空氣溫度作為室外計(jì)算溫度來計(jì)算室內(nèi)負(fù)荷。
圖4是夏季逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。
圖4夏季逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果
從圖4中可以看出,以小區(qū)計(jì)算溫度和氣象站提供的設(shè)計(jì)室外溫度來計(jì)算室內(nèi)負(fù)荷,不同方位的房間負(fù)荷都有差別。這種差別隨時(shí)間的不同而不同,在本例中約占總負(fù)荷的10%~35%。
圖5可以更清楚地反映因室外計(jì)算溫度不同而帶來的冷負(fù)荷的逐時(shí)差異。考察冷負(fù)荷的組成可以看出,室外溫度對(duì)冷負(fù)荷的影響主要體現(xiàn)在三方面:通過窗玻璃的傳熱、通過外墻的傳熱和新風(fēng)負(fù)荷。當(dāng)室內(nèi)外溫度接近的時(shí)候,室外溫度對(duì)這3項(xiàng)負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生很大的影響。在本例中考慮熱島效應(yīng)后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷是原來的1.2~1.5倍,而新風(fēng)負(fù)荷受室外溫度的影響更明顯,甚至負(fù)荷正負(fù)都可能相反,在新風(fēng)負(fù)荷最大的瞬時(shí)考慮熱島效應(yīng)后新風(fēng)負(fù)荷是原來的1.2倍。
圖5室外計(jì)算溫度不同而帶來的冷負(fù)荷的差異
圖6和圖7是本例計(jì)算房間無內(nèi)熱源情況下的計(jì)算結(jié)果,它們反映了建筑群本身對(duì)室內(nèi)負(fù)荷的影響。從計(jì)算結(jié)果來看,在不考慮房間內(nèi)熱源的情況下,由于室外計(jì)算溫度不同而導(dǎo)致的室內(nèi)冷負(fù)荷的差異一般在20%~50%之間,夜間最大時(shí)甚至能夠達(dá)到70%。
圖6計(jì)算房間無內(nèi)熱源時(shí)夏季逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果
圖7計(jì)算房間無內(nèi)熱源時(shí)不同朝向夏季冷負(fù)荷的差異
同理可能計(jì)算不同室外氣溫參數(shù)對(duì)冬季的室內(nèi)熱負(fù)荷造成的差別。計(jì)算結(jié)果表明,室外溫度不同導(dǎo)致的熱負(fù)荷差別不到10%。這是因?yàn)槎臼覂?nèi)外溫差本來就比較大,建筑群和氣象站之間的溫差相比較而言僅占一小部分。
上述結(jié)果是針對(duì)一具體建筑得到的,對(duì)于不同城市、不同布局的住宅建筑會(huì)存在著差異,即夏季冷負(fù)荷和冬季熱負(fù)荷的變化比例會(huì)有所有同。但總體而言,城市化的程度越高,熱島現(xiàn)象越顯著,用氣象站資料得到的夏季空調(diào)負(fù)荷值與實(shí)際的偏差越大。
3結(jié)論
從以上的計(jì)算結(jié)果和分析中可以看出,由于夏季室內(nèi)外溫差較小,城市熱島效應(yīng)造成的溫升可能對(duì)室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算造成較大的影響。這種影響在冷負(fù)荷主要以護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱和新風(fēng)為主的民用建筑中是不可忽略的。冬季由于熱島效應(yīng)帶來的溫差相對(duì)室內(nèi)外溫差而言較小,因此在計(jì)算熱負(fù)荷時(shí)可以忽略。
以上的計(jì)算和分析是針對(duì)住宅建筑進(jìn)行的,同樣也適用于對(duì)商業(yè)建筑的分析。但由于商用建筑的空調(diào)負(fù)荷組成中圍護(hù)結(jié)構(gòu)和新風(fēng)部分所占比例不大,所以城市化對(duì)室內(nèi)負(fù)荷的影響不是太明顯。
隨著城市化進(jìn)程的加快,城市的日益發(fā)展,熱必會(huì)使城市熱島效應(yīng)愈加顯著。美國(guó)、日本和我國(guó)上海等城市連年的實(shí)測(cè)資料表明[5]:在郊區(qū)空氣溫度幾乎不變甚至下降的情況下,城市內(nèi)的氣溫卻逐年升高。因此,在進(jìn)行城市建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將氣象資料進(jìn)行修正。本文提出的修正的CTTC模型是一種簡(jiǎn)單、行之有效的修正方法,可以作為大中型城市建筑空調(diào)設(shè)計(jì)的一個(gè)參考。
參考文獻(xiàn)
1HemutELandsberg.都市氣候?qū)W,鄭師中,譯,臺(tái)灣:世界圖書出版公司,1990.
2ElnahlsMM,WilliamsonTJ.AnimprovementoftheCTTCmodelforpredictingurbanairtemperatures.EnergyandBuildings,1997,25(1):41-49.
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,對(duì)住宅條件的要求也越來越高。住宅條件的改善不單表現(xiàn)在面積的擴(kuò)大,更重要的是功能的轉(zhuǎn)變。要實(shí)現(xiàn)這種功能的轉(zhuǎn)變,在一定程度上則取決于廚房、衛(wèi)生間的給水排水設(shè)計(jì)。現(xiàn)根據(jù)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐,結(jié)合國(guó)家規(guī)范要求,談?wù)劕F(xiàn)代住宅建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些成功做法。
1水表的設(shè)置方式
現(xiàn)代住宅要求廚房、衛(wèi)生間使用的水、電、氣應(yīng)做到三表計(jì)量出戶。“三表出戶”的目的是便于計(jì)量、減少打擾。為此,新的建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范第3.4.17條規(guī)定:住宅的分戶水表宜相對(duì)集中讀數(shù),且宜設(shè)置于戶外;對(duì)設(shè)在戶內(nèi)的水表宜采用遠(yuǎn)傳水表或IC卡水表等智能水表。在實(shí)際工程中,水表有以下幾種設(shè)置方式:
設(shè)置在室外的水表箱內(nèi)
這種方式常用于多層單元式住宅中,分戶水管沿室內(nèi)管井或建筑外墻引入戶內(nèi),相應(yīng)水表集中在外墻的水表箱內(nèi),此種方式在南方一些地區(qū)應(yīng)用很普遍。水表的位置根據(jù)供水方式可在底層也可在屋頂層。建議給水管道入戶后加設(shè)一個(gè)控制閥門,以便于住宅戶內(nèi)的管道維修,戶外水表箱應(yīng)加鎖,由小區(qū)管理人員統(tǒng)一管理。
設(shè)置在樓梯間處的水表間內(nèi)
對(duì)高層及超高層住宅或建筑外立面有特殊要求的住宅,給水立管及水表間均設(shè)在樓梯間或走道外,由水表間至各戶的給水橫干管敷設(shè)在樓板下面,此種設(shè)置方式的缺點(diǎn)是管道的使用量增加較多,給施工和管理都增加了難度。
采用IC卡(或TM卡)智能型水表,水表設(shè)置在廚房或衛(wèi)生間內(nèi)
此種水表應(yīng)用先進(jìn)科技,居民可持卡至售水處購(gòu)買任意數(shù)量的“水”,然后將卡插入水表中即可打開閥門供水。此卡具有記憶、累積、報(bào)警、斷水等功能(TM卡智能更高些)。
采用智能抄表系統(tǒng)(即電子遠(yuǎn)傳水表)
對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)住宅小區(qū),開發(fā)商一般采用自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng),對(duì)水、電、氣三表實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化收費(fèi)管理。智能抄表系統(tǒng)是通過在水表上加裝輔助裝置,用導(dǎo)線將用水量信號(hào)傳輸至戶外的信號(hào)收集器完成的。
2給水管的敷設(shè)及材質(zhì)選用
給水管的敷設(shè)
目前,新建住宅中一廚兩衛(wèi)已很普遍,有的住宅甚至配有一廚三衛(wèi)、一廚四衛(wèi),且廚房、衛(wèi)生間、陽臺(tái)各用水點(diǎn)位置均較分散。分戶支管至用水點(diǎn)間管道如沿室內(nèi)樓板下吊設(shè),必然要求設(shè)室內(nèi)吊頂,管外壁還應(yīng)有防結(jié)露措施,給住戶裝修帶來不便,畢竟不是所有住戶都想設(shè)吊頂。《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.5.18條規(guī)定,給水支管宜敷設(shè)在樓(地)面的找平層或沿墻敷設(shè)在管槽內(nèi),敷設(shè)在找平層或管槽內(nèi)的給水支管外徑不宜大于25mm。實(shí)際上,如果將接往兩個(gè)或兩個(gè)以上用水點(diǎn)給水支管串接在一起,其支管外徑均會(huì)超過25mm。因此,為了滿足規(guī)范的要求,給水支管入戶后即接入分水器,分水器暗設(shè)于廚房或衛(wèi)生間墻體內(nèi),通過分水器后接往各用水點(diǎn)支管管外徑均可控制在25mm以下。但應(yīng)注意:設(shè)于找平層內(nèi)給水支管施工完畢后,應(yīng)在其位置做上明顯的標(biāo)記,以免住戶裝修時(shí)破壞給水管道。
給水及熱水管道材質(zhì)的選用
由于鍍鋅鋼管存在著與水中雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生“紅水”、“黑水”等問題,影響水質(zhì)。目前,廣泛采用新型建筑給水塑料管而淘汰鍍鋅鋼管。銅管仍是高檔住宅的首選,但價(jià)格高。一般在熱水系統(tǒng)中采用帶保溫套的紫銅管、聚丁烯管(PB管)、鋁塑復(fù)合管(PEX-AL-PEX)、PEX管、PPR管等。UPVC管和PE-AL-PE管適用于冷水供水系統(tǒng)。
3排水管道敷設(shè)及材質(zhì)選用
《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.16條規(guī)定:住宅的污水排水橫管宜設(shè)于本層套內(nèi)。,雖然規(guī)范有此規(guī)定,但在筆者所了解的大部分住宅設(shè)計(jì)中,由于存在各種問題,真正能做到這一點(diǎn)的尚不多見。于是在日常生活中,經(jīng)常出現(xiàn)上下層住戶因排水管道漏水而導(dǎo)致的各種糾紛、影響鄰里關(guān)系。作為工程設(shè)計(jì)人員,應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)努力解決這一問題。在此,筆者提出一些做法以探討解決問題的辦法。
廚房排水管道設(shè)置
廚房洗滌池排水支管可直接在樓板上接入排水立管,建議廚房?jī)?nèi)不設(shè)地漏。現(xiàn)代生活中廚房地面一般已很少用水沖洗,少量的濺水用抹布就可完成地面的清潔,廚房地漏由于長(zhǎng)時(shí)間無水補(bǔ)充,水封內(nèi)存水蒸發(fā)后臭氣反由地漏進(jìn)入室內(nèi)。同時(shí),取消地漏還可避免地漏排水支管進(jìn)入下層戶內(nèi)空間。
衛(wèi)生間排水管道設(shè)置
為了不使衛(wèi)生間污水橫管進(jìn)入下層戶內(nèi)空間,排水管道的敷設(shè)一般采用以下幾種方式:
衛(wèi)生間地面樓板下沉,污水橫管設(shè)于下沉室內(nèi)。這種方式對(duì)排水管道的施工較為方便,但檢修管道則十分不易。在實(shí)際工程使用過程中,經(jīng)常發(fā)生下層住戶靠衛(wèi)生間處樓板及側(cè)墻發(fā)生滲漏現(xiàn)象。由于無法查找出漏水的原因,上層住戶只能將整個(gè)衛(wèi)生間地面鑿開重新翻修,鑿開后才發(fā)現(xiàn)下沉室內(nèi)積滿水,積水經(jīng)側(cè)墻滲入下層。分析產(chǎn)生積水的主要原因有:衛(wèi)生間地面防水未處理好,地面水滲透入下沉室;部分給排水管道漏水進(jìn)入下沉室。針對(duì)以上原因采取的措施有:嚴(yán)格做好衛(wèi)生間地面的防水處理及下沉室四周的防水處理;衛(wèi)生間內(nèi)所有給排水管道應(yīng)經(jīng)嚴(yán)格試壓住水試驗(yàn)后方可暗封管道,建議在下沉室側(cè)面設(shè)置側(cè)排地漏,以排除可能出現(xiàn)的積水。
采用側(cè)排方式。衛(wèi)生間采用后出水式座便器,側(cè)排地漏,將浴盆或淋浴房墊高,各衛(wèi)生器具排水橫支管沿衛(wèi)生間地面墻腳處引至外墻。器具存水彎、排水橫管及立管均設(shè)于建筑外墻處。采用這種方法,可避免出現(xiàn)下沉式積水的狀況,但應(yīng)注意幾點(diǎn):首先,盡可能將潔具特別是座便器設(shè)于靠外墻處;其次應(yīng)與建筑專業(yè)密切配合。由于排水橫管及立管均設(shè)于外墻,不可避免影響到建筑外觀,因而在建筑方案設(shè)計(jì)階段,給排水專業(yè)人員就應(yīng)介入,將衛(wèi)生間布置于建筑凹槽處,盡量降低對(duì)建筑立面的負(fù)面影響。
在北方嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的氣候條件下,住宅廚房、衛(wèi)生間的排水立管應(yīng)分別設(shè)置。加側(cè)排地漏,北方地區(qū)因安裝困難可適當(dāng)加大管井,排水管道不得穿越臥室,排水立管采用普通塑料排水管時(shí),不應(yīng)布置在靠近與臥室相鄰的內(nèi)墻;當(dāng)必須靠近與臥室相鄰的內(nèi)墻時(shí),應(yīng)采用橡膠密封圈柔性接口機(jī)制的排水鑄鐵管、雙臂芯層發(fā)泡塑料排水管、內(nèi)螺旋消音塑料排水管等有消聲措施的管材。
排水管道的材質(zhì)選用
根據(jù)建設(shè)部的規(guī)定,目前新建多層住宅均使用UPVC塑料排水管,室內(nèi)UPVC排水管的類型有普通UPVC實(shí)壁管、UPVC芯層發(fā)泡管(PSP管)、UPVC螺旋消音管三種。普通UPVC實(shí)壁管噪音較大,而同等壁厚的UPVC芯層發(fā)泡排水管比UPVC實(shí)壁管重量輕約20%-30%左右,同時(shí)它又具有隔熱隔音的效果,特別適合于建筑排水,可顯著地降低流水噪音,大有取代UPVC實(shí)壁排水管的趨勢(shì)。UPVC螺旋消音管不僅可以降低噪音,而且與其它同管徑排水管相比排水能力大大提高。不僅可作為高層建筑的排水管,而且還不用設(shè)專用通氣立管。因此,要根據(jù)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素綜合考慮,合理選擇排水管。
參考文獻(xiàn)
[1]李宏燕.談現(xiàn)代住宅給排水設(shè)計(jì)理論[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2004,(17).