宁德市区居住建筑节能设计的几点体会

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2010-10-30 08:12 热度:

  摘要:建筑节能是当前的一个热点。本文论述福建省宁德市区居住建筑在建筑布局设计及建筑材料、建筑构造的热工设计中如何考虑节能的问题。宁德市位于福建省居住建筑属夏热冬暖北区,夏热冬暖北区居住建筑节能设计的重点是夏季防热。本文基于夏热冬暖北区居住建筑节能的特点,分析了该地区居住区建筑设计必须注意的一些要点:一、小区规划。通过建筑密度、平面布局等控制建筑区内、室内的夏季得热和加强自然通风;二、建筑主体围护结构热工性能。通过对屋面、外墙、外窗等围护结构热工性能的改善,提高建筑总体的隔热性能,改善室内热环境。
  关键词:居住建筑节能设计,夏热冬暖北区,小区规划,围护结构
  一、前言
  福建省宁德市位于夏热冬暖北区,属亚热带湿润季风气候(湿热型气候),太阳辐射强烈,雨量充沛,长年气温高且湿度大(最高室外计算温度39.1℃)。过去,市区居住建筑不考虑空调及采暖的要求,屋顶多为钢筋砼预制板架空隔热平屋面(K≥2.0W/㎡•K),建筑较多使用单层玻璃铝合金外窗,外墙多为180mm厚实心粘土砖(K≥2.4W/㎡•K),停止使用实心粘土砖以后多用190mm厚粘土空心砖(K≥1.8W/㎡•K)替代,建筑围护结构热工性能差,炎热时室内热环境恶劣,空调能源利用效率低。
  我国高能耗建筑十分普遍,能源浪费极端严重,而且我国还在以中国和世界历史上前所未有的规模和速度继续大量建造高能耗的建筑。据调查,2000-2004年,严寒和寒冷地区居住建筑按节能设计的为90%,而按节能施工的不到30.61%,夏热冬冷和夏热冬暖地区按节能要求设计和施工的建筑则更低,这种形势不容乐观。
  改革开放以来,随着社会主义经济的快速发展,人民生活水平迅速提高,市区居民用于降温的电风扇已十分普及,除增置家用电器外,空调器的安装也迅速增加,使得市区近年来夏季供电格外紧张。在严峻的能源形势下,必须按照以人为本、全面协调、可持续的科学发展观,抓住当前大规模建造房屋的历史战略机遇,高度重视,迅速行动,按照建设节约型社会的要求,坚决把居住建筑节能搞上去,把建筑用能大量省下来,以提高资源利用效率,改善生态环境,使人和自然更加和谐,为国家实现长远发展创造良好的条件。
  节能是国家的基本国策,《中华人民共和国节约能源法》和建设部《建筑节能“十五”计划纲要》要求居住建筑节能50%,并按规定《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》DBJ13-62-2004普遍执行,这是项紧迫的任务。本文结合该标准试从以下几个方面的节能设计体会进行探讨。
  二、夏热冬暖北区建筑节能的特点
  按照建筑热工分区,夏热冬暖北区的分区指标是:最冷月平均温度>10℃,最热月平均温度25-29℃,而且日平均温度25℃以上的天数100-200天/年,地区包括:海南全部及广东、福建、广西大部分地区。夏热冬暖北区大量建筑夏季热环境较差,空调能耗非常大,空调能耗在建筑能耗中占主导地位。近20年来,由于室内环境全面依赖空调降温,建筑外形不断趋向简约化,夏热冬暖北区的大多数现有建筑的外墙、外门窗、屋顶、遮阳措施等外围护结构等热工性能指标与节能标准的要求相差很大,如外墙隔热性能差,目前仍长期使用180mm粘土实心砖和190mm粘土空心砖;片面强调容积率,建筑密度高,自然通风难以实现;外窗很少考虑遮阳,甚至推崇飘窗台,采用普通玻璃,加大了传入室内的太阳辐射。建筑节能的途径有很多,可以通过改善微气候、改善建筑单体热环境节能设计、建筑物能耗管理等措施达到有效降低建筑能耗的目的。与北方地区不同的是,夏热冬暖北区建筑节能以降低空调能耗为主,建筑节能设计以夏季防热节能为主。南部地区基本不考虑冬季保温的要求,因而建筑成本提高不多,在围护结构设计中,除了满足夏季白天较好的隔热性能、夜间散热快外,应合理降低其传热系数,增强其隔热性能,以达到提高能效的目的。
  三、小区规划
  小区规划中,建筑密度、下垫面(道路、草地等)性能、建筑材料、绿地率以及建筑的形状、朝向和布局等因素会影响小区内的得热与通风(散热),住区室内可能出现通风不畅,室外气温有可能出现“热岛”现象,这些在夏季出现不仅提高中暑机率,而且会加重污染,并增加建筑的空调能耗。
  3.1得热
  夏热冬暖北区,太阳辐射得热对建筑能耗的影响很大,尤其漫长的夏季太阳辐射得热严重地增加着空调制冷能耗。南北朝向的建筑物夏季可以减少太阳辐射得热,对全年主要考虑制冷降温的夏热冬暖北区是十分有利的。另外,小区内绿地、建筑材料的性能等也会影响小区内的得热情况。比如,建筑物表面色泽与涂料性质不同会导致建筑能耗有2%-5%的差别。建筑外墙色泽,决定了外墙面太阳辐射吸收系数的大小。外墙色浅,则小,反射太阳辐射热多,从而降低房间的得热和外墙内表面温度,有利于夏热冬暖地区的节能。因此在夏热冬暖北区,以使用浅色外墙涂料为宜。
  3.2通风
  在小区规划中,建筑物形状与布置位置不同,会导致建筑周围空气流动(通风)状况有很大差别。夏季主导风向下,若建筑两侧不能形成较大的风压,即使开窗也不能形成较好的自然通风,从而影响热环境,或增加开启空调的时间。同时,建筑物形状与布置还会影响其体表接收日照时数,在寒冷地区的冬季,这将使采暖需热量产生10%-20%的差别。另外建筑的朝向也会影响室内通风。为此,居住区建筑物的平面布局应优先考虑采用错列式或斜列式布置,对于连排式建筑应注意主导风向的投射角不宜大于45°。比如,夏热冬暖北区的沿海地带(如深圳),夏季(4-10月)大多盛行东南风和西南风,在小区布局和建筑体形系数基本确定的情况下,建筑采取南北朝向或接近南北向(如南偏东)布局,有利于自然通风,增加居住舒适度。
  通过这样的规划措施,可以得到良好的小区通风和室内通风,从而达到如下节能效果:一、改善住区热环境,降低房间自然室温,增加舒适感;二、居住区良好的通风和热岛强度的下降可以提高空调设备的冷凝器的工作效率,有利于节省设备的运行能耗;三、能够有效地缩短房间空调器开启的时间,节能效果明显。
  四、居住建筑主体围护结构热工性能的改善
  在夏热冬暖地区,漫长的夏季太阳辐射强烈,节能设计中,改善夏季室内热环境,减少空调用电的主要矛盾要求我们不得不重视屋面、外墙、外窗等围护结构热工性能(主要是隔热性能)的改善。
  4.1提高屋顶及外墙隔热热工性能,降低能耗
  4.1.1居住建筑屋顶的传热系数和热惰性指标当为重质材料时,K≤1.0,D≥2.5,当为轻质材料时K≤0.5。今后建造居住建筑时屋顶可考虑采取以下相应措施:
  ○1钢筋砼屋面上增设隔热层,如30mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫板或30mm厚硬质聚氨酯泡沫板或60mm厚水泥聚苯乙烯颗粒保温板;
  ○2屋顶内设置贴铝箔的封闭空气间层或屋面防水用带铝箔防水卷材;
  ○3用含水多孔材料做屋面面层或设计成喷水、淋水屋面;
  ○4屋面蓄水(屋面蓄水层最薄处200mm厚);
  ○5设屋顶花园,利用植物或种植土隔热,空档处则加保温隔热层;
  ○6坡屋面加保温吊顶,利用屋面与吊顶间的闷顶作为隔热空间;
  4.1.2居住建筑外墙的传热系数和热惰性指标当为重质材料时,K≤2.0,D≥3.0,或K≤1.5,D≥3.0或K≤1.0,D≥2.5,当为轻质材料时K≤0.7。今后建造居住建筑时外墙可考虑采取以下相应措施:
  ○1外墙表面颜色以选择浅色为佳,可增强对阳光的反射,减少辐射热;
  ○2用180mm厚加气砼做外墙(双面抹灰)[K=0.98w/㎡•k];
  ○3在190mm厚粘土空心砖表面粉刷25mm厚胶粉聚苯乙烯颗粒保温浆料(需做外保护层)或粘贴25mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫板;
  ○4东、西向外墙可考虑利用爬藤植物遮阳。
  以上居住建筑屋顶和外墙热工设计尚需按《民用建筑热工设计规范》公式5.1.1核算房间在自然通风条件下内表面最高温度需低于夏季室外计算温度最高值(宁德39.1℃)。
  4.2.合理设计天窗结构,控制外窗窗墙面积比,做好外窗遮阳,提高外窗气密性能。
  4.2.1如需开设天窗,应尽量减少阳光由上而下直射,最好设计成竖直安置天窗的老虎窗形式,该窗可按侧窗方式进行计算(包括遮阳设计);
  4.2.2控制外窗各朝向的窗墙面积比,北向不应大于0.45,东、西向不应大于0.3,南向不应大于0.5;
  4.2.3由于某种材料热惰性缘故,太阳射于围护结构表面时,其热量传到室内表面需要一定时间,但阳光直射于外窗,则室内温度立刻升高,做好外窗(包括阳台上外门)遮阳设计尤为重要,以固定外遮阳为佳(外遮阳热量散发在室外、内遮阳则热量散发在室内),需提高遮阳效率(东、西向外窗遮阳设计较困难),且要设计成有利于自然通风的形式;
  4.2.4提高外窗的气密性能按GBT/T7101-2002《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》,居住建筑1~9层气密性能为3级,10层以上气密性能为4级。
  五、居住建筑的设计需考虑组织良好的自然通风
  宁德市夏季以南风为主导风向,平均室外风速在1.6m/s以上,当室外干球温度不高于28℃(5~10月份约占60%时间)、相对湿度小于80%时,可开户外窗,充分发挥自然通风效果及保持室内良好的卫生条件,缩短空调器实际运行时间,其措施为:
  5.1居住小区设计需创造良好的小气候环境,做到绿化环境好,减少地面辐射热;
  5.2居住建筑布置宜南北向或接近南北向,房屋间距要适当,有利于自然通风;
  5.3房间布局要有利于穿堂风的组织,外窗(包括阳台门)的开户面积不应小于外窗所在房间地面面积的8%,且外窗开启面积不应小于外窗面积的45%;
  5.4其它节能方法:
  5.4.1设置太阳能热水器用于生活用水的加热;
  5.4.2照明要用节能灯;
  5.4.3购买家用电器时,特别购买空调器时,应选择能效比较高的电器。
  六、夏热冬暖北区居住建筑节能实例分析
  依据上述设计原则,我们应用研究到实际工程“宁德市俊杰房地产开发有限公司•俊杰良园”项目的节能设计中,并取得了较好的效果。该项目总建筑面积约1.83万平方米,共108户,规划有3栋7-9层楼。下面是以该项目A号商住楼为例,在符合《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》和《夏热冬暖北区居住建筑节能设计标准》等规范的基础上做出的A号楼商住楼的节能设计说明:
  6.1整体规划方面
  6.1.1建筑南偏东或偏西度数控制在10度以内方向布置,建筑物体形系数0.48,有利于自然通风,减少阳光东西向辐射;
  6.1.2建筑周围利用基地进行了绿化布置,改善建筑的小气候,降低周围环境温度;
  6.1.3外墙面层以浅色墙面砖为主,太阳辐射吸收系数0.5.
  6.2建筑主体围护结构
  6.2.1住宅部分:根据《实施细则》表4.2和对比评定法,针对计算数据,经过经济性以及工程效果比较,本项目住宅建筑拟采用的节能措施为:
  A、屋顶采用25mm厚挤塑乙烯泡沫塑料板保温层,板材传热系数为0.033w/㎡•k;
  B、外墙采用200mm厚加气砼砌块保温K=0.87,D=3.83,材料传热系数为0.275w/㎡•k;
  C、外窗:窗墙面积比东向为0.18,南向为0.19,西向为0.16,北向为0.12,出于建筑外观考虑,外窗没有加外遮阳设施,所有卧室、客厅及餐厅的外窗均采用单层在线LOW-E玻璃,铝合金框料,整体外窗传热系数为0.5w/㎡•k,遮阳系数sc为0.62。住宅外窗的可开启面积不小于外窗所在房间地面面积的8%或外窗面积的45%,高层外窗气密性不低于4级,多层外窗气密性不低于3级。
  通过上述节能设计,通过动态比较法分析,本建筑设计建筑全年空调耗电量标准要求,屋顶和外墙热工性能满足节能规范要求。属于节能建筑。
  七、结语
  夏热冬暖北区的气候特点决定了该地区居住建筑节能以夏季防热为主,这样的工作重点决定了该地区居住建筑节能设计区别于其它地区的如上要点。但居住建筑节能各环节相互制约,要与其它环节相互协作才能发挥出最佳的效用,达到节能50%的目标。另外,还须多方面、多角度的发展新材料、新技术和先进的管理方法,不断完善居住建筑节能设计的技术体系和政策体系。
  
  参考文献:
  1、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003;
  2、《民用建筑热工设计规范》GB50176-93;
  3、《居住建筑节能设计标准及节能设计有关问题》赵士怀2004年9月在福建省注册建筑师继续教育培训班的授课提纲;
  4、《建筑设计资料集》第二版第二册热工•节能篇;
  5、邓拥军,夏热冬暖地区建筑节能社会经济效益分析,建筑节能,2004(9):46-47;
  6、丘建明,夏热冬暖地区建筑节能设计分析,建筑节能,2006(6);45-47;
  7、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》条文说明。
  
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