1前言
要使住宅建筑在保持室内健康、舒适的环境下,实现节能的目的,首先应该建造成一个节能型的建筑。具体来说,在建筑设计阶段就应该符合节能型建筑的规定。我国已经颁布实施了不同气候区的3大行业标准《居住建筑节能设计标准》,因此,新建的住宅建筑已经有节能设计标准可依。
福建省地跨两个气候区——夏热冬冷地区和夏热冬暖地区。2004年省建设厅下达“福建省执行居住建筑节能设计标准实施细则”编制任务,编制组结合我省省情,在国家行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134—2001和《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75—2003基础上,编制完成省地方标准《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》DBJ13—62—2004(以下简称《实施细则》)。《实施细则》对国家两本居住建筑节能设计标准(JGJ134—2001和JGJ75—2003)进行了细化,创新性地提出了福建省气候新分区,制定了节能设计审查内容,给出我省常用围护结构节能构造和热工性能参数,以及节能设计参考实例。《实施细则》具有使用方便、操作性强等特点。
根据泉州夏热冬暖地区的特点,结合本人近年设计“泉州某居住小区”工程实践(见图1、图2),对居住区建筑工程设计中如何进行了建筑节能设计作了分析和探讨。
2夏热冬暖地区气候特点
泉州属亚热带海洋季风气候,夏季最热月平均温度在26~29℃,冬季最冷月平均温度9-13℃,除少数天气较寒冷外,基本可以不用采暖,属于夏热冬暖地区。其独特的气候特点,决定了建筑围护结构以防热、遮阳为主。从热工性能分析,多层材料的传热系数和多层材料的热惰性指标应按下列公式计算:
K=1/(1/hi+R1+R2+……Rn+1/he) (1)
D=R1+S1+R2S2+……RnSn (2)
从上面两式可见:材料的传热系数K越小、热惰性指标D越大,则围护结构两侧的能量传递越少,热稳定性越好,温度波在其中衰减越快。JGJ75—2003《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》规定:外墙K≤20W /(m2. K),屋顶K≤10W /(m2.K)。
本文着重就建筑围护结构常用材料的构造措施,分析其热工性能以及在夏热冬暖地区建筑节能设计中的应用途径
3 砌体设计
常用的墙体材料180mm厚水泥实心砖和黏土砖传热系数大,满足不了舒适性及节能的要求,按K=20W /(m2.K)计算,水泥实心砖砌体要达到居住建筑节能规范的最低要求,其厚度要达到370mm以上,超过建筑工程的习惯做法和人们可接受的厚度,建筑使用面积大打折扣,因此必须在原结构基础上增设保温构造层,形成复合外墙。常用的节能墙材分为复合外墙和单一外墙两大类。复合外墙包括外保温、内保温、夹芯复合外墙三类,单一材料外墙包括加气混凝土砌块砖墙、水泥空心砖砖墙等。几种常见墙体构造的热工性能见表1
一般认为,外保温比内保温效果好。外保温可以减少热桥,降低能耗,但外保温构造较复杂、要求高且外部环境恶劣将加快保温材料的损坏,值得注意的是附加保温(隔热)构造层的墙体,不同材料之间应采取增强粘结、防脱落、防开裂等措施,防止由于保温材料的构造措施不当而产生新的质量通病,采用外保温板材的外墙还需谨慎粘贴面砖、石材。本工程采用的水泥空心砖及混凝土墙通过外加聚苯颗粒保温砂浆的设计能够满足夏热冬暖地区居住节能的要求。
4屋面设计
在建筑物受太阳辐射的各个外表面中,屋顶受辐射得热是最多的,相当于东西向墙体的2~3倍,屋面的隔热保温性能不单关系到节能的问题,还影响到使用空间的舒适性。夏热冬暖地区常用的架空大阶砖隔热层常常由于屋顶女儿墙的挡风作用,使架空的空气层流动性差,只相当于封闭空气层的效果。加之空气层上下对流的作用,造成屋面结构板温度上升较快,夏季顶层房间有烘烤感,提高屋面的隔热保温性能。关键在于隔热保温材料的选择,常用材料一般有水泥珍珠岩块,也有聚苯板、聚苯颗粒保温砂浆、憎水珍珠岩等新型材料。
下面以现浇100mm厚钢筋混凝土屋面板的隔热措施为例,热工指标计算见表2。
屋面隔热保温材料性能的好坏还取决于材料的含水率,为了保证隔热节能效果,多孔、吸水的材料应置于防水层的下面,因隔热材料吸水后,其传热性能变差,反复地浸泡也影响隔热材料的耐久性。屋面隔热还可以采用绿化屋顶和蓄水屋顶等措施。本工程采用聚笨板隔热屋面(平屋面及坡屋面)和部分绿化屋面的设计,能够满足夏热冬暖地区居住节能的要求。
5外窗设计
泉州地区位于亚热带,海洋性季凤气候,夏季以东南、西南风为主导风,合理组织好室内气流,形成穿堂风从而减少开空调或不用开空调,可达到节能目的。在满足规范要求的窗墙面积比的条件下,尽量使窗的可开启面积增大,增强通风,提高风速。近几年,简约设计手法流行,相当部分民用建筑开大面积的窗,但可开启的部分却很小.这种手法与倡导节能背道而驰,因而本工程对窗户的节能设计从以下几个方面进行探索:
5.1窗的遮阳
窗的遮阳可以减少太阳的直接辐射,改善夏季室内热环境,减少空调能耗。窗的遮阳有自身遮阳和构件遮阳。窗的自身遮阳受玻璃的透射率、反射率影响。透射率高,窗的遮阳系数小,所以选用吸热玻璃和热反射镀膜玻璃可以提高窗的遮阳效果,窗的自身遮阳还受到窗框和窗棱大小的影响,构件遮阳以外遮阳为主要措施,内遮阳由于受内部使用、管理等各方面因素的影响,难以从整体上进行控制,不列入建筑节能的基本措施。外遮阳式样的选用应根据各立面的朝向选择水平、垂直、综合遮阳和挡板遮阳,如采用铝合金百页或木百页遮阳,可以阻挡近85%的太阳辐射,减少约3O%的空调能耗避免阳光直射而产生的眩光和房间局部过热。本工程根据建筑物的特性,合理灵活地运用遮阳的形式,才能设计出节能且各具特色的建筑。
5.2窗的传热特性
外窗是建筑构件中保温隔热最薄弱的部位,《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》虽然没有对窗户的传热性能作限定,但如果围护结构不符合标准中的强制性条文,需要用对比评定法来判定建筑是否节能时,则窗的传热性能大小同样左右着整栋建筑的能耗,所以合理选用玻璃品种及窗框的材质也相当关键,从太阳辐射的能量分析,可见光的能量约占1/3,其余的2/3主要是热辐射能量,普通透明玻璃的透射范围在0. 31xm~51xm之间,刚好与太阳光谱区域重合,因此选用可见光透射性适当而且对红外线阻挡效果好的玻璃是窗户节能的关键。玻璃和玻璃窗的遮阳系数SC越小,隔绝热辐射的性能越好。
5.3窗的气密性
泉州夏热冬暖地区居信建筑加强室内通风与提高窗的气密性是辩证统一的关系,在炎热季节使用空调的建筑,如果窗的气密性不佳,将会造成能量大量流失,窗扇与玻璃之间应采用橡塑弹性压条,扇与框之间采用浓密的有弹性的尼龙毛条或弹性密封条。根据GB/T7107—2002《建筑外窗气密性分级及检测方法》,多层居住建筑外窗的气密性应达N3级,高层居住建筑应达到N4级以上,使室内换气次数控制在1次左右。
6结束语
通过对本工程建筑节能设计,可能得到以下几点认识:
(1)夏热冬暖地区的建筑节能担任改善建筑热环境和提高采暖空调的能源利用率、保护环境的双重任务,建筑师应以新的整体综合设计的思想,严格执行设计规范,从规划设计单体设计、构造设计等方面综合考虑,设计出真正节约建筑使用能耗的建筑!
(2)居住建筑应注意选择自然通风,建筑朝向,并通过建筑构造和屋面绿化等做法达到建筑节能、美化环境和丰富建筑造型。
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