被動冷卻技術在我國建筑節(jié)能中的應用前景

被動冷卻技術在我國建筑節(jié)能中的應用前景摘要：本文從環(huán)境和能源兩個重要的方面簡要的敘述了建筑節(jié)能的必要性。概述了被動冷卻技術在建筑物種的應用方式。被動冷卻在建筑物中的應用方式可按照作用對象的不同分為四類：第一類主要是對建筑物屋頂進行冷卻（設置蓄水屋頂、含濕材料、加蓋隔熱板、設置空氣層等）；第二類主要是對建筑物墻體進行冷卻（在墻體中間設置空間層）；第三類主要是對建筑物的窗、玻璃幕、陽臺等透光部分進行冷卻（設置遮陽、水簾等）；第四類主要是對建筑物室內(nèi)地板進行冷卻（建地下室等）。由于建筑物得熱的50％來源于建筑物的屋頂，所以重點對應用于建筑物屋頂?shù)谋粍永鋮s技術進行了詳細的描述。同時結合中國國情特點，描繪了被動冷卻技術在我國建筑節(jié)能中的應用前景。關鍵字：被動技術建筑節(jié)能太陽能1.引言在人口不斷膨脹，地球環(huán)境被破壞，資源枯竭等問題困擾人類的今天，能源和環(huán)境這一課題引起全世界范圍的關注。能源和環(huán)境之間有著密不可分的聯(lián)系，能源的消耗會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定程度的污染并且能源的有限性也使得人們越來越重視能源問題。早在70年代能源危機之后，人們對“節(jié)能”產(chǎn)生了一種新的道德觀，這種道德觀認為，節(jié)能假如不是一種生活方式，那么一定是一種生活的必需。[13]如今，節(jié)能已經(jīng)成為國家政策，它已經(jīng)被賦予了新的含義——能量的有效利用。但是在現(xiàn)代建筑設計中，人們往往較為注重建筑物的幾何外觀，使用了許多玻璃幕墻等外表美觀的建筑形式，因而大大增加了建筑能耗。建筑能耗在總能耗中所占比例較大，并且隨著現(xiàn)代化生活水平的提高而逐步增長。能源的消耗不僅加劇了地球礦物燃料的日益緊缺和枯竭，而且嚴重污染了地球環(huán)境。由表1[2、10]中可以看出，工業(yè)發(fā)達國家建筑能耗占總能耗的30％～40％，我國建筑能耗業(yè)占總能耗的10％以上。[2]因此建筑節(jié)能潛力很大。在全面深入貫徹21世紀議程和實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的今天，建筑節(jié)能已成為未來建筑的發(fā)展方向和人類社會共識。表1.建筑能耗占總能耗的比例國家美國英國瑞典丹麥荷蘭意大利加拿大比利時日本建筑能耗占總能能耗的比例例（％）31.934.333.942.433.927.431.831.820.3建筑能耗中空調(diào)能耗占主要部分，隨著人們對生活標準、工作環(huán)境要求的提高和空調(diào)技術的迅猛發(fā)展，空調(diào)能耗業(yè)已驚人的速度增加，于是人們開始不斷的尋求空調(diào)節(jié)能的途徑。在幫助創(chuàng)造建筑物內(nèi)舒適的熱力學環(huán)境方面，古建筑學就包含了許多被動特色。但是在現(xiàn)代建筑設計中，人們漸漸忽略了被動方式而用機械系統(tǒng)來給建筑物供熱、供冷。然而，在能源危機之后，人們開始重新對利用被動方式給建筑物供熱、供冷產(chǎn)生興趣。被動冷卻可以被定義為利用自然的方法從建筑物中移走熱量，通過對流、蒸發(fā)和輻射或者是通過相鄰部分傳導和對流的方式防止從大氣中吸熱。[3]被動技術與機械系統(tǒng)相比具有節(jié)能、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。被動技術利用自然的太陽能、風、水等無污染的能源對建筑物進行冷卻或加溫，避免了機械系統(tǒng)使用氟利昂等制冷劑對臭氧層的破壞，有利于環(huán)境保護。建筑物能耗中的空調(diào)能耗在夏季或是在氣候炎熱的地區(qū)日間出現(xiàn)峰值，給地區(qū)及國家的電力能源等系統(tǒng)帶來了強大的負擔。在我國，1999～2000年興建住宅約55億㎡，此外，隨著人們對室內(nèi)舒適性要求的不斷提高，過去一些非采暖地區(qū)越來越廣泛的使用采暖設施，制冷空調(diào)設備也在全國范圍內(nèi)得到普及。據(jù)統(tǒng)計，我國2000年空調(diào)年產(chǎn)量已超過1340萬臺。[4]由此可見，今后我國空調(diào)能耗必將急劇增加。另外，生活熱水的提供也將大大增加建筑能耗，這都將給能源、電力、和環(huán)境造成巨大的壓力。在我國，部分地區(qū)有著豐富的太陽能資源，太陽能是一種巨大的、可再生的、無污染的能源，如果能將豐富的太陽能充分的收集利用不僅能減少空調(diào)能耗中用來抵消太陽輻射熱的負荷，還可以利用太陽能加熱水以提供生活熱水，這樣就大大的緩解了社會各個部門的壓力，有利于社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展。2.我國的太陽能資源我國地處18°～54°之間，幅員遼闊，擁有極其豐富的太陽能資源，全國約由三分之二以上的地區(qū)太陽能利用條件良好，年日照時間大于2000h左右，尤其是西北地區(qū)和青藏高原，年平均日照時間在3000h左右。西藏拉薩素有“陽光城”之美稱；華北和內(nèi)蒙古一帶日照條件也較優(yōu)越；東南海域許多島嶼也有足夠的太陽能資源。據(jù)估計，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50×1018KJ全國各地太陽年輻射總量達335～837KJ/㎝2。若按各地太陽年輻射總量來劃分，我國大致可分為五個太陽能資源帶，如表2所示。[4]表2中國太陽能資源的劃分地區(qū)分類年日照時數(shù)（h）年輻射總量（KJ/㎝2）相當于燃燒標煤煤（Kg)包括地區(qū)與國外相當?shù)牡氐貐^(qū)一2800～33300670～8377230～2800寧夏北部、甘肅肅北部、新新疆東南部部、青海西西部與西藏藏西部印度和巴基斯坦坦北部二3000～32200586～6700200～2300河北北部、山西西北部、內(nèi)內(nèi)蒙古和寧寧夏南部、甘甘肅中部、青青海東部、西西藏東南部部和新疆南南部印度尼西亞的雅雅加達一帶帶三2200～30000502～5866170～2000北京、山東、河河南、河北北東部、山山西南部、新新疆北部、云云南、陜西西、甘肅東東南部、廣廣東和福建建南部美國的華盛頓地地區(qū)四1400～22200419～5022140～1700湖北、湖南、江江西、浙江江、廣西和和廣東北部部、江蘇和和安徽的南南部、陜西西南部、黑黑龍江意大利的米蘭地地區(qū)五1000～14400335～4199110～1400四川、貴州法國的巴黎和俄俄羅斯的莫莫斯科地區(qū)區(qū)研究結果表明，在太陽能利用方面具有經(jīng)濟價值的地區(qū)是年輻射總量高于2200h的地區(qū)。因此，我國具有在大部分地區(qū)建筑物中推廣應用太陽能利用技術的良好條件，尤其是西北干旱地區(qū)、青藏高原以及常規(guī)能源短缺或電力緊張的地區(qū)更應該重視太陽能的開發(fā)和利用。3.被動冷卻技術在建筑物中的應用方式隨著人們對于環(huán)境污染問題越來越重視、對于室內(nèi)空氣品質(zhì)要求的不斷提高，在不斷加緊研究和推行空調(diào)節(jié)能，改善室內(nèi)空氣條件，尋找替代冷煤的同時，許多國家都在積極的探索利用自然條件的冷卻方法。[9]實踐證明，在提高維護結構隔熱性能以大大減少空調(diào)負荷的基礎上，配以自然冷卻的技術和措施，對很多地區(qū)而言非常有效的。這些技術和措施一般被稱為被動冷卻和混合冷卻。被動冷卻在建筑物中的應用方式可按照作用對象的不同分為四類：第一類主要是對建筑物屋頂進行冷卻（設置蓄水屋頂、含濕材料、加蓋隔熱板、設置空氣層等）；第二類主要是對建筑物墻體進行冷卻（在墻體中間設置空間層）；第三類主要是對建筑物的窗、玻璃幕、陽臺等透光部分進行冷卻（設置遮陽、水簾等）；第四類主要是對建筑物室內(nèi)地板進行冷卻（建地下室等）。3.1應用于建筑物屋頂?shù)谋粍永鋮s技術對于一個單層建筑物，四面都暴露于太陽下，在夏季建筑物吸入的熱量有36.7％是由屋頂獲得。一般的，屋頂始終暴露于太陽之下，而四側墻體不受陽光照射，因此在那種情況下，建筑物獲得的熱量大概有50％或更多來自于屋頂。[3]因為屋頂吸熱是建筑物吸熱的主要來源，因此對于如何減少屋頂?shù)奈鼰岢蔀闇p少建筑物能耗的關鍵。3.1.1屋面水池屋頂水池是唯一的一種同時可用于夏季供冷、冬季供暖的被動系統(tǒng)。最常用的系統(tǒng)是在堅固并高導熱的平頂上設置淺水池。屋頂蓄水后,太陽的輻射熱由于水分的不斷蒸發(fā)而減緩,由于水層的吸收作用也要奪走部分輻射熱,從而可以有效的防止建筑物屋頂房間的過熱.同時,由于屋面的防水層是處在水層之下,不直接受太陽紫外線的強烈照射,可以延緩材料老化.對于剛性防水屋面,蓄水層還可以緩解溫度伸縮的脹力,減少屋面開裂的可能性.[5]而且蓄水的水層厚度時的水層對于太陽能的透射率降低,但是吸收率有所增加.很多國家已開始采用這種蓄水屋面,如原蘇聯(lián)已大面積將蓄水屋面用于紡織工廠及其他工業(yè)廠房,[5、11]法國和美國也不同程度的應用了蓄水屋面,在我國四川也采用了蓄水屋面,綜合效果較令人滿意.[9]另外還可以在水池上設置