高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的思考

高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的思考

節(jié)能是國(guó)家發(fā)展的基本政策之一。建筑節(jié)能是節(jié)能的重要優(yōu)先事項(xiàng)。我國(guó)高層建筑的建造愈來(lái)愈多,高層建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)日益為人們關(guān)注。1優(yōu)化建筑和設(shè)計(jì)群體高層建筑節(jié)能在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就要引起重視,要從節(jié)能的角度,充分考慮建筑朝向、日照間距、空間形態(tài)、以及建筑與周邊環(huán)境的關(guān)系等問(wèn)題,從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造前提條件。首先,建筑的主要朝向應(yīng)迎合當(dāng)?shù)叵募镜闹鲗?dǎo)風(fēng)向,利于自然通風(fēng);在夏季,南北朝向的建筑物所受到的太陽(yáng)輻射相對(duì)東西朝向建筑要少很多,這樣可以節(jié)省空調(diào)能量的消耗;而在冬季時(shí),建筑受到太陽(yáng)輻射的情況剛好與夏季相反,從而節(jié)約了建筑保溫所需的能耗。第二,高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在節(jié)約土地與合理的建筑間距之間找到最佳的平衡點(diǎn),優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)。適當(dāng)增加建筑物的間距有利于空氣流動(dòng),增大風(fēng)量、提高風(fēng)速,從而使建筑物與空氣的熱交換增加,有效降低建筑物的溫度,降低建筑能耗。第三,高層建筑及其組合的群體應(yīng)結(jié)合周邊環(huán)境,充分考慮整體的空間形態(tài),優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì),將現(xiàn)有建筑和擬建高層建筑作為一個(gè)建筑群體考慮,實(shí)現(xiàn)建筑群內(nèi)的自然通風(fēng)。建筑群的入風(fēng)口和出風(fēng)口應(yīng)結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向合理設(shè)置,使空氣流通;把夏季主導(dǎo)風(fēng)向作為建筑的主要朝向,按照南小北大、南低北高的原則排列建筑物,這樣的建筑群體在夏季能迎合南風(fēng)、引導(dǎo)空氣穿越,冬季又能阻擋寒冷北風(fēng)的侵襲,較好地適應(yīng)氣候的變化,從而減少了建筑能源消耗。設(shè)立空中花園是一種間接改變建筑朝向的極好方法,能較好地改善建筑受太陽(yáng)輻射的影響,如法蘭克?？寄濄y行總部,是世界上第一座“生態(tài)型”大廈,多個(gè)空中花園圍繞建筑主體塔樓盤(pán)旋而上,每個(gè)空中花園高4層;建筑主體中通高的中庭與花園連通,為內(nèi)向的辦公室提供100%的自然通風(fēng)和綠色植物,極大地改善了太陽(yáng)輻射的直接影響。2研制新型墻體材料墻體傳熱在建筑物總體傳熱中所占的比例最大。高層建筑要實(shí)現(xiàn)節(jié)能,還必須研制新型墻體材料,提高外墻的保溫節(jié)能性能。適用于高層建筑的新型墻體材料主要有蒸壓加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土小型空心砌塊和復(fù)合墻體等。2.1模具型多孔墻體材料的制備蒸壓加氣混凝土砌塊主要將70%左右的粉煤灰與定量的水泥、生石灰膠結(jié)料、鋁粉、石膏等按配比混合均勻,加入定量水,經(jīng)攪拌成漿后注入模具發(fā)氣成型,經(jīng)靜停固化后切割成坯體,再經(jīng)高壓蒸養(yǎng)固化而成制品,是一種新型多孔輕質(zhì)墻體材料,其特點(diǎn)是熱阻大、重量輕,具有良好的防火、隔熱、保溫、隔聲性能。蒸壓加氣混凝土砌塊已廣泛應(yīng)用于高層建筑中框架結(jié)構(gòu)的填充墻和部分承重墻。2.2輕集料混凝土輕集料混凝土小型空心砌塊采用水泥作膠凝材料,骨料以各種陶粒、陶砂和煤矸石等加入部分爐下灰為集料,經(jīng)壓制振動(dòng)成型。輕集料混凝土小型空心砌塊具有重量輕、力學(xué)性能好、保溫隔熱等特點(diǎn),適用于全國(guó)不同氣候區(qū)。一般用來(lái)做高層建筑中框架結(jié)構(gòu)填充的內(nèi)隔墻和外填充墻。2.3復(fù)合墻體的特點(diǎn)復(fù)合墻體往往采用承重材料與高效保溫材料(如巖棉板或聚苯板等)組成。復(fù)合墻體較好地發(fā)揮了2種材料的特點(diǎn),既不會(huì)因組成墻體材料的強(qiáng)度過(guò)低導(dǎo)致墻體所需尺寸過(guò)厚,又具有良好的保溫隔熱效果。因此,我國(guó)新建高層建筑目前已基本上采用了復(fù)合墻體的方式。2.3.1外墻保溫及墻面系統(tǒng)膨脹聚苯板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)是由自熄型模塑聚苯板、錨栓(必要時(shí)使用)、粘結(jié)膠漿、抹面膠漿和耐堿網(wǎng)布及涂料等材料復(fù)合而成,置于建筑物外墻外側(cè)的保溫及飾面系統(tǒng)。該系統(tǒng)冬季能避免產(chǎn)生熱橋,大大減少室內(nèi)熱能通過(guò)外墻損失;夏季能大大減少由陽(yáng)光輻射外墻而傳導(dǎo)至室內(nèi)的熱能,進(jìn)而使暖氣、空調(diào)的能耗下降。該墻體重量輕、節(jié)能效果明顯。2.3.2擠塑聚苯板的前后擠塑聚苯保溫體系的結(jié)構(gòu)與膨脹聚苯薄抹灰保溫體系相同,只是將自熄型模塑聚苯板換成了自熄型擠塑聚苯板。它適用于各種形式主體結(jié)構(gòu)的外墻外保溫,特別適宜于在嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)使用。2.3.3現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)澆混凝土模板內(nèi)置(聚苯板)外墻外保溫系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)CL結(jié)構(gòu)體系,該體系適用于現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑,CL建筑結(jié)構(gòu)體系可使建筑物全生命周期內(nèi)不需要對(duì)保溫層進(jìn)行維修,解決了外墻粘貼、外掛保溫層而產(chǎn)生的裂縫隱患及壽命短等問(wèn)題。3高層建筑圍欄設(shè)計(jì)3.1提高建筑材料與能耗外窗是保溫隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,我國(guó)建筑物通過(guò)窗戶散失的能量約占建筑總能耗的50%,具有較大的節(jié)能潛力,提高窗戶的熱工性能是建筑節(jié)能最經(jīng)濟(jì)有效的方法。3.2直接使用的范圍普通平板玻璃雖然具有造價(jià)低廉、采光性能好等特點(diǎn),但其傳熱系數(shù)大、能耗高,從長(zhǎng)期使用的結(jié)果分析,其性?xún)r(jià)比較低。根據(jù)實(shí)測(cè),普通平板玻璃塑料框窗的傳熱系數(shù)K=4.63W/(m2·K),氣密性系數(shù)A=1.2m3P/(m·h);節(jié)能效果比較好的雙層玻璃塑料框窗的傳熱系數(shù)為K=2.37W/(m2·K),氣密性系數(shù)為A=0.53m3P/(m·h)。兩者的K值之比約為50%、A值之比為44.1%。因此,平板玻璃的直接使用范圍越來(lái)越受到限制,且最終將被淘汰。目前,節(jié)能效果好,具有推廣價(jià)值的節(jié)能型玻璃有中空玻璃、鍍膜玻璃等功能性玻璃。3.2.1氣體、氣體的密封中空玻璃是在2層或多層玻璃間隔成的空氣間層、氣層中充入干燥氣體或惰性氣體,四邊加以密封而形成的。中空玻璃最大的特點(diǎn)是傳熱系數(shù)小,具有良好的隔熱、保溫性能,同時(shí)具有防結(jié)露、隔音和降噪等功能,可用于各類(lèi)建筑外窗、外門(mén)和幕墻。3.2.2玻璃透射層鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍金屬薄膜等,使其滲入玻璃表面或置換其表面層,成為無(wú)色或有色的薄膜,它能改變玻璃的透射系數(shù)和反射系數(shù),對(duì)陽(yáng)光有良好的控制作用,可以吸收或反射太陽(yáng)輻射,減少室內(nèi)外的熱量交換,保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定,從而達(dá)到節(jié)能的效果。3.2.3吸熱玻璃的特性在平板玻璃成分中加入微量鎳、鐵、鈷、硒等元素,制成的著色透明玻璃稱(chēng)為吸熱玻璃。吸熱玻璃具有吸收可見(jiàn)光和紅外線的特性,無(wú)論是哪一種色調(diào)的玻璃,當(dāng)其厚度δ=6mm時(shí),均可吸收40%左右的太陽(yáng)輻射。所以,在太陽(yáng)直射的情況下,進(jìn)入室內(nèi)的輻射熱減少了約40%左右,從而可減輕空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷,達(dá)到節(jié)能的目的。4屋面保溫、供熱、防水一體化技術(shù)屋面的保溫隔熱與防水是其主要功能,常規(guī)的屋面保溫材料與防水材料存在性能單一問(wèn)題,防水的不能保溫,保溫的不能防水。噴涂聚氨酯硬泡、聚脂彈性體屋面保溫防水一體化技術(shù),除采用兼具優(yōu)良保溫防水性能的聚氨酯硬泡作為保溫防水一體化功能性材料外,還復(fù)合防水性能極好的噴涂聚脂彈性體作為防水飾面材料,從而使屋面保溫、隔熱、防水一體化。廣州市對(duì)現(xiàn)有建筑的調(diào)查發(fā)現(xiàn):21%的屋面沒(méi)有采用任何隔熱措施,即使是采用一些隔熱措施,也遠(yuǎn)不能滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和熱舒適性的要求。高層建筑的屋面隔熱措施做得更加不到位。因此,屋面保溫、隔熱設(shè)計(jì)已成高層建筑節(jié)能的另一重點(diǎn)。5影響高層建筑節(jié)能的其他因素5.1小體積,大可合理合成建筑的體形系數(shù)指建筑物的外表面積與外表面積所包的體積之比,體形系數(shù)越小,單位面積對(duì)應(yīng)的外表面積越小,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失越小。采用圓形的平面形式,不僅有利于面積的使用,而且圓柱狀的外形既能降低風(fēng)壓,減少熱能的流失和結(jié)構(gòu)的消耗,又能優(yōu)化光線的射入。研究表明,圓形的平面具有最小的表面積,熱耗最小,空調(diào)負(fù)荷也較小,而矩形的形態(tài)卻更利于對(duì)太陽(yáng)能的控制,矩形平面長(zhǎng)寬比不同,建筑的能耗有較大區(qū)別,在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體方案加以推敲。5.2設(shè)計(jì)中的作用作為建筑物的第五立面——屋頂,在高層林立的城市中,也需要在設(shè)計(jì)中加以重視。屋頂花園的設(shè)計(jì)不僅彌補(bǔ)了地面綠地的不足,形成豎向多層次的豐富景觀,也極大地改善了環(huán)境,同時(shí)也起到了保溫隔熱的作用。5.3領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)我國(guó)現(xiàn)在使用的各種建筑保溫材料耗能大,污染大,因此,應(yīng)該大力開(kāi)發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的建筑外墻保溫材料系統(tǒng),重視科技新材料、新工藝。合理利用太陽(yáng)能,發(fā)展建筑外墻保溫技術(shù)將成為我國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)的主導(dǎo)方向。采用地面式低溫采暖、制冷系統(tǒng),冷熱輻射溫度接近或等于室內(nèi)的舒適溫度上下限,使人感受舒適;采用小功率、小溫差的地面送風(fēng)式空調(diào)技術(shù)和設(shè)備,代替大功率、大溫差的上給上排式空調(diào)設(shè)備;采用新風(fēng)機(jī)組將室外新鮮空氣經(jīng)過(guò)濾除塵(加熱/降溫、加濕/除濕)等處理后,以低速地面送風(fēng)的方式送到每個(gè)房間;采用熱量回收系統(tǒng),通過(guò)通風(fēng)管將各房間相對(duì)污濁的空氣收集起來(lái),與新風(fēng)交換顯熱,預(yù)熱新鮮空氣