被动式节能（通用8篇）
被动式节能 篇1
我国建筑的主要类型之一就是住宅建筑, 而且住宅建筑的数量相对较多, 由此也产生了大量的能源消耗。被动式节能设计是依照住宅建筑的地域气候特点, 根据环境控制的原理, 满足建筑功能等实际需求, 对各建筑元素进行合理的处理、组织的设计方法, 增强建筑自身的气候调节和适应能力。将其应用到住宅建筑中不但可以降低能源消耗, 还能够发挥保护环境的作用。
1 被动式节能设计的内容和必要性
1.1 设计方向
住宅建筑, 外围护设计、户型布局、建筑朝向、建筑体型、建筑整体布局、遮阳设计、采光、通风等设计是被动式节能设计的主要内容。在住宅建筑中使用的被动式节能设计主要有单体建筑的设计, 在设计建筑形体的时候需要对建筑的布局和建筑地区的环境条件, 同时还要考虑自然通风和日照等问题, 根据住宅建筑的实际功能需求选择最适宜、最佳的建筑朝向;设计建筑的群体布局, 在规划布局的时候要对风环境、日照环境进行充分的考虑, 保证住宅建筑可以得到充足的日照和通风条件, 营造舒适的住宅建筑环境;选择合适的住宅建筑场地, 充分考虑植被、地质结构、水体、风速风向、大型噪声源、夏季隔热降温、冬季防风保温等情况;另外设计的内容还有外围护设计, 如墙体材料、保温材料、门窗的传热系数、断热桥的处理等[1]。
1.2 必要性
被动式节能设计具有许多优点, 在住宅建筑中应用将为建筑设计带来更多的积极效用。其优势在于:具有灵活、简便的设计特点, 在对植物、地形、阳光、风力等自然资源的直接利用下, 就可以使用节能设计来优化建筑设计方案, 且便于实施和推广;使用被动式节能设计的住宅建筑仅需要使用较少的机械设备, 具有显著的节能建筑效果, 而还会降低建筑设计的成本;被动式节能设计具有较强的住宅建筑适用性。通常情况下使用住宅建筑的人群比较固定, 所以被动式节能设计为了满足建筑设计的实际要求, 就需要充分的考虑人群特征、地域特点等。以家庭为单位是住宅建筑主要形式, 于是就产生了零散的建筑空间、样式多和规模小的建筑空间功能[2]。
2 住宅建筑被动式节能设计的具体方法
2.1 对建筑绿化的设计
被动式节能设计在对建筑绿化进行设计的时候主要是进行墙体绿化, 这种空间绿化形式主要是载体为建筑垂直立面的绿化, 虽然具有较小的占地面积, 但是墙体绿化的生态效能非常强, 促进建筑能耗的降低。墙面嵌入容器来承装植物、在墙体种植藤蔓植物是比较常见的墙体绿化形式。但是在实际实施的时候还需要注意相关的问题, 如藤蔓植物的选择, 应当选择枝叶茂密、叶面较大的, 以便发挥较强的吸热能力;植物的选择需选冬季落叶和夏季长叶的;另外墙体和植物之间要留有距离, 保证空间畅通。或者是在住宅建筑的屋顶进行绿化设计, 在屋顶保温时可以适当的选用泥土[3]。
2.2 对建筑单体的设计
住宅建筑的采暖方面的能耗主要是受建筑形体的影响, 对建筑的体型系数进行有效的控制, 有利于实现控制建筑采暖能源消耗量的目标。所以根据住宅建筑的实际情况来看, 采用被动式节能设计时可以采用控制建筑体型系数的方式, 根据相关的建筑体型系数规范可知, 当建筑体型系数每增加1% 的时候, 就会增加2.5% 的建筑热能耗指标。关于住宅建筑节能设计应用在相对寒冷地区, 做出了明确的建筑体型系数要求, 对于小于或等于3 层的建筑, 则其限制的住宅建筑体型系数值为0.5;对4 ~ 8 层的建筑, 则其限制的住宅建筑体型系数值为0.3;对于9 ~ 13 层的建筑, 则其限制的住宅建筑体型系数值为0.28. 对于大于或等于14 层的建筑, 则其限制的住宅建筑体型系数值为0.25. 所以在被动式节能设计应用在建筑单体中时, 对建筑体型系数需要严格的控制[4]。另外对户型的设计也应当加大重视, 居住空间的设计需要依照各房间的热环境需求量来确定。如对于主要的居住空间卧室来说, 对采光的热、太阳辐射的热需要设置在最佳的位置上, 同时为了使住宅的自然通风效果良好, 可以在卧室设置可以活动的门窗, 从而保障住宅建筑能够符合人们的居住需求。
2.3 对建筑布局的设计
建筑布局设计主要考虑的因素就是日照、风环境。从日照因素的角度来看, 应该严格设计建筑实际接受日照的间距, 使住宅建筑的能够获得充足的日照。例如相关要求显示, 在我国东北地区建筑应结合所属城市维度位置对建筑进行合理布局, 通常大城市在冬至日 (纬度因素导致的太阳高度出现最低值) 应保证2小时以上日照时数, 较小的城市建筑在冬至日则需要保证不低于3 小时的日照时数, 同时这一数值还受建筑物所属城市的气候区域影响。同时, 日照间距受太阳高度角、建筑物高度的影响, 所以日照间距实际确定时, 需要根据相关规范对建筑物的高度进行调整, 在大城市住宅建筑的周围建筑较多时, 其日照高度基本是稳固的, 所以只需要计算建筑高度即可做出相应的调整, 从而做出合理的设计。而在比较偏僻的地区, 周围的建筑物较少, 就会增大日照高度, 在设计建筑的时候采用坡屋顶的设计是比较合理的。从自然风环境因素的角度来看, 主要考虑的是上风向、下风向的影响, 为了使建筑能够受风均匀, 就可以采用自由式的住宅建筑布局, 从而保证住宅建筑的可以发挥夏季通风、冬季防风的效能。以此来减少建筑消耗过多的能源[5]。
3 总结
综上所述, 通过对住宅建筑被动式节能设计的深入研究, 从中可以了解到在对住宅建筑进行设计的时候, 采用被动式节能设计方法, 需对全面考虑建筑的风向、日照、布局等方面。通过对这些方面的节能设计, 从而达到降低住宅建筑能源消耗的目的, 促进社会可持续发展, 为生态环境的平衡发挥重要作用。
参考文献
[1]张晔.绿色保障性住房设计研究[D].重庆大学, 2012.
[2]邱乐.德国被动房在大连地区多层住宅中的设计与应用研究[D].大连理工大学, 2014.
[3]刘阔.石家庄地区村镇居住建筑被动式太阳能利用优化研究[D].西安建筑科技大学, 2013.
[4]李颖.被动式绿色建筑设计的美学策略研究[D].北京建筑大学, 2013.
[5]汪继武.美华村花园住宅被动式节能设计优势分析[J].住宅科技, 2013, (4) :34-37.
被动式节能 篇2
1智能电网节能调度功能带来的电力产业机遇
(1)对发电调控带来的机遇。对于电力企业的发电功能来说，控制发电的速度、发电量是重要的节能调度工作内容，同时节约发电能耗也是需要重点关注的工作内容。智能电网这体系的出现不仅能够实现高水平的节能调度，同时还能够以自动化、互动化的模式来实现更加智能化的电力能源有效控制。在我国对电力改革的关注度不断增加的背景下，电力企业渐渐分离为发电企业与电网调控单位两个方向，从根本上实现了厂网分离的电力管理模式，这种电力改革手段将电力产业的受利方分散化，使发电厂与电网控制分离成为一个单独的生产调节体系，智能电网的开发对于发电事业来说意义重大。通过智能电网的调控手段将能够使电力网络控制更加高效、灵活性更加，能够最大限度的满足电力节能调度工作的需要。智能电网系统对电网控制的日趋智能化，将为发电企业带来更为理想的节能调度环境，发电节能调度水平提升发电企业的自主性也更加强烈，能够拥有更大的自主控制空间，利于整个发电产业的发展;
(2)对用户用电调控带来的机遇。智能电网由于具有了更高水平的电量调节、输送控制能力，因此对用户用电来说也增加了更多的灵活性。以往在夏季出现供电压力时往往会通过定时断电的形式来实现对电网的卸压，保持日常其它时间的用电稳定性不被影响，然而这种调节手段虽然是比较有效的，但却与智能化的节能调度要求相距甚远，同时也缺乏人性化特点，即使在断电阶段用户有强烈的用电需求也无法得到满足。智能电网体系中完善的电网信息体系能够将电网的运行状态与调节操作等信息及时传达到网络上的每一位用户，这就能够使用户不仅可以接收到电网运行的信息，还能通过信息上传将自身的用电量需求及时传达给智能电网体系，实现电力的智能化调节和分配。这种互动式的调节模式就是为了实现对电力资源的最大化节约，根据每一位用户的具体用电情况调配最为合理的电力优化策略，有助于提高国民用电的稳定性与灵活性。
2智能电网节能调度互动式的实现
(1)发电企业互动式节能调度的实现。发电企业是国家节能减排要求重点管理的企业之一，由于传统的发电形式是火电发电，因此会产生非常严重的污染物排放，要达到国家对电力行业所规定的排放标准就应当从节能调度入手。智能电网的互动性对于发电企业来说就是将电网的需求量进行信息反馈，使发电企业的发电指标制定有充分的数据依据。根据智能电网中的发电指标电力企业能够有更多的自主权限，例如某个区域电网的最大负荷为 7000 万千瓦，那么这一时期内的发电量就应当以这个标准为依据来决定发电量，从而能够更加合理的规模原料的用量与发展效率，实现对能源的节约和污染物排放量的有效控制;
(2)用户互动式节能调度的实现。供电网络的稳定状态主动权集中在用户方面，所以智能电网实现节能调度的根本在于和电力用户之间的信息互动。一方面用户自身的用电量存在一定的习惯性和规律性，另一方面电网的供需状态数据也能够被终端电力用户所接收到，使用户能够根据电网的供需紧张状态进行用电量的调整，实现整个电力网络的智能化互动式节能调度。国家电网在用户用电过程中的电能浪费主要是由于电力系统负荷波动造成的，如果能够加入智能电网的互动式调节就能够平衡电力供需状态，从而使电力系统的负荷趋于稳定，实现节能调度的目的。
3用户参与互动式节能优化调节的实现条件
(1)技术条件。目前智能电网已经接近成熟的网络体系为实现与用户之间的互动式节能优化调节提供了足够的技术基础，然而要实现高效的节能优化调节完善的信息化平台是必要条件。目前已经有 AMI 技术为实现这个信息平台提供了稳定支持，在此技术前提下建立起全面的智能电网互动式信息平台，将每位用户的信息实时传达至节能调度中心，再将智能电网的调度信息发送到每位用户终端，使用户随时能够掌握电网运行状况;
(2)政策条件。参与互动式节能调度系统是用户的自愿行为，从政府方面应当对这种行为予以积极的政策性支持，必要的可运用激励手段增加用户加入智能电网信息化平台的行为，例如通过对信息化平台的有效宣传让用户提高对智能电网互动式节能优化调节给自身带来的益处，或者是直接运用电费价格给予一定补偿的经济手段增加用户加入信息化智能电网调度系统的数量。
4结语
住宅建筑被动式节能设计研究 篇3
1.1 建筑节能的概念
对于建筑节能的描述可以从广义和狭义这两个角度来描述,建筑节能广义的描述是:通过利用技术手段在建筑的整个生命周期尽可能的减少对能源的消耗。狭义角度的建筑节能是这样描述的:在建筑的使用期间通过对建筑本身进行改造,降低对电能、煤炭等产热能源的消耗。而建筑产生能源消耗大多是在建筑竣工之后的使用上。
对于建筑节能的方式可划分为主动式节能和被动式节能两种。主动的节能方式是通过给建配备节能设备来实现建筑的节能。而被动式节能方式则更多的是在建筑的结构设计上下功夫,运用科学合理的设计方式尽可能的实现建筑的节能。被动式的节能方式强调对自然界的阳光、气温等等自然元素的利用,通过利用这些自然元素降低对能源的使用,降低建筑物的负载情况。
1.2 住宅被动式节能的概念
住宅建筑的被动式节能首例案例是美国建筑设计人员设计的利用太阳能供能的住宅。住宅建筑被动式设计的核心是利用科学技术调控建筑所在区域的环境气候服务于住宅建筑供能等方面的需求。采用被动式设计的住宅建筑更能适应于周围的环境和气候。即便不配备有外部的辅助设备也能吸收当地的阳光、温度、地形、风力等方面的自然因素实现对建筑内部的调节。
被动式的节能设计不需要外部的辅助设备,设计的整体相对变得简单,在建筑的使用期间也不需要过多的技术支持,被动式的节能方式大幅度的降低了建筑内部环境要承担的负载压力,减少了能源的消耗,再加上被动式的节能方式依赖的是来自自然环境中的元素,降低了建筑的建造成本。
2 住宅建筑的被动式节能设计
2.1 科学的建筑选址能实现住宅的节能
住宅建筑周边的情况关系着住宅内居民的日常生活,使得在住宅建筑的选址上变得尤为重要。在进行住宅场所的建设选址上要先对建筑区周边的地形进行考察,充分利用地形中的有利因素,结合地区的气候特征满足住宅的需求。在进行住宅建筑的选址上,基本原则为远离当地的保护区(自然景观、文物、湿地、农田),远离自然灾害频发的地带,远离有噪声或危险源的区域。具体参考方式如下:
(1)光照对建筑选址影响很大。光照是自然元素中影响建筑节能的重要因素。光照中的红外线蕴含大量辐射热,能给予住宅建筑大量的外部热源,光照时间的长短、强度影响着建筑的温度,此外光照中的紫外线则具有杀菌的作用,因而光照对建筑的选址有重大影响。
(2)风对建筑的选址有重大影响。建筑物在夏季受到长时间的光照,建筑的温度大幅上升,而充足的风可以起到降温的作用。但对于建筑的选址上,要避免那些灰尘太多的风环境场所,此外还要避免那些容易形成“风口”的区域,选址上也要避免低洼区域,低洼区域会出现通风不足的情况。建筑物的选址上最好是选那些冬季风小、夏季风大的地区。
2.2 科学的建筑群体布局能实现建筑节能
在对建筑群进行布局时要参考当地的环境情况,做出科学合理的规划方案。建筑物之间会形成微气候,合理的建筑群布局能改善建筑群之间的微气候影响,进一步实现节能效果。统一朝向的建筑群在布局上更显得整齐有序,增大了受光面积,建筑之间的通风更流畅,因而这种布局方式用得比较多。而那些沿街而建的住宅容易造成住宅的光照不足,建筑间的通风也不顺畅,这种周边式的布局方式更适合在较寒冷的地区。建造住宅时,采用前后交错的排列方式不但节约了土地,增大了光照面积,也增加了住宅的室外活动空间。
2.3 单体建筑的节能设计
(1)光照分区的设计。根据使用时限长短的不同,建筑物的室内光照需求也是不同的。一般来说,住户对主卧的使用时间是最长的,次卧其次,再接着是书房等房间。因而在对建筑进行设计时,主要房间设置在光照强的区域,而光照弱的区域则是设置为次要的房间。
(2)采光分区的设计。在进行建筑的采光区设计时,可以将对采光需求一样的房间布置在一起。例如:主卧和起居室有较高的采光需求,因而布置在南向。而厨房和卫生间对采光要求较低则布置在北向。
(3)建筑通风的设计。已建好的小型号的住宅建筑中,经常出现住宅内通风不足的现象。这是因为在进行建筑设计时,建筑通风的考虑不足造成的。在进行建筑的通风设计时,需要设置好住宅的进风口和出风口。进风口、出风口的大小和位置在设计上是有区别的。不同的大小、位置所产生的通风效果是不一样的。要保证充足的室内通风,在设计时要减少流向的迂回转向,保持进风口与出风口的平行。
2.4 建筑窗户的节能设计
建筑物的窗户是建筑内部与外部的连接通道。建筑物的室内光照以及建筑的通风都是通过窗户来完成的。建筑物的窗户设计是整个建筑设计的关键点。根据建筑物所处在的区域,窗户的面积、朝向等等的设计都有着不同的要求。
(1)窗在墙上的面积比例。建筑的窗强比是通过建筑窗户总面积比上建筑总面积获得的。由于窗户有高耗热的特性,因而大比例的窗户消耗室内的热量也大。但是,大比例的窗户具有较好的采光、通风效果。小比例的窗户,室内的散热的能量也相对的减小。通风和采光也随之下降。因而窗户比例的设置要考虑到当地的气候环境特点,以及居住用户对采光和通风的需求。
(2)窗的节能设计。建筑的窗户由窗框、玻璃、窗樘构成。由于窗的热阻小,保温能力差,很容易消耗室内的热能,造成建筑能耗的增加。改变这种情况的办法是,对窗户气密性进行强化。加强窗户衔接处的密闭性。对特殊环境或者是特殊需求的窗户进行特殊处理。除了加强密闭性外,窗户的开启方式也是实现建筑节能的改进点。窗户的开启方式影响着气流的流向。常用的开启方式有水平推拉、内开、外开。根据实际情况进行设计才能改善建战队通风效果。
3 结束语
综上所述,住宅节能是一项新兴起的设计方式,住宅建筑的被动式节能需要住宅的通风设计、材料隔热等等方面的学科的技术支持。在进行建筑物设计时要严格监督、严格把关,顺利地完成建筑物的被动式节能设计实施工作,保护居民的生活环境。
参考文献
[1]何明.住宅建筑被动式节能设计研究[J].建筑与文化,2015,(7).
[2]邹海云.住宅建筑被动式节能设计分析[J].住宅与房地产,2016,(1).
被动式节能 篇4
1.1 被动式节能住宅简介
被动式住宅,利用超厚的绝缘材料与复合式门窗,将住宅包覆于密闭的外壳中,室内的热空气出不去,室外的冷空气也进不来。被动式住宅,其本身并不主动提供热能,被动式住宅里面,传统的一次性能源需求较低,通过地源热泵、屋顶上的太阳能光伏发电设备、射入室内的太阳光照、人体散发的热量和带热回收功能的中央通风系统,支撑整个住宅系统的运作。被动式住宅产生的废弃排放较少,为居住者提供高品质的舒适环境。
1.2 德国被动式节能住宅原理和发展
“被动式住宅”源于德国法兰克福(Frankfurt),房子使用复杂的门窗和超厚的绝热材料,从各个不同的角度来环保节能。不仅能够通过阳光加热,甚至可以利用家电或居住者身体释放的热量保温。建筑师为房子设计了密封的外壳,所以房屋几乎没有任何热量散失,也没有任何冷风吹进来。
被动式节能建筑的概念在20世纪90年代最先在德国出现,以沃尔夫冈·费斯特博士(Dr.W6lfgang Feist)为主要的创始人和推动者,在其后的若干年里在奥地利、瑞士和德国等国经历了较为广泛的实验和发展阶段后,现已成为节能减排的全球大趋势下一种成熟可行的建筑模式。
在德国“被动式住宅”行业已经蓬勃发展,法兰克福的学校就采用这种技术建造校舍。此外,其流行范围正在扩展。欧洲委员会(European Commission)正推动该类房屋的建筑,欧洲议会(European Parliament)也提议,在2011年之前新建筑要符合“被动住宅”标准。
在我国工业化和城镇化正处于快速发展阶段,要在未来15年保持GDP年均增长7%以上将面临巨大的资源约束瓶颈和环境恶化压力。建设领域统筹经济社会发展、人与自然和谐发展的重要举措之一就是发展节能绿色建筑。应该借鉴、吸收国外经验化为国内建设所用。
2 被动式节能住宅实例
在德国达姆施塔特Kranichstein地区,从外面看一排排时尚的灰色和橙色房屋,没有什么特别,门上挂着花环,在冰雨中圣诞节的灯光闪烁。而事实上,这些房屋进行了建筑设计上的改变,在寒冷的冬季,这种“被动式住宅”没有采暖炉却依旧温暖。
贝特霍尔德考夫曼(Berthold Kaufmann)的“被动式住宅”里,即使是在最寒冷的夜晚,在客厅安装以备在紧急情况使用的散热器,都没派上用场。这种“被动式住宅”仅消耗运行一台吹风机的能量,就可以供给需要的所有热量和热水。他家和父母家的面积差不多,但所需热能仅是父母家的1/20。
在德国,“被动式房屋”的建筑成本仅比传统房屋高出5%~7%。新型设计采用了精巧的中央通风系统,进气管和排气管并排安置,温暖空气排出去的同时,清洁的冷空气引进来,热交换效率可达90%。
在美国加利福尼亚州,建筑师纳比达翰(Nabih Tahan)在伯克利市(Berkeley)正完成美国第一座“被动式住宅”。他领导着一个由加州湾区70名建筑师和工程师组成的团体,促进“被动式住宅”标准的推广。达翰说:“我们要让人们意识到,这是节能的诀窍。对于这些免费获取的热量,为什么不重新使用呢?”
大卫·皮博迪(David Peabody)和他的皮博迪建筑师团队设计被动式住宅。他表示,被动式住宅的目标是将其能源需求降低到尽可能低的水平。被动式住宅不使用太阳能、地热能或风能设备,它们都非常高效节能。但美国被动式住宅研究所说,使用太阳能热水系统等作为补充可以实现更大节约。他们可能称其为积极被动式住宅。
在美国,采暖和制冷设备是家庭的能源大户,占到了美国全国家庭能源使用量的1/4左右。被动式住宅使用一些专用材料,其中包括混凝土预制板和隔热材料。它们还需要有特殊空气处理系统。其成本只比传统住宅多出5%~8%。但用于采暖和制冷的能源只有传统住宅的10%。被动式住宅的通用技术在这里集成整合,发挥得淋漓尽致。
3 被动式节能住宅在我国的应用
根据统计,我国的节能住宅中,只有1%达到了节能标准,99%达不到,即使在新建住宅中,也只有5%做到了节能,合格率低下。中国是一个能源消耗大国,每年全国能耗约占全世界总能耗的1/3,而中国全国总能耗中,有1/3是建筑能耗。从图1能源消耗图上看出,我国的能耗还在持续增长中。中国现每年有接近20亿m2的建筑竣工,其中70%左右是住宅建筑,而这些建筑99%是高能耗建筑。
就现阶段我国产业化现代化水平,被动式住宅的发展可以从以下几点考虑:
1)使用合理的外墙保温隔热层厚度;通过模拟实验随着保温层厚度的增加,节能率会逐渐地增加,增加趋势逐渐平缓(如图2所示)。
2)严格控制窗墙比,通过实践证明不同朝向,窗墙比变化对建筑能耗的影响程度不同。相同SC值的情况下,东向>西向>南向>北向的窗墙比关系曲线斜率逐步加大,空调耗冷量的影响逐渐明显。相同朝向遮蔽系数不同的窗户,遮蔽系数越低,窗墙比对空调耗冷量的影响就不那么明显。
3)采用三层玻璃的节能窗,增加外窗的气密性和绝热性(见表1)。这三点是建立被动式住宅的先决条件,可一步达到节能75%以上的要求。
4)在外窗增设遮阳设施。
5)采用新型科技,加大科技投入,提升技术水平。采暖方面,通过采暖末端设备,分户计量控制,应季节变化调节室内温度。能源方面,通过新风系统进行热交换,采用太阳能等清洁能源减少二氧化碳排放,解决公共区域、室外环境的照明。能源回收上,回收中水,雨水用于灌溉,回收垃圾进行生化处理,减少对环境的污染。
4 结语
2013年初国家发改委,住房城乡建设部的《绿色建筑方案》对既有建筑和新建筑设定了明确的节能改造目标。其中“十二五”期间,完成新建绿色建筑10亿m2;到2015年末20%的城镇新建筑达到绿色建筑标准要求,完成北方采暖地区既有居住建筑供热计量和节能改造4亿m2以上,届时我国的绿色建筑将占全球绿色建筑的一半以上,绿色建筑行动已经上升为国家战略。
节能住宅不是片面强调节约从而降低其基本品质,也不是以牺牲舒适度和降低综合性能为代价的,更不是为了达到节能而付出高成本,而是在总体上降低居住成本。依靠科技进步,加大住宅建设中的科技投入,为住宅产业现代化提供技术保障,提升居住品质。
摘要：针对当前恶劣的环境现状,通过分析德国被动式住宅实例,探讨并寻求适合国内的被动式节能住宅,并对被动式发展提出了几点考虑思路,以期为居住者提供高品质的舒适环境,同时也减少对环境的污染。
关键词：被动式节能,住宅,环境
参考文献
[1]徐磊青,杨公侠.环境心理学[M].上海:同济大学出版社,2002.
[2]陈华晋,李宝骏,董志峰.浅谈建筑被动式节能设计[J].建筑节能,2007(6):79-80.
[3]渠箴亮.被动式太阳房建筑设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[4]周宏春.促进建筑节能的对策建议[J].决策咨询通讯,2007(1):11-12.
[5]聂存花.浅析建筑节能[J].山西建筑,2011,37(9):204-205.
建筑设计中被动式节能的探讨 篇5
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快, 能源消耗问题日益严峻。而建筑能耗在社会总能耗中约占1/4, 而且还在呈上升的趋势。在建筑能耗中, 大量的化学物质的使用对环境造成了严重污染。在全球都在重视环保和节能的今天, 作为建筑设计工作者, 如何在建筑设计中采用更好的方法以达到建筑节能的目的, 是一个值得认真思考的问题。
1 建筑能耗的组成
建筑能耗受诸多因素的影响, 除去室外热环境质量、室内空气质量和气候环境、建筑功能、规划布局等外部因素, 主要是建筑本身的因素, 一是结构能耗;二是使用能耗。对于结构能耗, 主要在于提高建筑的保温隔热性能以及气密性等, 降低从建筑维护结构中散失的能量;而在使用能耗方面, 主要是冬季供热和夏季空调制冷, 占整个建筑能耗的55 %以上。
基于以上两个方面的考虑, 在建筑节能设计中, 重点是降低建筑自身的能量损失, 提高能源利用效率, 并积极应用可再生能源。
2 两种节能方式的特点
根据能源利用的方式, 可以将建筑的节能方式分为两种:主动式建筑节能和被动式建筑节能。
主动式建筑节能是以各种非常规能源的采集、储存、使用装置等组成完善的强制能源系统, 来部分取代常规能源的使用。这种节能方式的特征表现为仍然需要一定数量的常规能源, 一次性投资费用高, 技术复杂且维修管理工作量大, 表现为高投资、高技术的倾向。
被动式建筑节能则试图通过建筑朝向和周围环境的合理布置, 内部空间和外部形体、色彩的巧妙设计, 以及建筑材料的组合、构造措施恰当, 并紧密结合建筑构配件设计一些非常规能源的采集、使用装置, 来达到建筑物冬季采暖、夏季制凉的效果, 节省常规能源的耗费, 因而表现为低投资、低技术的倾向。
3 案例分析——清华超低能耗实验楼
清华超低能耗示范楼坐落于清华大学校园东区, 总建筑面积3 000 m2, 地下1层, 地上4层, 由办公室、开放式实验室或实验台及相关辅助用房组成。该楼中包罗了世界上能找得到的、能移至楼中的最新节能产品、设备以及相关技术, 囊括了世界上80 %的节能技术、产品, 其实就是一个以真实建筑物搭建的节能技术集成平台。据模拟测算, 这座超低能耗实验楼单位面积的全年总电耗约为40 kW, 仅相当于北京市同类建筑物的30 %。在这个案例中, 大量运用了太阳能、光能、风能等主动式的节能设计。
首先来分析一下此类高技术节能建筑的效果。由于采用了世界上诸多最新的节能技术, 取得了良好的节能效果。该实验楼的采暖不需花钱;电耗是同类建筑的30 %, 而采用热电冷三联供, 综合利用效率达到了80 %以上, 折合的电价要比上网电价便宜一半还多;空调基本上是采用发电余热供应;人性化的设计及舒适的环境, 给建筑带来的增值是无法估量的。
但是, 对于这样一种建筑, 在现今的中国恐怕是消费不起的。在没有土地成本的情况下, 该实验楼整体花费了2 400万元, 平均单价为8 000元/m2。相对于一般的办公建筑来讲, 该实验楼要在使用70年的情况下才能收回由于使用高新节能技术而进行的一次性投资。过高的一次性投入, 大大影响了此类建筑节能方式的推广。
作为实验楼, 其目的是很明显的, 节能效果也是非常好的。与一般的被动式节能建筑相比, 其节能效果具有极强的优越性。但是, 此类节能技术多数来自于建筑设备专业的贡献, 而建筑学本身在其中似乎只是一个协调的角色, 建筑师所要做的仅仅局限于对一系列节能设备的整合, 这使得建筑学本身在节能中失去了主动性和积极性。在节能设备的一次性投入不能大幅下降的情况下, 也拉长了节能技术开发到实际使用的周期。
4 被动式节能的建筑设计
在建筑节能设计中, 其实存在着另一个方面的趋势——低技术化。即通过建筑学的方式, 在总平面、平面、剖面以及细部节点上的设计, 合理地引导通过自然通风以及太阳能等可再生能源的应用, 来达到有效地降低建筑使用能耗的目的。
4.1 建筑设计中保证自然通风
建筑的自然通风可从总平面设计、室内空间设计两个方面来考虑。在总平面设计上, 可着重考虑从建筑体型的方向性和室外环境的设计来合理引导风流。
(1) 建筑体型设计。
巧妙设计扭曲平面, 使朝向夏季主导风向的外表面积增大, 改善吸风面的风环境。
因势利导设计尖劈平面, 用“尖劈”的形体朝向冬季主导风向, 避免与冬季主导风向的垂直关系, 以削弱冬季不利风流的影响。
合理设计通透空间, 在建筑的每层的适当高度设置开窗, 可大大疏通室外风流, 有利于夏季通风。在建筑中设置掏空的空间, 以利于疏导以及释放过大的室外风流。
(2) 室外环境设计。把握南向开敞空间, 争取较多的冬季日照和夏季通风。
充分利用自然空调, 建筑南侧可设置水面植被等, 依赖水体蒸发来改善微环境的炎热条件, 并可在冬季强化太阳辐射的反射作用。
设计植被导风。通过设置合理的灌木乔木位置, 南侧引导风流进入建筑室内, 而北侧则起到屏障的作用。
利用构筑物挡风墙和导风板的灵活组合, 并可结合绿化整体设计, 引导夏季风流, 阻挡冬季恶性风流。
4.2 被动式太阳能利用
区别于太阳能板等的主动式太阳能利用, 被动式太阳能利用以合理构造为基础, 通过巧妙的构造设计实现太阳能的直接利用, 具有低技术、低成本的特点, 有利于节能技术的普及和推广。
(1) 直接受益式系统。
通过合理设置的导光板, 将更多的光线反射进入室内, 以利于建筑的采暖和采光。
蓄热墙体常用混凝土、砖、夯土等制成, 可以在白天储存大量的太阳能, 通过蓄热墙体的时滞效应在夜间放热, 为室内供暖。
(2) 对流环路式系统。
将维护构件部位设计成双层壁面, 形成封闭的空气层, 并将各部位的空气层相连成循环, 在太阳辐射产生的热力作用下, 依靠“热虹吸”作用产生对流环路。在这个过程中, 依靠贮热体加热空气, 流动的空气来加热室内的墙体, 以保持室内温度的稳定。
(3) 附加日光间系统。
在建筑南向缓冲区 (阳台、廊、小门厅等) 增加透明玻璃成为透明空间, 其中再设置一定的贮热体, 在太阳辐射的作用下, 缓冲区迅速升温, 一部分贮存, 一部分则进入室内, 从而改善室内的舒适条件。
4.3 外墙与屋顶的被动式节能设计
在外墙的隔热中, 有效而环保的方法是将建筑的墙体埋入地下, 或者将外墙的三面用土壤包裹。再就是将建筑外墙或者接近外墙的地方用植被覆盖。所用植物最好是落叶形的, 因为在冬天还需要外墙接受阳光来加热室内。另外, 还有一种有效的方法是采用百叶包裹外墙, 在需要接受光时打开百叶, 夏季在白天则可以关闭, 这样外墙就不会被加热。
直接接受阳光暴晒时间最长的是屋顶。传统的做法是采用保温层覆盖屋顶, 再就是用盖板架空。但种做法并不是最节能的, 最好的方法是在上面用植被覆盖, 既可以很好地利用太阳能, 又可以美化环境。如果是节能的别墅型建筑, 这样就可以建成一个屋顶花园, 可谓是一举多得。对于夏季多雨的地方, 还有一种节能的做法是在屋顶上储水, 但屋顶要做好防水。
5 结语
建筑设计中的主动节能和被动节能是紧密关联的。建筑师应主动把握建筑节能的设计理念, 尽量在不使用设备的情况下, 采用低技术化的被动式节能方式, 设计出环境优良、高品质的建筑。只有在被动式节能不能达到目的的情况下, 才考虑主动式节
能设备的辅助和补充。
采用被动式节能设计, 可以对节能建筑的发展起到推动作用, 并且这种方式是建筑师起主导作用的, 可以把节能的概念更好地贯彻到整个设计中去。
参考文献
[1]栗德祥, 周正楠.解读清华大学超低能耗示范楼[J].建筑学报, 2005, (9) :16-17.
[2]董卫.可持续发展的城市与建筑设计[M].南京:东南大学出版社, 1999.
关于被动式节能房屋的几点探讨 篇6
关键词：被动房,节能房屋,基本特征,施工质量
1 被动房概述
1.1 被动房定义的推出
最先提出被动房概念的是德国人, 全称是被动式低能耗建筑房屋。谁也不会想到被动房起源于一个外国人的梦想。然而建造的第一个具备被动房功能的建筑物不是房屋, 而是一艘在南极探险的极地船。依据对原文的翻译, 其描述为:“它的船体外壁采用毛毡覆盖, 上面涂有一种焦油, 再外面是采用类似软木一样的填充物, 接着是采用松木一类木头的镶板, 再铺设一层毛毡, 最后是一层镶板。房屋内的天花板也是这样的铺贴方式, 这样的铺设厚度大约为40 cm。船内是一个既温暖又舒适的生活场所。它的通风非常好, 因此使我有了把火炉扔掉的想法。”就在日本福岛核电站事故之后, 全世界对能源的利用有了新的认识, 同时德国率先提出了新的节能目标:到2019年, 政府机关公共建筑将达到零能耗;从2021年起, 所有一次新建建筑必须满足零能耗;预计到2050年, 新建加改建项目后所有建筑物要满足节能80%要求。如果实现这个目标, 德国将会率先实现节约40%的终端能耗目标。被动房的出现才能够使这个目标更早实现, 为人们创造了舒适的室内生活环境的同时, 也减少了对不可再生能源的巨大消耗, 有了这个概念, 可以使建筑节能及社会发展达到一个更高的高度。德国达姆施达特市在1991年建成了第一个被动式房屋。
1.2 被动房的基本特征
1) 室内空气环境达到舒适程度;2) 二次能耗低, 基本取消供暖系统。
1.3 国内外的被动房发展情况简介
目前德国已经建成40 000多栋该类建筑, 并以每年3 000栋速度高速增长。相应芬兰、比利时、英国都在大面积建造被动房。
我国目前已建成的被动房项目主要是住宅建筑, 其中影响最广泛的就是秦皇岛的“在水一方”项目, 这个项目是我国很多准备筹建被动房的人员参观学习之地。
2 被动式房屋与普通节能建筑的区别
2.1 建筑施工技术的区别
1) 被动房强调的是热工损耗, 严禁结构构件上出现结露或发霉, 也对能耗的回收转换提出具体要求。2) 自然通风依然是被动房所要求的, 尽量减少新风系统的启动, 也就变相的控制了能耗。如果自然通风能达到舒适度要求, 也反映了一个建筑物建筑布局和设计的合理。3) 被动房第一次将建筑舒适度的要求提到很重要的地位。明确规定:室内相对湿度范围40%~60%, 温度控制保持范围18℃~26℃, 新风量也是重要指标。4) 被动房的构件与构件之间必须实现无冷桥热桥设计。需要设计和施工协同配合才能做到, 同时建筑材料性能的达标也是关键所在。往往由于没有注意细节导致被动房验收没有通过的事件也是常常发生的, 返工的难度远远比一次到位费事。5) 虽然被动房不同于普通建筑对外墙的窗墙比规定那么严格, 但自然采光的充分利用是每个建筑的设计根本。在数值上, 被动房要求室内的太阳光得热大于0.5。相比而言, 普通节能建筑往往只提出遮阳系数和光照时间。6) 被动房的新风热回收系统是个比较新颖的概念。利用这套装置可以控制室内CO2含量低于1 000 ppm, 并且在热交换时保证热丢失降到最低。7) 房屋气密性规定:在室内外压差50 Pa的条件下, 被动房要求每小时的换气次数不得超过0.6次。就好比, 100 m2的住房, 在这个规定压差范围内, 房屋漏气的面积不能大于一个手掌的面积。这样的要求就必须控制室内外穿管, 门窗缝隙, 结构灰缝等很多细节。这个检验指标也是被动房验收的唯一标准。
2.2 建筑节能标准的区别
1) 被动房主要采用一次能源的消耗量作为评定指标, 一般节能性建筑只用耗电量和耗热量来评定能耗级别。2) 被动房的气密性检测是被动房成功验收的重要技术指标, 而在一般节能住房, 对气密性没有明确的规定。3) 总能耗是被动房的节能限制依据, 而普通节能建筑的节能指标只有采暖和制冷能耗。这样直接导致的是, 很多建筑在外界温度恶劣的情况下制热或制冷设备负荷过大, 所以新闻中经常提到, 一到夏季, 南方很多城市拉闸限电;一到冬天, 北方很多城市出现用煤荒。4) 被动房的新风系统是整个建筑正常运转的关键, 室内空气指标也是验收的评定要求, 这个新风系统必须具备高效的热回收装置, 而普通节能建筑往往只安装普通中央空调, 对通风有要求, 但没有明确热回收效率。
3 被动房的优越性
3.1 节能减排, 促进我国城市化进程
十八大提出我国要加速进行城市化进程, 减少巨型城市的建设, 发展中小城市。伴随城市化的进程, 能源的消耗也是很惊人的。依据统计数据, 2010年全国消费标准煤32.5亿t, 预计到2020年, 如果不采取有效的节能降耗改革, 我国年能源消费将达到53亿t。这个惊人的消耗是不可负担的。
北方的建筑采暖和南方的建筑控温, 是我国建筑的能源需求大项。在高速建设的“十二五”期间, 建筑节能和减排是每个建筑必须具备的, 政府政策层面也对相应的节能不断提高规范的限制数值, 为的就是面对这些即将面对的问题。按照现行的节能标准, 我国北方每年还要再增加至少5亿t标准煤来满足采暖需求。但如果我们按照被动式房屋的要求建设, 那么就可以减掉这个煤耗数量。
德国是个全国采暖的城市, 被动式房屋所具备的一个重要特性就是不需要安装供暖设施。我国从黄河以北都是采暖区域, 随着当下全球环境气候的恶变, 很多南方城市也把冬季采暖纳入建筑设计当中, 这样煤炭消耗量大量激增, 进而对我国港口、铁路、公路造成了巨大的运输压力, 更加剧由于采暖造成的确温室气候排放和空气污染等大量问题。
3.2 改善南方的夏热冬冷, 提供宜居住房
我国南方广大地区都属于夏热冬冷气候, 同时也是非采暖区, 这些区域在常规做法中不配备集中供热系统。这些地区冬季都不采取任何取暖措施, 或者采用电辅热取暖, 这一区域的建筑总量占我国建筑总量的50%左右, 该地区如果大面积建造被动房基本可以解决这个问题, 因为被动式房要求房屋在没有供热设施的条件下, 利用建筑物自然得热使室内温度基本维持在20℃以上, 相比北方好多采暖房屋温度都高。
3.3 被动式房屋可以推进我国的建筑节能发展
根据节能原理, 被动房在能耗方面和建筑性能方面, 是普通节能建筑不能相比的。同德国的被动式房屋实现了采暖92%的节能量相比, 我国的建筑节能仍然有很大的发展空间。很多专家建议, 如果被动房的屋顶和外墙采用太阳能技术或者其他可再生能源的应用, 很有可能实现真正的建筑零能耗, 使被动式房屋不再依赖不可再生能源。
被动式房屋实现了真正意义上的节能。被动式房屋要求的是建筑物对一次能源的降低使用, 进而克服了建筑能耗此消彼长的问题。被动房耗能低, 舒适度高。它主要的指导思想是在降低建筑物能耗的同时提高建筑内的环境舒适程度。
3.4 推动我国建筑节能产品的创新和升级
要达到被动房的建造要求, 很大的原因是建筑材料的达标, 比如气密性、隔音性等要求, 而国内产品的质量往往达不到要求, 这就导致许多原材料需要进口, 直接的结果就是建造成本的上涨, 如果我国的供应商能够供应合格的节能建材, 肯定会降低建造成本, 达到市场和需求共赢的场面。
3.5 提升建筑单位的施工质量
我国目前施工水平往往属于粗放型的。结构支模、穿管、布线很多地方都会产生结构上的热桥, 而被动房主要是为了消除冷热桥。总体上, 中国的建筑质量远远不如国外的施工质量。精细的施工才能达到被动式房屋的强制指标要求。偷工减料是国内很多被动房失败的原因。
4 被动房建造面临的机遇和挑战
被动式节能 篇7
关键词：被动式建筑节能,设计原理,应用技术,自然通风,建筑遮阳,节能效应
0 前言
被动式建筑节能是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术,具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。研究如何利用自然气候资源的建筑设计原理,在设计过程中如何根据当地气候的影响,从建筑的总体规划至单体建筑的房间布局、剖面形式和建筑部位等方面采用合理设计手法、合理的技术措施,使建筑方案的先期决策适应当地气候,建筑设计完成后达到室内热环境舒适度,从而将建筑能耗尽可能降低到最低限度,这就是进行被动式建筑节能设计的积极意义。
1 被动式建筑节能设计原理
建筑节能的前提是保证室内热环境舒适度,不同气候条件下的室内热环境舒适度差异甚大,不同的气候条件与室内热舒适度要求,决定了不同的设计模式。
对于夏热冬暖地区,根据现场实测与调查表明,“外门窗关闭,既不透风又不空调时,即便室内温度在26℃左右,人也感觉闷热,室内舒适性差。而在自然通风状态下,只要室内温度不超过29℃,相对湿度不超过80%,都会感觉比较舒适”。[1] 根据这一室内热环境舒适度要求,设计应通过加强通风对流提高室内舒适性;通过采用建筑外遮阳有效降低室内得热达到室内舒适性;通过改善围护结构的热工性能,对室外气温起削峰平谷作用降低室内温度,从而取得在过渡季节实现减少启用空调节约能耗,以及在夏季启用空调时实现降低空调能耗。
2 被动式建筑节能应用技术
以闽南民居为例,漳州城区典型传统民居——竹杆厝,以序列天井和通廊为公共通风通道串起各间居室,组织穿堂风保证居室的通风对流,以良好的室内通风获得室内舒适性(如图1)。
详图2所示,有效设置建筑外遮阳可减少室内太阳辐射热30%～50%;室外绿化及绿地可降低地面温度约10
℃;屋顶绿化可降低室内表面温度约7℃;外墙面绿化可降低室内温度3～5℃[2];通过外遮阳和提高围护结构热工性能,减少室内得热亦可有效改善室内舒适性。
鼓浪屿的老别墅,在玻璃窗外加设一道百页窗,夏季遮挡太阳辐射的同时可开窗通风对流,达到减少室内得热和通风使室内保持凉爽;澳大利亚亚热带气候的布里斯班及阳光海岸,城市建筑普遍采用建筑外遮阳,在表达建筑个性的同时,有效遮挡太阳辐射热降低室内温度(详图3)。这些简单易行的建筑特性均可有效实现建筑节能。图表1为广州夏季西向遮阳实测效果[3],数据显示西向外窗遮阳可遮挡80%以上的日辐射量。
东南亚度假胜地巴厘岛,属海洋性气候,常年平均气温在28℃左右。其五星级旅游度假酒店的常见模式,为庭院式布局,所有客房围绕着庭院布置并由外廊连通,其通风对流原理与传统民居相同。酒店大堂无外围护结构为全开敞式,设有可收放的竹制卷帘遮阳,仅配以吊扇必要时作辅助送风(见图4)。无论在大堂或餐厅,宾客完全置身于自然通风环境与庭院美景中,无空调而舒适性良好;客房设置分体式空调机,因通风与环境良好使用率降至最低限度,整个酒店建筑设计充分体现建筑通风遮阳被动式节能的特性。在相同的气温环境下,如建筑设计采用封闭空间集中空调模式,实际是摒弃自然通风的舒适性,使空调启用时间大幅增加而耗能。
3 被动式建筑节能设计研究
3.1 体育馆外遮阳与自然通风设计研究
体育馆的使用功能与基本模式大体相同,我们在设计厦门海沧体育中心综合馆时,调研走访了相类似已建成使用的体育馆,出现由于外立面整体造型需要,采用玻璃幕墙将作为交通走道的环形走廊与门厅进行封闭,玻璃幕墙的聚热效应使得环廊门厅吸收太阳辐射热后无法散热,夏季温度高达50～60℃,无法正常使用,只得采用玻璃幕墙加贴隔热膜补救方式解决使用功能。
我们对厦门海沧体育中心综合馆的设计,将环形走廊与门厅处理成开敞式的外廊并采用百叶遮阳,保证立面完整的同时,获得通风遮阳的良好使用条件(详图5)。
综合馆的开敞式环形走廊与门厅处,温度即为天气预报的室外气温,夏季环形外廊与门厅作为交通及辅助活动空间,类似当地的“骑楼”完全可正常使用,同时骑楼也为比赛大厅充当遮阳构件,否则当比赛大厅外墙处于阳光直接照射时,温度可提高10℃以上,尤其当气温高于27℃时,阳光下的实测气温可达50℃以上。
环廊的开敞式和封闭式设计,两种设计手法对环境气候作出不同诠释,获得结果完全不同,可见确立正确设计理念的重要性。
3.2 塔式住宅自然通风设计研究
3.2.1 户型设计思路
板式高层住宅户型,因其采光通风良好具备室内舒适性,在夏热冬暖地区倍受欢迎,但由于面宽大不利于土地利用,同时总平面布置长条形单体不利于环境通风。为兼顾土地利用,同时改善总平面通风环境,我们在厦门水晶森林项目中,尝试采用一梯三户的自然通风塔式住宅平面(详图6)。该平面特点在于为每户配置的入户花园,在核心筒周边形成公共通风道,得以改善一梯多户住宅的南北通风对流。
3.2.2 户型通风模拟分析
为验证塔式住宅平面的通风性能,我们与某科研单位合作,采用Phoenics软件进行通风模拟评估。
方案一采用风向偏东27°,室内风场色阶图详图7。
从图可见,B户型由于处于迎风向,除其中一个北房间因入门通道狭长导致通风不良外,其余厅房均通风良好,风速在1.0～5.0m/s舒适范围(见表1); C 户型因风向偏角过大,位于西南角主房间北侧出风口不畅造成通风。
不良,其余厅房均通风良好,风速处于舒适范围;A户型因处于背风面,且由于电梯间的阻挡作用,处于穿过入户花园的两股主导风向形成弱风区域,除客厅外其余厅房基本处于风速低于1.0m/s区域,人感觉不到风。方案一户型内通风条件优劣不均,但公共通道对后排建筑的通风有积极作用。
方案二采用风向偏东20°,室内风场色阶图详图8。
从图中可见,除A户型北房与餐厅外,A、B、C户型内各厅室均拥有良好的通风条件,风速均处于1.0～5.0m/s舒适范围;C户型的敞开式花园为处于背风面的A户型创造了通风通道,同时A、B、C户型的开敞花园成为穿过本幢建筑的通风道,为总平面通风提供有利条件。A户型的北房与餐厅应加大北窗的开启面积,增大出风口,以改善通风条件。
方案三采用风向偏西20°,室内风场色阶图详图9。
图中可见,除B户型东北角卧室的中心区域风速低于舒适范围外,A、B、C户型室内均获得良好的通风环境,同时入户花园亦成为后排住户的良好通风道。B户型的东北角房间,可通过加大北向窗出风口开启面积或增设开向北露台的窗作出风口,以改善房间通风。
经过风环境模拟评估,证明水晶森林塔式通风住宅,由于设置开敞式入户花园形成的公共通风道,有效地改善各户的室内通风条件,使各户的室内通风达到人体舒适性要求,改变塔式住宅自身通风不良的缺陷,同时为后排住宅留出通风道,有利于总平面通风环境,尤其当多单元拼接时,对住宅总平面的通风环境起积极作用,达到户型设计的预期效果。
风环境模拟结果表明:除方案一外,方案二与方案三均适用,即偏东20°与偏西20°为良好主导风向。
根据厦门地区77-00年夏季(6～9月)风玫瑰图显示,从南偏西22.5°方向(SSW)至正东方向(E),风向频率为7～10范围,均可作为主导风向。按方案二及方案三通风模拟结果,建筑采用南偏西2.5°至南偏东70°时,对应建筑风向为偏东20°至偏西20°,均为建筑的通风适宜朝向(详图10),由于节能要求日照朝向不应大于南偏东及偏西30°,确定本项目最佳建筑朝向为南偏西2.5°至南偏东30°范围,作为总平面布置的依据,总平面单体均采用最佳朝向布置,能同时获得较好的单体通风和总平面风环境条件,同时避开太阳辐射不利朝向。
4 节能效应评价
建筑外围护结构热工性能的节能效应评价,在节能设计规范及相关建筑节能计算中,已有充分诠释与节能评价,本文不作赘述。
4.1 综合馆通风遮阳节能效应评价
将综合馆开敞式环廊设计建立节能计算模型A,以玻璃幕墙封闭式环廊建立节能计算模型B,作为参照建筑,分别用PKPM建筑节能软件进行能耗计算比较。计算结果详图11。
模型B空调能耗计算结果
模型A,以比赛大厅为空调室内空间,室内温度取值25℃,计算能耗为2100784Kwh。
模型B,比赛大厅同模型A室内温度取值25℃,玻璃幕墙封闭的环廊及门厅温度取值28℃,计算空调能耗为2424291Kwh。
根据以上计算结果,模型A空调能耗仅为模型B空调能耗的86.7%,即通风遮阳开敞式环廊较玻璃幕墙封闭式环廊可减少空调能耗13.3%。
4.2 塔式通风住宅节能效应
根据水晶森林塔式住宅的通风模拟结果,采用最佳建筑朝向时,户内基本可达到良好的通风条件,按《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》,室外气温不高于28℃、相对湿度80%时,满足室内热舒适性可不启用空调;而通风不良的户型在室外气温高于26℃时,需要通过开启空调以满足室内热舒适性,以下将两种通风条件的住宅进行节能效应比较。
根据厦门气象台公布的厦门市2011年气象资料,日最高气温高于26℃的4月～10月的气温资料见表2 。选取最热月6、7、8月中的7月为例,全月气温高于26℃的天数为31天,其中26℃～28℃的天数2天,即户型通风不良时开启空调天数为31天,通风良好时开启空调天数为29天,29天为31天的94%,户型通风良好时可实现少开启空调日6%(详表2)。
从表2统计结果可见,过渡季节的4、5月及9、10月,户型通风良好可实现少开启空调日高达23～64%,4～10月可实现少开启空调日,即全年平均可达到24%,节能效应可观。可节约的能耗,需根据当日气温变化,进行统计和能耗计算,本文不作进一步论述。
5 总结与建议
被动式建筑节能,并不一定是高科技高投入的,只要设计得当,常规的甚至简单的技术应用,不需增加投资或增加不多投资即可获得很好的节能效应。被动式建筑节能的实现,重在树立设计理念,以及对设计原理、应用技术的正确理解与运用。巴厘岛五星级酒店的开敞式设计理念与手法,很值得夏热冬暖地区借鉴;澳大利亚布里斯班及阳光海岸,无论公建或住宅,普遍采用建筑外遮阳,赋予城市建筑鲜明的地域特性与实用性,但在我国热环境相近的城市建筑中却难得一见,也特别值得我们思考,应如何让设计回归理性,使建筑顺应环境。我们所作的设计实践与探索,取得了一些成效,在此与同行分享。
参考文献
[1]付翔钊侯余波.中国夏热冬暖地区建筑节能技术//中国国际建筑节能研讨会[J].重庆大学.
[2]王威等.不同地表状况下的温度分布比较研究[J].北方园艺,2001(4).
被动式节能 篇8
关键词：被动式住宅,节能,通风设计,数值模拟
0 引言
在国家大力提倡节能建筑、绿色建筑的大背景下, 被动式建筑不仅符合上海老百姓的切身利益, 还可以提高居住舒适度, 并且能减少资源消耗、减少温室气体排放。在保证良好的居住舒适度的前提下降低建筑全寿命周期中的资源及能源消耗量, 以Fluent软件为平台对上海市某一住宅建筑标准楼层进行风环境和风荷载数值模拟, 对被动式住宅进行通风分析, 并提出改善措施, 再进行分析, 从而改善建筑的舒适度并且使建筑更节能。
1 上海地区气候条件分析
上海位于北纬31.17°, 东经121.43°, 属于亚热带季风气候, 四季分明, 日照充分, 气候温和湿润。上海全年平均气温为16℃。最热月份 (即七月及八月) 及最冷月份 (即一月) 的平均温度分别为28℃及4℃, 其中七月及八月最高, 最高温度接近38℃。七月初是江南的梅雨季节, 多雨潮湿、闷热。上海风向的季节变化明显, 春季和夏季盛行东南风 (东偏南25°) , 秋季和冬季盛行东北风 (北偏东25°) 。上海地区有较大的自然通风潜力, 特别适合采用自然通风。
2 住宅楼通风建模及结果分析
2.1 住宅户型的设计概况
该住宅楼属于低层单元式住宅, 每个单元以楼梯间为中心布置住户, 由楼梯平台直接进入分户门, 有公摊面积, 户间干扰不大, 相对比较安静。户型建筑面积87.46 m2, 层高2.9 m。地下均为车库, 地上最高6层, 住宅全部南向。住宅户型属于三室一厅型, 在布局上可以按较理想的功能居室划分空间, 即起居活动室、休息区、学习工作区各自相互独立, 不再彼此干扰 (见图1) 。该住宅楼位于城市西部, 东临沿街商业建筑, 北临村路。地势平坦, 北部略高, 除有部分居民住房外均为荒地。
2.2 计算模型的建立及数据处理分析
开始数值模拟研究前的第一步, 首先就是要使用Gambit软件对办公室进行计算模型的建立。本文所涉及的楼层宽14.6 m, 长13.9 m, 高度为3.4 m。依照CAD图纸在Gambit软件中进行建模 (上海全年风向主要集中在偏东方向, 以东偏南和东偏北为主, 所以我们对室内进行风速风压分析时将东南方向作为入风口) 。
2.2.1 模型网格化
1) 先将在Gambit中网格化的模型图导入Fluent6.3.26中;
2) 进行网格模型检查, 查看体积或面积是否为负数, 非负为正确, 否则说明网格畸形, 需要重新修理;
3) 进行网格缩放, 检查单位和模型尺寸是否正确。网格化之后图形如图2所示。
2.2.2 设定参数进行迭代计算
1) 首先设置空气为流体材料, 设置右下方window1为边界条件;然后在velocity-magnitude (m/s) 中输入空气的流速27.78, 表示空气流速为100 km/h;
2) 其次迭代计算初始化:Compute from选择流体的入口边界, 选择window-1为空气入口, 然后点击Init进行迭代计算;
3) 输入迭代步数并逐渐增加, 累计迭代了200步, 曲线趋于平缓, 精度逐渐提高 (见图3) 。
2.2.3 Fluent流场分析
从图4a) 压力图中可以看到, 由于风是从东南方向刮来, 所以将右下方作为主要的进风口, 而将上面的卧室和书房作为主要的出风口。从风压图中可以看到, 由于进风口的原因, 在进风口流入风速较快, 所以风压并不高。而位于两侧中部的厨房、卫生间面积相对较小, 空气流速较低, 造成了这些房间的压力较大, 说明此处通风不好。再来看风压变化较小的起居室和餐厅, 由于起居室和餐厅的进风口和出风口都较大, 通风流畅。
通过建模, 分析了室内的风速, 得出图4b) 风速图和图4c) 速度矢量变化图。速度矢量图是反映速度变化、旋涡、回流等的有效手段, 是Fluent分析最常用的图谱之一。在默认情况下, 矢量在每个单元格的中心绘制, 用箭头表示矢量方向, 用箭头的长度和颜色表示矢量的大小。结合风速图和速度矢量图可以看出, 在左下方, 风流速偏小而形成旋涡, 导致室内空气流通较差, 通风条件恶化, 使人感到憋闷, 影响居住舒适度。说明该住宅的厨房和卫生间的凹口过深, 不利于通风。
对于以上的缺点, 若将厨房的出入口改变一下方位, 将厨房的门由西南方向改到西北方向, 使空气更好的随风向流通, 并将卫生间与卧室之间的墙体移除, 将卫生间的隔墙适当外移, 增加卫生间空间的同时, 让过道、卧室、卫生间三处通畅改善了之前卫生间与厨房凹口过深的弊端, 整个房间的通透性大大改善, 空气流速加快, 进出口风压基本一致, 此外在客厅增设一个进风口, 从而使卧室和客厅空气流通。
从改进之后进行建模得出的图4d) 速度矢量分析图也可以看出, 左下角漩涡大大减小, 基本不再影响室内空气的流通和室内外的循环交换, 厨房和卫生间风速风压基本稳定在正常状态, 达到了良好的效果。
至此已经完成了对该上海市被动式住宅的通风状况的分析及改进, 得出在布置建筑门窗洞时要注意当地气候的影响, 随风速风向的特点来布置门和窗的位置往往会达到更好的通风效果, 从而提高室内空气流动的通畅度, 实现被动式空气调节, 减少开空调或电扇等耗能设备。这不仅节约能源降低能耗, 而且使住户舒适度大大提升。
另一方面, 所研究建筑地区的风向和风压, 太阳辐射以及风速等都是影响建筑环境的因素。Fluent能在建筑风环境模拟中完成对大部分流体情况的模拟, 因此, Fluent软件对于今后建筑风环境的模拟具有重大意义。
3 建议与展望
一幢好的被动式住宅, 不仅仅应该是有体面地装修, 更应该具备完善的功能。在不多消耗能源的情况下, 应该让住户体会更舒适、安心的环境, 而通风就是最起码的保证。
通过上面的实例可以看出, 被动式住宅的室内合理布局, 不仅仅是建筑师单方面的经验设计。若结合一定的Fluent模拟, 对模拟结果中通风状况的分析和讨论, 可以帮助设计者更直观更全面地了解设计中的缺陷与不足, 会对设计起到更有利的帮助作用。
因此在规划设计的初期就对被动式住宅内部风环境进行分析, 并结合当地气候条件对设计方案进行优化, 将有效地改善室内居住的风环境, 创造舒适的室内活动空间。
参考文献
[1]李峥嵘, 王晶晶, 黄继红, 等.自然通风技术在现代城市建筑中的应用探索[J].上海节能, 2005 (4) :26.
[2]朱唯, 狄育慧, 王万江, 等.室内环境与自然通风[J].建筑科学与工程学报, 2006 (32) :69.