建筑通风节能设计应将当地气候因素考虑在内,并科学地计算和分析通风负荷以及通风量,还可以借助机械设备进行辅助通风,这些都有利于建筑通风的节能降耗。
1.建筑设计自然通风的目标
首先是在过渡季节和冬夏季部分时段取代空调,降低建筑的能耗和碳排放,使建筑以开放的姿态友好面对生态环境并与环境形成良性互动。其次,对室内空气温、湿度等指标进行调节,改善空气品质,满足人体舒适性要求。其三,根据当地的主导风向与风速,避免城市噪音和污染物,同时避免回风成为室内空气的二次污染源。其四,大量火灾事故说明,烟气是造成建筑火灾人员伤亡的主要因素。使用自然排烟技术,利用高温烟气产生的热压和浮力以及由室外风压造成的抽力,将烟气排至室外,满足应急通风需要。其五,重新审视自然通风这项适宜技术存在于传统建筑中朴素的生态思想和技术经验,并结合现代科学技术将其转化和重构,以适应现代人居环境发展的需要,延续地方气候文脉。
2.建筑通风设计中的注意事项
2.1 通风设计中应加强对当地气候的分析
目前我国的规范和标准对于建筑通风设计的要求都是全国统一标准,但是我国复员辽阔,南北和东西的跨度都比较大,这就造成了不同区域在不同的季节出现较大的环境差异性。另外不同区域的地理环境也会对建筑外的风向和风量有着不同的影响。这些都对建筑的通风设计有着较为明显的影响,但是在建筑通风的设计过程中却常常忽视区域在地理和地形地貌上的差异性。这就造成通风设计不够有针对性,导致在一些地区通风设计的浪费,而在另外一些地区却会出现通风设计不足的现象所以在建筑通风设计中充分的考虑当地的气候有着极为重要的意义。
在通风设计中对气候进行分析主要是查找影响通风设计中的各种因素。根据建筑物要求的通风换气次数并且结合当地的气候可以制动更为详细的通风设计策略。对于影响到通风设计的气候要素要主要从风、温度、湿度和太阳辐射这四个方面来综合考虑。风主要是考虑当地的在当地气象资料记录中占主要比例的风向。根据当地的气象测量分析实际的风速和风压的大小。如果风速较小的话完全靠利用风压来实现建筑物的通风就较为困难。所以在建筑通风设计中要要综合考虑风向和风速的影响程度。温度决定着建筑物进行换气的次数。要根据一年中温度的变化情况合理的确定不同季节中换气的次数。
为此在进行建筑通过的设计过程中可以引入室内外设计参数,为建筑通风设计增加参考和提供更加科学的设计依据。
2.2 通风负荷的计算分析问题
在建筑通风设计中,通风负荷跟空调和采暖的负荷计算存在着较大的不同,在《采暖通风与空气调节设计规范》中对于负荷的计算也有了一定阐述并处给出了相应的计算公式。但是在规范中至少笼统的给出了空气调节的负荷计算公式,如果在空调季节需要逐段逐时的对通风的负荷进行计算,但是通风季节的情况下就没有必要进行如此繁琐的计算,可以适当的简化通风负荷的计算过程,因此在建筑通风设计中进行通风负荷的计算过程中将负荷分为主要两大类围护结构的负荷和室内的负荷。
对于围护结构的负荷计算可以参照规范类似于空调季节负荷的要求来进行计算和分析,围护结构的负荷主要是由于围护结构的受热和形状的改变引起的负荷变化。对于建筑物的外围护结构,在建筑通风设计的过程中可以发现其由于温差变化导致的负荷为热负荷,这对通风设计来说属于有力因素,早计算分析的过程中就可以省略,不在进行考虑。同时在设计通风量大小的时候也要考虑对围护负荷的影响程度。一般来说通风量越大其差生温差负荷也就越小,对围护结构也就越有利。
在通风设计的过程中建筑物的室内负荷可以讲室内设备散热、照明散热和人体散热三个部分直接相加形成一个稳态的计算模型。
2.3 通风量的计算
在我国目前的设计规范和标准中对通风量的计算也没有明确的规定。就是使得在建筑通风的设计过程中存在较多的不确定性,如果通风量过大,就会造成一定的资源浪费,使得通风设备出现长时间闲置的状况。也会对人们的正常工作和生活造成不好的影响。如果通风量不足的话也起不到以前的效果,一次置换建筑物内空气的时间就会过程,使得陈旧空气在室内有较长时间的停留,对人们的身体健康不利,也不利于及时的来调节室内的环境温度。在建筑通风的世界过程中可以讲通风量的计算分为两个部分,分为卫生通风量和降温除湿通风量。卫生通风量的计算可以直接参照空调、采暖的新风量的计算方法,具体为满足稀释人员污染和建筑污染所需要额通风量的总和。对于建筑物内污染量的确定在《采暖通风与空调设计规范》中没有明确的规定。可以参考《公共建筑节能设计标准》中关于建筑室内新风量的规定值。降温除湿通风量的计算主要考虑三个方面的要求,一个是将建筑室内余热带走的通气量,二是将建筑室内的余湿带走的通气量,三是将室内污染气体带走的通气量。
如果建筑物内的预期环境较为复杂的话,在最终选取降温除湿通风量的过程中要选择最大值。其中建筑室内的余热所需要的通风量是最大的。在完成通风量的设计之后,也需要根据建筑的实际情况进行相应的调整,对通风量进行验证,对建筑室内的温度、湿度和有害气体含量进行验证,以便及时的调整通风量的大小,来完善通风量的设计。
3.借助机械设备辅助通风
对于某些地区的建筑来说,完全自然通风并不是每个季节都适宜的,有些建筑受特定条件的制约,也不具备低进高出的气流通道,仅仅靠风力与建筑物所形成的压力无法完成良好的自然通风,便要借助机械设备对自然通风提供动力,或者是根据不同时段、不同季节进行完全自然通风和机械通风的轮换。通过辅助设备作用,还可以对进入室内空气的温度和相对湿度进行适度改善,滤城市噪音和污染物。机械设备辅助系统应该由建筑设计、内部负荷、自然驱动力、外界环境决定,以最节能的方式满足内部环境的需要。
4.针对不同情况采取不同控制策略
建筑自然通风在不同的季节有不同的使用策略,同一天的不同时刻也有不同使用方法。把应变的思想运用到建筑通风设计中,通过改变通风方式和通风量,对建筑内部的热压差气流进行控制引导。这就要求充分利用技术条件弥补被动式系统所存在的缺陷,使通风模式与感应器所提供的室内外气温、风强度和CO2浓度等信息相联系,发挥主动控制的调节作用,提高设备的利用效率,满足不同季节、不同时段的自然通风需求,实现系统性应变式的自然通风。
总之,在通风建设方面,采用自然通风和机械辅助式自然通风来达到节能,在不消耗不可再生能源情况下降低室内温度,带走潮湿污浊的空气,改善室内热环境。在节能情况下提供新鲜、清洁的自然空气,有利于人体的生理和心理健康。
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建筑施工节能技术
【摘要】随着国家经济的高速发展以及可持续发展的推进,节能型建筑势在必行。本文介绍了建筑施工节能技术的一般要求,并详细阐述了节能建筑施工的措施。
【关键词】建筑施工节能
迄今为止,能源问题一直受到世界各国的普遍关注。据悉,在全世界的能源消耗中,无论是发达国家还是发展中国家,建筑能耗在总能耗中所占的比重是很大的,约占25%-40%。因此,建筑节能成为节能的重点。
1、节能建筑施工要求
一般来说,节能建筑主要从外墙、屋面、门窗等方面提高围护结构的热阻值和密闭性,达节约建筑物的使用能耗的目的。施工单位的项目经理和技术负责人应根据节能建筑设计施工图或节能设计专篇,结合其特殊性,制定施工方案,设立有效的质量控制点,严格接操作程序施工,保证必需的施工周期。加强施工操作人员的岗前培训和施工技术交底。
2、节能建筑施工技术措施
2.1墙体施工
空心砖承重墙一般采用整砖平砌,孔洞垂直方向且长圆孔顺墙长方向设置,空心砖不宜破凿,不够整砖时用实心砖外砌,墙中洞口预埋件和管道处,应用实心砖砌筑,并在砌筑时留出或预埋,不得随意凿孔和用水泥砂浆填孔。避免外墙体出现通缝、不密实、冷热桥的现象。
现场施工员根据设计施工图和工程的具体要求及施工条件绘制砌块排列图。要针对砌块建筑的墙体热阻值低、砌体和粉刷易开裂、灰缝和裂缝处易渗漏等不利因素,从施工角度采取技术措施予
以确保。依据的技术规范除砌体、混凝土结构、抗震、工程施工验收等方面外,针对性的有(混凝土小型空心砌块建筑技术规程)(JGJ/T142004)、(混凝土小型砌块房屋结构构造)(浙G16-91)等。
2.2墙体保温施工
墙体保温系统的施工是墙体节能措施的关键环节。墙体的保温层通常设置在墙体的内侧或外侧,设在内侧技术措拖简单,但保温效果不如外侧,设在外侧可节省使用面积,但粘结性差,措施不当易产生开裂、渗水、脱落、耐久性减弱等问题,造价一般也高于内设置。施工工艺一般采用抹灰、喷涂、干挂、粘贴、复合等方式。针对不
同的保温材料、不同的施工方法,采用不同的施工技术措施。以各种轻骨料(如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、超轻陶砂、聚苯乙烯颗粒、浮石、火山灰、粉煤灰等)加入水泥、石灰、石膏、化学聚合物等胶结料,并加入少量助剂按一定比例配制而成的保温砂浆,一般都采用抹灰的施工方式。保温砂浆应在基层质检验收合格,屋面防水层完工,与墙体相连的隔墙、门窗框、管线施工不破坏保温层的情况下方可施工,施工时环境温度不低于5℃,夏季应注意保湿养护。保温砂浆抹灰自上而下依次进行,施工中应注意:
①基层作清洁、修平、湿润处理,表面不易粘站的混凝土墙、粱、柱等部位打毛或刷粘结剂。
②按设计要求弹标准水平线、踢脚线或墙裙线,门窗洞四周宜用水泥砂浆抹宽50mm护角。为保证保温层厚度墙面应做标准灰饼、冲筋。
③每次抹灰厚度10mm左右为宜,当底层韧凝且表面有一定强度后再继续下一层。应注意保湿养护但不能水冲,砂浆硬化期间严禁撞击和振动。
④保温砂浆一般设置内侧,用于外侧必须有防水、防裂、防脱落等保证措施。
聚胺酯泡沫塑料、各种保温涂料等一般采用喷涂施工方式。根据不同产品的要求严格控制施工环境温度,喷涂前基层应清洁、干燥、平整、要特别注意保温涂层的均匀一致和厚度达标。要注意喷涂距离角度、速度和流量。
干挂工艺---一般用于外保温,不仅保温效果好,而且利用空气层可大大提高隔热和防水性能,但由于建筑成本较高,一般用于公共建筑,多层住宅很少采用,干挂系统要考虑风力、地震、温度、雨水、大气腐蚀、耐久性等不利因素,保证体系的稳定性、强度,施工中要特别注意与墙体锚固的可靠性、连接节点的质量、金属件的防腐
防水措施等。
随着新型保温产品的不断发展,出现了各种粘结材料和粘贴工艺。大部分粘贴工艺都结合使用机械锚固。目前唯有专威特外墙保温系统采用纯粘贴施工工艺。挤塑聚苯板、水泥聚苯板、岩棉板、玻璃棉板、珍珠岩板都采用水泥砂浆、聚合物水泥砂浆、化学粘结剂粘贴,并用尼龙锚件、膨胀螺桂将外层的钢丝网泥砂浆粉刷层与墙体连接起来。粘贴复合保温墙体,可分为内置式保温、夹心保温或外置式保温3种。内置式和外置式粘贴复合保温应用面在不断扩展施工工艺日趋成熟,施工中尚需注意以下环节。
①内置式保温将保温层粘贴或加机械锚固时,需在内墙表面设平薄板、钢丝网粉刷层、胶粘荆加耐碱玻纤网抹面层等防护层。施工时应保持粘贴面平整、清洁、湿度适宜,且屋面防水层完好和上层无施工水下渗。施工顺序为自上而下,从阴角开始。粘贴前应做好踢脚线和门窗洞护角。挂镜线位置间隔从墙体中预埋木块穿过保温层用
于固定挂镜线。厨房、卫生间等湿度较大的墙体防护面层应考虑防湿防渗和便于贴面。在墙体转角处,内外墙交接处以及踢脚线处易形成“热桥”或结露滴水,可根据工程实际在上述部位加强保温效果。
②外置式保温,通常将聚苯乙烯板、玻璃棉板、岩棉板、水泥聚苯板等保温板用粘结荆或锚固件将其与面层固定在基层墙体上,面层内设加强网,聚苯板作保温层时用耐碱玻纤网聚合物水泥砂浆作面层,岩棉板、水泥聚苯板等用钢丝网防水水泥砂浆作面层。
2.3门窗安装施工
门窗框和玻璃扇的传热系数及密闭性是外墙节能的关键环节之一。木和塑料门窗的传热系数比钢、铝门窗低30%左右,双层玻璃比单层玻璃低40%左右,因此,价格比较好的是塑料单框双玻门窗。为保证门窗能达到预期的节能要求,安装过程中应注意以下几个问题:
(1)根据设计要求选择门窗时,要复查其抗风压性、空气渗透性雨水渗漏性等性能指标。
(2)安装门窗框时要反复检查框角的垂直度.变形严重、缝隙超标、密封条不密闭的门窗扇不能上墙。
(3)在框与扇、扇与扇之间须设密封条,以防渗水、透气,推拉窗的轨遭处须增加密封处理,局部缝隙较大的位置可用单组份密封膏挤注。
(4)在门窗框四周与墙或柱、粱、窗台等交接处,须用水泥砂浆进行严密处置,在靠室外一侧须结合外装修进行处理,以防渗水、透气。
(5)粘贴密封条或挤注密封膏时,应事先将接缝处清理干净干燥,无灰尘和污物。
2.4保温屋面施工
通常屋面保温是将容重低、导热系数小、吸水率低、有一定强度的保温材料设置在防水屡和屋面板之间,按此种正铺法,可选择的保温材料很多,板块状有加气混凝土块、水泥或沥青珍珠岩板、水泥聚苯板、水泥蛭石板、聚苯乙烯板、各种轻骨料混凝土板等;散料加水泥等胶结料现场浇注的有珍珠岩、蛭石、陶粒、浮石、废聚苯粒、炉渣等;采用松散料直接或袋装设置在尖顶屋面下或吊顶上部的有膨胀珍珠岩、玻璃棉、岩棉、废聚苯粒等;现场发泡浇注的有硬质聚氨脂泡沫塑料和粉煤灰、水泥为主料的泡沫混凝土等。反铺法主要将防水层置于保温层以下,可有效保护防水层,方便施工检修,但由于造价较高,住宅建筑尚未大量使用。
屋面同时应采取有效的隔热措施,通常在屋面结构上部或下部设置通风隔热层、采用高教保温材料隔热、屋顶结构上设反射层或蓄水植被等。
3、结语
综上所述,节能建筑的墙体、屋面、门窗的保温隔热施工是节能效果的关键,所以务必要施工单位各部门、各工序严格按设计和材料施工工艺的技术措施执行,做好各质量控制点的验收。
【看考文献】
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建筑是用能大户,建筑节能是发展建筑业的需要。
一、节能住宅的概念
随着能源危机的出现,越来越多的开发商开始重视节能住宅。节能住宅需要通过对建筑的合理设计、合理选材,最大限度的把室内自然温度控制在人体舒适温度范围内,从而为居住者提供健康、舒适、环保的居住空间,降低建筑物的运行能耗。
北京锋尚在国内率先整合了欧洲先进的技术系统为一体,建造的高舒适度、低能耗住宅,达到了发达国家的居住标准。其核心技术概括为八大子系统:第一,混凝土采暖制冷系统。该系统是将聚丁烯(PB)盘管预埋在钢筋混凝土中,夏季管中送20℃、冬季送28℃的水,能使室内温度保持在20℃-26℃的合适范围内。第二,健康新风系统。通过统一空气净化和冷热处理后新风经“下送上回”进入室内,无须开窗即可保持新鲜空气不断更换。第三,外墙系统。外墙采用欧洲标准加厚外保温方式,能有效阻挡冷热辐射和雨雪侵蚀。外饰面采用干挂砖墙面,干挂砖幕墙与保温板之间有一个流动空气层,可以保持保温板的干燥。第四,外窗系统。窗采用德国SCHUCO断热铝合金窗和LOW-E低辐射中空玻璃。第五,屋面及地下系统。对屋面及地下墙体的特殊处理,保证了顶层和一层与标准层舒适度的均好性。第六,防噪音系统。通过外墙系统、ALULUX卷帘、楼板处理、同层后排水系统,防止来自室外、楼上、下水道的噪音。第七,垃圾处理系统。垃圾处理系统有中央吸尘、食物垃圾处理和可回收分类垃圾周转箱三部分组成。第八,水处理系统。小区设中水处理系统,将社区生活用水处理用于浇灌绿地、冲洗和补充人工湖水。
二、国外节能已成风尚:
在国外,建筑师采用多种形式和方法来节能:
(1)、资源回收利用: 日本1997年建成了一栋实验型“健康住宅”。除了整个住宅尽可能选对人体无害的建筑材料外,墙体还被设计成双重结构,每个房间建有通风口,整个房屋系统的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用,其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃,从而能够抑制霉菌等过敏生物繁殖。这种资源的回收利用,不仅变废为宝,而且减少了环境污源,节约了能源。
(2)、新能源开发利用:
德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋。房屋被安装在一个圆盘底座上,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后,该房屋便反向转动,回到起点位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%,而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。
三、中国建筑能耗基本情况
我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4,居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展,需要大量的建造和运行使用能源,尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计,1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为1.54×108t标准煤,占当年全社会能源消耗总量12.27×109t标准煤的12.6%。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能1.3×108t标准煤,占全国能源消费总量的11.5%左右,占采暖区全社会能源消费的20%以上,在一些严寒地区,城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右。与此同时,由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源,使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中,化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中,99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的,其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%,CO2占71%,烟尘占60%。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家,每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二,预计到2020年,中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此,中国对于全球气候变暖承担着重大的责任,而作为耗能大户的建筑,其节能也就成为关系国计民生的重大问题。
四、住宅设计最基本的节能意识:
新疆冬季严寒漫长,因此,住宅建筑设计中,主要空间朝向南,或向南偏东,或向南偏西,历来被认为是合理的设计,这是最基本的节能意识在住宅建筑设计中的应用。在我国的大部分冬冷夏热地区住宅的总体规划和单体设计中,为住宅的主要空间争取良好朝向,满足冬季的日照要求,充分利用天然能源,无疑是最基本的改善住宅室内热环境的设计,是最基本的
五、节能设计思路
(一)建造内保温复合节能墙体
复合节能墙体通常由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合而成。如果绝热材料复合在建筑物外墙的内侧,则称为内保温复合墙体。
1.墙体结构层:系指混凝土现浇或预制品的外墙,内浇外砌或砖混结构的外砖墙。以及诸如承重多孔砖外墙等其他承重外墙。
2.空气层:空气在0℃时导热系数为0024VV/(m·k)。在25℃±5℃时为00256W/(m·k),即使在200℃的情况下仍有00:384 W/(m·k)。由此可见,空气也是一种优良的保温材料。因此,在建筑物中常用材料围成的空气隔离层,不但可以保温隔热。而且具有切断液态水份的毛细渗透、防止保温材料受潮的功能,因为一般外侧墙有吸水能力,而其内表面常因温度低而出现的冷凝水。可被结构材料吸入且不断向室外转移和散发。
3.保温隔热层:这是节能墙体的主要功能部分,常用绝热材料可分为有机、无机 金属等三大类。出于导热系数、抗压强度、蒸汽渗透率、燃烧性能等方面的考虑。此处选用挤塑型聚苯板(XPS)为保温材料。
玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。有单层和双层玻璃的墙体。反光绝缘玻璃厚6毫米,墙面自重约40kg/㎡,有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点。幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜,从外观上看整片外墙犹如一面镜子,将天空和周围环境的景色映入其中,光线变化时,影像色彩斑斓、变化无穷。在光线的反射下,室内不受强光照射,视觉柔和。中国1983年首次在北京长城饭店工程中采用。
去过美国纽约的人大凡会被其繁华的都市风貌所折服,那高耸入云的摩天大楼蔚为壮观,而其通体的玻璃幕墙映衬出空明的蓝天和飘舞的白云,更为之增添了绚丽的色彩。那么,玻璃幕墙是怎么做成的呢?玻璃幕墙是指作为建筑外墙装潢的镜面玻璃,它是在浮法玻璃组成中添加微量的Fe、Ni、Co、Se等,并经钢化制成颜色透明板状玻璃,它可吸收红外线,减少进入室内的太阳辐射,降低室内温度。它既能像镜子一样反射光线,又能像玻璃一样透过光线。
现代化高层建筑的玻璃幕墙还采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合,隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃有两层和三层之分,两层中空玻璃由两层玻璃加密封框架,形成一个夹层空间;三层玻璃则是由三层玻璃构成两个夹层空间。中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风压强度大等优点。据测量,当室外温度为-10℃时,单层玻璃窗前的温度为-2℃,而使用三层中空玻璃的室内温度为13℃。而在夏天,双层中空玻璃可以挡住90%的太阳辐射热。阳光依然可以透过玻璃幕墙,但晒在身上大多不会感到炎热。使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉,极大地改善了生活环境。
[编辑本段]分类与构成
1. 明框玻璃幕墙明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。它以特殊断面的铝合金型材为框架,玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。
2. 隐框玻璃幕墙
隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面,室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种,半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐,也可以是竖明横隐注。隐框玻璃幕墙的构造特点是:玻璃在铝框外侧,用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。幕墙的荷载主要靠密封胶承受。
3.点支式玻璃幕墙
点支式玻璃幕墙是近年来新出现的一种支承方式。但一经出现,在城市发展很快。下面对这种较新型的支承方式作一介绍:
1.点式玻璃幕墙的分类
按照支承结构的不同方式,点式玻璃幕墙在形式上可分为以下几种:
(1)金属支承结构点式玻璃幕墙这是目前采用最多的一种形式,它是用金属材料做支承结构体系,通过金属连接件和紧固件将面玻璃牢固地固定在它上面,十分安全可靠。充分利用金属结构的灵活多变以满足建筑造型的需要,人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构体系。玻璃的晶莹剔透和金属结构的坚固结实,“美”与“力”的体现。增强了“虚”、“实”对比的效果。
(2)全玻璃结构点式玻璃幕墙通过金属连接件及紧固件将玻璃支承结构(玻璃肋)与面玻璃连成整体,成为建筑围护结构。施工简便造价低,玻璃面和肋构成开阔的视野,使人赏心悦目,建筑物室内、外空间达到最大程度的视觉交融。
(3)拉杆(索)结构点式玻璃幕墙采用不锈钢拉杆或用与玻璃分缝相对应拉索做成幕墙的支承结构。玻璃通过金属连接件与其固定。在建筑中充分运械加工的精度,使构件均为受拉杆件,因此,施工时要加以预应力,这种柔接可降低震动时玻璃的破损率。
2.建筑点式玻璃幕墙的主要组成部分
(1)支承体系 支承体系是将面玻璃所受的各种荷载直接传递到建筑主构上。因此,它是主要受力构件,一般是根据承受的荷载大小和建筑造型来结构形式和材料,如玻璃肋、不锈钢立柱、铝型材柱或加上适当的防腐、防面处理的钢析架、钢立柱及不锈钢拉杆(索)等。
(2)金属连接件
金属连接件包括固定件(俗称爪座和爪子)和扣件。固定件通常用不锈普通钢铸造而成,而扣件则是不锈钢机加工件。考虑到金属相容性,爪座必须采用与支承体系相同的材质,或使用机械固定。
金属连接件是建筑点式技术的精华所在。它把面玻璃固定在支承结构上不仅产生玻璃孔边缘附加应力,而且能够允许少量的位移来调节由于建筑安装带来的施工误差,同时还有减震措施以提高抗震能力,因此设计时考虑的因素是多方面的。
(3)金属连接件还产生显著的装饰效果,因此它除满足功能上的要求之外,还要有优美的造型设计和精细的加工制造,起“画龙点睛”的作用。
3.玻璃
(1)建筑点式玻璃幕墙所用的玻璃,由于钻孔而导致孔边玻璃强度降低约30%,因此建筑点式玻璃幕墙必须采用强度较高的钢化玻璃(钢化玻璃的抗冲击强度是浮法玻璃的3-5倍,抗弯强度是浮法玻璃的2-5倍)注,钢化玻璃另一个重要特性是使用安全,在遇到较大外力而破坏时产生无锐角的细小碎块(俗称”玻璃雨”),不易伤人。
当地处北方的建筑物或对保温隔热有较高要求的建筑物,往往采用中空玻璃,它是在两片玻璃之间有一干燥的空气层或惰性气体层,中空玻璃能大幅度提高保温隔热性能的原因是玻璃的传热系数K值为0.8w/(m2.K),而空气的K值为0.03w/(m2.K)注,惰性气体就更低了。由于人口的增加,工业的发展,生活水平的提高,能源的消耗也就急剧增加,能源危机迫在眉睫。因此,各行各业提出了节能的要求,节约二次能源--电能,也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则:
1. 满足建筑物的功能
即满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量,也就是舒适卫生;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足特殊工艺要求,如娱乐场所的一些电气设施的用电,展厅的工艺照明及电力用电等。
2.考虑实际经济效益
节能应按国情考虑实际经济效益,不能因为节能而过高地消耗投资,增加运行费用。而是应该让增加的部分投资,能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
3.节省无谓消耗的能量
节能的着眼点,应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的,再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗,又如量大面广的照明容量,宜采用先进技术使其能耗降低。
因此,节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
建筑电气节能的途径
1.减少变压器的有功功率损耗
变压器的有功功率损耗如下式表示:△Pb=Po+Pkβ2其中:
△Pb--变压器有功损耗(KW);
Po--变压器的空载损耗(KW);
Pk--变压器的有载损耗(KW);
β--变压器的负载率。
Po部分为空载损耗又称铁损,它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成,是固定不变的部分,大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以,变压器应选用节能型的,如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器,它们都是采用优质冷轧取向矽钢片,由于"取向"处理,使矽钢片的磁畴方向接近一致,以减少铁芯的涡流损耗;45°全斜接缝结构,使接缝密合性好,以减少漏磁损耗。
Pk是传输功率的损耗,即变压器的线损,决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,即负载率β的平方成正比。因此,应选用阻值较小的绕组,可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值,在β=50%处每千瓦的负载,变压器的能耗最小。因此,在80年代中期设计的民用建筑,变压器的负载率绝大部分在50%左右,在实际使用中有一半变压器没有投入运行,这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是,这仅是为了节能,而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。
SC3-2000KVA的变压器,当β=50%时相对于β=85%时可节能为P=16.01×(0.852-0.52)=7.56KW,按商场最高用电小时计:每天12小时,365天全营业,则总节约电能:W=7.56×12×365=33113KW•h。按营业性电价每度0.78元计,则每年节约:33113×0.78=25828元。
按每千瓦的初装费投资:2000KVA变压器应是大型民用建筑,必然双电源进线,则初装费每KVA为2240元,每年节能省下的电费只能提供(25828/2240=11.53)11.53KVA的初装费。还有988.5KVA的初装费,加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格,由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费,安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用,这是笔相当可观的投资,还没有计及折旧维护等费用。由此可见,取变压器负载率为50%是得不偿失的。
事实上50%负载率仅减少了变压器的线损,并没有减少变压器的铁损,因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的容量,变压器的负载率应在75%~85%为宜。这样也可以做到物尽其用,因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年,20年后可能有更好的变压器问世,这样就可以有机会更换新的设备,才能使该建筑总趋技术领先地位。
为减小变压器损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000KVA,可选2台1000KVA,不选4台500KVA。因为选用前者可节能:△P=4×(1.6+4.44)-2×(2.45+7.45)=4.36KW(全按β=100%计,同等条件,SC3变压器)。
在变压器选择中,能掌握好上述三点原则,即满足了节约能源,又经济合理的原则。
减少线路上的能量损耗
由于线路上存在电阻,有电流流过时,就会产生有功功率损耗。其公式如下:△P=3IΦ2R×10-3(KW)
式中:IΦ--相电流(A)
R--线路电阻(Ω)
例如,在L=100m的VV-3×50+2×25的电缆上传输60KW,cosφ=0.8的电能,其有功损耗量,可由以下步骤求得:IΦ=60×103/(×380×0.8)=113.6A
芯线温度70℃的50mm2铜芯线每公里电阻R0=0.44,则R=0.1×0.44=0.044(Ω)
△P=3×113.62×0.044×10-3=1.704KW
从以上可看到,线路上的功率损耗相当于每6m的线路上安一个100W的灯泡。
在一个工程中,线路左右上下纵横交错,小工程线路全长不下万米,大工程更是不计其数,所以线路上的总有功损耗是相当可观的,减少线路上的能耗必须引起设计重视。
线路上的电流是不能改变的,要减少线路损耗,只有减小线路电阻。线路电阻R=P×L/s,即线路电阻与电导P成正比,与线路截面S成反比,与线路长度L成正比,因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。
应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳,但又要贯彻节约用铜的原则。因此,在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线,在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。
减小导线长度。首先,线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度;其次,低压线路应不走或少走回头线,以减少来回线路上的电能损失;第三,变压器尽量接近负荷中心,以减少供电距离,当建筑物每层平面在10000m2左右时,至少要设两个变配电所,以减少干线的长度;第四,在高层建筑中,低压配电室应靠近竖井,而且由低压配电室提供给每个竖井的干线,不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送,尽可能减少回头输送电能的支线。
增大导线截面。首先,对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面,再加大一级导线截面,所增加的费用为M,由于节约能耗而减少的年运行费用为m,则M/m为回收年限,若回收年限为几个月或一、二年,则应加大一级导线截面。一般而言,导线截面小于70mm2,线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次,利用某些季节性负荷的线路,这些用户不用时,可提供给常期用户作供电线路使用,以减少线路和电阻。例如,将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷,集中在一起,采用同一干线供电,既可便于用一个火警命令切除非消防用电,又可在春秋两季空调不用时,使同样大的干线截面传输较小的电流,从而减小了线路损耗,这就相当于充分利用了季节负荷的线路。
在设计中,认真落实上述三条措施,就可减少线路上的能量损耗,达到了线路节能的目的。
提高系统的功率因数
提高系统的功率因数,减少无功在线路上传输,以达到节能的目的。
为什么常提到负荷平稳的电动机可采用就地补偿,因为负荷变动时电机端电压也变化,使电容器没有放完电又充电,这时电容器会产生无功浪涌电流,使电机易产生过电压而损坏。因此,断续负载,如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器;另外,如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器,因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换,使电容器在放电瞬间又充电,也会使电机过电压而损坏。
在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法,对容量超过10KW的风机、水泵、传送带等电动机端设置就地补偿装置,空调主机及冷冻泵等常在其附近设专用变配电所,可以集中补偿,但若供电距离超过20m时也最好采用就地补偿。
电动机就地补偿装置的接线有二种方式,一是并接在热元件的一次线后,热元件的整定电流应按补偿后的电机工作电流计,这种接线适合新安装的电机;另一种是装补偿电容器在接触器主接点之后,热元件一次线圈之前,热元件的整定电流就不计补偿的影响,这适合于进行改造的电机接线,这样做可使电容器与电动机一起投切。
处理好上述三部分,即减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点,就可以实现合理的选择无功补偿方式而达到节能的目的。
照明部分的节能
因为照明用量大而面广,因此,照明节能的潜力很大,应从下列几方面着手:
采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛,因为它便宜,安装维护简单,它致命的弱点是发光率太低,因此目前常被各种发光率高,光色好,显色性能优异的新光源取代。表1列出了各种光源每W的光通量�Lm�。从表中可以看出低压钠灯和高压钠灯的发光率最高,但由于色温低,光色偏暖,显色指数在40~60之间,颜色失真度大,只能在路灯或广场照明用,其中显色指数在60的高显色性钠灯可与汞灯组成混合灯,用于工厂及体育馆照明,这也是量大面广的照明部分;发光率很高的金属卤化物灯,三基色荧光灯及稀土金属荧光灯,由于色温范围广,自3200K~4000K,光色选择性好,显色指数又高,可达80~95,颜色失真度小,尤其金属卤化物灯对人的皮肤显色性特别好,因此除用作商场、展厅的照明外,还广泛用在车站的候车室、码头的候船室、航空港的候机楼以及舞台的灯光照明等;一般荧光灯及稀土金属荧光灯可用在写字楼、住宅的照明;荧光高压汞灯、自整流高压汞灯、钠灯及三者组合的混光灯常用于生产厂房的照明。尽量不用或少用白炽灯,只有在局部艺术照明或防止高频光谱照射的古董字画照明中才使用,虽然它光色好,显色指数最高,但达不到节能的目的。
建筑物尽量利用自然采光,靠近室外部分的建筑面积,应将门窗开大,采用透光率较好的玻璃门窗,以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分的照明,可采用按照度标准检测现场照度,进行灯光自动调节。
对气体放电灯,采用灯光无级自动调节,即调节灯丝从而达到调光的目的。但其代价太高,每套36W的灯管需要增加2000元~3000元的投资,而节省下来的电能,其电价是有限的,因为这仅在白天日照强时(一般在上午10时到下午3~4点钟 这段时间内)可减少一点人工照明,每支灯充其量节能25%,每天按12小时计,每年按365天计,则节省运行费用:
m=36×0.25×12×365×0.78×10-3=30.7元
所以增加控制的投资需要2000~3000/30.7=65~97年才能回收,这是没有实用意义的。在工作照明中采用这种调光方案是不可取的。它只适宜用于特殊条件下,如气象台、导航站等小面积控制室,要求室内的照度与室外自然光自然协调的环境,才可采用这种调光设备。另外,这种调光设备用于稀土金属荧光灯,其频闪效应使人眼不易接受。对于可以充分利用自然光而且需要调光的场合,可采用分组分片自动开停的控制方案,虽然会有突变过程,但不会影响视力,也不会影响人的情绪,是可取的方式。
对长期需要开停,但又要按人流的多少自动调整照度的场合,在增加投资不多的情况下,对荧光灯可利用调压的方式,固定几级调节,如北京地铁采用澳大利亚的调光设备就是如此。
荧光灯采用调电压调光,其节能效果并不显著。因为,气体放电灯的发光是靠离子在高电压下产生碰撞,达到一定能级而使荧光粉发光,因此光通量并不与电压成正比,电压下降10%,光通量差不多下降30%~40%,电压下降30%,灯会全熄。因此,气体放电灯采用调压方式调光,在实际工程中也很少采用。
照明节能中,除了满足照度、光色、显色指数外,应采用高效光源及高效灯具,对能利用自然光部分的灯具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式,可达到照明节能的效果。
电动机在运行过程中的节能
在建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的,由设备制造厂商统一供应的。因此,其节能措施只能贯彻在运行过程中,除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外,还应减少电机轻载和空载运行。因为,在这种情况下,电机的效率是很低的,消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器,使其在负载下降时,采用变频的方式,自动调节转速,使其与负载的变化相适应。采用这种方式,可提高电机在轻载时的效率,达到节能的目的。但是,这种设备的价格仍偏高,因此在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器,软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角,以控制电压的变化。由于电压可连续调节,因此起动平稳,起动完毕,则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈,利用反馈信息控制可控硅导通角,以达到速度随负载的变化而变化。它可用在电动机容量较大,又需要频繁起动的设备,以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从起动到运行,其电流变化不超过三倍,可保证电网电压的波动在所要求的范围内。但它是采用可控硅调压,正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上,不会返回电网。因此,它要求散热、通风措施完善。其价格比变频器便宜,在水泵系统中的大容量电动机的控制设备中可以应用。
民用建筑的节能潜力很大,应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上,应具体了解其原理、性能、效果,从技术、经济上进行比较后,再选定节能设备,以达到真正节能的目的。
随着社会生活水平的提高,采暖通风技术在城市建筑工程得到了广泛的应用。先进有效的暖通设计可以有效增加建筑场所的舒适度,提升用户的满意程度。目前,我国对于建筑节能尤其是采暖通风方面的节能尤为重视,通过在采暖通风中降低能耗,会大大减少建筑过程中的总体能耗量。我们所说的建筑节能实际上就是在实现建筑的整体舒适水平的基础上,最大限度的降低能源消耗并提高能源利用效率的方法措施[1]。面对现阶段人们价值观的变化,我们有必要了解其对我国建筑采暖通风设计的影响,就我国建筑中采暖通风设计的现状进行简要分析。
在采暖方面,目前主要的采暖方式包括:热水供暖、电加热供暖、空调器供暖等。但是由于各类采暖方式的特点不同,其耗能的程度也是不相同的。热水管道供暖在北方地区是最为常见的供暖形式,电加热供暖与空调供暖,在我国南方地区应用的还是比较多的,其供暖能量的消耗是很可观的。通风设计的出现为我国炎热干燥的地区提供了便利,良好的通风设计能够减缓人们的压力以及疲劳,促进人体的正常新陈代谢。与采暖具有多种方式不同,我国通风设计基本上是采用空调和电风扇这两种通风设施。而风扇只能在夏季使用,在秋冬季只能通过空调来实现对室内空气的通风。
二、政府对建筑节能的举措
(一)制定有关法律法规
政府在必要的情况下可以通过法律条例来进行能源管理,在行政手段的督促监管下,可以有效的引导建筑节能的进行。同时,国家通过对各种建筑中的节能设施和采暖设备做好改善,并给以一定的支持优惠,能够大大激发人民对节能产品的开发兴趣和热情[2]。以建设节能资金来为建筑提供贷款优惠,满足消费者的节能产品欲望,提高人们对能源的使用效率。
(二) 强化监管机制
对建筑进行能源监督并及时做好检查工作是一个非常重要的节能环节,政府通过对墙体和门窗等构件进行透风性和气密性等性能的检查来了解控制建筑的能耗。而且,这种节能监督体系应该列入到工程建设的质量管理制度当中,在各种审查和验收通过的前提下加大各政策的落实效率,尽最大可能节约能源资源。
(三)建立健全节能评估制度
政府应该加快建设并落实一定的建筑系统节能评估办法和体系制度,通过对能源的使用效率和使用的合理性以及正确性给予合理的评价,来激发人们使用节能设备,而对于涌入的不合格节能设计项目则直接不给通过。
(四)开发使用新能源
政府部门应加大对新能源的开发力度,组织科研队伍发展新能源,通过对可再生或者是能被重复利用的能源进行设计使用,来降低不可生能源的利用,太阳能就是目前广被利用的新能源,也包括地热能等。同时,国家应该加大对节能的宣传,使建筑节能走进各个角落。
三、采暖过程中的节能方法
(一)绝热屋顶
一般情况下,屋顶有平屋顶、坡屋顶两大类,对于坡屋顶可以通过设计保温层来实现保温盒绝热的效果;而对于平屋顶,则通过一些材料进行隔热。
(二)绝热墙壁
目前已经开始引入一种外墙外保温的先进技术,来对建筑的墙体进行保温工作。这种技术能够有效解决热影响和火危害等问题,但是使用成本比较高。因此,对于普通楼房建筑常使用墙体的遮阳装置进行对墙体的保温。
(三)绝热门窗
门窗是建筑中必不可少的部分,它们不仅能够保温,还可以隔音、防水,进行对建筑的保护,但是却会散失很多热量。这样就要求在建筑中做好节能,降低热量的损失。目前,铝制品和钢筋材料的门窗比较常见,也可以使用中空的上层玻璃,来实现预期的节能目的。
(四)地板辐射供暖
近些年各地已经开始发展使用地热能源,这种新能源、新技术为采暖做出了显著的贡献。由于地热取暖原理比较复杂,所需材料造价高,因此,它的整体使用费用就很高[3]。但是,这种技术能够有效节省空间,并且均匀的进行辐射可以保证获得稳定的热量来源,是一种有待进一步开发的新型供暖方法。
(五)发热电缆和电热膜技术
随着电力市场的开放,发热电缆和电热膜采暖技术得到了推广。地面辐射发热电缆采暖系统是以电能为能源,发热电缆为发热体,可以将98%的电能转化为热能,通过采暖房间的地面以低温辐射的方式,把热量送入房间。低温辐射电热膜工作时以电热膜为发热体,将热量以辐射的形式送入空间,其综合效果优于传统的对流供暖方式.发热电缆和电热膜发展潜力巨大,符合低碳经济发展趋势。这种采暖方式不耗水、不占地、开关自主,符合减排低碳的政策导向,发展前景广阔。采用先进的电热膜发热技术,其热效率大于原先的取暖设施。因此在新兴采暖设备中占有一定的优势,缺点在于消耗电能,不像太阳能那样可以无偿使用。
四、通风中的节能方法
(一)利用风压实现自然通风
在具有良好的外部风环境的地区,风压可作为实现自然通风的主要手段。在我国大量的非空调建筑中,利用风压促进建筑的室内空气流通,改善室内的空气环境质量,是一种常用的建筑处理手段。
(二)利用热压实现自然通风
利用建筑内部空气的热压差来实现建筑的自然通风。利用热空气上升的原理,在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出,而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入[4]。热压作用与进、出风口的高差和室内外的温差有关,室内外温差和进、出风口的高差越大,则热压作用越明显。在建筑设计中,可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔并在顶部设置可以控制的开口,将建筑各层的热空气排出,达到自然通风的目的。
(三)机械辅助式自然通风
大型建筑中,由于通风路径较长,流动阻力较大,单纯依靠自然风压与热压往往不足于实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市,直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内,不利于人体健康。在这种情况下,常常采用机械辅助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道,辅以符合生态思想的空气处理手段,并借助一定的机械方式加速室内通风。
总之,在通风建设方面,采用自然通风和机械辅助式自然通风来达到采用空调制冷技术,在不消耗不可再生能源情况下降低室内温度,带走潮湿污浊的空气,改善室内热环境。达到节能下的提供新鲜、清洁的自然空气,有利于人体的生理和心理健康。
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