1 節約型建筑設計的基本原則

1.1 整體關聯原則

在自然生態系統中,與我們人類息息相關的建筑也是其中的重要組成部分,因而應考慮資源的再生和自然景觀的連續性,建造建筑物時充分考慮對社會和生態環境造成的影響。我們不能只是一味地滿足人的無休止的欲望,而忽略對人類賴以生存的環境的影響,破壞自然生態平衡。應從人與自然相互關系的倫理角度出發,合理利用自然資源和各種能源,實現人與自然的和諧相處,滿足人類社會的可持續發展要求。

1.2 經濟高效原則

近年來,由于房地產利潤較高,使得這個行業一直是我國的熱門行業,但建筑業同時也是一個高能耗高污染的行業,而建筑開發商永遠是以逐利為目的,這就使得許多人把節能與資本的高投入對立起來。他們往往以為生態建筑投資較高,但卻不能給開發商帶來相應的利益回報,造成高投入低產出的現象,從而阻礙了生態建筑地廣泛推廣和使用。但實際上并不像人們想象的那樣,節約型建筑的投資成本以及運營成本等總成本反而比高耗能建筑低許多,因為在建筑投入使用后,其各種節能措施可以大大節省水、電、采暖等能源費用,而能源價格越高,這種節省成本的效果越顯著。

1.3 健康舒適原則

建筑節能固然重要,但不能以犧牲建筑使用功能為代價,建筑還必須滿足人們對其健康舒適性的要求。因此,必須在此基礎上,充分研究人體的生理和心理需求,巧妙利用各種技術和手段,使建筑更加自然合理,能為人類創造一個舒適、健康的室內環境。

1. 4 全壽命周期設計原則

建筑節約可從多種渠道來進行,從建造地址的選擇到建筑方案的確定,到施工設備和材料的選用,以及施工工藝的選擇,再到建筑完成后的使用和維護過程,這整個環節相互影響相互制約,必須做好每個細部的節能處理。狹義的環保型建筑只是強調在施工建造或使用過程中盡量減少對環境的破壞,而廣義的節約型建筑則要求從原材料的開采、加工和使用,到建筑施工和使用過程,再到建筑物的廢棄、拆除、再利用或銷毀,進行全方位的環保節能,這一理念貫穿于建筑物的全壽命周期。原材料方面注重減小對自然生態的破壞,建筑的建造和日常使用既要減少能源消耗,降低成本,又要盡可能小地對環境產生污染,建筑使用壽命結束后,要較少建筑垃圾,對有用的材料盡可能的回收再利用。

2 建筑設計階段的節約型策略

2 .1 提高圍護結構的隔熱保溫性能

在建筑物的所有節能設計中,建筑外表皮一直是其保存能量較少能耗的關鍵因素。具有良好保溫隔熱功能的建筑外表皮能在炎熱的夏天減少熱量的傳入,在寒冷的冬天減少熱量的散失,從而減少建筑內部的制冷或制熱的能耗。在建筑中采用保溫隔熱性能好的新型墻體材料,是提高建筑節能效果的重要途徑。在推廣使用新型墻體材料的同時,還應完善建筑的結構體系,采用大空間的框架結構及復合結構,能減少普通磚墻的使用,為應用新型墻體提供了平臺。

保溫隔熱的原理即是根據建筑內部溫度需求和外部環境情況來調控構件系統的總熱阻。因此要選擇可以有效減少熱量通過傳導、對流和輻射產生的熱量損失的材料。通常的途徑是采用導熱系數小,低放射性的絕緣材料以減少通過輻射產生的熱能損失,表面則通常以高反射的金屬薄片或表面涂層來反射熱輻射。因為在寒冷氣候中,通過通風而產生的熱量損失占有一定的比重,所以應解決好與通風之間的矛盾,同時還需增強表皮的密封性能。此外,太陽輻射對建筑的保溫具有一定影響。當透明或半透明絕緣組合體被采用時,在寒冷氣候中能夠利用太陽輻射直接供給室內一部分熱量,對建筑保溫具有重要意義,同時還有利于室內衛生。但值得注意的是,在炎熱氣候中會導致多余的熱量,增加室內冷負荷。因此還要注意利用遮陽構件來隔熱,做好通風措施來散熱,以減輕夏季的冷負荷。

如果建筑物只有單層表皮,則其保溫隔熱主要是通過采用特殊材料來實現的,如果是多層表皮,則不僅可以材料角度來進行保溫隔熱,還可以做好結構設計,如通過兩層或多層界面與中間空氣間層共同作用來實現系統的保溫隔熱,其中建筑的內層界面其主要保溫隔熱作用,而外層界面和空氣間層只起輔助作用,空間層能減少熱量的傳遞。

(1)以單層材料形成保溫隔熱界面。其主要的保溫隔熱功能在于材料本身的性能。隨著材料科學的發展,人們可以更好地根據自己的需要來對自然材料進行改造,并不斷創造出性能更好的新的人工材料。以往的建筑外圍護結構最主要的功能是承重和保溫隔熱,多為磚石、混凝土或木材筑成,它 們 的 保 溫 隔 熱 效 能 較 差,導熱系數較高,如普通粘土磚砌體的導熱系數為0.8w1/(m*k),這是相當高的一個數字,能使熱量較快的從墻體傳入傳出,而泡沫聚苯乙烯板、玻璃棉板和巖棉板等新型保溫材料,導熱系數可低到0.035～0.04w1/(m*k)左右,其保溫效能比前者要高出20倍。而以往透明材料的保溫隔熱性能通常也較弱,雖然增強了建筑的透明性,提高了自然光的利用率,但這是以犧牲表皮的保溫隔熱性能為代價的。隨著材料技術的發展,一些新型隔熱玻璃出現了,如低輻射中空玻璃、硅氣凝膠特種玻璃等等。它們不僅提高建筑的美觀度,加大了自然光的利用,同時也實現了建筑的保溫隔熱效果。

(2)由多種材料組合而成的復合構造。各種材料用于不同的層上,共同組成多層結構。復合結構常有三明治建筑方式和箱式建造式兩種建筑方式。前者的各層結構像三明治一樣相疊,中間設置保溫層。后者是在保溫材料和面層之間保留空氣層,來減少熱傳遞。

2 .2 提高建筑表皮的遮陽性能

現代建筑中,透明性成了表皮的一大特點。建筑物采光功能不僅能在一定程度上滿足了室內的照明要求,節約了能源,同時還有利于改善室內環境衛生。遮光實際上包括遮陽與反眩光兩項。當代表皮的遮陽功能可以有效減少能源消耗,特別是在玻璃較多、透明度較高的建筑中,遮陽構件能在夏天避免建筑物吸收過多的熱量,從而減少制冷的能耗。反眩光功能則為使用者提供視覺舒適度�？梢�,人們既需要太陽光,又在一定程度上避免太陽光,遮光與采光本身就是一對矛盾,建筑節能設計必須處理好它們之間的關系。

(1)采光系統�，F在人們越來越注重對自然光線的使用了,這種光不僅用起來比較舒適自然,而且能減少人工光源的使用,從而能有效節約能源。自然光的利用分為直接利用和間接利用。前者主要體現在傳統的從側面門窗體進行采光,但這種方式往往會造成眩光。而且采光區有限,只在窗邊的小范圍內產生效果。因此必須注重對光線的間接利用。這不僅能提高光線質量和視覺舒適度,還能擴大自然光線的有效范圍區域。這對房間進深很大,不能直接利用自然光線的地方,或是對光線質量具有較高要求的區域是非常必需的。光線折轉系統能很好的進行間接利用自然光,其采光主要是依靠材料本身性能來實現,或者根據構件的形狀和表面反射性來實現。

(2)遮光系統。它包括遮陽與防眩光兩大功能,并且這兩功能多由同一構件體系來實現。遮光系統的主要作用是在外部直射陽光進入建筑前中途阻止,避免陽光的不利照射和對建筑進行不必要的加熱,同時還能并防止眩光的產生。遮光系統的放置是一個重要的問題,它直接對建筑中的能源消耗產生影響,其具體文章還應與采光系統緊密結合。遮陽要素幾乎對所有建筑類型都適用,尤其是在具有大面積玻璃面的建筑中,其在夏季冷負荷較高,采用遮陽系統能減少過多的熱量攝入,從而節省空調能耗。

遮光系統一般安裝位置有三種情況:

①安裝在室外一側。這種安裝位置能有效節省能源消耗,有調查表明,在傳統的東西朝向建筑立面中,使用外部遮光比沒有遮光系統的玻璃立面的建筑物的制冷能耗要低一半。還可進一步對建筑的形態進行通風設計,但在選擇相關的構件組合體時要考慮外部因素的影響,如防止高強度的風荷載導致系統的損壞,以及氣候對構件系統的侵蝕等。這就提高了對構件的設計、建造和維護使用等方面的要求。如果將遮光系統與光線改道系統相結合使用,為使光路暢通,避免對反射效果產生影響,應定期對系統進行清潔。同時為了使空氣能夠自由流通,還應將該系統與外層表皮保持一定距離。

②安裝在室內一側。這種遮光設置方法的隔熱效果不如前者,特別是在夏季中,使用內部遮光只能將制冷能耗減少20%。這主要是因為該系統安裝在室內后,能吸收較多太陽輻射熱,但這些熱量很大部分又通過墻體傳到了室內,從而增大了室內的冷負荷。但在冬天時,這種設置由于吸收熱量。因而可以適當提高室內溫度,減少采暖能耗。而且由于系統安裝在其他界面之后,所以其建造和安裝也比較方便。

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