1 節(jié)約型建筑設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 整體關(guān)聯(lián)原則

在自然生態(tài)系統(tǒng)中,與我們?nèi)祟愊⑾⑾嚓P(guān)的建筑也是其中的重要組成部分,因而應(yīng)考慮資源的再生和自然景觀的連續(xù)性,建造建筑物時(shí)充分考慮對(duì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)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(duì)人類賴以生存的環(huán)境的影響,破壞自然生態(tài)平衡。應(yīng)從人與自然相互關(guān)系的倫理角度出發(fā),合理利用自然資源和各種能源,實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處,滿足人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展要求。

1.2 經(jīng)濟(jì)高效原則

近年來,由于房地產(chǎn)利潤(rùn)較高,使得這個(gè)行業(yè)一直是我國(guó)的熱門行業(yè),但建筑業(yè)同時(shí)也是一個(gè)高能耗高污染的行業(yè),而建筑開發(fā)商永遠(yuǎn)是以逐利為目的,這就使得許多人把節(jié)能與資本的高投入對(duì)立起來。他們往往以為生態(tài)建筑投資較高,但卻不能給開發(fā)商帶來相應(yīng)的利益回報(bào),造成高投入低產(chǎn)出的現(xiàn)象,從而阻礙了生態(tài)建筑地廣泛推廣和使用。但實(shí)際上并不像人們想象的那樣,節(jié)約型建筑的投資成本以及運(yùn)營(yíng)成本等總成本反而比高耗能建筑低許多,因?yàn)樵诮ㄖ度胧褂煤?其各種節(jié)能措施可以大大節(jié)省水、電、采暖等能源費(fèi)用,而能源價(jià)格越高,這種節(jié)省成本的效果越顯著。

1.3 健康舒適原則

建筑節(jié)能固然重要,但不能以犧牲建筑使用功能為代價(jià),建筑還必須滿足人們對(duì)其健康舒適性的要求。因此,必須在此基礎(chǔ)上,充分研究人體的生理和心理需求,巧妙利用各種技術(shù)和手段,使建筑更加自然合理,能為人類創(chuàng)造一個(gè)舒適、健康的室內(nèi)環(huán)境。

1. 4 全壽命周期設(shè)計(jì)原則

建筑節(jié)約可從多種渠道來進(jìn)行,從建造地址的選擇到建筑方案的確定,到施工設(shè)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(hù)過程,這整個(gè)環(huán)節(jié)相互影響相互制約,必須做好每個(gè)細(xì)部的節(jié)能處理。狹義的環(huán)保型建筑只是強(qiáng)調(diào)在施工建造或使用過程中盡量減少對(duì)環(huán)境的破壞,而廣義的節(jié)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(jìn)行全方位的環(huán)保節(jié)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(duì)自然生態(tài)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,建筑使用壽命結(jié)束后,要較少建筑垃圾,對(duì)有用的材料盡可能的回收再利用。

2 建筑設(shè)計(jì)階段的節(jié)約型策略

2 .1 提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能

在建筑物的所有節(jié)能設(shè)計(jì)中,建筑外表皮一直是其保存能量較少能耗的關(guān)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(nèi)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(jié)能效果的重要途徑。在推廣使用新型墻體材料的同時(shí),還應(yīng)完善建筑的結(jié)構(gòu)體系,采用大空間的框架結(jié)構(gòu)及復(fù)合結(jié)構(gòu),能減少普通磚墻的使用,為應(yīng)用新型墻體提供了平臺(tái)。

保溫隔熱的原理即是根據(jù)建筑內(nèi)部溫度需求和外部環(huán)境情況來調(diào)控構(gòu)件系統(tǒng)的總熱阻。因此要選擇可以有效減少熱量通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射產(chǎn)生的熱量損失的材料。通常的途徑是采用導(dǎo)熱系數(shù)小,低放射性的絕緣材料以減少通過輻射產(chǎn)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?yàn)樵诤錃夂蛑?通過通風(fēng)而產(chǎn)生的熱量損失占有一定的比重,所以應(yīng)解決好與通風(fēng)之間的矛盾,同時(shí)還需增強(qiáng)表皮的密封性能。此外,太陽輻射對(duì)建筑的保溫具有一定影響。當(dāng)透明或半透明絕緣組合體被采用時(shí),在寒冷氣候中能夠利用太陽輻射直接供給室內(nèi)一部分熱量,對(duì)建筑保溫具有重要意義,同時(shí)還有利于室內(nèi)衛(wèi)生。但值得注意的是,在炎熱氣候中會(huì)導(dǎo)致多余的熱量,增加室內(nèi)冷負(fù)荷。因此還要注意利用遮陽構(gòu)件來隔熱,做好通風(fēng)措施來散熱,以減輕夏季的冷負(fù)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(shí)現(xiàn)的,如果是多層表皮,則不僅可以材料角度來進(jìn)行保溫隔熱,還可以做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如通過兩層或多層界面與中間空氣間層共同作用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保溫隔熱,其中建筑的內(nèi)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(xué)的發(fā)展,人們可以更好地根據(jù)自己的需要來對(duì)自然材料進(jìn)行改造,并不斷創(chuàng)造出性能更好的新的人工材料。以往的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(dǎo)熱系數(shù)較高,如普通粘土磚砌體的導(dǎo)熱系數(shù)為0.8w1/(m*k),這是相當(dāng)高的一個(gè)數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)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(qiáng)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(jià)的。隨著材料技術(shù)的發(fā)展,一些新型隔熱玻璃出現(xiàn)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(shí)也實(shí)現(xiàn)了建筑的保溫隔熱效果。

(2)由多種材料組合而成的復(fù)合構(gòu)造。各種材料用于不同的層上,共同組成多層結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)像三明治一樣相疊,中間設(shè)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(xiàn)代建筑中,透明性成了表皮的一大特點(diǎn)。建筑物采光功能不僅能在一定程度上滿足了室內(nèi)的照明要求,節(jié)約了能源,同時(shí)還有利于改善室內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生。遮光實(shí)際上包括遮陽與反眩光兩項(xiàng)。當(dāng)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(gòu)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。可見,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(duì)矛盾,建筑節(jié)能設(shè)計(jì)必須處理好它們之間的關(guān)系。

(1)采光系統(tǒng)。現(xiàn)在人們?cè)絹碓阶⒅貙?duì)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(jié)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(xiàn)在傳統(tǒng)的從側(cè)面門窗體進(jìn)行采光,但這種方式往往會(huì)造成眩光。而且采光區(qū)有限,只在窗邊的小范圍內(nèi)產(chǎn)生效果。因此必須注重對(duì)光線的間接利用。這不僅能提高光線質(zhì)量和視覺舒適度,還能擴(kuò)大自然光線的有效范圍區(qū)域。這對(duì)房間進(jìn)深很大,不能直接利用自然光線的地方,或是對(duì)光線質(zhì)量具有較高要求的區(qū)域是非常必需的。光線折轉(zhuǎn)系統(tǒng)能很好的進(jìn)行間接利用自然光,其采光主要是依靠材料本身性能來實(shí)現(xiàn),或者根據(jù)構(gòu)件的形狀和表面反射性來實(shí)現(xiàn)。

(2)遮光系統(tǒng)。它包括遮陽與防眩光兩大功能,并且這兩功能多由同一構(gòu)件體系來實(shí)現(xiàn)。遮光系統(tǒng)的主要作用是在外部直射陽光進(jìn)入建筑前中途阻止,避免陽光的不利照射和對(duì)建筑進(jìn)行不必要的加熱,同時(shí)還能并防止眩光的產(chǎn)生。遮光系統(tǒng)的放置是一個(gè)重要的問題,它直接對(duì)建筑中的能源消耗產(chǎn)生影響,其具體文章還應(yīng)與采光系統(tǒng)緊密結(jié)合。遮陽要素幾乎對(duì)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(fù)荷較高,采用遮陽系統(tǒng)能減少過多的熱量攝入,從而節(jié)省空調(diào)能耗。

遮光系統(tǒng)一般安裝位置有三種情況:

①安裝在室外一側(cè)。這種安裝位置能有效節(jié)省能源消耗,有調(diào)查表明,在傳統(tǒng)的東西朝向建筑立面中,使用外部遮光比沒有遮光系統(tǒng)的玻璃立面的建筑物的制冷能耗要低一半。還可進(jìn)一步對(duì)建筑的形態(tài)進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì),但在選擇相關(guān)的構(gòu)件組合體時(shí)要考慮外部因素的影響,如防止高強(qiáng)度的風(fēng)荷載導(dǎo)致系統(tǒng)的損壞,以及氣候?qū)?gòu)件系統(tǒng)的侵蝕等。這就提高了對(duì)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)使用等方面的要求。如果將遮光系統(tǒng)與光線改道系統(tǒng)相結(jié)合使用,為使光路暢通,避免對(duì)反射效果產(chǎn)生影響,應(yīng)定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清潔。同時(shí)為了使空氣能夠自由流通,還應(yīng)將該系統(tǒng)與外層表皮保持一定距離。

②安裝在室內(nèi)一側(cè)。這種遮光設(shè)置方法的隔熱效果不如前者,特別是在夏季中,使用內(nèi)部遮光只能將制冷能耗減少20%。這主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)安裝在室內(nèi)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(nèi),從而增大了室內(nèi)的冷負(fù)荷。但在冬天時(shí),這種設(shè)置由于吸收熱量。因而可以適當(dāng)提高室內(nèi)溫度,減少采暖能耗。而且由于系統(tǒng)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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