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随着我国经济和社会的发展,人们对室内环境和环保的要求也日益提高。如何寻求一种低排放的清洁能源也摆在我们建筑从业者的面前,但地源热泵技术的出现让我们看到了希望。地源热泵空调系统通过吸收大地的冷热量, 利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术,将地下土壤中热量或者冷量转移到所需要的地方。
一、地源热泵在我国的发展
地源热泵在我国,虽然是一项新兴的技术,但是从90年代起,就已经在很多的项目例如建筑中兴起了地热直接利用的,尤其在高纬度寒冷的东北、华北、西北地区,逐步加大了以地热供暖为主的开发力度。地源热泵应用于建筑空调系统设计工作的开展不仅减少了大量有害物质的排放,利于环保,而且还能取得明显的经济效益。毕业论文,设计。除此之外,在北京、天津、西安等地正在利用热泵技术等多种形式进行示范工程并逐渐推广。东南沿海地区在发展旅游业的同时利用地热进行制冷和烘干。需要特别加以指出的是随着热泵技术的发展和采用,中低温热水在全国正以强劲势头向规模化、产业化方向健康发展。
地源热泵系统采取了与传统的供暖系统不同的的换热方式,使其具有乐传统空调系统无法比拟的高效节能优点。地源热泵系统彻底解决了大众常用的室外空调机的排放对大气坏境的污染,可以完全取代锅炉和其他传统供暖方式和空调系统,而且土壤中的热量来源于太阳能,它是一种可再生能源,像太阳能一样永无枯竭。因此,从建筑节能和绿色环保的角度来讲,地源热泵在我国有着非常广阔的发展前景。
二、地源热泵特点
在建筑空调系统设计中,地源热泵有着非常环保经济的特点,也更易于为大众所接受。在建筑空调系统的设计中有着非常突出的优势。地源热泵的这些优势突出体现在资源的可循环利用、经济节能、环保、使用费用低等方面。
(一)地源热泵技术具有可再生能源利用优势
一般的自然资源具有不可再生性,而地源热泵技术和太阳能一样,是一种可再生资源。地源热泵以地表浅层资源作为冷热源进行能量转换与供给。一般来说,利用地表资源比如土壤、水吸收太阳能、地热能量进而蕴藏的热能。可以想象,这种地表资源不受空间、环境的限制,在量上可以说达到了不受限的程度,利用这种资源进行能量转换进而应用到人们的生活中,是一种非常环保的可再生资源的合理应用。这样,利用地源热泵技术就使地能成为一种可再生、可持续发展的新型能源的一种形式。
(二)地源热泵具有经济节能优势
从节能方面来讲,地源热泵具有突出的优势。土壤、湖泊、河流等地表资源的温度相对来说要比较稳定,一般要高于或低于冬季或夏季的环境空气温度,对于地源热泵系统和空调系统进行能量转换有着良好的客观条件。据调查,应用地源热泵技术进行建筑空调系统的设计要比传统的空调运行费用节省40%左右。而且,土壤、水等地表资源相对稳定的温度为地源热泵的稳定运行提供了高效、经济的条件。经过调查,技术成熟的地源热泵系统在用户供热制冷空调的运行费用上可以节约30-40%,大大降低了人们平常使用传统空调的运行费用,具有不可比拟的经济节能优势。
(三)地源热泵污染物排放更少
与其他的供热制冷方式相比,地源热泵的污染物排放更低,从环保、低碳的角度来讲是一种更加绿色的节能方式。在污染物的排放上,据调查结果显示,地源热泵的污染物排放比电供暖减少70%以上,比空气热源泵减少40%以上。而且地源热泵空调系统可自主调节温度,为人们带来更为自主、环保的生活状态。
(四)地源热泵维护费用更低
在相同的使用条件下,采用地源热泵系统的建筑物早维护费用上能做到更低。与锅炉供热系统相比, 地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省二分之一以上的能量; 其运行费用为普通中央空调的50~60%。因为地表资源的温度相对稳定,使得地源热泵系统的运行也较为稳定,这样维护起来更为简便。而且地源热泵的运行部件一般都在地下或室内,几乎不受受恶劣气候影响,大大节省了维护费用。
三、地源热泵在建筑空调系统设计中的应用推广
地源热泵在国内也被称为地热泵。毕业论文,设计。根据地热源的种类和方式不同可分为土壤源热泵、地下水热泵系统、地表水热泵系统。目前建筑空调设计最常用的是地埋管地源热泵系统。
而今,世界范围内的能源环保压力越来越大,中国在能源环保方面也同样面临着严重的挑战。毕业论文,设计。在经济保持高速增长的同时,国家也在严肃考虑环保、资源的可持续发展问题。这就要求从各个行业、各个方面提高能源利用率,要求能源结构的调整和有效利用。例如在北京,已经提出使用清洁能源改造取暖方式。而随着人们生活水平的提高,空调的使用率也在逐年提高,空调拥有率上海居民已超过60%,北京占34%,城镇居民拥有率20%,空调成为冰箱、彩电后普及的又一种主要家电。毕业论文,设计。毕业论文,设计。能源的消耗加大,污染加重。在满足人们生活环境改善的同时,国家要考虑采用优势更多的技术满足经济环境和谐发展的各种需求,因此,地源热泵技术在建筑空调系统中的设计与应用就将成为最具竞争的建筑空调方式,而且在未来的发展中有着广阔的前景。
四、地源热泵系统发展的前景
虽然存在各种困难,地源热泵技术作为一项有效的暖通空调节能技术,因其自身的清洁、节能等特点,存在一定的推广价值。在国外,由于起步较早,此技术已经基本成熟,并开始逐步应用于各种建筑中,并且针对不断出现的问题进行调整。我国的地源热泵系统的应用研究工作相对较晚,但随着技术的引进与需求的提高,在一些建筑工程中已逐步采用了地源热泵技术进行空调系统的设计与应用。随着技术障碍的不断被克服,在地源热泵的应用上,一些制约因素将会逐步被克服,为地源热泵的应用于发展提供便利条件。我国幅员辽阔,地域的气候和土壤条件各不相同,但大部分地区都是冬冷夏热,都符合地源热泵的使用条件。因此,地源热泵系统在建筑空调系统的设计与应用中有着广阔的天地。利用其经济、节能、维护费用低的优势,相信地源热泵技术越来越多、越快的为广大群众所认可和接受。在实际使用的过程中,只要发挥其突出的优势,规范其弊端,正确定位,地源热泵系统有着相当大的发展空间。
总之,地源热泵系统的能量来源与地下能源。它不向外界排放废气、废水、废渣,是一种理想的“绿色空调”,被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用,可广泛应用于办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。再结合高性能的外墙措施,对于我国当前的建筑节能要求来讲,是一种很值得推广的系统方案。毕业论文,设计。相信在不久的将来,地源热泵技术在建筑空调系统的设计中将被广泛应用,成为一种主流的方式。
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近年来,随着国家经济的不断发展,大量工业规划区和大型厂矿企业相继增多,因规划和项目建设涉及环保搬迁的村镇需要集中安置,在具体的搬迁工作中不仅需要解决经济适用、功能完备等问题,如何做到环保节能与低碳减排也是集中安置区设计目前面临的一个突出的问题。
1建设低碳安置区的必要性
低碳经济的实质是经济发展方式、能源消费方式、人类生活方式的一次新变革。据统计,国外低碳城市能源消费38%来源于居住用能,33%是各种商用建筑和公共建筑用能,交通用能占到22%,而即便是在伦敦这样的大都市,工业用能也仅仅占到城市能源消耗的7%…。因此可以看出,居住社区用能在城市的能源消耗占到了比较大的比重,而搬迁安置区的建设往往在当地特色、环境良好、功能完备、经济适用方面考虑较多,将低碳理念注入到安置区的社区规划、建筑设计、社区管理中。
2安置区设计的环保节能
安置区的设计要提倡节能、节地、节材,并建立起资源和能源可持续再利用的住宅体系。安置区的生活污水要采取经济适宜的生化处理方式,处理后的出水可考虑尽量循环使用,尽量少排放,绿化、道路清洗及其他冲洗用水采用二次处理后的污水,以节约水资源和减少对环境的污染。大型的安置区可形成区域内的小社区,该社区应具备生活、交通、环保等综合功能。
3国内外低碳社区案例
3.1弗班——德国可持续社区的标杆
德国弗莱堡市郊的弗班区被誉为德国可持续社区的标杆,弗莱堡享有“欧洲太阳能之都”及“欧洲环境之都”的美誉,也是全球率先实现可持续发展理念的城市之一。
弗班社区在节能减排、减少交通、社会整治及创造可持续邻里方面都取得了相当的成功经验,例如:1)使用80%木屑及20%天然气的高效热电联产再生能源装置提供弗班区的供暖系统,通过好的隔热及有效的暖气供应大约可减少60%的CO,排放;2)提倡“生活不须有车”的交通概念,减少了35%的车辆。与此同时,社区提供各种替代的运输方式(例如共乘、便利的大众运输);3)通过弗班论坛负责的社会工作,居民可参与更多的社区活动,例如创造合作社商店、农民市场及邻里中心等。
3.2上海崇明东滩生态社区
上海崇明东滩生态社区项目涵盖社区总体规划、生态发展、可持续能源、废弃物管理、绿色建筑、交通规划设计和建筑等方面的内容,主要的规划理念包括:
1)碳中和(CO零排放):热能和电力通过风能、生物能、垃圾和城市建筑物上的太阳能光伏板直接获得,建立全国第一个氢能电网;2)绿色建筑:最高建筑仅有8层,采用环保技术,屋顶草坪和植物为天然隔热层,可储存雨水用于灌溉;3)绿色交通:人们的主要出行方式为步行、自行车、清洁能源公交车(燃料电池)、水上出租车,市内建有不受机动车干扰的独立的人行步道和自行车道网络,任何地方到附近公交车站步行不超过7min;4)绿色基础设施:社区建立了集水、水处理与再利用系统,社区内80%的固体废弃物实现了循环使用。
4低碳社区的发展探索
2010年上海世博会,北京的城市最佳案例选择了国奥村,这充分体现了首都对建设低碳社区的勇气和决心,游客参观完之后,都能强烈地感受到“低碳生活离我们并不遥远”。
国奥村这个中国首个成熟的绿色环保社区汇集了30多项环保技术,北京的城市最佳案例选择了国奥村,原因是:1)再生水热泵冷热源系统,可以从污水处理厂排人河道的再生水中提取温度能量,为建筑提供冬季供暖和夏季制冷的能源;2)景观花房生态污水处理系统,可以将生活污水集中至景观绿化花房,利用动植物的食物链建立起一个水体生态平衡系统,使生活污水得到再次利用,成为小区景观用水;3)这里的窗户中问都是中空的夹层,里面充着惰性气体,惰性气体能降低传热效果,同时窗户外层还有能够隔热防紫外线的膜,从而提高窗户的隔热效果;4)国奥村卫浴设备采用了“复用水”技术的洗手盆和坐厕一体化的产品。洗手盆内有特殊陶瓷阀芯,采用双档节水,防烫伤设计,有效节能减碳,并将洗手盆的污水经过过滤处理储存在坐厕水箱当中,内置自动清洁系统去除细菌和异味,坐厕比传统3/6坐厕节水25%。上海世博会国奥村的入口采用北京古建筑特色的门楼设计,而事实上,谁也想象不到,如此漂亮的展区竞多是建筑废料制成。国奥村用实际的案例,向世博游客展示了一个可以实现、并且很快就能跨人寻常百姓生活中的低碳社区案例。
“不久的将来,可能在上海也会有国奥村的项目。”国奥村负责人表示,奥运会留下来的并非只有精彩的赛事,更多的是奥运精神倡导的人、社会、城市及自然和谐相处,以及新的生活方式的推广与共享。
5结语
节能与环保是当今世界科技发展的两大主题,污水源热泵低位热能回收技术以其高效节能、绿色环保的特点,引人尤为注意。与常规空气源热泵相比,污水源热泵节能34%,CO2减排68%,氮氧化物(NOx)减排75%[1]。相较于其它低品位能源,城市污水水量巨大且水温相对稳定,但目前尚未被有效利用。据2006年统计,我国污水年总排放量达537亿吨,预计到2010年可达730亿吨,发展城市污水源热泵技术潜力巨大。科技论文。
1城市污水低位热能回收可行性分析
1.1城市污水热特性
城市污水水温稳定,变化幅度较小。从济南某污水处理厂侧采集的数据显示(如图1),污水温度在冬季一般保持在10℃以上,在
图1 污水温度与环境温度变化曲线
夏季保持在23℃左右,与环境温度相比,具有典型的冬暖夏凉特性,且赋存热能较高。有研究表明,城市污水中的热能在城市可利用废热中最多,据估计达40%。此外,城市原生污水水温受气候影响较小,利用区域较广。
1.2 城市污水低位热能回收潜力分析
由城市污水热特性可见,如果能够通过热泵技术把其中的低位能量提取出来,其价值与意义将极为重大。以济南市冬季采暖期为例,据统计,全市目前日产生活污水约38万吨,日处理量为27万吨左右,取采暖期最低污水温度为10℃,则可利用的温差Dt=10℃-4℃=6℃(根据机组要求,利用后的水温不能低于4℃)。
如果能充分利用,则每天可回收的热量Q可由下式(1)计算:
Q=Cp´G´Dt (1)
式中:Q¾污水每天可利用热量,J;Cp ¾水的比热容,4.2´103J/(kg×℃);G¾日处理污水量,27´107 kg;Dt ¾污水可利用温度,6 ℃。
计算得:Q=6.804´1012 J
根据规范规定,民用建筑供热指标取45~70W/m2,取建筑热负荷指标为50 W/m2,则所回收的热量Q可供采暖面积S可由式(2)计算:
S=Q/(T´q)(2)
式中:S¾采暖面积,m2;Q¾污水每天可利用热量,6.804´1012 J;T¾一天时间,8.64´104 s;q¾建筑热负荷指标,50 W/m2。
计算得:S=157.5´104 m2
可见,仅仅通过回收目前日处理的生活污水的热能,就可以为157.5万多m2的建筑供暖,足见其应用潜力及应用价值。
2 城市污水源热泵系统工艺流程
根据城市污水与热泵的热交换部分是否直接进行,城市污水源热泵系统可分为直接利用系统和间接利用系统[2],其系统简图如图2、3所示。
图2 污水直接利用空调系统
图3 污水间接利用空调系统
污水直接利用空调系统相较于间接利用空调系统不需要中间换热器,因而具有更高的能源利用效率,节能效果更为明显。一般污水直接利用方式的节能率比间接利用方式高7%左右。此外,污水间接利用方式系统较为复杂,设备投资较高,因而实际工程应优先选择污水直接利用空调系统。
3 城市污水源热泵系统性能分析
3.1 城市污水源热泵系统的优越性
(1)高效节能。通常,水源热泵每消耗1kJ的能量,可以为用户提供4kJ以上的热量或冷量,相较于锅炉(电、燃料)供热系统只能将90%左右的电能或70%~90%的燃料化学能转化为热量供用户使用,水源热泵要比用电锅炉节省2/3以上的电能,比燃料锅炉节省1/2以上的能量。由于城市污水具有较为稳定的流量和适宜的温度,这种特性使得城市污水源热泵系统比传统空调系统运行效率高20%以上,而运行费用仅为普通中央空调的50%~60%。
(2)环保效益显著。系统供热时,与传统的锅炉供热系统相比省去了燃烧过程,减少了CO2、SO2、NOx、粉尘颗粒等大气污染物的排放;供冷时,省去了冷却水塔,避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗,减少了城市热岛效应。整个系统不产生任何废水、废气、废渣,环保效益显著。科技论文。
(3)一机多用,投资省。城市污水源热泵系统一机三用,即一套机组可满足用户采暖、制冷及生活热水供应,设备利用率高。省去了普通中央空调中冷却塔、锅炉房或换热机房热网等初始投资,总投资额仅为传统空调系统的70%~80%[3]。
(4)运行稳定,维护方便。城市污水的热特性保证了系统的高效性和稳定性,不存在空气源热泵冬季除霜等难题。此外,由于系统简单、机组部件少及运行简单稳定,相对维护也较为方便,使用寿命可长达20年以上。
3.2城市污水源热泵系统存在的问题及解决措施
(1)换热器的腐蚀问题。城市污水水质具有一定的腐蚀性,因而在进行换热器选材时必须考虑材料的耐腐蚀性。国外在相关研究及应用时,通常选用镀铝管材或铜质管材,有的甚至采用价格较贵的钛制材料,国内也有学者尝试使用塑料管材进行相关研究[4]。
(2)换热器的堵塞问题。城市污水中含有较多的悬浮物,在污水进入换热器进行换热时,易堵塞换热器。实际应用时,必须在换热器前加置自动过滤器对悬浮物进行截留。
(3)换热器的积垢问题。城市污水源热泵系统运行时,换热管壁易积垢,进而降低传热效率。在进行换热器设计时,需要设置换热管自动清洗装置,以便于定期刷洗。
4 结束语
城市污水中蕴藏着巨大的热能,是一种尚未有效开发利用的清洁可再生能源。城市污水源热泵低位热能回收技术利用城市污水进行供暖、制冷,具有高效节能、绿色环保、经济适用、运行可靠的综合特点,是一种值得深度推广的新技术,开辟了污水资源化的新天地。科技论文。顺应政府能源发展的战略要求,在做好相关研究与规划的基础上,相信城市污水源热泵低位热能回收技术一定有着广阔的发展前景。
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前言
随着能源结构的逐步调整,世界各国都把能源问题放到了关系国际民生的战略位置。我国从可持续发展、人与自然相和谐的战略高度,提出了新能源建筑的理念,提出要积极开发和推广利用可再生能源,如风能、太阳能、地热能等。据专家估计,到21世纪中叶,可再生能源将占世界电力市场的3/5,燃料市场的2/5。而太阳能,在21世纪即将进人一个快速发展的阶段,“太阳能经济”将成为未来全球能源结构的主流方向之一。
1建筑节能的范畴
建筑节能,是指民用建筑在规划、设计、建造和使用过程中,通过采用新型的节能电力电气设备和新型墙体材料,执行建筑节能标准,加强建筑物用能设备的运行管理,合理设计建筑围护结构的热工性能,提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通道等电力电气设备系统的运行效率,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源的活动。
建筑节能体系(图1)可以从两个大方面来考虑:建筑本体节能和建筑设备节能。建筑本体节能主要体现在建筑规划、设计、施工过程中,判断节能与否主要看建筑是否采用新型节能建材、是否因地制宜利用自然能源,尤其是可再生能源,以及节能材料和可再生能源的使用率等等。建筑的设备节能则贯穿建筑的使用过程,涉及管理、优化和改造等细节方面,从空调、给排水、卫生、照明、电气等末端设备入手,挖掘节能潜力,创造节能效果。
太阳能是典型的可再生能源,太阳能与建筑的结合体现在建筑的本体节能方面,但同时太阳能设备作为建筑设备的一种,在管理节能方面也具一定潜力。
2太阳能建筑的概念
太阳能建筑(SolarBuilding),即用太阳能(SolarEner-gy)代替部分常规能源,为建筑物和居民提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等一系列功能,以满足或部分满足人们的生活和生产的需要。所谓的太阳能建筑,其利用太阳能的最高境界是“零能耗”,即建筑物所需的全部能源供应均来自太阳能,常规能源消耗为零;从而真正做到环保清洁、绿色生态。
基于以上对太阳能建筑的定性分析,太阳能建筑的特点可以概括为3条:1)既舒适义健康;2)节约一次能源;3)减少对环境的破坏和污染。
3太阳能建筑的典型建筑结构类型
在倡导绿色能源、可持续发展的今天,太阳能作为最经济、环保的能源之一,愈来愈受人们重视。目前太阳能建筑的典卫建筑结构类型有阳台壁挂型(图2),屋面贴合型(图3)、集中供热型(图4)、集中分户型(图5>,等等。
太阳能建筑的宗旨是在不破坏建筑立面的前提条件下,注重太阳能系统的安全性、实用性和智能性。然而,在太阳能与建筑的结合问题上,综合各方面考虑,目前仍存在诸多问题。
I)太阳能产品制造商,往往只强调产品的功能,而忽视了建筑的特点与要求,使太阳能产品与建筑物成为两个独立的部分;太阳能产品由于没有与建筑设计相结合,因此会破坏原有建筑的整体外观形象,进而破坏环境;而且目前的太阳能产品结构单一,建筑设计师即使在设计中考虑使用太阳能产品,也很难将太阳能产品有机地融人到设计中,使太阳能产品成为建筑设计中的“鸡肋”。
2)建筑设计院,仍有不少建筑设计师缺乏绿色生态的理念,根本不考虑太阳能及其他绿色能源的使用,造成太阳能产品大都在建筑施工过程中临时安装,即“事后状态”下安装,结果影响到建筑群体,甚至整个城市的建筑风貌。
3)政府规划机构,往往不能够将绿色环保的理念和相关政策很好结合。虽然江苏地区已出台12层以下民用建筑必须安装太阳能热水器的强制性政策,但由于其它相关配套设施、标准的不完善,尤其是太阳能施工验收标准一块,仍存在争议点。在一定程度上影响了太阳能产品的生产,导致推广效果不好、范围不广。
针对以上问题,解决方案如下:(I)太阳能产品的生产商应更多地了解建筑设计的需求,开发推出多款适合建筑结构利用的系列和型号;(2)建筑师在设计初期,即将太阳能系统包含的所有内容都当作建筑不可或缺的元素加以考虑,使之成为建筑组成的一部分;(3)加强太阳能产品生产商、建筑师、政府机构的交流与沟通,从设计阶段即将太阳能产品与建筑真正的融为一体,并配以后期的政府激励政策、规范的市场引导机制,太阳能产品一定可以在建筑节能中发挥更大作用。在各领域的合作之下,太阳能建筑必将达到完美与和谐的统一。太阳能系统与建筑设计一体化的设计思路,也将得以持续和发展。
4太阳能建筑的典型应用模式
太阳能的应用,从技术途径看,主要分为光一热转换技术和光一电转换技术;从具体应用范围看,主要有太阳能热水供应、太阳能地板采暖、太阳能温水游泳池(图6)、太阳能空调、太阳能路灯(图7)等5大系列。到目前为止,太阳能光一热转换技术发展已较为成熟,不仅可以提供人们生活所需热水,还可解决取暖等问题;太阳能光一电转换(图8)具有较高的技术成分,发展与应用量较小,但是随着光电转化技术的进一步成熟,以及太阳能光一电板成本的进一步降低,太阳能应用必将具有更广泛的空间和发展市场。
江苏等地的一些示范小区率先采用太阳能热水集中供热系统(图9),其承压运行、分户供水、智能化系统已成了住宅小区的新卖点。还有一些示范小区,利用太阳能的初期光电转换,使小区的门楼牌、指示牌、警示牌等白天吸光,夜晚发亮,既方便住户晚间出人,又节约物管费用。另外,据有关方面统计:用电热水器洗澡的费用约为0.62元/次,而利用太阳能热水器的费用则仅为0.31元/次
5太阳能建筑的应用前景
1)应用空间大
我国具有丰富的太阳能资源,在正常发展和生态驱动发展两种模式下,预测2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别占4.7%和10%。目前我国太阳能热水器的保有量已超过6001)万mz,而此数据的太阳能建筑仅占所有建筑1%
2)环保节能
根据美国环境总署EPA的统计数据、目前世界各国建筑能耗中排放的:约占全球排放总量的30%-40%。而人们对未来:在大气中含量的预计是,如果不采取任何措施,50年后大气中:的含量将会达到现在的3.5倍。众所周知,国家推广太阳能的目的是为了环保节能,而环保节能在另外一层意义上说就是尽量减少:的排放。换个概念,使用太阳能减少:排量与绿地吸收的效果相一致。据科学计算,可以总结出如下等式:1m=的太阳能集热器“95.39kg标煤产生的热量之70.11kg=19.475m2的草坪吸收力=0.779m2的落叶乔木吸收力==1.5m2的绿地吸收力。从以上数据,我们可以明显地看出建筑应用太阳能的环保节能效应。
前言
随着能源结构的逐步调整,世界各国都把能源问题放到了关系国际民生的战略位置。我国从可持续发展、人与自然相和谐的战略高度,提出了新能源建筑的理念,提出要积极开发和推广利用可再生能源,如风能、太阳能、地热能等。据专家估计,到21世纪中叶,可再生能源将占世界电力市场的3/5,燃料市场的2/5。而太阳能,在21世纪即将进人一个快速发展的阶段,“太阳能经济”将成为未来全球能源结构的主流方向之一。
1建筑节能的范畴
建筑节能,是指民用建筑在规划、设计、建造和使用过程中,通过采用新型的节能电力电气设备和新型墙体材料,执行建筑节能标准,加强建筑物用能设备的运行管理,合理设计建筑围护结构的热工性能,提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通道等电力电气设备系统的运行效率,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源的活动。
建筑节能体系(图1)可以从两个大方面来考虑:建筑本体节能和建筑设备节能。建筑本体节能主要体现在建筑规划、设计、施工过程中,判断节能与否主要看建筑是否采用新型节能建材、是否因地制宜利用自然能源,尤其是可再生能源,以及节能材料和可再生能源的使用率等等。建筑的设备节能则贯穿建筑的使用过程,涉及管理、优化和改造等细节方面,从空调、给排水、卫生、照明、电气等末端设备入手,挖掘节能潜力,创造节能效果。
太阳能是典型的可再生能源,太阳能与建筑的结合体现在建筑的本体节能方面,但同时太阳能设备作为建筑设备的一种,在管理节能方面也具一定潜力。
2太阳能建筑的概念
太阳能建筑(Solar Building),即用太阳能(Solar Ener-gy)代替部分常规能源,为建筑物和居民提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等一系列功能,以满足或部分满足人们
的生活和生产的需要。所谓的太阳能建筑,其利用太阳能的最高境界是“零能耗”,即建筑物所需的全部能源供应均来自太阳能,常规能源消耗为零;从而真正做到环保清洁、绿色生态。
基于以上对太阳能建筑的定性分析,太阳能建筑的特点可以概括为3条:1)既舒适义健康;2)节约一次能源;3)减少对环境的破坏和污染。
3太阳能建筑的典型建筑结构类型
在倡导绿色能源、可持续发展的今天,太阳能作为最经济、环保的能源之一,愈来愈受人们重视。目前太阳能建筑的典卫建筑结构类型有阳台壁挂型(图2),屋面贴合型(图3)、集中供热型(图4)、集中分户型(图5,等等。
太阳能建筑的宗旨是在不破坏建筑立面的前提条件下,注重太阳能系统的安全性、实用性和智能性。然而,在太阳能与建筑的结合问题上,综合各方面考虑,目前仍存在诸多问题。
I)太阳能产品制造商,往往只强调产品的功能,而忽视了建筑的特点与要求,使太阳能产品与建筑物成为两个独立的部分;太阳能产品由于没有与建筑设计相结合,因此会破坏原有建筑的整体外观形象,进而破坏环境;而且目前的太阳能产品结构单一,建筑设计师即使在设计中考虑使用太阳能产品,也很难将太阳能产品有机地融人到设计中,使太阳能产品成为建筑设计中的“鸡肋”。
2)建筑设计院,仍有不少建筑设计师缺乏绿色生态的理念,根本不考虑太阳能及其他绿色能源的使用,造成太阳能产品大都在建筑施工过程中临时安装,即“事后状态”下安装,结果影响到建筑群体,甚至整个城市的建筑风貌。
3)政府规划机构,往往不能够将绿色环保的理念和相关政策很好结合。虽然江苏地区已出台12层以下民用建筑必须安装太阳能热水器的强制性政策,但由于其它相关配套设施、标准的不完善,尤其是太阳能施工验收标准一块,仍存在争议点。在一定程度上影响了太阳能产品的生产,导致推广效果不好、范围不广。
针对以上问题,解决方案如下:(I)太阳能产品的生产商应更多地了解建筑设计的需求,开发推出多款适合建筑结构利用的系列和型号;(2)建筑师在设计初期,即将太阳能系统包含的所有内容都当作建筑不可或缺的元素加以考虑,使之成为建筑组成的一部分;(3)加强太阳能产品生产商、建筑师、政府机构的交流与沟通,从设计阶段即将太阳能产品与建筑真正的融为一体,并配以后期的政府激励政策、规范的市场引导机制,太阳能产品一定可以在建筑节能中发挥更大作用。在各领域的合作之下,太阳能建筑必将达到完美与和谐的统一。太阳能系统与建筑设计一体化的设计思路,也将得以持续和发展。
4太阳能建筑的典型应用模式
太阳能的应用,从技术途径看,主要分为光一热转换技术和光一电转换技术;从具体应用范围看,主要有太阳能热水供应、太阳能地板采暖、太阳能温水游泳池(图6)、太阳能空调、太阳能路灯(图7)等5大系列。到目前为止,太阳能光一热转换技术发展已较为成熟,不仅可以提供人们生活所需热水,还可解决取暖等问题;太阳能光一电转换(图8)具有较高的技术成分,发展与应用量较小,但是随着光电转化技术的进一步成熟,以及太阳能光一电板成本的进一步降低,太阳能应用必将具有更广泛的空间和发展市场。
江苏等地的一些示范小区率先采用太阳能热水集中供热系统(图9),其承压运行、分户供水、智能化系统已成了住宅小区的新卖点。还有一些示范小区,利用太阳能的初期光电转换,使小区的门楼牌、指示牌、警示牌等白天吸光,夜晚发亮,既方便住户晚间出人,又节约物管费用。另外,据有关方面统计:用电热水器洗澡的费用约为0.62元/次,而利用太阳能热水器的费用则仅为0.31元/次
5太阳能建筑的应用前景
1)应用空间大
我国具有丰富的太阳能资源,在正常发展和生态驱动发展两种模式下,预测2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别占4.7%和10%。目前我国太阳能热水器的保有量已超过6 001)万mz,而此数据的太阳能建筑仅占所有建筑1%
2)环保节能
根据美国环境总署EPA的统计数据、目前世界各国建筑能耗中排放的:约占全球排放总量的30%-40%。而人们对未来:在大气中含量的预计是,如果不采取任何措施,50年后大气中:的含量将会达到现在的3.5倍。众所周知,国家推广太阳能的目的是为了环保节能,而环保节能在另外一层意义上说就是尽量减少:的排放。换个概念,使用太阳能减少:排量与绿地吸收的效果相一致。据科学计算,可以总结出如下等式:1 m=的太阳能集热器“95.39 kg标煤产生的热量之70.11 kg =19.475 m2的草坪吸收力=0.779 m2的落叶乔木吸收力==1.5 m2的绿地吸收力。从以上数据,我们可以明显地看出建筑应用太阳能的环保节能效应。
中图分类号:TK511 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
(一)概况
建筑高耗能问题已成为世界通病,全球能源调查报告显示,每年的建筑能耗约占总能耗的30% ~40%。我国情况更为严重,建筑能耗约占社会总能耗的31%,单位建筑能耗是发达国家的3倍。针对建筑能耗过高的问题,欧美国家不断深化与自然和谐共存的可持续发展的概念理念和技术,推广环保节能概念,利用清洁能源--太阳能与建筑结合的设计水平日益成熟。
我国自上世纪80年代起,各种节能政策和管理条例鼓励和督促建筑师转变思路,尝试环保节能建筑的设计,自本世纪以来不同类型竞赛与示范性建筑纷纷亮相,显示我国对太阳能与建筑一体化的重视程度,同时也表明太阳能建筑已逐渐成为当今建筑界的一个重要潮流之一(图1 )。
(二)问题
目前在我国,建筑与太阳能系统的结合仍然普遍存在以下问题:
1、利用形式单一。国内利用太阳能的主要方式是太阳能热水器, 1999年,全世界的太阳能热水器面积达5400万平方米,我国则高达到400万平方米,居全球之首。2008年全球太阳能光伏系统装机总量已累计达15GW,而国内光伏系统的累计装机容量仅为10万千瓦(100MW)。
2、安装使用粗放。太阳能热水器安装缺乏统一规划:规格各异、位置参差不齐、管道布置零乱;施工困难,太阳能装置易破坏屋顶防水层,无预设管道,管线长期暴露;建筑的防水、防雷、防风、承重方面造成安全隐患。
3、设计缺乏考虑。建筑师对于太阳能利用技术与建筑本身相互结合欠缺考虑。建筑外观处于杂乱无章的无序状态,形成视觉污染。
二、建筑表皮与新能源结合
太阳能与建筑一体化是建筑节能的重要途径,也是科技水平的综合运用。它是将太阳能利用技术与先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合,调整建筑耗能比例结构、提高太阳能保证率,为建筑提供采暖、制冷和热水,营建低能耗、高舒适性的使用环境。
(一)光电系统与表皮结合
主动式太阳能建筑往往由于建筑师设计与施工方安装不同步不协调而显得相互间格格不入。“一体化设计,统一施工”就是建筑方案设计之初,将光伏电池系统作为美学一部分纳入设计思路中,并做到从技术层面使之可行、可用,从艺术方面可观、可赏(图2 )。
光伏电池的物理特性为隔热保温,防水防潮,可作为玻璃幕墙成为建筑表皮的一部分;当光伏电池位于屋顶与墙壁等护结构时,彩色光模块与造型光模块可以成为屋面或墙体的构成材料,不仅节约外装,同时使建筑外观更具魅力。
(二)光热系统与表皮结合
国家《可再生能源中长期发展规划》要求,将太阳能热利用作为可再生能源发展的重点领域。大幅度提高太阳能供热系统能力,不仅提供热水,还可为家用采暖系统提供热力辅助,将太阳能与建筑的结合推向更深的层次。预计到2020年,太阳能热水器总集热面积将达到3亿平方米,可替代约5000万吨标准煤,总产值会超过3000亿元。
辐射板技术建筑一体化 图3辐射板技术与建筑表皮融为一体
在建筑的墙面和屋顶上安装具有选择性吸收涂层的辐射板,提高建筑护结构的保温隔热性能,利用太阳能、空气源和低温太空源,通过显热储存系统短期调节自然条件对系统性能的影响,建立超低能耗的可再生能源综合利用建筑,既可降低建筑所需能耗,又可减少对大气和环境的污染。辐射板系统可以满足建筑的外观材质与颜色的需要,管道藏于墙内,可替代暖气与空调,做到与建筑表皮融为一体(图3)。
2、结构与构件蓄热
为了贮存热量,把建筑物的围护结构里皮,装以蓄热材料,作成“特隆布墙”,将蓄热体直接设置在南面窗户的后面,当蓄热体吸收太阳辐射,加热后能再通过辐射和对流方式加热房间内部空气。
新型建筑外墙双层中空玻璃可以同时起到太阳热水器的作用,玻璃40%的面积是透明的,余下部分被盘旋状的可以通水的铜管以及银反射管所覆盖,覆盖物位于玻璃内层双层中空玻璃可以吸收太阳能,并把水加热,对于一个大楼来说,仅仅利用外墙玻璃就能把热水问题解决,每年可节省大量的电力和煤气。
(三)采光遮阳与表皮结合
据统计,建筑的空调系统与公共建筑的照明耗费的能源数据相当惊人。国内建筑由于文化传统考虑自然通风与采光,但国外一直以来崇尚机械通风采光。在节能为首的基础上,越来越多建筑师通过不同的采光与遮阳手段展现建筑的魅力。
1、导光系统与表皮结合
通过外部构件的设置,使得外部光线合理的引入内部空间,避免强光,同时也为背光侧引入太阳光。(图4)这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶”的现象,在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性,降低建筑内热能或冷能的流失,减少建筑的整体能耗。
遮阳系统与窗结合(图5) 图5 遮阳系统 不仅可以调节室内光
线的强度,更可以创造出令人震撼的建筑
表皮效果。
在室外或室内甚至双层体系中增加可调遮光百叶或安装倾斜角度可控的钢制遮阳板。此类建筑的前期投入并不比普通建筑高很多,但在长期运营过程中,却能取得很好的节能效益。
三、结语
国内利用太阳能方兴未艾,在已颁发的《可再生能源法》中明确规定:国家鼓励单位、个人安装和使用太阳能热水系统、供热采暖和制冷系统、光伏发电系统等设施,太阳能成为了最佳的替代性能源。如果太阳能系统中各种色彩和肌理的组件,也可以取代和节约昂贵的外饰材料(如玻璃幕墙等),使建筑物的外观统一协调,增加建筑美感。建筑与太阳能结合一举多得,建筑的表皮同样可以用蕴含的能量巨大的太阳能设施。不同学科对此问题思考的越多,对社会的贡献越大。
【参考文献】
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[2]艾明星.变相储能材料的研究[D].河北工业大学硕士学位论文,2003.3
随着幕墙在建筑中的不断应用,人们环保意识的不断进步,社会对环保和节能的呼声越来越高,人们对于幕墙的绿色环保和节能也提出了新的要求。目前在各种建筑中,绿色环保幕墙的应用也越来越多,技术也从实践开始走向成熟。
本文对光电幕墙、双层动态节能幕墙和生态幕墙等绿色环保节能幕墙及其动态节能技术进行介绍和阐述。
1绿色环保节能幕墙的应用背景
据相关资料显示,我国目前每年房屋建筑面积约有10亿平方米,其中的住宅面积约有5到6亿平方米,工业面积约有1亿平方米。我国的建筑能耗占全国总能耗的40%以上。是相同气候发达国家的2至3倍,因建筑门窗幕墙部分不节能的耗能占建筑能耗的40一50%。
据估算,我国每年竣工的幕墙工程的能耗影响巨大,如果不能正确的加以引导与管理,很有可能会出现大规模消耗常规能源,对能源供应、资源利用和环境保护带来巨大的压力,从而可能带来严重的能源、环境与资源问题。影响到我国经济社会的和谐发展。因此,绿色环保节能幕墙的应用具有重要意义。
目前。我国方大公司在国内已经率先研制成功的太阳能光电幕墙,引起了与会专家的高度关注。而且,该产品已在方大集团科技中心大厦工程中得到首次应用.相信类似的绿色环保节能幕墙工程将会得到越来越广的应用。
2绿色环保节能幕墙简述
绿色环保节能幕墙。就是具有无污染(或者污染很低)、并具有环保和节约能源功能的幕墙。这是幕墙今后发展的必然趋势。目前应用比较多、研究比较多的有三类:光电幕墙、双层动态节能幕墙,以及生态幕墙。这三类绿色环保节能幕墙的应用与动态节能技术在后面的论述中详细介绍。
3光电幕墙及其动态节能技术
光电幕墙的产生是在二十世纪初期。随着世界经济的发展,一些国家出现能源危机。常规发电成本的不断上升和人们环保意识的不断增强。致使他们纷纷推广、实施太阳能利用技术,并提出了“建筑物产生能源”的概念.推动了光电技术应用于建筑物的科研和使用,由此光电幕墙开始研发。
光电幕墙设计时。要考虑光电池组、光电板、导线、集成电路、整流器等各因素。还需考虑幕墙传统的安全、防护、密封、装饰等功能。各项指标必须满足国家标准规定,使其达到最佳使用效果。此外,还要考虑安装方向,安装阳光照射时间长的部位,等等。
3.1光电暮墙
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙.它是用光电池、光电板技术,把太阳光转化为电能,它关键的技术是太阳能光电池技术。太阳能光电池是利用太阳光的光子能量。使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动,从而产生电压.这称为光电效应。光电幕墙代表着幕墙技术发展的新方向。
4双层动态节能幕墙及其动态节能技术
4.1双层动态节能暮墙
双层动态节能幕墙.它是由双层结构组合而成的幕墙,由外层幕墙、内层幕墙、遮阳幕墙、进风幕墙、出风装置组成。内层一般都有能够开启的门窗。在外层幕墙的遮挡下,室外环境再恶劣也能保证内层门窗的正常开启.外层幕墙的进出风口和内层门窗的开启均能控制。内外层之间的热通道。可利用太阳能产生烟囱效应或温室效应,从而做到既保证必要的通风、换气,又能够节约能源。因此。双层动态节能幕墙又被称为热通道幕墙,按通风原理分为自然通风和强制通风两种系统。
4.2双层动态节能幕墙的性能特点
双层动态智能节能幕墙。在幕墙内配有电动闪开内倒窗、平行外开窗、电动遮阳百叶以及电动通风vi;顶部采光顶为钢结构形式,采光顶分为两层布置,上层为电动遮阳百叶系。下层为带有电动滑窗的隐框玻璃幕墙;采光幕墙占到整个幕墙面积的比例较大.易于获取良好的光线。
所以。双层动态节能幕墙,在动态节能上具有极大的优势。它具有的技术性能包括:
1)运用动气热压原理和烟囱效应。让新鲜的空气进入室内,把室内污浊的空气排到室外,并且能够有效防止灰尘进入室内,具有绿色的环保功效。
2)它对冬天的“冷处理”和夏天的“热处理”非常合理,具有卓越的冬季保温和夏季隔热功能。因此具有典型的动态节能性。
3)合理的采光功能,可根据使用者的需要,调整光线的变化,改善室内环境。
4)卓越的隔声降噪功能,为使用者创造宁静地工作生活环境。
5)技术含量高,构造特殊,具有良好的视觉美感。从上述的几个特点可以看出,双层动态节能幕墙具有良好的绿色环保节能性。
5生态幕墙及其动态节能技术
5.1生态幕墙
生态幕墙,它是随着建筑生态化的发展而发展的。所谓生态建筑。是指根据建筑物的使用功能或使用要求。能够改变建筑生态和建筑色彩的建筑称之为生态建筑。根据使用功能或使用要求,能够改变生态和色彩的建筑幕墙称之为生态幕墙,生态幕墙是生态建筑的一种,是生态外围护结构的建筑。它是以“可持续发展”为战略,以使用的高新技术为先导,以生物气候缓冲层为重点,节约资源,减少污染,是健康舒适的生态建筑外围护结构。
生态幕墙,可以在建筑与周围生态环境之间,建立的一个缓冲区域,既可以在一定程度防止各种极端气候对室内影响,又可以强化各种微观气候调节的效果,进而满足人们种种舒适的要求,并且能够达到适当节能的目标。生态幕墙建造,超出常规建筑学和建筑工程学的范畴。是一个系统工程,需要建筑师、结构工程师和幕墙工程师熟悉机械传动原理,了解机械加工、装配以及物理、化学和自动控制等相关科学专业的知识,需要多学科的协调,各专业的通力合作。
生态建筑与生态幕墙在三维空间中,引入了时间,在功能及美学上具有独特的意义,可以称其为“四维建筑”,即静与动,封闭与开放,收敛与张开,空间与时间,使建筑和幕墙更具有鲜明的音乐韵律。改变了传统建筑和幕墙终身不变的形态和色彩,拓宽了建筑和幕墙的新视野和新技术,对现代建筑和幕墙的实践和理论是一种补充和拓展,有着独立的价值和意义。这种幕墙在德国研发和使用较早,技术成熟得到广泛的发展,典型工程如德国柏林得比斯大厦、法兰克福银行大厦以及美国纽约42大街的新摄影棚、英国建筑研究所办公楼、荷兰戴尔夫特大学图书馆等都属这类幕墙。
5.2生态幕墙的节能与性能特点
生态幕墙是科学技术的综合体现,生态幕墙具有以下性能特点:
1)传统幕墙理念是幕墙与自然生态环境相分离,对自然通风考虑不够:而生态设计理念是幕墙与自然生态环境组成统一的有机体。精心设计自然通风。
引言
随着我国汽车行业的飞速发展,对汽车的节能与环保问题的关注程度不断提高。基于有机朗肯循环(Organic-fluid Rankine Cycle,ORC)的车用发动机余热回收系统可以在不改动原车发动机的前提下,通过在车上加装ORC系统,达到回收发动机排气余热的目的,间接提高发动机燃油利用率,降低排气温度,因此受到越来越多的关注[1-4]。
ORC系统的工质特性、运行压力、工质质量流量、换热器结构、膨胀器特性等参数对系统效率有重要影响,很多研究者对此做了深入的研究[5-10]。本文旨在探讨在ORC运行参数与结构参数不变的条件下,柴油机工况(排气温度和排气流量)对ORC系统效率的影响。
1.中温有机朗肯循环系统介绍
图1为中温有机朗肯循环余热回收系统示意图。其中实线部分为发动机进排气系统,虚线为中温有机朗肯循环系统。
节能作为一项系统工程,涉及到诸多方面,如自然环境、规划设计、建筑施工、政策法规、物业管理、居民节能意识等。建筑节能设计在现阶段还存在一定的问题,比如片面追求建筑面积,设计时执行节能标准比例较低、公众的节能意识薄弱、缺乏可操作性的法律法规等等,但是作为我国国民经济支柱产业之一的建筑业,必须和各方共同努力,加大科技研究力度,采取严格的奖惩措施,从前期着手,大力推广节能型建筑,这也是我国走实现可持续发展的必由之路。
一、节能措施在建筑设计中的重要性
随着我国建筑行业的快速发展,建筑能耗已经有很大幅度的上升,占社会能源消耗量的 30% 以上,如果还采取不合理的设计标准,一定会给将来的治理产生困难,还会带来过重的能耗负担。目前,我国的每年新建的高能耗建筑还比较多,并且还在不断地增加,虽然国家出台了一些涉及节能的技术标准,但是已经不能满足人们对节能的要求,非常大的能源消耗给人们带来了很大的思想负担和经济压力,对人们的生活、学习、工作都有着非常大的影响,因此,要充分认识建筑设计中的建筑节能,对现有的节能标准进行修订,国家的相关部门要引起足够的重视,要认真对节能标准进行提高和改善。
二、建筑设计中的建筑节能措施分析
1、建筑墙体设计中节能措施的应用
在建筑围护结构中,墙体同样是重要的组成部分之一。在建筑节能设计中应用节能措施主要表现在以下几点:一是利用具有较高隔热保温性能的材料设计并制作的单一性的材料外墙。二是将保温材料设计在墙体的中间以形成具有保温夹层的复合墙体;三是在外墙的内侧贴石膏板或者粉刷石膏等,需要说明的是,由于热桥给保温产生的影响较大,因而我们对其使用的范围已经逐步被淘汰,四是外墙的外侧设计保温层,从而在保护墙体自身的同时还能外隔热。就这四种节能措施来看,第四种的保温效果最佳,不仅受室外温度变化的影响较小,还能很好的保护主体结构以及预防热桥和冷桥出现。常用的建筑外墙保温材料有保温砂浆、聚苯板、聚氨酯。以上材料各有特点:保温砂浆和聚苯板占有较大的市场使用率,但保温性能不能尽如人意;聚氨脂保温性能较好,但传统的聚氨酯硬泡板材不能方便且有效的适用于复杂立面墙体。而聚氨酯现场发泡喷涂保温材料 (如安健能全水基软发泡聚氨酯),因具有良好的保温性和憎水性,同时方便施工,且适用于各种复杂外墙体保温和无接缝施工,得到广泛青睐。外墙体遮阳也是墙体保温的主要部分,主要用于热工性能要求更高的墙面。通常是在保温层外侧设计钢结构支撑体系然后干挂板材(如陶土板),避免夏季阳光直接辐射到墙体,同时后侧流动的空气层能迅速带走热量,起到很好的遮阳隔热效果。
2、建筑屋面设计中节能措施的应用
在建筑屋面设计中,需要全方位分析建筑屋面的节能内容,重点是做好屋面的保温层设计工作,同时做好屋面保温材料的筛选工作。主要的设计方法如下:
2.1保温层的设计是屋面节能设计中的重要内容,在设计时必须要控制好材料的密度与吸水率,以控制好建筑屋面的自重。
2.2当进行保温材料筛选时,应尽量选择高效节能环保材料与选择保温隔热性能好、无污染、无公害及性价较高的施工材料。
2.3可采用绿色种植与蓄水屋面。通过在屋面上种植花草或构建蓄水池,花草的种植能提高屋面的保温隔热性能,且能增强屋面的绿化率与美观性;而蓄水池屋面的水深应保持在20cm以上,通过蒸发制冷的机理,能有效降低屋面的温度,具有节能减排的作用。
3、建筑门窗设计中节能措施的应用
外门窗是耗热的重要渠道,它既是太阳辐射的得热部件,又是主要的失热部件,传热系数约为墙体的3~4倍,是节能的重点部位,所以合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。对于住宅设计应避免少做落地窗、飘窗等。外墙门窗设计除满足自然通风外,设计中应该强调东西南北开窗有别,不同功能房间开窗有别。面对冬季主导风向的立面,应尽量减少开窗面积。设置外窗部位,应提高外窗的密封性能(如选用胶条密封而不是毛条),选用好的窗型(如平开窗气密性相对较好),门窗配件,提高窗框的隔热性能(如采用塑料型材、铝合金断热型材、玻璃钢型材、铝木复合材料等),减少窗框的外露面积,采用保温隔热性能好的玻璃(如中空玻璃、镀膜玻璃等)。根据国内外大量应用经验证实,采用双层玻璃塑料钢窗是较好的选择。外门窗除了采光,通常也是建筑自然通风的渠道。所以,外门窗的开启也是夏季通风节能的必要条件。夏季迎风面可作为主要的开窗部位,引进自然风,增加夏季的渗透通风。但同时,外门窗的设计应减少冬季寒风的渗透,有利于室内保温,改善生活环境的舒适度。对于向阳的地方,可采用凹式开窗设计,外加遮阳板及镀有特种金属的热反射窗帘,这种设计既美观又兼有较好的遮阳效果。
4、做好建筑节能设计的几点措施
4.1合理选址
节能型建筑的选址很重要,要看实际的土质、天气、水文、地形等自然环境的情况,合理选择地址。建筑设计的首要工作就是对位置的选择,好的地理位置会给节能工作创造得天独厚的便利条件。因此,建筑设计必须在良好的环境下才能提高全周期内的质量、性能,为以后的节能工作打下了一定的基础,使各种建筑资源得到优化配置,维护了城市生态平衡。
4.2制定合理的节能设计方案
在进行建筑设计过程中,必须要制定完善、合理的照明节能设计方案,尽可能选择节能设备,且要合理选择照明线路与节能光源,设计与安装可行、合理的开关,同时要加强自然光的照明应用。
4.3做好采暖节能措施
建筑在寒冷的冬季会损失大量的热量,因而必须加强室内采暖保温措施,例如合理规划采暖管网(针对北方寒冷地区而言),缩短室外的供暖管长度,加强管道保温,预防热量损失,采取集中供热等等方式,达到节约材料和降低能耗的终极目标。
4.4加强可再生能源的利用
太阳能作为清洁能源,具有取之不尽用之不竭的特点,利用太阳能设备,将太阳能转化为电能,能较大程度的节约电能资源,降低能耗具有十分明显的经济性。
三、结束语
可持续发展的观念逐渐深入人类,环保节能逐渐成为人类发展的主题,为了让人类生活在环保、舒适的环境下,建筑设计的过程中一定要配合环保节能理念。因此,建筑设计不能仅考虑建筑的外型、美观、布局等因素,还要将设计的各项内容全面考虑环保节能的功能,包括建筑的朝向、间距以及建筑材料等,同时在建筑实施过程中要注意对自然环境的保护和对资料的回收利用。将可持续发展的理念贯穿建筑的整个工程中,最大限度的对资源进行利用,减少对自然环境的伤害,同时降低建筑成本,达到环保节能与建筑行业获得更大经济效益的双赢。
【参考文献】
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由于人们对生活居住环境、T作环境的要求越来越高,采暖和空调制冷域不断扩大,建筑能耗已成为我国最雉根治的城市病之一,影响着国家的可持续发展。
1建筑节能工作概述
为了把建筑节能工作扎实有效地落实下去,依据JGJ26—95民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)DBJ04—2l6—1999民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)山两地实施细则(第二阶段),对建筑专业和暖专业分别有具体的要求。建筑部分节能约30%,主要项目有屋顶、外墙、不采暖楼梯间隔墙、户门、外窗、外门、不采暖地下室顶板等。采暖部分节能约20%,主要项目有:分户控制、分户计量、分室温控、有单独锅炉房的设备效率、外管网损失等。除按节能标准选的各项指标外,还要求建筑专业和采暖专业要根据不同的建筑结构情况进行不同的热丁计算。
2存在的问题
实现建筑节能设计单位是首当其冲,没有节能的设计,就不可能有节能的建筑,但是建筑节能在我国从20世纪90年代就被提出了,但到现在还不能落实,存在的主要问题是:与开发商的利益有关;行政主管部门未落以实处,缺乏行政手段;业大厂矿是建筑节能的漏洞,因他们是福利性供热,以厂代劳,还没有真正走向市场经济以上这些问题的存在,严重阻碍着建筑节能目标的实现。
3应采取的措施
3.1设计上的节能环保
(1)建筑规划上要提高环保节能意识,在规划设计和建筑设计过程中由于受到诸多用地环境、设计要求及商业价值等方面的影响,往往使得我们设计人员对环保节能兼顾不够,最为突出的就是建筑的朝向,部分建筑呈东两向,造成了室内热工环境差。
(2)建筑构造要求控制节能设计要求进行设计。我国自2000年10月1日起实施JGJ75—2003夏热冬暖地区建筑节能设计标准,并将其中4.0.4,4.0.5,4.0.6,4.0.7,4.0.10,4.0.11,6.0.2,6.0.6条规定为强制性标准。这就要求我们设计人员要认真执行该条文,进行建筑节能设计。
(3)设计人员要加强建筑的通风性能,改善室内热工环境,防止两晒,利朋可利用能源等方面的研究。
3.2环保节能材料
随着社会生产力的进步,健康与安全是现代人最为重视的两大主题。环保材料越来越多地应川于各个领域,建筑行业也不例外。
(1)装饰材料。不同的装饰材料对能源的消耗不同。一间贴着深色墙纸的房间,需要的照明用电是同样大小贴着浅色墙纸房间的两倍。房间里灯具的选择同样可达到效果节能效果。首先,客厅等较大的房间使用多角度的装饰灯具,保证房间的各个部分都达到照明度;其次,大量使用节能灯具,可以根据自然光线的强弱调节灯的亮度;再次,鼓励住房用户使用多种规格的灯泡。不同材料对能源的利用也是不同的,应尽量选用绿色环境节能材料来建造人类家园。
(2)给水材料。从水质保证的角度分析,为什么自来水公司生产出的生活饮用水是合乎标准的,但终端饮用水的质量却难以保障呢?这主要是传统的管道系统多采用金属管材,而金属管材特性有四大致命弱点:易生锈、易腐蚀、易渗漏、易结垢,这就使得二次污染的问题长期未得到解决。这些受污染的自来水中携带的细菌像无彤的杀手,时时威胁着人类的健康。所以我们应该全面推广使用以塑料管为主体的优质绿色管材料,从根本上解决自来水管理系统中的二次污染问题。而且绿色管材的运用还能相应节省金属的耗费,做到既环保又节能。
(3)维护材料。我国民用建筑的外墙围护热能损失量是发达国家的几倍甚至十几倍,我国每年建成的城镇住宅达5亿㎡以上,如外墙围护面积按1/1.2计算,即需要建筑外墙嗣护6亿㎡,所以解决外墙周护热能损耗的问题是当务之急。现在新型的建筑环保节能材料如中空玻璃、倒置式隔热保温屋面、保温砂浆、外墙挤塑板等新产品可以大大提高建筑的保温性能,改善建筑热工环境,我们应该大力推广使用。
(4)开发新的节能能源代替电力。节能灯的运用缓解了部分电力紧张的现象,但每逢夏季,我国南部地区的电力仍是不足。从2004年1月2日开始,广东开始错峰限电,6月份以后,全省供电负荷连创l5次新高,广东全社会用电负荷最高达到3970万kW,比2003年最高负荷增长16.76%。同时,全省出现煤炭运输紧张的局面,部分电厂存煤经常处于警戒之下。据广东省经贸委介绍,广东2040年供电形势是2001年以来最严峻的一年。
用燃气代替电力作为动力已经不是新鲜事了,天津燃气集团依托每年20亿11天然气供应指标的优势,向社会推出燃气区域空调“绿色套餐”,这一节能、环保的高科技设备已应用在海河综合开发巾。按规则,建设中的海河沿岸42km:开发范同内66%的公用建筑使用天然气制冷及供热测算,天然气夏季使用量可达到1.1亿m,可削减电力3.3亿kW,相当于一座30万kW电厂的供电能力。
如果建筑住宅在设计初级阶段就将燃气作为电力能源的补充也考虑进去,则将会节省很大电力。由于液化天然气安全、清洁、价格相对便宜而成为燃气空调的首选能源。随着液化天然气工程的引入,我国许多地方都将具备运用这种环保能源的条件。
另外,要加大对新能源的攻关,如地热、水热、风能、太阳能等自然能源的研发和应用迫在眉睫,特别是太阳能在建筑巾的应用作为重点,解决好太阳能与建筑一体化、光电一体化的问题。
4太阳能的利用
我国大部分地区都具有较好的太阳能资源,这为在建筑巾充分利用太阳能这种绿色的清沽资源、减少建筑能耗,提供了资源保证。太阳能的利用方式主要分为两种:主动式太阳能建筑和被动式太阳能建筑。主动式太阳能建筑指的是需要辅助资源配合的太阳能使用系统的建筑。在这种系统里面,光电系统是研究较多的对象,但它的能量转换效率较低且太阳能的利系统费用过高。所以如果大批量地使用还需要进一步研究。被动式太阳能建筑是指在阳面使用储蓄热质、阳光房来吸收储备热量进而利用的一种形式,目前应川便捷广泛。
5建筑节能的个体设计
5.1建筑的体形与建筑节能
(1)控制体形系数。体形系数系指建筑物与室外大气接触的外表面积(不计地面)与其所包同的建筑体积之比。体形系数越大,说明单位建筑所分担的热散失面积越大,能耗就越多。有研究资料表明,体形系系数每增加0.0l,耗热能指标约增加2.5%,一般宜控制在0.30以下。建筑体形系数还与建筑物的体形是否规整及建筑物的体量大小有关。一般来说,控制或降低体形系数的方法有:减少建筑面宽,加大建筑进深;增加建筑物的层数;加大建筑物的长度或增加组合;建筑体形不宜变化过多。
(2)控制表面面积系数。从获取更多的日照辐射,降低耗能的观点来看,表面面积系数越小越好。从节能意义来说,长轴朝向东西的长方形体形最好,正方形次之,而长轴朝向南北方向的长方形体型的建筑节能效果最差。
5.2良好的构造设计