对建筑构造节能设计以及节能新技术的讨论

　　摘  要：能源是人类赖以生存和发展的基本条件，能源供应的紧张对各国的经济发展和社会生活产生了巨大的冲击，由于建筑能耗在社会总能耗中占有重大比例，建筑节能已成为建筑行业的重点问题。本文从建筑构造节能设计和建筑节能新技术两个方面进行了讨论。

　　关键词：能源；建筑节能；新技术

　　一、建筑节能设计分类

　　建筑节能设计可以分为被动建筑设计与主动建筑设计

　　（一）被动建筑

　　1、设计要点

　　简单地说，在满足生活舒适度需求的情况下，被动建筑设计的目标就是要尽量减小能源设备装机功率。

　　具体来说，被动建筑设计主要依靠自然资源来保证和维持建筑内的温度和通风等使用要求。在理想的状态下，一个成功的被动建筑设计的标志是，在一年当中的大部分时间里，建筑内冬暖夏凉、通风良好，只需要一个小功率的空调和采暖系统，就可以满足人们的生活或工作需要。这样，建筑的开发者可以降低投资，建筑的品质也可以大幅提高；而建筑的使用者能够降低维护和使用费用，消除了人们节能建筑会大幅增加成本的担心。

　　2、被动建筑设计的步骤是方案设计与初步设计

　　在方案设计中，建筑师需要对建筑的方位、体型、朝向进行优化，为充分利用自然风、阳光等自然资源创造条件。在初步设计中，建筑材料也必须优化，外墙、楼板、分户墙、屋面、玻璃、窗框的设计，尤其是窗墙比都需要进行量化与优化。

　　从方案设计开始到初步设计，工程师需要根据不断调整的设计方案模拟量化建筑的能耗情况，计算空调和采暖设备的装机功率，比对各种影响因素，最后提供最佳的设计方案。

　　（二）主动建筑

　　1、设计要点

　　主动建筑设计包含节能建筑系统设计与室内设计两部分内容，这里主要探讨的是前者。

　　节能建筑系统设计，如空调系统、热水系统等，是在装机功率不变的情况下，通过提高能源使用效率实现节能目标。例如空调热泵比一般的空调机要节能，冷凝锅炉比一般锅炉要节能等。另外，还可使用可再生能源设备，如太阳能热水器、风力发电、太阳能伏电、地源热泵等，它们是取之不竭的能源，更是我们今天大力提倡的节能建筑系统的设计手段。

　　2、在被动建筑设计量化指标的基础上，建筑节能系统必须得到充分的性价比的研究与分析。在空调与采暖设备市场上，各种品牌、型号使消费者眼花缭乱。例如空调设备有空气源热泵、地源热泵、风机盘管、地板采暖、辐射制冷/采暖系统、户室中央空调、变频机组、水系统、冷媒系统，等等，它们的初投资和运行费用大不相同。如能通过模拟量化，计算出初投资的费用、每年的耗能量、能源费用，消费者和项目开发者便能作出正确的决定。

　　然而，无论是被动建筑设计还是节能建筑系统设计，为了实现经济性与高效益的平衡，定量化系统设计都是必由之路。

　　二、建筑构造节能设计

　　（一）屋面节能

　　在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后，还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点，其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料，以免屋面重量、厚度过大；其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果，如选用吸水率较高的保温材料，屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在，高效保温材料已经开始应用于屋面，一些建筑的屋面保温，采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法，就克服了常规作法的诸多缺点。

　　（二）墙体节能

　　墙体是建筑外围护结构的主体，其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。我国以实心粘土砖为墙体材料，保温性能不能满足设计标准。以外墙为例，JGJ26-1995标准规定，在建筑物形体系数(建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值)小于0.3时，北京地区传热系数不超过1.16W/(m2.K)，而目前常用的内抹灰砖墙，传热系数都大于上述节能标准数值。因而在节能的前提下，应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术。

　　（三）门窗节能

　　外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅总能耗的比例较大，其中传热损失为1/3，冷风渗透为1/3，所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下，尽量减小住宅外门窗洞口的面积，提高外门窗的气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量。其节能措施有：

　　1、提高住宅外窗的气密性，减少冷空气渗透。

　　如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等密封；框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等；扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等；扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。

　　2、改善住宅门窗的保温性能

　　户门与阳台门应结合防火、防盗要求，在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板，以增加其绝热性能；窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗，这样可避免金属窗产生的冷桥，可设置双玻璃或三玻璃，并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的住宅可采用低辐射玻璃；缩短窗扇的缝隙长度，采用大窗扇，减少小窗扇，扩大单块玻璃的面积，减少窗芯，合理地减少可开启的窗扇面积，适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。

　　3、控制住宅窗墙比

　　住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值，JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定，指出"北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%"。

　　三、建筑节能新技术

　　（一）减少建筑围护结构的能量损失

　　建筑围护结构的节能技术集中体现在对通过建筑围护结构的能量控制上。在建筑实体墙部分，通过建筑的内、外保温技术，在冬季的采暖季节，降低通过围护结构向外的热损失，在夏季的空调季节，降低通过围护结构向低通季节，充分利用自然通风作用，调节室内环境。在建筑物透明结构部分，主要是控制窗户的太阳能热流，采光性能，通风性能等。如通过设计控制合适的窗墙面积比，选择合适的窗户结构，通过采用遮阳技术和镀膜技术等，来达到冬季采暖季节时，可以阻止室内热辐射通过透明结构的损失，增加太阳能对室内的渗透，在夏季空调季节时，可以阻止室外热量向室内渗透，减少室内冷气的损失。

　　（二）降低建筑设施运行的能耗

　　1、建筑能源的梯级应用

　　根据建筑不同用能设备和系统等级的划分，优先满足用能品位高的设备和系统，利用这些设备和系统的排出能量满足用能品位低的下游设备和系统。

　　2、能源回收技术

　　通过能源回收设备，将排出建筑物的一些能量进行回收再利用，是降低建筑能耗的一个重要措施。

　　3、通过控制调节系统来降低能耗。由于建筑内部设备与系统的设计往往是在满负荷的条件下进行的，而这些设备和系统往往运行在非满负荷条件下，这就要求这些设备和系统配备有优良的控制和调节系统，并要求物业管理人员有敬业精神和专业技能，可以根据不用负荷特点对有关设备和系统进行自动或人工调节。控制调节技术对于既有建筑的节能有其特殊的意义。

　　4、采用高能效的设备。

　　（三）减少能源消耗，提高能源的使用效率

　　为了维持居住空间的环境质量，在寒冷的季节需要取暖以提高室内的温度，在炎热的季节需要制冷以降低室内的温度，干燥时需要加湿，潮湿时需要抽湿，而这些往往都需要消耗能源才能实现。从节能的角度讲，应提高供暖(制冷)系统的效率，它包括设备本身的效率、管网传送的效率、用户端的计量以及室内环境的控制装置的效率等。这些都要求相应的行业在设计、安装、运行质量、节能系统调节、设备材料以及经营管理模式等方面采用高新技术。

　　如目前在供暖系统节能方面就有三种新技术：

　　1、利用计算机、平衡阀及其专用智能仪表对管网流量进行合理分配，既改善了供暖质量，又节约了能源。

　　2、在用户散热器上安设热量分配表和温度调节阀，用户可根据需要消耗和控制热能，以达到舒适和节能的双重效果。

　　3、采用新型的保温材料包敷送暖管道，以减少管道的热损失。近年来低温地板辐射技术己被证明节能效果比较好，它是采用交联聚乙烯(PEX)管作为通水管，用特殊方式双向循环盘于地面层内，冬天向管内供低温热水(地热、太阳能或各种低温余热提供)；夏天输入冷水可降低地表温度(目前国内只用于供暖)；该技术与对流散热为主的散热器相比，具有室内温度分布均匀，舒适、节能、易计量、维护方便等优点。