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建筑节能问题及优化措施

时间:2020-02-18 09:29:05   作者:GBWindows   来源:行业网站   阅读:610  
内容摘要:1引言绿色建筑在国内外其实并没有统一的定义,这一词最早起源于建筑节能。随着经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段,绿色建筑以节约资源为根本目标[1]。从长远来看,旧城改造是未来房地产市场发展的必然趋势[2],绅士化城市更新与智慧城市建设进程的推进,对绿色建筑赋予前所未有的重视[3,......

1引言

绿色建筑在国内外其实并没有统一的定义,这一词最早起源于建筑节能。随着经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段,绿色建筑以节约资源为根本目标[1]。从长远来看,旧城改造是未来房地产市场发展的必然趋势[2],绅士化城市更新与智慧城市建设进程的推进,对绿色建筑赋予前所未有的重视[3,4],我国传统的建筑行业也在经历转型。绿色建筑有了从量到质的改变,建筑业被推向了一个新的阶段。如今,很多研究学者在绿色建筑节能方面做了很多研究。路文武(2017)以环境国际公约履约大楼为案例,提出有必要将建筑物的电力消耗和电力生产过程中污染物的排放、资源消耗进行关联核算,从建筑物全寿命周期角度来审视建筑对环境的影响,力求把建筑物对环境的影响降到最低[5];王奎(2019)认为改变变电位置来减少线路上的损耗、将变压器改为二级能效的干式变压器等措施,结果显示能有效降低综合体的整体能源消耗,达到节能减排的作用[6];王凯(2019)认为开发商首先考虑的还是成本因素,从而忽视了节能新技术,如今的节能新技术主要有太阳能、墙体保温技术、热泵技术等[7];王欣怡(2019)以伦敦瑞士保险大厦为例,大厦表面设计得如同“子弹头”的曲线形态,对气体产生引导作用,在上下楼层形成的风压差的驱动下,捕获自然风能,从而实现自然通风[8];蔡小勇(2019)以深圳的中国移动信息大厦为例,经统计该大厦初始投资成本约为865.79万元,其中绿色建筑的运用可节约费用约为106.42万元/年,对推动我国绿色建筑发展起到了示范作用[9]。

2建筑节能现存问题

2.1建筑物围护结构能源浪费

以南京市为例,南京市地处中纬度地区,夏热冬冷,夏天空调和冬季采暖周期比较长。经调查,2005年之前的建筑在围护结构上大部分都没有采用节能设计,考虑更多的是美观。在公共建筑中,55%左右的能源消耗来自于制热制冷系统,节能的围护结构在其性能上突显出保温性和隔热性,能帮助节约制冷和采暖中的能源损耗。

2.2可持续性能源利用不充分

虽然太阳能是清洁无污染的可持续性能源,取之不尽用之不竭,但其成本比较高,并且缺乏资金支持,所以在我国并没有大规模推广,即使投入也很有限并且投入很分散,很多关键零件仍需要靠进口,导致太阳能很难进行大规模的推广。从人们的观念来看,也并没有意识到太阳能替代常规能源有利于实施可持续发展战略,这便导致太阳能并不能充分地利用在建筑物中。

2.3电器设备能源浪费

生活中离不开电气照明和暖通空调这些电器设备。随着经济的快速发展,照明和空调的使用越来越多,然而很多建筑物对电器设备设计不合理,人们对需要购买节能型电器的观念还没有普及,很多地区目前还是主要使用空调供暖。使很多电器设备不具备根据环境和温度自我调整的功能,很多时候暖通空调和照明系统会过度利用,从而造成能源的浪费。

3建筑节能优化措施设计

建筑物在围护结构、可持续能源以及电器设备上存在诸多能源浪费问题,本文针对以上能源浪费问题给出相应的节能措施,其中围护结构分别从门窗、内外墙、屋面三个方面分析节能措施;可持续性能源从太阳能、风能两大类分析节能措施;电器设备主要从照明系统和暖通空调两个方面分析节能措施。

3.1围护结构

围护结构在节能上需要凸显其保温性和隔热性,主要包括外门窗、屋顶以及墙体上的围护结构设计。由于北方和南方气候差异很大,围护结构上需要采用新材料用来减少北方的秋冬两季的热量流失,应当加大围护结构的各部分热阻,节约热水供暖和能量损耗。3.1.1门窗围护结构外窗的总体面积仅占围护结构的1/4左右,然而外窗所需消耗的能量占整体围护结构的一半以上,传统的旧外窗在整个围护结构中是最薄弱的环节,因此改造外窗是门窗改造的重点,从外窗的材质来看,主要有镀膜玻璃,low–e玻璃(低辐射玻璃),热反射玻璃等。根据建筑物整体特点,选择相应的外窗与窗框,配合相应的遮阳系统,可以使整体建筑节能达到比较理想的状态。3.1.2外墙和内墙围护结构墙体在建筑围护结构中,采暖能耗占总体能耗的32.1%到36.2%,墙体的保温隔热技术分为单一材料节能墙体和复合保温隔热墙体两大类,其中复合保温隔热墙体是将墙体和隔热材料复合而成。墙体保温主要靠外墙保温,外墙的保温技术应用主要是为了降低建筑物热量散失,其中适宜的技术可以采用隔离式防火聚苯板外墙外保温系统、外墙保温装饰一体化板等。3.1.3屋面围护结构屋面是整体节能的重要部分,屋面损耗的能量占建筑物热量损失的5%~6%,是围护结构中仅次于外墙和门窗的热量损失部位。屋面节能可以使用架空屋面、外保温屋面、内保温屋面、绿化屋面等,来改善屋面的热工性能,从而阻止热量的传递,达到良好的屋面节能效果。

3.2太阳能

太阳能对我们而言已经不再陌生,太阳能包括风能、潮汐能、电能等。将太阳能运用于绿色建筑中,可以代替很多类似的能源,为建筑物提供一系列的能量,也为人们节省能源,并满足人们的日常需求,其中太阳能在建筑中的应用主要包括太阳能采暖系统、太阳能热水系统以及太阳能光伏发电系统。3.2.1太阳能采暖系统太阳能采暖系统是通过蓄热体将清洁无污染的太阳辐射吸收转化为热能,从而给建筑物加热,太阳能采暖系统主要由集热系统、控制系统、预热系统、供暖系统、管道等组合而成。根据蓄热体类型不同可以将太阳能采暖系统分为空气采暖系统和热水采暖系统,其中空气采暖系统不需要消耗不可再生资源,它通过玻璃吸收太阳光使室内保持舒适的温度,其原理在于太阳能透过玻璃将热量传递给墙体和地板,同时又将一部分能量传递给空气,通过对流作用将室内空气与室外空气进行传递从而蓄能,没有阳光时将吸收的太阳能释放,从而长期保持室内的温度。热水采暖系统的具体措施则是可以采用集热和蓄热一体化的采暖方式,在已有建筑物窗后设置水墙,将充满水的金属容器或塑料堆积在水墙内,待其表面吸收热量后传递给墙体并传到室内,使室内温度维持在一个水平上。3.2.2太阳能热水系统早在20多年前,我们就已经接触过太阳能热水系统。我们最熟知的是太阳能热水器。从结构角度将太阳能热水器划分成真空管道式热水器和平板式热水器两种,原理都是将太阳光能通过集热装置转换为热能被水吸收,从将来水加热到高温度以满足人们的热水需求,这种能源的优点在于安全无污染,而且太阳能热水器占地面积小、加热快、节约空间和时间。3.2.3太阳能光伏发电太阳能光伏发电也称为太阳能发电,太阳能发电是一种直接将光能转换为电能的发电方式,中间无需通过热过程。光伏发电利用半导体器件吸收太阳辐射,并且转换为电能直接发电,是当前太阳能发电的普遍方式。太阳能光伏发电系统可以和建筑屋顶相结合,这样就能充分接收太阳光的辐射,光伏发电系统还可以和建筑物整体相融合,这样不仅能改善建筑物内部环境也可以改善建筑物的外观。

3.3风能

风能的获取主要是利用风力发电、风力制热等。高层住宅楼顶风速远远大于地面风速,如果在屋顶安装风力涡轮机和其他风转化为电的设备进行发电可以节省一部分电。经过有关数据显示,两台涡轮机所产生的能量能够给6个家庭用一年的时间,还可以达到保护环境的效果。所以,在设计建筑物时可以将风力系统的安装和利用考虑进去,这也是绿色建筑节能的充分体现。

3.4照明系统

照明设备的节能是电器设备节能中非常重要的一个部分。其中照明节能的措施有以下几点:(1)可以采用一些配光合理效率高的灯,如LED灯,可节省约40%-80%不等的能耗[10-11]。(2)合理布局照明灯的位置,同一个大房间需要用光的范围不尽相同,可以采用局部照明来满足房间的照明需求。(3)为了减小电能在电线传输过程中的损耗,尽可能减小导线长度或者增大导线的横截面积来减小输电过程中的能量损耗。(4)采用智能照明控制系统,根据白天太阳光照射房间的光度不同,来调节灯光的亮度。

3.5暖通空调

室内环境和室外环境的温度会存在一个差异,节能型的暖通空调进行安装时应该对室内的温度进行测试,并且对室内的温度进行调试,调试出在哪种温度状态下能给人一个更好的舒适度,这在很大程度上促进了暖通空调的节能;在设计安装上,设计人员可以根据室内环境,合理布置暖通空调位置以及采用保温性能比较好的材料,来改善暖通空调的使用程度,达到节能减排的效果;由于每个建筑物的结构造型都各不相同,这对建筑物本身的温度调节也有很大的影响,有些建筑物的通风性能良好,会使暖通空调的能耗相对降低,然而有些建筑物布局阻碍了空气的通风,将使暖通空调等能耗上升[12],所以在建筑物结构设计上应该有利于空气的流通来减少暖通空调的能耗。

4结论

随着社会的不断进步,绿色建筑节能理念已经成为人们关注的一个重点问题。节能这一概念是改革开放初期提出并且进入发展的起步阶段,一直到“十一五”期间我国大力建设资源节约型和环境友好型社会,促使建筑节能的发展进入成长期,2005年第一本建筑节能标准的发布标志着我国建筑节能进入了推进阶段,其中2006年发布的GB/T50378—2006《绿色建筑评价标准》是我国第一部绿色建筑标准,标志着我国建筑节能进入了绿色建筑阶段。虽然现如今建筑节能的发展已经进入推进阶段,我国也已经进入了建筑节能的绿色建筑阶段,但是各种能源浪费现象比比皆是。本文针对建筑物在围护结构、可持续性能源利用、电器设备的能源浪费问题,从围护结构、可持续性能源(太阳能、风能)、照明系统、暖通空调等方面分析绿色建筑节能措施,进一步在建筑领域节约能源,同时优化人们的居住空间品质。

作者:王梦娟 林欣燕 陈健 单位:南京林业大学土木工程学院

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