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淺談節(jié)能技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用
論文關(guān)鍵詞：新形勢(shì) 高層建筑 節(jié)能設(shè)計(jì)
論文摘要：針對(duì)現(xiàn)在能源消耗巨大的現(xiàn)狀，從節(jié)能建筑的角度出發(fā)，在建筑設(shè)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面對(duì)目前的建筑節(jié)能技術(shù)和今后的發(fā)展進(jìn)行初步探討。
進(jìn)入21世紀(jì)，世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了一系列重大危機(jī)，在“經(jīng)濟(jì)危機(jī)”“能源危機(jī)”席卷世界的今天，能源消費(fèi)正以驚人的速度增長(zhǎng)。而高層建筑節(jié)能(包括結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料選型、設(shè)備系統(tǒng)、自動(dòng)控制等)一直是我國(guó)節(jié)能工作的重要組成部分，高層節(jié)能建筑投入少、產(chǎn)出多，因此，重視和研究高層建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)問題已成為建筑節(jié)能的當(dāng)務(wù)之急!
近些年在某些城市建高層建筑已成風(fēng)氣，設(shè)計(jì)者往往貪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、建筑設(shè)計(jì)節(jié)能意識(shí)淡薄，造成高能耗、低效益，影響常年使用，浪費(fèi)巨大。所謂高層建筑節(jié)能不僅是建筑本身的節(jié)能，且由城市的綜合環(huán)境、氣候條件、總體布局；建筑物的形體變化、朝向；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫。隔熱的性能；門窗質(zhì)量等許多綜合性因素構(gòu)成，因此，高層建筑的節(jié)能首先應(yīng)為設(shè)計(jì)者重視。
1 優(yōu)化建筑位置朝向設(shè)計(jì)及體形設(shè)計(jì)
高層建筑的定位首先應(yīng)考慮對(duì)城市環(huán)境的影響容積率過高很難滿足日照要求，陽(yáng)光有著巨大輻射能量。在寒冷地區(qū)人們十分珍惜陽(yáng)光帶來的溫暖。據(jù)有關(guān)資料分析，地球每年接收的能量有60億億千瓦，這么大能量棄之可惜，從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽(yáng)能接收器，陽(yáng)光不僅對(duì)人的身體健康有著很大影響，對(duì)建筑的節(jié)能也有著十分重要意義。寒冷地區(qū)城市規(guī)劃應(yīng)注重應(yīng)用日照原理。合理的確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能接收更多的太陽(yáng)輻射熱能，因此，建筑的方位與節(jié)能有著直接關(guān)系。
如在北緯40度－45度地區(qū)，冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍，而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季節(jié)，建筑物所得到的太陽(yáng)輻射熱能量不同，熱損失也不同，尤其是在冬至前后，由于太陽(yáng)高度角低，房間所接收的太陽(yáng)光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時(shí)首先應(yīng)考慮環(huán)境情況，按其太陽(yáng)高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時(shí)間，建筑南向開窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽(yáng)光線，減少熱損失，保持室內(nèi)舒適的溫度環(huán)境。
合理的建筑體形能夠減少高層建筑物與外界的熱量交換，在其他條件相同時(shí)，體型系數(shù)(建筑物外圍護(hù)面積與其所包圍體積之比)越大，單位面積散熱量也越大，對(duì)節(jié)能不利。因此，正確處理建筑形式多樣化和節(jié)能的關(guān)系，是高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)引起重視的問題。
另外，高層建筑物的外形越簡(jiǎn)單，其外殼的表面積越小，熱交換量亦越少。因此，高層建筑物的造型宜簡(jiǎn)潔、完整，盡量避免復(fù)雜的輪廓線。
2 優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)
2.1外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體部分，高層建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同于磚石結(jié)構(gòu)房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結(jié)構(gòu)承重，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬于填充材料，為了減輕荷載，達(dá)到保溫、隔熱要求，采用輕質(zhì)高效保溫材料，目前在寒冷地區(qū)常用的墻體做法有、頁(yè)巖陶�；炷量招钠鰤K；粘土空心磚與實(shí)心磚復(fù)合墻體；粘土實(shí)心磚或空心磚巖棉夾心復(fù)合墻體等。但存在問題較多，節(jié)能的效果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料布置分外側(cè)和內(nèi)側(cè)，在寒冷地區(qū)的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，保溫層設(shè)在外側(cè)更為妥些。
2.2高層建筑的圍護(hù)墻體不宜采用外側(cè)保溫的聚苯乙烯泡沫板(舒樂板、PG板)，巖棉板等輕質(zhì)保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應(yīng)用與建筑整體的壽命應(yīng)同步。對(duì)于輕質(zhì)的外保溫復(fù)合墻體，筆者認(rèn)為存在以下不足之處：
(1)抗震能力差，易松散，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)合不好，整體性能差。
(2)不能承受外部裝修貼、掛荷載，如：貼石材，安裝裝飾構(gòu)件等。
(3)不能承受有振動(dòng)的鑿、刨的裝修，如：剁斧石面層、予留洞。槽易出現(xiàn)冷橋。
(4)墻表面易出現(xiàn)裂紋。除此之外，復(fù)合墻體由于框架梁拉、剪力墻的嵌入，墻體內(nèi)容易造成冷橋，是保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)測(cè)定，高層建筑所出現(xiàn)的冷橋約占整個(gè)熱損失的5％－13％，因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者重視，采取有效構(gòu)造措施盡可能避免產(chǎn)生冷橋。
2.3國(guó)外普遍推廣采用混凝土空心砌塊用于高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫，歐、美各國(guó)取得不少先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。某些歐美國(guó)50％左右的建筑已應(yīng)用多種形式的混凝土空心砌塊。由于混凝土空心砌塊保溫效果好，又具有一定強(qiáng)度，避免了輕質(zhì)復(fù)合材料墻體的一些弊端。
2.4受陽(yáng)光照射的高層建筑物屋頂，表面溫度比其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)高得多，對(duì)室內(nèi)溫度影響很大，頂層住房冬冷夏熱現(xiàn)象十分明顯。對(duì)此，除必須考慮屋面隔熱保溫措施以外，還可從建筑設(shè)計(jì)角度考慮在頂屋設(shè)置通風(fēng)隔熱層或?qū)㈨攲幼鰹樵O(shè)備間等，形成2次隔熱，減少屋面溫度的影響；在炎熱地區(qū)的屋面可通過蓄水(如屋頂游泳池)和屋面定時(shí)噴水系統(tǒng)使屋面顯著降溫。
3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能
①外墻的節(jié)能技術(shù)。外墻的節(jié)能措施，目前主要是使用環(huán)保節(jié)能型建筑材料，可以有效減少通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，從而減少各主要設(shè)備的容量，達(dá)到顯著的節(jié)能效果。采用新型墻體材料與復(fù)合墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)。復(fù)合墻板構(gòu)造復(fù)雜一些，但它將材料區(qū)別使用，可采用高效的隔熱材料，能充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng)，板體較輕，熱工性能較好，適用于住宅、醫(yī)院、辦公樓等高層建筑的外墻。在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、可行性分析的前提下，在墻體內(nèi)外側(cè)敷設(shè)保溫隔熱的新材料。另外，目前還有可調(diào)節(jié)的外墻，即采用多向、多層、可開、可閉的外墻，以適應(yīng)不同的氣候，減少空調(diào)，采暖的時(shí)間，降低能耗。
②窗的節(jié)能技術(shù)。玻璃窗不僅傳熱量大，而且由于其熱阻遠(yuǎn)小于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)，造成冬季窗戶表面溫度過低，對(duì)靠近窗口的人體進(jìn)行冷輻射，形成“輻射吹風(fēng)感”，嚴(yán)重地影響室內(nèi)熱環(huán)境的舒適。目前，就窗的節(jié)能措施，主要是從以下幾個(gè)方面考慮：
首先，控制窗墻面積比。窗戶既有引進(jìn)太陽(yáng)輻射熱的有利方面，又有因傳熱損失和冷風(fēng)滲透損失都比較大的不利方面。就其總效果而言，窗戶仍是保溫能力最低的構(gòu)件。由于通過窗戶的熱損失比例較大，因此我國(guó)規(guī)定：南向的窗墻比≤0.35，東西朝向的窗墻比≤0.25(單側(cè)窗)、≤0.30(雙側(cè)窗)，北向的窗墻比≤0.20。
其次，提高氣密性，減少冷風(fēng)滲透。
最后，提高窗戶的保溫能力。包括改善窗框的保溫性能以及使用中空玻璃來改善窗玻璃部分的保溫能力。
中空玻璃是由兩片(或兩片以上)平行的玻璃板粘合而成的玻璃組件。其兩片玻璃板間通過間隔條(注滿專用干燥劑一高效分子篩吸附劑)隔出一定寬度的空間，并使用高強(qiáng)度密封膠沿著玻璃的四周邊部進(jìn)行密封。由于中空玻璃在構(gòu)造上存在空氣夾層，從而有效地降低了傳熱系數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)隔聲性能也很好。根據(jù)玻璃構(gòu)造不同，中空玻璃又有PET雙中空玻璃、LOW－E中空玻璃等多個(gè)品種。若中空玻璃中充裝氬氣等惰性氣體，將進(jìn)一步增大中空玻璃的熱阻；若采用熱反射鍍膜玻璃或低發(fā)射率鍍膜玻璃組成的中空玻璃，更可以顯著提高外窗的保溫性能。關(guān)于使用中空玻璃的實(shí)例，紅谷灘的紅谷大廈就是一個(gè)例子。它使用的是LOW－E玻璃，這樣可以減少每天的運(yùn)行成本，減少能源消耗，降低環(huán)境污染。
4 結(jié)語(yǔ)
節(jié)約能源是我國(guó)的基本國(guó)策，建筑節(jié)能是國(guó)家節(jié)能工作的重要組成部分，我們要接見節(jié)能建筑的成功經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)的技術(shù)研發(fā)力度，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，使我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)逐漸走節(jié)能化的可持續(xù)發(fā)展的道路。
參考文獻(xiàn)
[1]楊臣彪，高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，《建材與裝飾》2007年第08Z期
[2]王焱煒淺談節(jié)能技術(shù)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用甘肅冶金，2009年2期
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