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居住建筑节能设计 Energy Saving Design of Residential Buildings潘坚力1 陈 赛2 PAN Jian-li1 CHEN Sai2摘 要：阐述建筑耗能的现状及建筑节能的必要性；讲解节能型居住建筑应从整体规划设计、建筑单体设计、建筑细部构造设计、建筑设备设计等多方面综合考虑。以实际工程为例阐述节能型居住建筑的设计方法。关键词：建筑节能； 节能型居住建筑设计； 工程实例Abstract:elaborate construction energy consumption present situation and the necessity for building energy conservation ；The explanation of energy conservation house should be designed from the whole plan，the construction monomer design，the construction detail structure design，the construction equipment design and so onthe various synthesis consideration.Take the actual project as example elaborating the energy conservation housing construction design method .Key words:Energy conservation construction；the energy conservation housing architectural design； project example中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：1008-0422(2006)05-0060-04早在20世纪70年代，建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的中心是减少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。同时，建筑节能需以不影响人们感觉舒适度为前提，即室温冬季不低于18，夏季不高于26。时隔30年，2004年，围绕着石油与能源问题的“大事件”再次集中发生，而我国的能源问题更是显露无遗。 能源环境恶化的同时，随着我国改革开放的不断深入，人民生活水平的不断提高，人们的居住环境要求也越来越高。近年来我国的建筑规模迅速扩大，同期比较，我国一年建成的房屋建筑面积是发达国家建筑面积的总和还要多。有资料显示，本世纪20年内，我国的建筑业仍将迅速发展，预计到2020年底全国房屋建筑将达近700亿m2。1 建筑节能要求十分迫切1.1建筑能耗约占社会总能耗的1/3我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从20世纪70年代末的10%，上升到近年的27.45%。而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断，国家建设部科技司研究表明，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重，建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。1.2高耗能建筑比例大，加剧能源危机。直到2002年末，我国节能建筑面积只有2.3亿m2。目前，我国已建房屋有400亿m2以上属于高耗能建筑，总量庞大，潜伏巨大能源危机。正如建设部有关负责人指出，仅到2000年末，我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤，占全社会终端能耗总量的27.6%，而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%。据分析，我国目前处于建设鼎旺期，每年建成的房屋面积高达16亿至20亿m2，超过所有发达国家年建成建筑面积的总和，而97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速，预计到2020年，全国高耗能建筑面积将达到700亿m2。因此，如果现在不开始注重建筑节能设计，将直接加剧能源危机。 1.3我国建筑节能状况落后，亟待改善在70年代能源危机后，发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术，而我国却忽视了这一方面的问题。时至今日，我国建筑节能水平远远落后于发达国家。举例说明，国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.54.5倍，外窗为23倍，屋面为36倍，门窗的空气渗透为36倍。现在，欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到m2/6L油，大约相当于m2/8.57kg标准煤，而在我国，达到节能50%的建筑，它的采暖耗能每m2也要达到12.5kg，约为欧洲国家的1.5倍。因此，与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比，我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上，与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言，全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成，我国却没有那样强有力的能源后盾支持，在这样的国情下，建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。2 节能型居住建筑设计方法建筑节能设计应从以下几个方面考虑：1）、总体规划设计；2）、建筑单体设计；3）、建筑设备设计； 2.1总体规划设计2.1.1 建筑选址建筑基地不适宜选择在山谷、洼地及凹地等处，因冬季冷气流在凹地里易形成对建筑物的“霜洞”效应。位于凹地的底层或半地下层建筑为保持所需的室内温度所消耗的能量，就会相应的增加。所以建筑基地应尽量选择在向阳、避风的地段上，为建筑争取日照创造必要的条件。（见图1）2.1.2建筑布局利用建筑楼群合理布局，充分结合特定地点的自然环境因素、气候特征和建筑物功能，人的行为活动特点等，建立自然人工生态平衡系统。具体体现在通过楼体排布的方案组合中，按以下原则挑选规划方案：充分利用和争取日照；避免风漏斗的出现，合理组织气流，减少建筑热损失；利用建筑外界面的反射辐射，对夏季炎热气候考虑充分。 在规划布局中，可以通过建筑的手法来尽量改善日照条件，比如： a.多排多列楼栋布局中，采用错位布置，利用山墙空隙争取日照； b.点、条组合布局时，点式住宅布置在朝向较好位置，条式布置其后，争取日照；（见图2）2.1.3建筑形态节能建筑的形态不仅要求体型系数(外表面积体积)小，同时需要夏季日辐射得热少，冬季还需要对避寒风有利，但满足此三项需要的建筑形体常不一致，因此应考虑多种因素的制约，包括当地夏季气温和日辐射照度、建筑朝向、各围护结构的保温状况和局部的风环境情况，需要具体权衡得热和失热的具体情况，优化组合各项因素后得出结论。 仅从夏季得热的角度，建筑应有合适的长宽比。加大进深由8m增加到14m，可以使建筑耗热指标降低11%33%，因此对于10008000m2的住宅，进深控制在1214m有利于建筑节能。 （见图3、图4）2.1.4建筑间距阳光对于个人不仅有卫生学的意义，同时对人的心理及精神也具有一定的影响。它不但是热源，同时还可以提高室内的日照水平，保证住宅室内具有一定的日照量，从而决定建筑间最小间距，并结合其他条件综合考虑建筑群体的布置。建筑采用斜屋顶在满足日照的前提下可以缩小住宅间距。（见图5、图6）2.1.5建筑通风适当布置建筑物，冬季降低冷风风速，可减少建筑物和场地表面热损失，节省能耗；夏季可以组织良好的通风，在建筑物之间及建筑内部形成良好过堂风。（见图7、图8）2.1.6建筑朝向朝向的选择考虑因素有：冬季具有适量和一定质量的日光照入室内；炎热季节尽量减少太阳直射室内及居室外墙面；夏季通风良好，冬季避免冷风吹袭；充分利用地形和节约用地；照顾居住建筑群体组合的需要。 浙江省居住建筑的适宜朝向为南偏东30南偏西15。2.1.7环保概念的体现环保一个重要的体现方面是小区绿化。小区绿化要综合考虑绿化覆盖率、人均公共绿地指标和生物多样性、植被的生态效应等诸多因素。可以考虑乔灌草相结合，以乔木为主；同时建议多布置立体绿化，见缝插绿；步行道、停车坪、水体护岸和水底地面不宜一概“硬化”，应该给大地以透水透气的余地。屋顶绿化不仅可以改善小区的环境绿化条件，还能改善建筑屋面的热工性能。2.2建筑单体设计2.2.1围护结构2.2.1.1外窗外窗的能耗包括通过玻璃、窗框的传热，窗缝的空气渗透，夏天太阳辐射得热三个方面。普通外窗的能耗远远大于外墙。传统方法有控制窗墙比（窗户面积与窗户面积加外墙面积之比值）；提高门窗制作质量，加密封条，减少冷风渗透等；注意隔热条的选用（隔热条对隔热门窗的整体稳定性起到关键作用）。 门窗节能中，改善窗户保温效果是比较有效的手段之一。市场上中高档的住宅产品多采用中空玻璃、隔热玻璃、反热玻璃等，随着节能技术的发展，像低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)等节能玻璃，在成熟产品中的应用也逐步在得到加强。2.2.1.2屋顶和外墙传统的外围护墙体由单一材料组成，其热工性能指标已经不能满足节能建筑的要求。复合墙体充分利用各种材料的不同性能，来达到节能建筑所要求的围护墙体的热工性能指标。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。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品，不仅适用于具有平面的屋面，也可用于带有曲面的屋面，其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标，表观密度为110150kg/m3;导热系数为0.040.06W/mK;蓄热系数为0.900.11m2K。抗压强度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽渗透系数为2.18107g/m.n.Pa。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小，导热系数较低，而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。浙江省居住建筑节能设计标准DB33/1015-2003中规定外墙K1.5 D3.0和K1.0 D2.5；屋顶K1.0 D3.0和K0.8 D2.5.当外墙和屋顶采用含有轻质的绝热材料的复合结构时，会出现热惰性指标很低的情况。这样，在夏季自然通风状态下，屋顶和外墙的内表面温度可能过高。为此根据不同的转热系数，规定屋顶和外墙的热惰性指标不低于3.0和2.5。对屋顶和外墙的热惰性指标提出要求，同时可使屋顶和外墙具有更好的热稳定性。2.3建筑设备节能2.3.1空调家用空调器选用节能型(高效制冷压缩机、换热器和风扇，采用变频调速，并匹配良好)；空调器的安装位置宜不受太阳直射；不设定过低室温，经常清洗。采用热泵技术，同时满足夏季制冷与冬季采暖的需要。2.3.2电气尽可能充分利用自然光；采用高效照明光源及灯具。2.3.3卫生器具尽可能采用节水型卫生器具。3 工程实践居住建筑工程概况:工程位于浙江省温州市。工程规划建设用地面积为5900.00m2，总建面积为22205.70m2。气候概况：温州市属亚热带海洋性季风气候，气候温暖湿润、雨量充沛、四季分明，平均温度为17.9。年平均最高气温为21.9，最低气温为-4.5。年平均日照率为41%，市区无霜期269.2天。年平均降雨量为1694.6。主导风向夏季为东南偏东风，冬季为西北风，夏秋之交受台风侵袭，登陆瞬间风力为812级。节能设计方案综述3.1 节能目标通过采用增强建筑围护结构保温隔热性能和提高采暖、空调设备能效比的节能措施，在满足以下要求的室内环境指标的前提下，与未采取节能措施前相比，采暖、空调能耗应节约50。3.1.1 冬季暖室内热环境设计指标，应符合下列要求：3.1.1.1 卧室、起居室室内设计温度取16-18度；3.1.1.2 换气次数取1.0次/h；3.1.2 夏季空调室内热环境设计指标，应符合下列要求：3.1.2.1 卧室、起居室室内设计温度取26-28度；3.1.2.2 换气次数取1.0次/h。3.2 节能设计3.2.1主要围护结构的节能体系及其特性本设计从工程的实际情况出发，在满足建筑的使用功能的前提下，使用性价比优秀的材料组合。3.2.1.1外墙、楼板节能体系根据本工程项目的实际情况，在设计中采用了聚苯颗粒保温浆料，分别用于外墙外保温及楼板的保温。主要有以下特性：（见表2）聚苯颗粒保温浆料是由聚苯乙烯颗粒、高分子聚合物、水泥和助剂组成，具有适中的保温性能和较高强度的浆料型外墙保温材料，施工方便，适用于夏热冬冷地区使用，而且还可抹涂于砌体或砼表面，替代粉刷层，实现粉刷和保温合二为一。主要热工参数：（见表3）3.2.1.2 屋面节能体系从本工程所在地的实际情况，在保温层采用了适用于倒置式屋面的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS），其基本组成及主要特性如下：挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）是由可发性聚苯乙烯粒料在专用挤出机中加热熔化后经挤出头挤出成型的。与EPS板相比，该产品具有以下两个突出特点：密度和机械强度高； 长期吸水率低。其主要的热工参数：3.2.1.3 入户门和外窗、阳台门窗节能体系入户门选用多功能用户门，其同时具有防盗、防火、保温、隔声等功能。窗的主要功能是采光和通风，在各类建筑窗中，塑料窗在保温节能方面有优良的性能价格比。从现有情况出发，在设计中采用塑料门窗，其基本组成及主要特性下表4：几种常用窗户类型的热工指标参数如下：本设计中各围护结构的基本构造主要参考浙江省标准居住建筑节能设计标准“DB33/1015-2003”中的构造做法，所选做法在实际工程中应用较为普遍，计算标准以及计算公式均采用现行国家规范民用建筑热工设计规范“GB5017-93”以及其它现行的国家及地方性条文和法规。4 结束语对人居环境的探讨，一直以来都是建筑界所关注的问题。无论在建筑节能，降低建筑能耗，还是在提高人居舒适度，创造新型的住宅建筑，都取得了很大的成效。但是面对这个庞大的建筑领域，建筑能耗是显而易见的，微小的能耗变化，都将决定对能源的如何分配。在不同区位下，采取的节能措施也不尽相同，对地域技术的研究同样是首要面临的关健性问题。本文所提到的几点建议，是微不足道的一小部分，要想实现建筑领域真正节能，还需要建筑界及相关部门同仁不懈的努力。作者单位：1.浙江永嘉县规划建设局2.辽宁金海建筑设计研究院有限公司 超高层建筑给水排水设计中的节能、节材研究 摘要：随着整个国民经济的持续快速发展和城市化水平的不断提高，水资源短缺、电力供应短缺和原材料短缺的矛盾日益凸现。因此，对建筑给水排水设计来说，如何对现有设计进行不断优化，以求最大限度的节约每一寸管道、节省每一个阀门、降低每一度电力消耗等，就成为摆在广大给水排水设计者面前的一个不容回避的问题。下面结合笔者在某建筑高度120m的超高层建筑给水排水设计中的一些做法，谈谈笔者在落实贯彻“节能、节材”方面的一些做法，以期和广大国内同行共同探讨。关键词：超高层建筑报警阀末端试水雨水管道 项目概况：郑州某超高层综合楼位于郑州市郑东新区CBD外环，建筑高度118.8m，地上30层，地下4层。地上部分建筑面积60863m2，地下部分建筑面积12317m2.地下14层为设备机房和地下汽车库，可停放汽车242辆，其中地下24层战时为五级二等人员掩蔽所；地上5层裙房，作餐饮、娱乐和商业用；主楼部分主要做开敞式办公用。结构形式为框架核心筒结构。在该项目设计中，笔者结合设计的基本要求，并在此基础上，征求了国内一些设计同行的意见，对设计进行了一些改进。希望能和广大设计同行共同探讨。1.避难层集中设置报警阀，省去减压阀的做法就建筑高度在120m左右超高层建筑的喷淋系统的报警阀设置来说，通常采用分散设置湿式报警阀的做法：在避难层内设置若干套湿式报警阀，供建筑高区自动喷水灭火系统使用；在地下室内设置若干套湿式报警阀，供避难层以下的低区自动喷水灭火系统使用。同时，根据自动喷水灭火系统设计规范（GB50084-2001-2005）的相关要求，湿式报警阀入口压力不应大于1.2Mpa，在低区湿式报警阀环状供水管道入口设置减压阀组，控制阀前压力不大于1.2Mpa.在闭式自动喷水灭火系统设计中，根据计算，喷淋水泵扬程需要1.8Mpa.在整个闭式自动喷水灭火系统的各个组成部分中，结合相关喷淋产品所提供的技术参数，湿式报警阀的最大工作压力为1.2Mpa；普通玻璃球下垂型喷头的额定工作压力为1.2Mpa，出厂试验压力为3.0Mpa；一般水流指示器的额定工作压力为1.2Mpa，出厂密封测试压力为2.4Mpa；对夹式安全信号蝶阀的额定工作压力可达1.6Mpa.此外，根据自动喷水灭火系统施工及验收规范（GB50261-2005）6.2.1条的规定：“当系统设计工作压力等于或小于1.0Mpa时，水压强度试验压力应为设计工作压力的1.5倍，并不小于1.4Mpa；当系统设计工作压力大于1.0Mpa时，水压强度试验压力应为该工作压力加0.4Mpa.”那么，当系统工作压力较大时，采用无缝钢管以及额定工作压力较大的阀门等材料即可满足系统的设计及施工验收需要。结合上述压力数据，在整个闭式自动喷水灭火系统设计中，作为整个系统中的重要一环，相比之下，湿式报警阀的最大工作压力只有1.2Mpa，小于整个系统的其他组件。有鉴于此，自动喷水灭火系统设计规范（GB50084-2001-2005）才要求湿式报警阀入口压力不应大于1.2Mpa.在项目设计中，笔者曾作过如下考虑：如果按照常规设计，采取在地下室和避难层分散设置湿式报警阀的做法，如自动喷水灭火系统原理图（一）所示，在低区报警阀组前的环状管网上分别设置减压阀组。根据设计要求，减压阀组通常采用两组并联，每个报警阀组采用报警阀前后设置控制阀门，并在报警阀前加设过滤器的做法。由于报警阀前后的控制阀门一般采用普通手动阀门，一旦减压阀出现故障的情况下，控制阀门不具备自动关闭功能。因此，两组报警阀组通常不具备故障情况下的自动切换功能，只能手动进行切换。此外，由于报警阀分散设置，从一定程度上增加值班人员的工作强度。为了克服低区上述不足，进一步确保湿式报警阀的安全，经反复考虑，最终决定把湿式报警阀集中设置在避难层，如自动喷水灭火系统原理图（二）所示。由于避难层的建筑高度大约在60m左右，由喷淋水泵扬程减去报警阀和喷淋水泵间的高差（喷淋水泵设在地下三层。），从而可以确保湿式报警阀阀前压力小于1.2Mpa.相比之下，由于报警阀在避难层集中设置，无需在阀前设置减压阀组即可有效保证报警阀不会发生超压，从而可以充分确保报警阀的安全，进一步提高了整个自动喷水灭火系统的安全程度。同时，由于报警阀集中设置，必然利于系统日后的运行管理。2.屋面雨水落水管兼作喷淋末端试水排水管道的做法 对于高层框架核心筒结构的高层建筑，由于高层建筑本身竖向管道较多，必然需要占用标准层有限的建筑面积。那么，就我们给水排水专业来说，能否对现有管道系统进行合理优化，在保证建筑使用功能的前提下，尽可能减少竖向管道数量，既利于节省管材，同时也利于节省建筑空间。对于高层建筑屋面雨水排水设计，建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）第4.9.26条规定：“高层建筑雨水排水管材宜选用承压塑料管或金属管。”同时，笔者也查阅了国内部分超高层建筑的设计实例，屋面雨水排水管道多采用热浸镀锌钢管，也有部分采用钢塑复合管。同时，在超高层建筑的喷淋设计中，结合喷淋末端试水装置的设置位置，需设置专门的喷淋末端试水排水管道。那么，在设计喷淋平面的时候，能否结合屋面雨水排水管道的设置位置（对超高层框架核心筒结构的建筑，雨水管道通常靠外墙设计。），在靠近雨水管道处合理设置喷淋末端试水装置？这样设计的话，就可以把屋面雨水管道兼做喷淋末端试水排水管道。从理论上看，这样做应该是可行的。在郑东新区该超高层项目设计中，笔者采用了如下做法：屋面雨水管道采用衬塑钢管，靠建筑外墙设置。在靠近喷淋末端的雨水落水管每层的适当位置（在室内吊顶以上。），引出一根DN50的排水支管（与雨水管道同材质。），并结合喷淋末端试水排水系统的需要，设置排水漏斗。同时，在该支管上设置控制阀门（设计采用球阀。根据排水需要，不宜设制截止阀。）。当该层需要打开喷淋系统末端试水装置进行试水时，手动开启该层雨水管道支管上的控制阀门（该阀门也可自动启闭。），排放喷淋试验用水；当试验结束时，关闭该阀门，以防止下雨时，屋面雨水从该层排水漏斗处进入室内。采用上述做法，既节省了一趟排水管道，并节减了相关安装费用；同时也尽可能减少对标准层建筑面积的占用。3.冷却塔的设计及节能运行问题通常对于有中央空调冷却循环水系统的建筑，结合高层（多层）建筑主楼、裙房和室外场地的关系，合理选择冷却塔的摆放位置，对于节省造价、降低日后运行成本有着重要意义。在冷却塔的设置位置方面，当建筑专业和室外环境允许的情况下，在室外场地上（绿化意内）直接设置冷却塔也是一个不错的选择。显然，冷却塔的位置距离空调制冷机组越近，相比之下更节省冷却循水管道，也必然利于降低冷却循环水系统的造价和建安成本。同时，冷却循环水管道长度越小，系统管路的水头损失必然降低，利于降低冷却循环水泵的扬程，也就降低了系统日后的运行成本。此外，由于日常地面风速比起高空要小的多。当冷却塔设置位置越低的时候，冷却循环水的飘失水量也就越小，利于整个系统的节水。而且，由于冷却塔设置位置较低，那么冷却循环水系统的补水系统可充分利用市政水压完成，避免了冷却塔补水系统的二次加压，势必从一定程度上降低系统日后的运行费用。同时，如果能够在室外地面上直接设置冷却塔没的话，势必减少了冷却塔在屋面上所带来的屋面荷载，节省了结构造价。在该项目设计中，结合该建筑底层的使用功能，同时，结合该建筑室外场地的情况，把冷却塔设置在该建筑南侧的室外绿地内。考虑美观需要，要求冷却塔厂家对塔体（方形横流式冷却塔）进行适当美化（借鉴电气专业室外箱式变电站的做法：室外箱式变电站经适当美化处理后，其外观效果可作为室外建筑小品）。由于冷却塔设在室外绿地上，为了防止室外落叶进入冷却循环水系统，设计要求在冷却塔的塔顶出风口上设置钢丝网。该系统经过空调季节运转，运行情况良好。同时，根据建成后的实际效果来看，由于室外冷却塔处理得当，相当于一个室外小品，对于丰富建筑环境，起到了不错的效果。结语：随着国家资源供需矛盾的日益突出，在设计中采取一切必要措施，充分贯彻“节水、节材、节地、节能、环保”的设计要求，成为摆在每个给排水设计师面前的一个不容回避的责任。这就需要我们在设计中，充分理解设计中的每一个细节，在保证设计功能需要的前提下，从每一个细微之处最大限度的节约每一寸管道、节省每一个阀门、降低每一度电力消耗，充分减少系统建造及运行成本。