节能住宅产品与技术体系实施Word下载.docx
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•对开发用地应进行前期综合评价,包括生态环境、健康安全性、地质、古迹等方面,避开水源保护区和有土壤、空气、电磁等污染的地区。
•规划设计要保护用地及其周围的自然环境,尽可能保持和利用原有地形,将开挖面积和植被破坏减至最低。
保护和尊重人文环境和优良的城市空间机理,尺度。
•注意水资源的保护和有效利用,包括控制地下水开采量,雨水的收集利用,径流及排放管理,控制硬质的透水铺装面积。
•注意建筑整体布局、朝向形成较好的日照、风环境等的影响,改善住区小气候,减少热岛现象。
•便捷多样的交通
•限制私人汽车,减少其造成的污染,加强步行交通和公共交通的网络规划。
3节能建筑的设计与高新技术的应用
3.1IDP设计模式
目前,我国建筑设计中大多采用传统的设计模式,在方案阶段基本上仅有建筑师参与,而后续的设计中,各专业常常各自为政,仅进行一些基本的配合与资料互提,对于生态节能建筑这种对设计要求很高的项目,这样的设计方式显然难以胜任,因为很多技术体系是在方案阶段就应当考虑,否则在后续设计中很难加入,并且要求各专业密切配合。
针对这一现况,五合国际借鉴国外经验,引入了“整合设计”(IDP)这一理念,既在设计的最初方案阶段就有生态节能的专业人员介入,综合考虑规划、建筑、结构、能源系统、暖通等各方面因素,提出初步的生态节能方案,并在后续的设计中综合建筑、规划景观、结构、暖通空调,给排水,建筑电气与楼宇控制,室内设计等各各个专业,通过各专业有机的整和,密切的协作,对建筑自身特点及区域自然资源、环境进行深入分析,根据气候特点和产品需求,综合采用成熟的高新技术及产品,才能形成一整套可行的,适合的,内部有机相连的生态节能体系。
在这一过程很重要的一个环节就是建筑整体能量平衡系统的设计,通过先进的计算机软件系统对未来建筑的室内外热功环境,能量平衡进行模拟计算,为下一步的建筑、构造、暖通等专业的深化设计提供准确的依据。
3.2提高住宅舒适度要从四方面入手
无论住在什么样的居室中,人们对室内环境舒适度的要求和标准是基本一致定额,即其热功环境、空气质量与光环境。
因此,提高住宅的室内环境舒适度就要从以上四个方面入手(图06)。
首先是室内热环境的改善,主要通过控制空气温度、室内物体表面温度、相对湿度以及空气流动速度来实现。
这不仅需要采用现代构造技术与材料,精心推敲细部构造设计,达到高标准的住宅外围护结构保温隔热性能,消除冷桥;
同时需采用高性能门窗,特别是高性能玻璃产品以采用高性能门窗,特别是高性能玻璃产品以采用高效的采暖制冷系统。
充足的新鲜空气原本是住宅最基本的要求,并不是什么高舒度指标,但由于城市环境与人们生活方式的变化,导致住宅通风成为居住生活舒适度的标准之一。
如何满足健康的新风换气量,过滤风沙尘埃并减少风感市住宅通风设计要解决的问题。
对于噪声的隔绝,需要针对不同噪声特点,采用多种技术构造来创造舒适的声环境。
如通过采用高质量融声墙体系统,提高门窗的玻璃隔声性能和气密性,或通过建筑构造上设置绝缘层的方法解决噪音问题等。
随着居住水平的提高,人们对人工照明光环境的舒适性、个性化、艺术品位及安全、节能等要求也日益突出。
影响光环境的因素不仅是照明强度,还包括日光比例、采光方向、光源显色性、色温以及避免色眩光等。
因此提高住宅光环境的舒适性,需要对住宅光环境评价方法(图06-1)。
3.3室内舒适环境研究的新动态
在全球范围内,住宅产品生态节能有两大发展趋势,一是调动一切技术构造手段,达到低能耗、减少污染并可持续性发展的目标;
二是在深入研究室内热功环境(光、声、热、气流等)和人体工程学的基础上(人体对环境生理、心理的反映),创造健康舒适而高效的居住环境。
传统的中央空调系统,主要致力于控制室内温度、湿度、噪声等物理指标。
为达到室内一定的供暖/制冷要求,以空气为介质,需将新风量3-4倍的室内空气循环使用,重新加热或制冷并与新风混合再送回室内。
不仅导致能耗的增加,同时易产生噪声、风感等不适感觉,也增加了交叉感染的可能。
今天,欧洲新型生态空调系统则采用室内调温与新风系统分离的方式,即楼板辐射与置换式新风系统。
技术的研究和应用最初源于大型办公建筑,因为其具有更多的技术需求以及强大的经济动力,将公建中成熟的技术系统应用于住宅之中,需要解决住宅中一些特殊的问题。
3.4舒适节能高新技术体系的应用
国家有关的建筑节能规范是节能建筑设计的基本依据,所有新建筑都应达到这一标准,这一标准只是入门标准。
要想达到舒适节能创造建筑精品,需要根据项目的气候条件,项目定位,客户需求特点,有选择的采用高新适用的建筑技术体系。
五合国际在深入研究国际先进技术基础上结合在中国的实际工程实践,归纳总结了适合中国国情的十八大住宅生态舒适节能高新技术体系:
分为八个方面
1、外围护结构系统
2、太阳辐射的控制与改善
3、自然通风与采光的利用
4、可再生能源的利用
5、高舒适度,低能耗的室内环境控制系统
6、降低噪声的技术与构造系统
7、水资源循环利用系统
8、提供高舒适度的其他技术系统
十八大技术系统
1、高效保温隔热外墙体系
2、热桥阻断构造技术
3、高效保温隔热屋面技术与构造设计
4、高效门窗系统与构造技术
5、高性能保温隔热玻璃技术与选用
6、高性能遮阳技术系统
7、建筑辐射采暖制冷系统
8、置换式全新风系统
9、住宅主动通风与“房屋呼吸”技术系统
10、能量活性建筑基础与地源热泵系统
11、高效太阳能利用系统
12、PCM_相位变化蓄热材料技术体系的应用
13、卫生间后排水成套系统
14、隔声降噪,外墙及浮筑楼板技术
15、提高住宅光环境舒适性的技术系统
16、绿色屋面技术系统
17、中水循环及雨水回收再生利用系统
18、智能楼宇自控系统
下面对这十八大技术系统进行简要介绍:
建筑外围护结构的节能设计
•外墙保温构造
高效外墙保温体系的应用,是住宅舒适、节能最重要的环节。
建筑内保温致命缺点是无法避免冷桥,容易形成冷凝水从而破坏墙体,因此无论是从保温效果还是从外饰面安装的牢固度和安全性考虑,外墙外保温及饰面干挂技术(图07)都是最好的外墙保温方式。
首先外保温的形式可有效形成建筑保温系统,达到较好的保温效果,减少热桥的产生,其次保温层与外饰面之间的空气层可形成有效的自然通风,以降低空调负荷节约能耗并排除潮气保护保温材料,最后,外饰面有挂件固定,非粘接,无坠落伤人危险。
•热桥阻断技术
热桥是热量传递的捷径,不但造成相当的冷热量损失,而且会有局部结露现象,特别是在建筑外墙、外窗等系统保温隔热性能大幅度改善之后,问题愈发突出。
因此在设计施工时,应当对诸如窗洞,阳台板,突出圈梁,及构造柱等位置采用一定的保温方式,将其热桥阻断,达到较好的保温节能效果并增加舒适度。
热桥阻断技术在国外已有优秀的技术和广泛的应用,如消除阳台楼板冷桥构造,德国已有非常成熟的产品,如“钢筋/绝缘保温材埋件”等。
这种产品在施工中埋入混凝土楼板,施工简便,效果非常好。
国内完全有能力开发这类产品,也会有很发好的市场反映(图08,图09)。
•高效门窗系统及高性能玻璃的选用与构造技术
高效门窗更加强调窗框的保温性和密闭性。
特别是保证门窗的气密性同时也能有效节约能耗,提高住宅舒适度。
相反,推拉窗造价便宜,但密闭性和使用舒适性则较差,不适宜在住宅产品特别是低密度住宅中使用。
采用高性能门窗,玻璃的性能至关重要。
高性能玻璃产品比普通中空玻璃的保温隔热性能高出一到数倍。
例如单面镀膜Low-E中空玻璃,其导热系数约为1.7w/m2k,保温隔热性能比普通中空玻璃提高一倍,德国新型的保温节能玻璃U值达到0.5,比普通36cm砖墙加6cm聚苯保温层保温效果还好。
而国内有些住宅,照搬国外大面积的玻璃外墙设计,却没有采用相应的高性能玻璃产品,导致能耗大幅上升,舒适度也被降低(图10)。
•高效节能的幕墙系统
一直以来,玻璃幕墙都是维护结构中的能耗大户,但随着技术的不断提高,新产品的不断出现,玻璃幕墙的性能已获得了极大的提升。
首先,新型高性能玻璃的发展(如PET-LOW-E镀膜玻璃,真空玻璃等)给玻璃幕墙的保温及防辐射性能上极大的提高。
其次新的结构形式起到了相当的作用,新型结构形式及断桥技术带来了更好性能,如双层呼吸式玻璃幕墙,除了其本身固有的高热工性能及防辐射性能外,利用空腔,在夏季形成有效的自然通风以排除热量,冬季关闭排风口,又可起到较好的吸热作用(图11)。
太阳辐射的控制与改善
太阳辐射对建筑有相当的影响,日照使室内获得充足的光线,对其进行有效的利用可减少照明系统的能耗,而且在冬季,太阳的辐射可使建筑得到一定的热量,从而降低建筑的热负荷,但夏季太阳的辐射得热构成了空调负荷相当的部分。
因此对太阳辐射应当有计划、有目的的灵活控制与改善,以达到最大限度利用太阳辐射的目的。
•外遮阳设施
外遮阳是最有效的遮阳设施,它直接将80%的太阳辐射热量遮挡于室外,有效的降低了空调负荷,节约了能量。
结合建筑形式,在南向及西向安装一定形式的可调外遮阳,随使用情况进行调节,这样既能满足夏季遮阳的要求,又不影响采光及冬季日照要求。
并且可进一步安装光、温感元件及电动执行机构以实现智能化的全自动控制,在室内无人的情况下也可根据室内外温度及日照强度自动调节遮阳设施,以降低太阳辐射的影响,节约能源。
而建筑遮阳近年来越来越成为建筑立面的一种构成和表现手段,丰富活跃了建筑形象(图12)。
•内遮阳设施
相对于外遮阳,内遮阳设施对太阳辐射的遮挡效果较弱,但对于居住建筑而言,不论从私密性角度还是防眩光角度考虑都是必须的。
同时其对于改善室内舒适度,降低空调负荷及美化室内环境都有一定的作用。
自然通风与采光的利用
自然通风和采光往往是结合在一起的。
通过保证房间内及中庭顶部(若有条件,可依建筑形式而设)一定的开窗面积,既达到了自然采光的目的,又可依靠室内外的风压及热压差,形成有组织的自然通风,在室外气候适宜时通过自然通风达到调节室内热环境的目的(图13)。
可再生绿色能源的利用
•太阳能
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。
尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为3.75×
1026W)的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。
太阳能是绿色可再生能源,它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染,它将是人类最终可唯一倚赖的能源。
对太阳能的利用总体上可分为两类:
太阳能集热板集热及太阳能光伏发电。
太阳能集热板集热技术较为成熟,设备材料价格也不昂贵,有一定的应用。
太阳能光伏发电是太阳能最好的利用放式,虽然受技术及材料成本的限制,目前应用还不广泛,但不久的将来必将广泛应用。
•浅层土壤热能
在地下30米至100米的范围内,土壤、岩石及地下水的温度全年基本恒定在15℃左右,形成一个较好的提取及释放热能的场所。
地源热泵就是利用这一特点进行工作。
地源热泵可分为利用地下水的开式系统和不抽取地下水的地源耦合热泵,地源耦合热泵有不影响地下地质结构,地下水水位,不污染地下水,使用寿命不受地下水位影响的特点,是最好的地源热泵形式。
地源耦合热泵机组可做为空调系统冬季供热,夏季供冷的冷热源系统,并同时提供生活热水。
它就是利用地下土壤,岩石及地下水温度相对稳定的特性,输入少量的高品位能源(如电能),通过埋藏于地下的管路系统与土壤、岩石及地下水进行热交换,夏季,通过对室内制冷将建筑物内的热量搬运出来,一部分用于提供免费生活用热,其余换热到地下储藏起来,冬季把地下储藏的低品位热能通过热泵搬运出来,实现对建筑物供热及提供生活热水。
地源耦合热泵的能耗很底,仅为常规系统能耗的25%-35%,它由水循环系统、热交换器、地源热泵机组、空调末端及控制系统组成(图14)。
•能量活性建筑基础与地源热泵系统
能量活性建筑基础的技术原理就是在建筑基础施工过程中将工程塑料管埋入地下,形成闭式循环系统,以水为载体,夏季将建筑物中的热量转移到土壤中;
冬季从土壤中提取能量。
该项技术诞生于1980年代初的欧洲,初期多用于居住建筑,今天更多应用于大型公共建筑以及商业和工业建筑。
其突出优点是不需要专门钻井而可以获取地热(地冷)资源,投资相对较少,经济效益明显。
根据建筑基础土质情况和建筑基础工程的要求,可采用与基础形势相配合的技术,如能量活性基础桩、基础墙与基础板。
若是采用与其相配套的地冷直接制冷技术则经济效益最好,每消耗1kw电量可输送50kw冷量到建筑物中。
经过20余年的发展,这项技术已基本成熟(图15)。
•地表水体热能
在中国南部及大部分中部地区,有一定规模及深度的地表水体全年温度稳定在一定的范围之内,也形成了一个较好的提取及释放热能的场所。
因此,可采取水源热泵机组对其利用,其基本工作原理与地源热泵相同。
•风能
在风力资源较丰富的地区,在建筑屋顶采用成熟、噪声较低的风力发电设备。
在一定高度的空中风速较大,利用这一特点,在高层及超高层建筑中结合建筑造型,在角部设置风力发电设备,对整个建筑的用电进行一定的补充。
•生物能
在广大农村没有燃汽供给的区域,设置沼气发生、供给及燃烧设备,可提供清洁充足的能源,同时减少了对木材的消耗及大气的污染。
优秀的建筑能源系统
•电冷联热产
热电冷联产是采用燃煤或燃气产生一次蒸汽利用汽轮机发电,来提供电力,同时充分回收其排放的低品位废热即中高温二次蒸汽及高温烟气来提供生活用热、冬季供暖以及为单效或双效溴化锂制冷机提供动力夏季供冷,从而实现冷、热、电联产。
热电冷联产的效率较高,大型火力发电厂实际运行效率只有36%左右,而冷热电联产项目的实际运行效率可达60-80%左右。
•蓄能系统
a)冰蓄冷系统
冰蓄冷中央空调是指建筑物空调时间所需要冷量的部分或全部在非空调时间制冰,将能量以冰的形式蓄存起来,然后根据空调负荷要求释放这些冷量,这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。
当空调使用时间与非空调时间和电网高峰和低谷同步时,就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用,达到节约电费的目的。
冰蓄冷从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置,其它各部分在结构上与常规空调并无不同,它在使用范围方面也与常规空调基本一致。
随着社会的发展,中央空调在大中城市的普及率日渐增高。
据统计,空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%,大大曾加了电网的峰谷用电差。
冰蓄冷中央空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视,正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能,是电力需求侧最有效的电能蓄存方法,全国如果有300家3万平米商场采用冰蓄冷空调,则相当于建设了一座30万千瓦的调峰电厂。
虽然单纯从单个系统角度分析,冰蓄冷系统的能耗较常规系统要大一些,但从国家的角度讲,对电力使用削峰填谷,提高了利用率,节约了基础建设投资,创造了巨大的社会效益,因此是节能的,同时因峰谷电价的差异,冰蓄冷系统亦可为业主节约30%—50%的运行费用。
b)PCM_相位变化蓄热材料技术
利用特种物质物态相位变化时吸收或放出较大热量的特点,使室温波动较小,控制室内温度。
增加室内热惰性,提高居住舒适度,达到了冬暖夏凉的效果。
这种蓄热材料还可用作制造半透明产品,起到采光、照明、避免眩光的效果,在一定程度上调节室内温度;
也可用于地板采暖,达到温和、均匀、持久的供暖效果,提高住宅舒适度(图16、17、18、19、20、21)。
该项技术目前仍处于研究和试用阶段,尚未得到大规模应用。
在某些特殊的工程中有很成功独特的功效。
高舒适度、低能耗的空调通风系统
•辐射制冷供暖系统加置换式通风系统
辐射制冷采暖系统加置换式新风系统是一种全新的空调方式,它在提供舒适健康的室内热湿环境及低噪音声环境的同时也具有较好的节能效果(图22,23)。
其特点如下:
•室内无吹冷风感,主要通过辐射换热这一舒适感最高的方式换热
•系统运行节能
•无凝水潮湿部分,消除了霉菌问题。
•置换式新风系统提供最健康的新风供给方式,新风处理后直接送入室内,污浊空气进行热回收后直接排出室外,无循环风,不存在交叉污染。
•室内无任何运转设备,不产生噪音。
•室内无任何空调设备,美观且节省空间。
•变风量(VAV)系统
变风量系统是由变频中央空调系统配以变风量(VAV)末端设备组成,是一种高舒适度,低能耗的空调系统。
变风量系统比常规这种系统具有相当多的优点:
•系统中的能耗设备均可进行变频调节能量输出,即使在较低负荷的共况下,也能通过变频调节而工作在较高的效率下,节约大量能源。
•系统中各个房间可独立起停及调节温度,并且互不影响,给使用者创造了极高的舒适度。
•,即使无人使用的房间也进行空调的浪费能源的现象出现。
一开全开不会出现
•变频技术
变频技术是在建筑物空调负荷需求发生变化时,(如室内人员、室外温度、太阳辐射强度的变化)通过对冷水机组,水泵,风机等设备进行变频调节来降低能量输出以适应负荷需求。
其整体节能效果可达到30-40%。
•住宅生态通风技术与“房屋呼吸”概念
当前,城市住宅通风面临一系列新的问题,导致通风成为住宅设计一项基本的要素。
这些新的变化及导致的问题有:
建筑密闭性加强,传统的自然通风减少;
新型建筑及装修材料释放有害气体;
生活水平提高,大量使用热水,室内温度增加;
新型保温窗的采用,使结露点转移到构造处理欠佳的墙面,容易出现凝结水和发霉;
人们在室内停留的时间大大增加;
城市空气质量下降,粉尘污染增加等。
目前,欧洲采用的住宅动力通风系统主要有两种。
一种是门窗+厨卫排风扇的通风系统。
这一种造价便宜,安装简单;
缺点是噪声干扰,通风效果不理想。
另一种是外墙进风设备+卫生间出风口+屋顶排风扇的通风系统。
在过滤空气、降低噪声的同时,科学合理地保证了室内通风量,排出卫生间潮湿污浊空气,噪声干扰小;
缺点则是造价稍高,需专业人员进行安装、调试和维护等(图24)。
提供高舒适度的其他技术
•消除楼板噪声,浮筑楼板技术
为解决楼板撞击传声产生的噪音,德国住宅地面普遍采用“浮筑楼板”构造(SchwimmendeEstrich)。
即在结构楼板上铺设一层绝缘隔声材料,上面再浇筑6-8cm的混凝土沙浆层,这层楼板好像浮在绝缘层上,与楼板及四周墙体分离,从而达到极好的隔音效果。
同时,在此之上还可铺设木地板、石材等各种面材,其楼板隔音效果也非常理想。
另外也可采用一种废弃橡胶轮胎为原料制成的隔声减振材料,达到简易的楼板隔声效果(图25)。
国内不少住宅已经开始采用地板采暖技术,在热水管的下方铺设聚笨保温材料,之上浇铸水泥沙浆层。
实际上已形成很好的隔音层,但大都没有考虑隔声要求,侧面与墙体之间不设绝缘层,其接刚性联接致使隔声效果大打折扣。
这些构造细部实际上不会增加太多投资,只需建筑师在设计中认真考虑,施工中按图执行就能达到。
而这些构造细部所带来的价值对于住宅使用者而言是至关重要的。
•卫生间后排水成套技术
对于住宅产品,卫生间的舒适性同样不容忽视。
后排水系统构造是目前首选的方法,这种构造避免了通常下排水构造在卫生间地面上打洞,下水管挂在楼下房间天花上的作法,从根本上消除了噪音、交叉感染、冷凝水等问题,使业主真正享有独立完整的产权(图26、27、28)。
而对于上、下水管道的隔声,国内标准要求较低,这方面需设计师及开发商提高对这一问题重要性的认识,不需要增加多少投资,主要通过优良的构造设计和高质量的绝缘产品达到更好的静音效果。
中水处理及回用系统
中水处理系统就是将生活废水、冷却水、已达标排放的生产污水等水源,经物化或生化处理,达到国家《生活杂用水水质标准》,然后再回用于厕所冲洗、灌溉草坪、洗车、工业循环水及扫除用水等。
充分利用有限的水资源,替换出等量的自来水,又减轻了城市污水处理厂的运行负荷,是利国利民造福后代的善举。
智能楼宇自控系统
智能楼宇自控系统是将建筑物(或建筑群)内的电力、照明、空调、给排水、防灾、保安、广播、通讯等设备以集中监视与管理为目的,构成的一个综合系统。
一般的是集散型系统,即分散控制与集中监视、管理的计算机局域网。
目的是使建筑物成为具有最佳工作与生活环境、设备高效运行、整体节能效果最佳、安全的场所。
绿色屋面技术
目前,由于城市用地日趋紧张,建筑覆盖率持续增高,屋顶绿化成为改善城市环境的有效措施。
在这方面,国外已有成熟的绿色屋面技术,适宜不同条件、不同植物的生长构造。
例如在通常条件下,可种植一些易成活、成本低、无需管理但观赏效果较差的植物,如草类、苔藓类植物;
或种植观赏效果好、需定期维护且对土壤厚度要求较高的植物,使其随季节变化形成不同的景观效果。
这一构造,一方面要满足植物生长的不同要求,解决蓄水和通风问题;
同时该技术构造必须保证建筑顶部防水层不受植物根系的破坏,从而提高居住的舒适性(图28-1)。
4.新技术、新产品的引进吸收及国产化
在建筑行业中,发达国家有很多先进的科技产品,而根据项目的需求整合国际、国内技术产品资源形成适当的技术体系是开发中的关键。
在工程建设中,一方面引进国外先进技术为我所用,另一方面,全面系统地消化、吸收引进技术并努力创新、不断增强自主研究开发的能力,并开辟各种渠道,结合工程设计和技术改造项目,推广应用新工艺、新技术、新材料、新设备,取得良好的经济效益和社会效益。
技术系统立足于国产产品,关键设备材料采用在国内市场上可以购买到的国外产品,是我们的基本原则。
七、生态节能建筑的成本分析
1.住宅建筑
建筑节能是以一定室内舒适标准为前提的,在中国建造不同程度的生态节能住宅成本也有所区别。
五合国际(Werkhart)根据实际操作经验将生态节能建筑成本划分为低、中、高三种梯度模式:
低度模式:
住宅节能达到国家规范标准,采用外墙保温,隔热措施
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