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建筑超低能耗設(shè)計(jì)的方向與應(yīng)用研究論文
摘要：建筑能耗過(guò)高問(wèn)題是困擾建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重大難題, 為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保的大戰(zhàn)略需要積極做好建筑節(jié)能設(shè)計(jì)降低建筑能耗, 做好建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能降耗有助于建筑業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)由于建筑的結(jié)構(gòu)特性致使建筑高能耗問(wèn)題一直存在并為人們所詬病, 應(yīng)當(dāng)積極做好建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化降低建筑能耗。超低能耗建筑設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中解決建筑高能耗問(wèn)題的一個(gè)重要方向, 超低能耗建筑設(shè)計(jì)中以低能耗為設(shè)計(jì)核心對(duì)各項(xiàng)建筑性能指標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)化協(xié)調(diào)匹配用以滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)需求。
關(guān)鍵詞：超低能耗建筑; 設(shè)計(jì); 方法;
0前言
降低能耗、構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的顯著特點(diǎn), 尤其是現(xiàn)代建筑的能耗極高, 通過(guò)超低能耗建筑設(shè)計(jì)將有助于降低建筑能耗, 提高能源的利用率。為實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能優(yōu)化可以采用超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)所不同的是超低能耗建筑設(shè)計(jì)將建筑能耗指標(biāo)作為建設(shè)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要方向, 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)以使得建筑性能得到最優(yōu)化的提升。
1 超低能耗建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
超低能耗建筑設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能降耗的一種重要設(shè)計(jì)方法。相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 超低能耗建筑設(shè)計(jì)除了需要滿(mǎn)足建筑使用功能外還需要通過(guò)最優(yōu)化設(shè)計(jì)用以?xún)?yōu)化建筑的能耗指標(biāo), 降低建筑的能耗。超低能耗建筑設(shè)計(jì)中需要對(duì)建筑的各分支能耗項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算, 并結(jié)合建筑能耗指標(biāo)對(duì)各能耗分支進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 以系統(tǒng)性的優(yōu)化來(lái)降低建筑的總體能耗。設(shè)計(jì)中需要結(jié)合建筑項(xiàng)目的特點(diǎn)借助于周邊自然條件通過(guò)各分支專(zhuān)業(yè)之間的相互配合來(lái)構(gòu)建出完善合理的建筑設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比超低能耗建筑設(shè)計(jì)法具有以下幾方面的特點(diǎn): (1) 以建筑能耗指標(biāo)為終極目標(biāo)實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化。 (2) 建筑初設(shè)階段需要對(duì)建筑形體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的把控, 并對(duì)建筑的能源需求進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化, 以能耗指標(biāo)為設(shè)計(jì)目標(biāo)通過(guò)被動(dòng)與主動(dòng)優(yōu)化相結(jié)合的方式做好建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化, 設(shè)計(jì)中還需要對(duì)建筑周邊可再生能源進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算看是否能夠應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中。 (3) 超低能耗建筑設(shè)計(jì)是總體性?xún)?yōu)化, 是通過(guò)對(duì)各部能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行系統(tǒng)性的優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)建筑總體能耗的降低, 進(jìn)而合理的確定建筑設(shè)計(jì)方案。
2 超低能耗建筑設(shè)計(jì)的通用方法
超低能耗建筑設(shè)計(jì)有多種不同的通用設(shè)計(jì)方法: (1) 關(guān)鍵參數(shù)限額法。這一設(shè)計(jì)方法是在超低能耗建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的也是較為廣泛的一種設(shè)計(jì)方法, 這一設(shè)計(jì)方法以降低建筑能耗為最終目標(biāo), 借助于建筑周邊的自然、氣候等條件來(lái)嚴(yán)控建筑的各項(xiàng)性能指標(biāo), 并在設(shè)計(jì)中與高效新風(fēng)熱回收技術(shù)進(jìn)相結(jié)合以使得建筑設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足用戶(hù)需求, 這一設(shè)計(jì)方法較為科學(xué), 同時(shí)也具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性, 加之其對(duì)于可再生能源依賴(lài)度不高, 能夠以較為簡(jiǎn)單的建筑模型完成節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的控制, 實(shí)現(xiàn)建筑能耗的降低, 這是一種較為優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法。 (2) 雙向交叉平衡法。雙向交叉平衡法是一種在超低能耗建筑設(shè)計(jì)中較為通用的一種設(shè)計(jì)方法, 通過(guò)應(yīng)用雙向交叉平衡法能夠有效地確保建筑設(shè)計(jì)能夠具有良好的節(jié)能減排效果。在設(shè)計(jì)中其以能耗、舒適度為設(shè)計(jì)核心, 以可再生能源為實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑設(shè)計(jì)的主要方式, 相較于上一種方法其對(duì)于可再生能源的依賴(lài)性更高, 在超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法的選擇上需要結(jié)合建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際情況進(jìn)行合理化的選取。 (3) 經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法。超低能耗建筑設(shè)計(jì)中經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法是一種較為常見(jiàn)同時(shí)也是應(yīng)用效果較好的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)這一設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用可以確保超低能耗建筑設(shè)計(jì)能夠更多的滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。超低能耗建筑設(shè)計(jì)中對(duì)于建筑的能耗、舒適度與經(jīng)濟(jì)性3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮完成對(duì)于建筑的設(shè)計(jì), 超低能耗建筑設(shè)計(jì)注重于降低建筑能耗、提升住戶(hù)的舒適度以及建筑的經(jīng)濟(jì)可行性, 以上述3個(gè)指標(biāo)作為核心完成對(duì)于超低能耗建筑設(shè)計(jì), 確保超低能耗建筑設(shè)計(jì)能夠取得良好的設(shè)計(jì)效果。
3 超低能耗建筑設(shè)計(jì)法在建筑設(shè)計(jì)中的典型案例分析
3.1 中國(guó)“幸福堡”商業(yè)綜合樓
該項(xiàng)目位于中國(guó)新疆省烏魯木齊市, 目標(biāo)建筑總面積為7667㎡, 樓體為地上六層地下兩層的結(jié)構(gòu)形式。由于新疆地區(qū)氣候干燥、晝夜溫差較大, 在超低能耗建筑設(shè)計(jì)中主要采用的是關(guān)鍵參數(shù)限額法來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于建筑為商業(yè)建筑, 其在設(shè)計(jì)中將以降低建筑能耗為主要設(shè)計(jì)導(dǎo)向, 將建筑中的生活熱水、供熱、制冷以及生活用電總額進(jìn)行了設(shè)計(jì)限定為540k W。在設(shè)計(jì)中將遵循以下設(shè)計(jì)流程: (1) 結(jié)合建筑形式規(guī)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)限值, 并制定建筑所使用的隔熱、加熱措施。外墻、屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)K值上限為0.15W/m2·k, 而窗玻璃的K值上限則為0.8。建筑設(shè)計(jì)中需要對(duì)建筑邊緣、轉(zhuǎn)角以及連接縫隙等部位的設(shè)計(jì)詳圖進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)注。此外, 建筑所使用的供熱管道需要進(jìn)行外加保溫密封處理。 (2) 在建筑的通風(fēng)采光設(shè)計(jì)中, 應(yīng)當(dāng)以自然冷光源和自然光為主減少建筑對(duì)室內(nèi)照明和空調(diào)的依賴(lài)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中在建筑主體地上一至三層采用了中庭結(jié)構(gòu), 并加設(shè)了電動(dòng)開(kāi)窗器和電動(dòng)外遮陽(yáng)器來(lái)增強(qiáng)建筑的通風(fēng)采光性能。 (3) 積極做好建筑能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。對(duì)于建筑的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化, 由于新疆位于高緯度地區(qū)夏季干熱在制冷系統(tǒng)的選擇上以降溫加濕為主, 在制冷空調(diào)系統(tǒng)的選擇上選用的是高溫水和干工況, 采用地面輻射供冷的形式使得供回水溫度在16-21℃的區(qū)間范圍內(nèi), 高性能的冷水機(jī)組設(shè)計(jì)工況下系統(tǒng)能效能夠達(dá)到14.9, 且不結(jié)霜。供熱空調(diào)系統(tǒng)將主要以落地式冷凝模塊低溫和高溫燃?xì)忮仩t進(jìn)行高溫供暖。通過(guò)鍋爐的調(diào)節(jié)器最高熱效能夠達(dá)到約97.4%, 有效地減少了能源的浪費(fèi)。建筑中所使用的新風(fēng)熱回收機(jī)組其熱回收率能夠達(dá)到約75%, 有效地提升了建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量和能源優(yōu)化指標(biāo)。采用上述流程最終確�！靶腋１ぁ睂�(shí)現(xiàn)了超低能耗設(shè)計(jì)。
3.2 美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)辦公室辦公大樓
在這一項(xiàng)目中應(yīng)用超低能耗建筑設(shè)計(jì)其注重一體化設(shè)計(jì), 在設(shè)計(jì)中以性能指標(biāo)、成本以及經(jīng)濟(jì)性為相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)開(kāi)展設(shè)計(jì), 為實(shí)現(xiàn)超低能耗設(shè)計(jì)主要以雙向交叉平衡法為主要設(shè)計(jì)方法, 通過(guò)對(duì)建筑中的各能耗部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)優(yōu)化, 并通過(guò)建筑設(shè)計(jì)最終將建筑能耗控制在111k W·h/ (m2·a) , 設(shè)計(jì)流程如下: (1) 首先對(duì)建筑周邊的環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的勘測(cè), 以便在建筑設(shè)計(jì)中加大對(duì)于周邊環(huán)境的利用確保建筑能夠獲得最優(yōu)的采光效果。通過(guò)對(duì)建筑各方向的太陽(yáng)輻射與風(fēng)向頻率進(jìn)行計(jì)算確定滿(mǎn)足超低能耗建筑設(shè)計(jì)所需的建筑形狀與朝向。 (2) 被動(dòng)設(shè)計(jì), 優(yōu)化建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu), 使其具有良好的保溫隔熱性能。 (3) 主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。將建筑中的各能耗環(huán)節(jié)與智能控制系統(tǒng)進(jìn)行連接, 以確保智能控制系統(tǒng)可以對(duì)建筑功耗進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)中的最小能耗。 (4) 做好可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。積極將可再生能源 (如太陽(yáng)能、風(fēng)能等) 應(yīng)用于建筑中, 以可再生能源來(lái)補(bǔ)充建筑的一部分能源消耗。
結(jié)語(yǔ)
超低能耗建筑設(shè)計(jì)是針對(duì)傳統(tǒng)建筑高能耗的特點(diǎn)所發(fā)展起來(lái)的一種建筑設(shè)計(jì)方法。本文在分析超低能耗建筑設(shè)計(jì)常用方法與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)超低能耗建筑設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用案例進(jìn)行了分析介紹。
參考文獻(xiàn)
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