维普资讯 http://www.cqvip.com 00 年第 期(总第 卷第 。 期) 建筑节能 一墙体与设计 No.5 in 2008 fTotal No.207。Vol_3 61 WALL&DESIGN 夏热冬冷地区公共建筑节能设计探讨 白延林,龚健冲 (河南工业职业技术学院,河南南阳473009) 摘要:根据夏热冬冷地区的气候特点和建筑节能要求,从规划和围护结构设计方面对公共建筑保温节能设计进行了浅析,探讨适合 该地区的节能设计思路 规划设计包括建筑总布局、建筑朝向和建筑体形系数,围护结构设计包括外墙、外窗和屋顶的设计,其 中重点介绍了外窗的节能设计 关键词: 夏热冬冷地区; 公共建筑; 规划设计; 围护结构; 节能设计 中图分类号:TU201.5 文献标志码: A 文章编号: 1673—7237(2008)05—0033—03 Discussion on Energy Efficiency Design of Public Building in Hot Summer and Winter Cold Area BAI Yan-lin,GONG r仉一chang (Henan Industrial Professional Technical Institute,Nanyang 473009,Henan,China) Abstract:According to the climate characteristic and building energy eifciency request in hot summer and winter cold area, eneryg ef- ifciency如s咖methods in the area were discussed.Building directions,building layout and building shape coeffcientfrom the aspect ofplna— ning were analyzed.Building envelope thermal insultaion design from the aspects of the outer wall,outer window and the roof Was discussed, whichfocused on outerwidnow eneryg efifciency design. Key words:hot summer and winter cold area;public building;plan design;building envelope;energy efifciency desing O 引言 建筑群的布置应有利于自然通风并符合日照间 夏热冬冷地区涉及我国16个省、市、自治区,面 距的要求。从通风的角度考虑,错列式和斜列式是比 积达180多万km ,约占我国国土面积的18.8%。由于 较适宜的平面布局。如我院新校区教学楼群体设计, 自然气候的特点使得该区域“夏热”与“冬冷”的状况 采取错列的“一”字形布局,并通过门廊、挡墙等形成 十分突出。按照国家“十一五”期间全面实现50%(部 “风道”,获得较好的通风效果(见图1)。而行列式和 分省市65%)节能目标的要求,建筑节能的任务仍很 “回”字形布局则很难使风导入,适合于寒冷地区。 艰巨。本文拟从设计的角度初步探讨夏热冬冷地区公 共建筑节能设计的可控性。 根据夏热冬冷地区气候特点,建筑节能设计应采 取保温与隔热并重的原则。 1建筑规划设计 建筑节能设计应首先从总体规划设计开始。方案 设计阶段应该强化节能意识,重视自然能源的利用, 创造良好的日照、自然采光和自然通风条件。 1.1建筑朝向 通过太阳辐射得热是造成建筑能耗增加的主要 图1 河南工业职业技术掌院教掌楼平面图 因素。从太阳辐射角和方位角的变化规律来看,南北 1-3建筑体形系数 向或接近南北向的建筑朝向夏季可减少太阳辐射得 建筑体形系数是表征建筑物和室外大气接触的 热,冬季可增加太阳辐射得热,是最有利的建筑朝向。 外表面积与其所包围的体积之比的指数。在其他条件 为增加夏季通风、减少冬季空气渗透耗热量,主要房 相同的情况下,减小体形系数可降低建筑的传热耗热 间应布置在夏季主导风向迎风面位置,并避开冬季主 量,对建筑节能有利。但体形系数同时于建筑造型、平 导风向。 面布置、通风采光等密切相关,过分追求体形系数的 1.2建筑总平面布局 降低会影响建筑师创造性的发挥,导致建筑功能性的 收稿日期:2008.01.23;修回日期:2008.04.03 下降。鉴于此,《公共建筑节能设计标准(GB501 89一 巳3 维普资讯 http://www.cqvip.com 2005)》(以下简称(标准))中弱化了体形系数的概念,对 夏热冬冷地区未做明确规定。但对于夏热冬冷地区北 区来说,其气候特征更接近于寒冷地区,应尽可能将 体形系数降低。 通过合理的规划设计,在~定程度上干预了建筑 局部室外微环境条件,进而使室内微气候得到改善。 热,大大降低外墙面温度;同时空气流动可有效降低 冬季蒸汽渗透产生的冷凝现象,经实践验证节能效果 非常显著。 另外,实验证明,浅色光滑材料可提高墙面反射 性,降低太阳辐射得热,因此,建筑外表面宜选择浅色 涂料、面砖墙体饰面材料。而利用建筑绿化也是夏季 隔热、消除热岛负效应的较好措施,但应结合建筑规 划、立面要求等综合考虑。 2建筑围护结构节能设计 建筑围护结构的热工性能提高是建筑节能最直 接有效的措施。在建筑围护结构中,外墙、外窗和屋顶 占整个建筑物传热耗热量的90%以上【1],是节能设计 的主要部位。 2.1外墙 通常情况下,外墙在建筑外表面积中所占的比例 最大,通过外墙的传热耗热量约占整个建筑的23%4 34%tn。对夏热冬冷地区而言,外墙节能率的提高对整 个建筑的节能贡献较大。 准》中限定外墙的传热系 数KS 1.0 W/(m K)t2 ̄。 在现行的内保温、外保温和中间夹芯保温3种外 墙保温体系中,外墙外保温是被大量的研究理论和实 践证明具有明显优势的构造体系,也是应用最多的作 法。目前外墙外保温体系常用的保温材料有阻燃型膨 胀聚苯板(EPS)、聚苯颗粒保温浆料、挤塑聚苯板 (xPs)、聚氨酯硬泡等,这些材料均可满足热导率A≤ 0.05 W/(m・K1的要求,各个地方也都有应用。 外墙外保温效果决定于基础墙体和保温材料的 热工性能,设计应根据不同的情况进行计算比较分 析,选择经济效益合适的组合方案。如以国家推广使 用的新型建筑材料——蒸压加气混凝土砌体结构为 例,由于加气混凝土材料的热导率较低 =0.19~ 0.22 W/(m・K)),200厚加气混凝土砌体(双面抹灰 20 rnin厚1的传热系数计算值约为0.85.- ̄0.90 W/(m ・K) (加气混凝土砌块材料干密度p=500~700 kg/m ,未 考虑熟桥影响),墙体本身基本满足K 1.0 W/(m ・K) 的规定要求。若加铺30 rnrll厚阻燃型膨胀聚苯板 (as 0.042 W/(m・K),p=l8~20 kg/m 1,墙体主体传热 系数K 0.56 W/(m ・K),聚苯板改为50 mm厚则 K 0.45 W/(m2.K),保温效果大大提高。但应注意保 温材料并非越厚越好,根据国内有关研究[3】,墙体传热 系数达到一定值后继续加大厚度节能效率的提高趋 于平缓,而经济性下降,因此,应根据具体情况确定合 理的经济厚度。 对于夏热冬冷地区来说,夏季隔热的问题更为重 要,由于保温材料一般透气性较差,在夏季则变成了 不利的因素。减少外墙太阳辐射热的主要途径包括通 风、反射、绿化等方面采取措施。近些年出现的“可呼 吸幕墙”设计(见图2)就是一种可以有效解决隔热问 题的作法:在饰面层和结构层之间设置通风问层,利 用空气流动带走部分太阳辐射热,使外墙形成2次传 图2“可呼吸’ 幂墙 2.2外窗 窗是建筑中变化最为丰富的构件。同时,通过外 窗的传热耗热量与空气渗透量相加约占整个建筑全 部传热耗热量的50%,是建筑耗热的薄弱环节、节能 的重点部位,提高外窗的热工性能可对建筑产生23% 以上的节能率【1],因而《标准》中对外窗的限制也较多。 主要包括窗墙面积比、传热系数、遮阳系数、气密性方 面指标。 2.2.1 合理控制窗墙面积比 窗墙面积比是指外墙窗洞口面积与房间立面单 元面积的比值,由于通过窗流失的热量较墙体多,因 此,窗墙面积比值越大对建筑节能越不利。《标准》中 对各气候区做出“建筑各向窗墙面积比S 0.7”的强 制性限定f2j,显而易见,这样的规定将对建筑外观效果 产生较大的影响。 由于外窗同时又具有采光、通风等重要功能,也 是建筑立面设计中活跃的元素,因此,在建筑设计中 应综合各种因素,通盘考虑后合理确定各向墙面开窗 面积和窗户形式。根据规范要求,不同朝向、不同窗墙 面积比的外窗传热系数是不一样的,窗体材料的选择 应符合规范规定。实际上 准》中规定的窗墙面积比 是经过大量的计算实践得出的,一般情况下均能满足 各项功能需要。设计中要注意尽量避免出现过大或过 小的极端情况,否则可能为降低窗户K值而造成造价 增加或降低建筑功能性。 2.2.2提高窗户热工性能,减少空气渗透量 近年来我国在节能门窗的研究方面取得了很大 的进展,改进外窗热工性能主要集中在提高玻璃、窗 框热阻和加强密封性方面。表1为目前国内常见的几 维普资讯 http://www.cqvip.com 种节能窗户的热工性能参数。降低外窗传热系数应选 择保温性能较好的中空玻璃、Low—E玻璃和热断桥型 窗框材料。 表1 常见不同类型外窗热工。性能 形成良好的组合方案。 2-3屋顶 般情况下屋面的传热耗热量仅占整个建筑的 7%~8%【”,但对于顶层房间的热工性能影响却非常显 一外窗类型 传热系数K/[W/(m ・K)]遮阳系数sc 著。提高屋顶保温性能应宜采用热阻值大、性能稳定、轻 注:玻璃为白色玻璃,遮阳系数未考虑外遮阳。 随着窗户与其他围护结构传热系数的降低,这些 部位在建筑总失热量中所占比例越来越小,而空气渗 透耗热量的比重不断上升。研究证明[4】,气密性等级相 差一级将造成外窗实际保温性能下降二级,影响非常 明显,因此,应予以充分重视。设计中应正确选择窗框 扇材料、增加外窗中玻璃面积比重来提高气密性,而 加装密封条则是减少缝隙渗透最有效的措施,必须重 视并合理采用,使外窗气密性等级符合GB/T7107— 2005《建筑外窗气密性能等级分级及其检测方法》中 4级标准规定。同时从卫生角度考虑,气密性显著提 高后应设可调节的通风换气装置。 . 2.2-3合理控制外窗遮阳系数 简言之,遮阳系数系指外窗对阳光的遮挡程度, 是影响外窗节能的另一个重要指标。降低遮阳系数可 以减少夏季通过外窗的太阳辐射得热,降低室内制冷 负荷,提高建筑节能效果。窗口遮阳系数取决于窗体 材料、外遮阳形式、构造、材料及颜色等因素。如遮阳 型Low—E玻璃,其低辐射镀膜层可以有效反射太阳 中的远红外辐射,具有较低的遮阳系数(SC<0.5)r3[。而 更为有效的方法是设置卷帘窗或外遮阳,可活动的 卷帘窗或外遮阳形式多样,夏季放下可有效阻挡太 阳辐射热,冬季收起又可充分吸收太阳辐射热能,已 成为夏季隔热的重要手段,适合于夏热冬冷地区南 区。另外在玻璃表面贴隔热膜或在中空玻璃内设置 各种格栅状的可调构件等也是降低窗户遮阳系数的 有效措施。 由于降低遮阳系数不同程度降低窗户的透光率 和通风效果。据观测设置外遮阳后室内照度一般降低 53% ̄73%,室内风速减弱22% ̄47%【 。 准》中也 规定当窗墙面积比<0.4时,玻璃的可见光透射LL-> 0.4。因此,要注意综合考虑确定。 鉴于夏热冬冷地区保温与隔热兼顾的要求,设计 中根据当地具体的气候特征,考虑不同玻璃品种窗户 的热工性能及对建筑能耗的影响,选择保温性能和隔 热性能均较优良的外窗,并采取合适的外遮阳措施, 质高效、吸水率低、耐久性好的材料作为保温层,经设计 计算确定合理的经济厚度。以河南南部某单位办公楼屋 顶K=I.18 W/(m2・K)的基础数据计算,铺设30 mm厚 EPS聚苯板后屋面传热系数K=0.64 W/(m2・K)(A 0.042 W/(m・K1,p=l8~20 kg/m3),符合《标准》中K 0.7 W/(m2・K)的要求,EPS聚苯板加厚至50 mm屋面 传热系数K=0.49 W/(m2・K),满足65%的节能目标。同 样,屋顶传热系数达到一定值后,再继续加大保温层 厚度性价比下降l3j。 屋面构造宜采用倒置式作法,有利于保温层湿气 的排除,具有保温隔热效果明显、延长防水层使用寿 命、施工简便、劳动效率高、综合造价经济等优势。 由于外围护结构外表面受到的太阳辐射强度和 日照时数以水平面为最大,所以屋顶隔热尤为突出, 对于夏热冬冷地区更要重视屋顶隔热设计。屋顶隔热 的构造作法很多,从通风角度考虑,建议采用架空通 风隔热层或通风坡屋顶的构造形式,既可以避免太阳 辐射热直接照射屋面,又可以利用空气流动将被加热 的问层热空气带走,同时具有隔热效果明显、构造简 单、施工简便、造价较低等优点。如我院新区学生公寓 楼,屋顶设计结合造型特点采用“双顶”形式:在坡屋 顶下保留顶层的平屋顶结构层,坡屋顶铺设20 mm 厚胶粉聚苯颗粒外保温层,并在屋面设置6个通风透 气TL(见图3)。这样在提高屋顶保温性能的同时又大 大改善了夏季隔热问题,取得较好的节能效果。 图3河南工业职业技术学院学生公寓楼屋顶形式 LS5 维普资讯 http://www.cqvip.com 鲫 第 瓤 。 卷 207] ̄1) ,,、建筑 能 ‘…。 … 一墙体与设计 WALL&DESIGN No.5 in 2008 rr0tal No.207.Vol-361 医院洁净空调系统的节能设计 黎(1.深圳职业技术学院机电工程学院,广东洪-,蒋小强: 518055;2.广东海洋大学工程学院,广东湛江524000) 深圳摘要: 洁净空调能耗远高于常规的空调系统。针对洁净空调的特点,从空调系统的设计方案、空调设备的选型、空调系统平时的运行 管理与维护等方面出发,结合相关规范参数提出节能措施。分析表明,进行合理的室内参数设计 适当采用高效空调设备 加强 空调系统的运转及管理,能有效降低洁净空调系统的能耗。 关键词: 洁净空调; 节能设计; 新风比; 变频调速风机系统 中图分类号:TU831 文献标志码: A 文章编号: 1673 7237(2008)05—0036—03 Energy Efficiency Design of Clean Air-conditioning System in Hospital LI hong ,JIANG Xioo—qiang (t,College ofMechanical and Electrical Engineering,Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,Guangdong,China; 2.College ofEngineering ofGuangdong Ocean University,Zhanjing a524000,Guangdong,China) Abstract:— r鲁y consumption of clean air—conditioning is for higher than conventional air-conditioning system.A ccording to£ e char— acteristics of clen aair-conditioning,the design scheme of ira-conditioning systems was introduced,∞well∞selection of ir-condiationing e— quipments,air-conditioning systems operations and mattagement.And some energy eficifency measures were putforward.The result shows that ifthe indoor reasonable parameters de nd appraoprite use oafhihlgy eficifent air-conditioning equipment were carried out,thefunctioning nd managementa of air—conditoniing systems were strengthened,enery congsumption of clean air-conditioning systems will be effectively陀一 duced, Key words:clean air—conditioning;energy eficifency design;flesh air ratio;VVVF system O 引言 随着全球能源危机形势的日益紧张,节能减排己 洁净空调系统的能耗,已是当前研究热点之一。 洁净空调系统具有初投资大、运行能耗大的特 成为任何国家面对的问题之一,节能降耗是每个行业 当前面对的问题之一。洁净空调系统主要应用于医药 行业中,由于对室内空气品质要求高,对电能的消耗 远大于普通的中央空调系统。根据有关报道,其用电 量约占整个企业的总用电量的60%左右。因此,降低 收稿日期:2008.01.27;修回日期:2008.02.29 点。因此,整个系统的节能,既要从分析运行过程入 手,又要考虑降低初投资从而降低其生产能耗。降低 其运行能耗,首先需要一个节能合理的空调设计方 案,这包括空调分区、新风量的设计等;其次也需要加 强空调运行的管理控制和系统维护,有时候,人文习 惯导致的能耗浪费也是非常客观的;另外,还要从空 参考文献: 为保证通风效果,在有女儿墙的屋顶上设置架空 隔热板时,顶板应离开女儿墙一定距离;当房间进深 超过10 m以上时,在隔热层中间需设引风口。如果在 靠近屋面一侧设置浅色反射铝箔,利用其低反射散热 性,可以增强通风效果。 3结语 合理的设计方案是建筑节能目标实现的关键。尽 [1】本书编委会.建筑设计资料集[M】.2版,北京:中国建筑工业出版社, 1994. . [2]GB50189---2005,公共建筑节能设计标准[s】.北京:中国建筑工业出 版社,2005. [3】李志杰,王万江.严寒地区居住建筑实施节能65%的分析[J].煤气与 热力,2006(1):65-69. 管夏热冬冷地区建筑节能具有双重性要求的共同特 征,但各省市、各地区的气候条件和建筑类型各不相 同,尚应根据具体情况进行深入分析对比,科学制定 设计方案,以获得最佳节能经济效益和社会效益,推 进我国建筑节能事业的发展。 [4】崔希骏.节能建筑外窗的配置研究[J].门窗,2007(5):13-21. [5】柳孝图.建筑物理[M】.2版,北京:中国建筑工业出版社,2000. 作者简介: 白延林(1973),男,河南南阳人,讲师,现为河南工业职业 技术学院建工系教师,基建处副处长(byl515@126.corn)。