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建筑是人類生活的必需品。隨著人們生活水平的不斷提高,建筑消耗的能量也越來越大,因此,建筑節能是發展建筑業的需要。近幾年建筑節能越來越受關注,從前幾年的居住建筑節能到公共建筑節能到現在的工業建筑節能可以看出,無論的國家的法規,還是地方的制度,都對建筑的節能要求做出了明確嚴謹的限制,從而使建筑節能的重要意義受到建筑師們重視。那么,如何在住宅建筑設計中,更好地利用自然能源,提高住宅建筑中能源利用效率,則是我們建筑設計者需要探討和專研的課題。
1.改善我們建筑熱環境,必須使用能源
只有合理使用和節約使用能源,盡可能提高能源利用效率,使改善建筑熱環境與建筑節能相結合,才能既使改善建筑熱環境有能源的支持而成為可能,又不致造成更加嚴重的浪費,做到人類和生態的可持續發展。
(1)資源回收利用:
日本1997年建成了一棟實驗型“健康住宅”。除了整個住宅盡可能選對人體無害的建筑材料外,墻體還被設計成雙重結構,每個房間建有通風口,整個房屋系統的空氣采用全熱交換器和除濕機進行循環。全熱交換器能夠有效地回收熱量并加以再次利用,其過濾器可有效地收集空氣中細小的塵埃,從而能夠抑制霉菌等過敏生物繁殖。這種資源的回收利用,不僅變廢為寶,而且減少了環境污源,節約了能源。
(2)新能源開發利用:
德國建筑師塞多·特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽光的太陽房屋。房屋被安裝在一個圓盤底座上,由一個小型太陽能電動機帶動一組齒輪。房屋底座在環形軌道上以每分鐘轉動3cm的速度隨太陽旋轉。當太陽落山以后,該房屋便反向轉動,回到起點位置。它跟蹤太陽所消耗的電力僅為房屋太陽能發電功率的1%,而所吸收的太陽能則相當于一般不能轉動的太陽能房屋的2倍。
(3)盡可能的利用自然資源:
建筑的外環境對建筑的節能起著重要的作用。建筑的朝向、建筑的遮擋對建筑內的環境有非常重要的影響,在建筑設計中,建筑師要考慮建筑周圍的環境,盡量利用自然資源,也是建筑節能的另一大要素。
3、中國建筑能耗基本情況
我國的建筑能耗量約占全國總用能量的1/4,居耗能首位。近年來我國建筑業得到了快速的發展,需要大量的建造和運行使用能源,尤其是建筑的采暖和空調耗能。在我們北方地區,建筑供暖燃用大量煤炭等礦物能源,使周圍的自然與生態環境不斷惡化。。由于建筑供暖燃用大量煤炭等礦物能源,使周圍的自然與生態環境不斷惡化。在能源的利用過程中,化石類燃料燃燒時排放到大氣的污染物中,99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉塵和43%的碳化氫是化石類燃料燃燒時產生的,其中煤燃燒產生的占大多數。燃煤產生的大氣污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%,CO2占71%,煙塵占60%。每年由于燃燒礦物燃料向地球大氣排放的二氧化碳僅次于美國居世界第二,預計到2020年,中國將取代美國成為世界二氧化碳排放第一大國。因此,中國對于全球氣候變暖承擔著重大的責任,而作為耗能大戶的建筑,其節能也就成為關系國計民生的重大問題。
4、住宅設計最基本的節能意識
我國現行國家標準《住宅設計規范》中規定“每套住宅至少應有一個居住空間能獲得日照,當一套住宅中,居住空間總數超過四個時,其中宜有兩個獲得日照。”在現行國家標準《城市居住區規劃設計規范(GB50180)》中,規定了住宅的日照標準的最低時限。在我國的大部分冬冷夏熱地區住宅的總體規劃和單體設計中,為住宅的主要空間爭取良好朝向,滿足冬季的日照要求,充分利用天然能源,無疑是最基本的改善住宅室內熱環境的設計,是最基本的節能措施。因此,住在建筑節能必須執行國家的方針政策和法規,遵守安全衛生、環境保護、節約用地、節約能源、節約用材、節約用水等用關規定。
5、住宅的主要空間與建筑節能設計
在城市住宅過程設計中,多以臥室為中心,臥室是住宅中的主要居住空間。在住宅的空間設計中,顯然要將所有的臥室置于日照通風條件最佳的住置,置于南向,為住戶提供最好的享用自然能源的環境。可隨著人們生活品味的不斷提高,住宅中的臥室不再是多功能的,已被更合理地理解為休息區,主要功能是供睡眠、休息兼存放衣物,要求輕松寧靜,有一定的私密性的空間。白天人們工作、學習、外出,即使在家各種起居活動也不在臥室中。因此以夜間睡眠用為主,白天多是空關著的臥室。在滿足通風采光,保證窗戶的氣密性和隔熱性的要求下,臥室并不影響建筑節能。因此,一套住宅中,臥室已經不是爭取占據南向的唯一主要空間。“廳”在現代住宅中,已成為居住者各種起居活動的主要空間。白天的日照、陽光對于起居活動中心的“廳”來講,更有直接的節能意義。無論是上班族還是老年人、嬰幼兒,多數時間是呆在廳里的,所以現在住宅中,廳的面積遠比一個臥室大。白天,廳的使用頻率比臥室高得多,起居廳已是住宅中的活動中心,是現代住宅中的主要空間。因此,起居廳節能效應是不言而喻的。如果室內的自然熱環境較好,可以大大地節約采暖和空調的耗能。
6、建筑構造節能設計
(1)、墻體節能:
墻體是建筑外圍護結構的主體,其所用材料的保溫性能直接影響建筑的耗熱量。我國早期主要以實心粘土磚為墻體材料,保溫性能不能滿足設計標準。而目前,我國的外墻材料以砌塊為主,外貼一定厚度的保溫防火材料,傳熱系數都能達到大于國家規定的節能標準數值。因而在節能的前提下,應進一步推廣砌塊及其復合墻體技術。
(2)、門窗節能:
外門窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅總能耗的比例較大,其中傳熱損失為1/3,冷風滲透為1/3,所以在保證日照、采光、通風、觀景要求的條件下,盡量減小住宅外門窗洞口的面積,提高外門窗的氣密性,減少冷風滲透,提高外門窗本身的保溫性能,減少外門窗本身的傳熱量。其節能措施有:
a、控制住宅窗墻比。
b、提高住宅外窗的氣密性,減少冷空氣滲透。
c、改善住宅門窗的保溫性能。
d、設置“溫度阻尼區”。
(3)屋面節能
在不斷改進建筑外墻、外窗的保溫性能后,還必須進一步加強屋面保溫隔熱的研究。屋面節能措施的要點,其一是屋面保溫層不宜選用密度較大、導熱系數較高的保溫材料,以免屋面重量、厚度過大;其二是屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料以防屋面濕作業時因保溫層大量吸水而降低保溫效果,如選用吸水率較高的保溫材料,屋面上應設置排氣孔以排除保溫層內不易排出的水分。現在,高效保溫材料已經開始應用于屋面,一些建筑的屋面保溫,采用膨脹珍珠巖保溫芯板保溫層代替常規的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法,就克服了常規作法的諸多缺點。