仪态原高新区某节能办公楼项目设计为例浅议被动式建筑节能设计.doc

仪态原高新区某节能办公楼项目设计为例浅议被动式建筑节能设计摘要：建筑节能是我国可持续发展战略的重要组成部分，是改善和提高居民s 生活质量的一个关键环节,也是促进行业技术进步，进行产业升级的重要措施。近年来，随着办公自动化，人们办公环境发生了根本的变化。许多原来在室外的工作，逐渐进入室内。如何能更有效地利用冬季的日照而得热，减少夏季的太阳热辐射，减少日常耗能，充分利用自然能源，改善室内的热环境，是建筑节能的主要工作。本文通过对一座新建节能办公建筑的案例分析。试析根据当地的气候条件，自然环境，尝试通过建筑设计手段来满足被动式建筑节能的过程和方法。关键词：建筑节能；节能设计；设计方法0 引言随着全面建设小康社会的逐步推进，建设事业迅猛发展，建筑能耗迅速增长。我国既有400 亿平方米左右建筑，仅有1%为节能建筑；其余无论从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量，均属于高耗能建筑。而每年的新建建筑中真正称得上“节能建筑”的不足1 亿平方米，建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已超过27%，逐渐接近三成1。由此可见，建筑能耗对我国的能源消耗将带来长期的影响。因此，加强建筑节能，是解决我国能源紧缺问题的基本措施之一，也是建筑界值得注意的问题。目前国内比较流行的，也是比较容易达到的一种建筑节能方法是通过纯技术手段来减少建筑的能耗。从根本上来说，是目前国内从事建筑节能技术的设计人员大多没有建筑设计相关专业背景，单纯的认为建筑节能设计就是建筑节能材料的堆砌。诚然，对于给建筑穿上一个由节能材料编织成的盔甲对于既有建筑改造还是有一定的成本优势，但是对于新建建筑来说，这就是对建筑节能技术的曲解和误判，是从浅层次来理解建筑节能技术。建筑节能设计与节能建筑设计是两个有着根本区别的概念，前者主要是通过技术手段和材料手段来减少建筑物的耗热量和耗煤量，比如在外墙和屋顶上加设保温层，外窗使用双层中空玻璃，LOW-E 玻璃来减小外窗的热量流失，本身体现的是一种技术手段；而节能建筑设计是指在遵循地域性和气候性要求的前提下，通过一定的设计手法，例如中庭的组织，控制体形系数，设计采光井和拔风筒，来满足建筑能耗要求。这种设计手法从宏观上来说比前者更具有节能意义，因为它对节能材料的本身没有任何要求，而节能材料的生产也是一种耗能行为。随着对建筑节能理念深入的理解和国内外同行的实践，通过设计手法来达到节能目的的工程实例在不断增加，并且节能效果越来越好，节能建筑不再是一个网络上虚拟的概念，而是真真切切出现在我们的身边。1 项目概况太原高新区瑞泽实业节能办公楼项目是根据甲方要求在太原市高新产业开发区新建一座四千平米左右的办公建筑，一层作为公司展厅，二三层办公。甲方是山西省较早从事节能产业开发的一家公司，有着较高节能意识和对节能产业的理解，因而笔者所在的设计团队能够与其进行比较深入的建筑节能设计理念交流，这对方案的实施起着巨大的推动作用。2 场地分析在建筑节能设计方面，笔者充分考虑周边资源和气候特点，本项目位于山西省太原市高新产业开发区。场地为太原市新开发工业用地，基础设施齐备但周边建筑物较少。根据场地气候分析，太原市气候类型属于温带大陆性季风气候，具体特征为：2.1 光照充足，太原市年太阳辐射总量为5442.8 兆焦耳平方米5652.18 兆焦耳平方米，年日照总时数为2360 小时2796 小时。5 月份日照时间最多，约占全年日照时数的10.5；2 月份日照时数最少，约占全年日照时数的6.8。属全国高照率范畴。这样就为大规模使用太阳能光电版和集热器创造了有利条件。2.2 降水集中，每年7 月8 月是降水高峰期，降水量占全年总量的60以上。冬春干燥，雨雪稀少。全市各地年降水日数，日降水量大于或等于0.1 毫米的降水日数，全年平均有80 天左右。7 月9 月雨天出现频率占45。同时太原市也是严重缺水城市，地下水资源相对匮乏，降雨集中利用，可以在一段时间内解决景观绿化用水和对中水利用的补充。2.3 季风环流交替明显，冬半年（11 月次年3 月）受西伯利亚冷空气控制，盛行偏北气流，寒冷、干燥；夏半年(4 月10 月)受南来的太平洋副热带高压侵入，盛行偏南气流，温高湿重。办公建筑属于公共建筑，对于空调设备的要求较高，空调能耗一般占建筑运行总能耗的50%左右。通过一定的设计处理，可以实现通过热压、风压自然通风的手段来满足室内通风标准。2.4 四季分明，境内年平均气温7.810.3。极端最高气温一般出现在6 月上旬后期至7 月底，为36.139.4之间；极端最低气温大部分地区出现在12 月至次年1 月之间，全市月平均气温的年较差介于28.531.1之间。根据国2005 年七月一日实行的公共建筑节能节能设计标准2，太原地区属于寒冷地区，办公建筑主要考虑冬季保温措施，夏季兼顾建筑隔热遮阳。2.5 土壤温度，太原地区土壤温度随土层深度增加而温差减小。月平均土壤温度与气温的比较随季节而异，冬季土壤温度随深度增加而升高，夏季土壤温度随深度增加而降低，春秋两季为变化过渡期。这样为使用地源热泵创造了条件。因为深层地源热泵所带来的回灌技术造价高，效率低，本方案在地勘适合的情况下采用了浅层地源热泵。2.6 风能利用价值不高，太原地区属季风气候区域，冬夏受着不同的气团控制，产生了明显的季节风。年平均风速为1.8 米秒2.4 米秒，太原年平均大风日数31.5 天。与我国风能资源丰富的地区相比，太原地区风速偏低（小于最小可利用风速为3 米秒）、大风天数少、场地规模有限，不适合利用风力发电。3 方案介绍在充分考虑了基地气候条件的基础上，提出了本方案所能利用的一些节能措施和技术手段：3.1 建筑形体根据办公建筑功能和体形系数的限制，本方案采取了长方形，长宽比为2：1（41.4 米：20.8 米）。在考虑太原地区冬季太阳高度角的基础上，南面三层玻璃幕墙呈68.5 度角向内倾斜，以便在冬季更好的接受太阳辐射。3.2 建筑屋面大致可分为三个部分3.2.1 在北面设置屋顶花园，在与北侧的亲水池塘呼应的同时，可以通过屋顶花园的种植覆土层增加屋顶的热阻，减少冬季室内热量通过屋顶的流失。3.2.2 南面屋顶三分之一的面积设置350 太阳能光电板，既收集太阳能，又与屋面形成了空气间层来达到隔热目的。在本方案中设置直流太阳能光电板并不能并网发电，所获得电能仅仅解决办公楼夜间楼道照明问题。3.2.3 中央偏西设置带导光板,以此来解决大进深建筑中不能依靠自然光完全采光的问题，同时也节约了电能。3.3 建筑外墙3.3.1 南向设置倾斜角650 的开敞式双层玻璃幕墙系统，能够在冬季接收到更多的太阳光辐射，满足寒冷地区冬季保温要求;夏季通过在双层钢化玻璃之间设置遮阳板来阻挡一部分太阳直射光来减少室内获得的热量，满足夏季隔热要求。在双层通风玻璃幕墙的底端和顶端设通风口，白天打开，夜晚关闭；夏天打开，冬天关闭，靠太阳辐射形成热压来带动幕墙内的空气流动，带走热量。（经测算采用双层通风幕墙冬季采暖节省30%左右，夏季制冷节省20%左右，室内有效使用面积减少3-5%）3。3.3.2 北向墙体设置重质材料保温墙，利用材料本身密度大对温度变化不敏感的特性来达到冬季保温的目的。3.3.3 东西向设置普通隔墙加8mmEPS 保温材料，在保证效果的同时减轻成本。3.4 建筑门窗3.4.1 根据寒冷地区冬季保温措施，公共建筑与室外交界处的外门宜设置在冬季最小风频处，并设置门斗，减少冬季热量的流失。3.4.2 南向双层幕墙使用普通钢化玻璃，减少成本。3.4.3 东西北三个方向设置中空双玻外平开窗，9 毫米空气间层，窗框材料选用塑钢或者断桥铝合金。这样既达到保温隔热目的，同时又能节约成本。3.5 建筑地板低温热水地板采暖制冷，冬季利用地源热泵采暖，夏季利用地源热泵制冷。3.6 内部环境3.6.1 根据办公建筑大进深的特点，利用直通三层的采光中庭，接受从天窗的光照以节约电能。3.6.2 拔风筒楼梯间，设置在建筑西向，玻璃围护结构。利用太阳辐射将玻璃筒楼梯间内空气加热，热空气从楼梯间顶部排出，以达到利用热压满足建筑物内通风的目的。43.6.3 南向双层玻璃幕墙空气间层的气流流动可实现一部分自然通风。双层玻璃幕墙中遮阳板阻挡夏季太阳光辐射.3.6.4 屋顶花园，种植屋面提高屋面热阻满足冬季保温，夏季隔热。3.7 外部环境3.7.1 在建筑入口处设置喷泉，利用水雾夏季降温。3.7.2 在南向建筑物前种植绿化乔木，阻挡夏季太阳对建筑物的辐射，达到降温目的;冬季随着植物落叶，建筑物前乔木不遮挡建筑物，太阳光可以照射到建筑物。3.8 可再生能源利用3.8.1 浅层地热能利用浅层地热能是指在太阳辐射和地心热产生的综合作用下，存在于地壳下近表层数百米内恒温带中的土壤、砂岩和地下水里蕴含的低品位(25)的可再生能源。本方案拟采用土壤源热泵作为冷热源。该技术优势在于运行过程中没有水资源的消耗，对区域地下水状态和地质结构无影响。53.8.2 太阳能利用太阳能光热转换：公共卫生间采用分体承压式太阳能热水系统集热面积20m2，储热水箱约2m3。太阳能热水系统包括太阳能集热器、太阳蓄热水罐、循环水泵、膨胀罐等设备。系统所产生的热水量在标准工况下大于全部建筑生活热水消耗量为充分提高利用效率，多余的太阳能热水在冬季提供给空调系统作为热源补充。太阳能光电转换：由于目前太阳能光电转化效率太低，本方案所采用的太阳能光电技术作为展示使用。满足建筑物内楼道夜间照明和室外道路照明，并采用LED 灯。3.8.3 雨水利用本方案设屋面、倾斜墙面雨水收集系统收集过程为屋面雨水-初期弃流装置-沉淀池-变频加压泵-加药-消毒装置-绿化用水。室外地坪采用砂基渗水砖。绿化灌溉采用了喷灌、微灌等高效节水的灌溉方式。硬地坪材料选用透水性好的材料增加雨水就地回渗率。64 综合效益分析4.1 节能建成后的瑞泽实业节能办公楼项目预期在山西省节能规范规定的节能50的基础上再上升18 个百分点达到节能68，实现“十一五”末同比规范建筑节能65的总体目标，其中围护节能、系统节能和照明节能的贡献率分别达到28、275和125。14.2 节水采用地源热泵免去空调冷却水补水系统。可节水20m3天。雨水利用系统可节约总用水量的13左右。4.3 经过以上节能措施与上世纪 80 年代的建筑相比，节能率为50的参照建筑全年能耗为177 292kWh，本项目采取多项节能措施后。全年能耗计算值约为135 283kWh围护结构的性能优于公共建筑节能设计标准的规定值节能率提高了184达到68.4。7由于方案设计中引入了绿色建筑技术，必然会带来初期建设成本的提高。但这部分增加的费用在工程总投资中占的比率还是较低的。按建筑面积计算每平方米增加造价合计约583元。考虑其他一些技术措施方面所增加的费用，可控制在860 元m2。而引入绿色建筑技术措施将给建设单位、使用者和社会带来更长远的益处。5 结论通过以上的节能建筑案例分析，笔者想分析一种建筑节能设计的过程和方法。不仅仅是通过节能材料的堆砌，而是通过设计手段的应用来满足建筑节能目标的实现，同时也给业主带来舒适的办公和居住环境。节能建筑设计将改变对于建筑节能落后的认识论、价值观和方法论。引领节约型、可持续、重质量、重科学、崇尚品质的高尚的建筑发展观，由此将引发包括建筑设计在内的建设领域的根本性变化。当然，这种根本性的变化有待时日的考验和磨砺，但它正在发生，我们正试目以待并由此加以应对。毕业论文网提供大量机电一体化毕业论文，如有业务需求请咨询网站客服人员！参考文献 (References)1 徐吉浣，寿炜炜公共建筑节能设计指南，同济大学出版社2公共建筑节能设计标准，GB50189-20053 李振翔.办公建筑节能设计方法研究：硕士学位论文. 保存地点：浙江大学4 黄俊鹏，李峥嵘. 现有办公建筑节能潜力评价.2004 年全国空调