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關鍵詞:建筑節能評價體系室內環境品質
1概述
發達國家的能源統計,是按產業(Industry)、交通(Transportation)、居民和商業等四個部門統計。因此,很容易得到建筑能耗數據,即居民(Residential)和商業(Commercial)能耗之和。其建筑能耗一般占全國總能耗的三分之一左右。如美國,2000年的建筑能耗占全美總能耗的35%。但我國的能源統計模式與發達國家不同,是分工業、農業、建筑業、交通運輸及郵電通訊、批發零售、生活消費和其它等多個部門統計。如果將后三個部門的能耗當作建筑使用能耗,則我國的建筑能耗在總能耗中的比例多年來一直在20%左右。2000年為20.4%。而我國建設部公布的2000年建筑能耗比例數字是27.6%。建設部的數字中包括了建材工業的能耗,實際是廣義建筑能耗。此外,還有好幾個版本的比例數字。
其次,在很多建筑中,也沒有區分各部分能耗。比如,通常認為在公共建筑中,空調采暖的能耗在總能耗中占最大比例。其實這一結論在我國并沒有實際數據的支持。因為國內建筑物中能耗計量很粗糙,一般只有冷水機組有單獨的功率表,而空調的末端裝置和輸送系統的耗能無法與其它動力設備和照明的耗能區分開來。在工業建筑中,傳統上又把空調等建筑設備能耗計入生產能耗。筆者曾經引用過日本建筑環境·省能機構統計得到的辦公樓中各部分能耗比例的調查結果,但這一數據在被許多文章多次轉引之后,以訛傳訛,變成“上海地區辦公樓能耗比例”,甚至進入某些正式的研究報告和文件。
在基礎數據和能耗現狀不清的情況下,難以恰當地確定建筑節能的目標(例如,在某一時間節點基礎上的節能率),也難以恰當地分配各部分的節能率(例如,總節能率中圍護結構、照明、空調各承擔多少)。
圖1某高層辦公大樓全年能耗分布
圖1是上海某高層辦公樓全年的總能耗曲線。可以發現,圖1的能耗曲線有兩個最低點,分別出現在4月和11月。在上海地區,這兩個月是氣候最宜人的時期,一般來說建筑物既不需要采暖,也不需要供冷。取這兩個月能耗量的平均值,在曲線圖上劃一道水平線(圖2-17中的虛線)。可以認為,這道水平線以上由曲線所圍成的面積就是該大樓采暖空調所消耗的能量;水平線以下的矩形面積則是照明和其它動力設備(如電梯)所消耗的能量。
因此,可以把照明、插座、電梯等設備能耗當作穩定能耗。盡管冬季晝短夜長,夏季則相反,人們使用照明的時間有一些差別,但在現代商用建筑中從全年能耗角度來看,這種差別并不明顯。而采暖和空調的能耗是變動的、不穩定的能耗,它不但隨氣候區變化,而且隨建筑類型、形狀、結構和使用情況變化,甚至今天和明天都會有所不同。這就給建筑節能工作帶來了復雜性和多樣性,但同時也是建筑物中節能潛力最大的部分。
在美國,建筑能耗統計是由政府進行的,在日本,則是由專業學會和學術團體完成的。但在中國,還沒有像美、日等發達國家那樣大規模地進行建筑能耗調查。因此,大多數節能政策制定者和從事建筑節能的研究者都不能像發達國家那樣對全國或一個城市的建筑能耗情況了如指掌。而由于缺乏必要的檢測計量手段,許多建筑樓宇的物業管理人員對自己所管理的建筑各部分能耗情況也是心中無數。因此,建筑節能必須從計量做起。
2結構節能與空調系統節能
圍護結構采取節能措施,是建筑節能的基礎。由于我國建筑節能是從采暖居住建筑起步的,因此,建筑節能首先考慮加強圍護結構保溫無疑是正確的決策。從管理的角度看,可以對圍護結構制訂限定性指標,易于評價。但是,建筑節能的關鍵是空調采暖系統的效率,最終的節能量也要從空調采暖系統來體現。北方地區在墻改之后又發展到熱改。如果沒有調節閥和熱計量,圍護結構保溫越好,可能浪費的熱量越多。
圖2采用不同形式窗戶的空調總冷負荷(MWh)
圖3不同墻體傳熱系數條件下的全年總負荷(MWh)
而在間歇運行的空調建筑中,在空調關機之后,室溫升高,當室外氣溫低于室溫時,通過圍護結構的逆向傳熱可以降低第二天空調的啟動負荷。因此,圍護結構保溫越好,蓄熱量越大,空調負荷也越大(見圖2)。
對公共建筑而言,圍護結構形成的負荷在總負荷中所占比例很小,因此,圍護結構的節能潛力有限。
從圖3中可以看出,墻體傳熱系數降低40%,所得到的節能率最大8.1%(哈爾濱),最小2.8%(廣州)。可見,在公共建筑節能中重要的環節是降低內部負荷、減少內部發熱量。例如,在保證照度的前提下降低照明負荷,既降低照明耗電,又降低空調負荷,可謂一舉兩得。
3節能與室內環境品質
非典之后,人們的健康意識和自我保護意識增強,對室內環境品質提出更高的要求。
我國大城市80%以上的公共建筑中的空調末端(AHU)僅有一級粗效過濾,有的甚至只有一層濾網。而根據美國ASHRAE標準62-2001,應在冷卻盤管或其具有濕表面的處理設備的前端加設最小效率(MERV,MinimumEfficiencyReportingValue)不低于6的除塵過濾器或者凈化器。歐洲標準也要求AHU過濾器達到F7標準。即需要有粗效和中效兩級過濾。整個風系統阻力至少比現在增加200Pa。假定一臺3600m3/h的空調箱,全年運行,要增加耗電量2500kWh。
另外,很多大樓的空調新風量也沒有達到規范的要求。而且,非典之后,一些新建大樓的業主對新風量提出了超出規范的要求。新風負荷占空調負荷的20~30%,加大新風量就意味著能耗的增加。
在公共建筑中,室內環境品質直接影響用戶的舒適、健康和工作效率。對大樓管理者來說,這是“開源”。而建筑節能則是降低運營成本,是“節流”。開源和節流應該是相輔相成。
因此,建筑節能工作要以室內環境為底線。一方面,建筑節能決不能以犧牲室內環境品質為代價;另一方面,對不合理的環境消費(例如夏季過低和冬季過高的環境溫度、過大的新風量、邊使用空調邊開窗等)行為,即不合理的用能,則應該改變。
解決節能與室內環境品質矛盾還可以采用很多新技術或原有技術的集成。例如,獨立新風系統(DOAS)、輻射吊頂+置換送風系統、除濕空調系統等。
4節能與節電
2003年夏季高溫期間全國19個省市嚴重缺電和美國加拿大部分地區的大停電事故為我們敲響了警鐘,電力空調的應用關系到電網安全,因此,在節能的同時還要關注節電。
某些節能技術可能可以降低全年建筑能耗,但卻不節電。例如本文第2節所論述的圍護結構保溫就是如此。在傳統的空調能源結構中,夏季用電供冷、冬季用一次能源供熱。對于采暖為主的地區,加強圍護結構保溫隔熱可以降低全年能耗(例如哈爾濱);而在供冷為主的地區,加強圍護結構保溫隔熱的總節能效果有限,反而會增加空調能(電)耗。
某些技術可能能耗稍大,但是可以使用清潔能源,對保護環境有利。例如,燃氣直燃機在國內一直被很多人視為“節電不節能”。但是,直燃機不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然氣對環境影響極小、溫室氣體排放極低,從而被世界各國當作一項綠色技術。夏季利用低谷燃氣、平整高峰電力負荷,可以使電力和燃氣得到“雙贏”。
某些技術可能在微觀層面上不節能、但在宏觀層面上卻是節能的。例如蓄冰空調,利用夜間低谷電力制冰時制冷機組的COP值降低。在用戶側,如果沒有合理的峰谷差價,則蓄冰空調是既不節能又費錢。但在發電側,大量蓄冰空調的使用填平了夜間電力負荷低谷,使發電機組常時處于高發和滿發,發電煤耗下降。滿負荷工況與40%部分負荷工況相比,30萬千瓦發電機組可以節能15.7%。同時,發電設備的利用率提高。發達國家電力平均年負荷率為66.6%,我國發電設備年平均負荷率1999年達到最低值50%。以后逐年有所上升,2002年達到54.8%。與發達國家相比還有很大差距。
因此,建筑節能工作需要在能源、環境、經濟、技術等各個方面進行權衡,這應該成為建筑節能工作者的一項基本素質。
5設備節能和系統節能
節能設備不一定能連成節能系統。例如,空調冷水系統的揚程與樓高無關,一般在30m~40m。如果水泵的揚程選擇過大,定水量系統中會使流量過大,水溫差往往只有2~3℃。這時測得的離心機COP僅在2~3之間。這說明,空調系統的配置合理是系統節能的重要環節。
我國正在積極推廣建筑熱電冷聯產技術。但在熱電冷聯產應用上,存在一些誤區。似乎凡熱電冷聯產系統就一定是節能系統。筆者認為,熱電冷聯產技術的關鍵并不在于其動力裝置用微型燃氣輪機還是用內燃機,也不在于其理論效率有多高。實際上如果系統配置不當,熱電冷聯產系統的節能效益便完全不能發揮。熱電冷聯產的理論效率達到70%或80%的前提是設備滿負荷運行。在我國熱電聯產電力尚不允許上網的條件下,還必須將熱電聯產所發電力和所產熱量全部用掉,才能體現出效益。
熱電聯產機組的產熱和發電之間存在著平衡關系。取得的熱量多、得熱的品位(溫度)高,就勢必要降低發電效率;反之亦然。無論從熱力學第一定律還是從熱力學第二定律的觀點分析,熱電聯產系統都應該充分發揮發電效率、充分利用排熱,而不應該是相反。
圖4微燃機熱電聯產系統全供冷模式
(直燃機熱力制冷+離心機電力制冷)
圖5電動離心式制冷機能流圖
圖6微燃機熱電聯產系統全供冷模式
(雙效吸收機熱力制冷+離心機電力制冷)
假定某建筑的微型燃氣輪機熱電冷聯產系統的產熱和發電完全用來為大樓供冷,分別采用熱力制冷和電力制冷。其能流圖見圖4。在圖4的模式下,總一次能效率為1.51。因為在熱力制冷部分采用了直燃機,就必須使微燃機排氣溫度達到500℃以上,而此時發電效率只有13~15%。
與傳統電制冷相比,用離心機制冷的能流圖見圖5。
可見其一次能效率(1.5)與熱電冷聯產基本持平。說明對熱電聯產機組和直燃機的投資是無效投資。而如果要提高發電效率,則相應的排氣溫度比較低,只適于采用熱力制冷效率比較低的吸收式制冷機。(見圖6)
圖6中的供冷一次能利用率高于傳統電制冷。
由此可見,熱電冷聯產系統的本質是回收發電系統過去被丟棄的排熱、廢熱或余熱,以提高綜合能效。即在保證發電效率的前提下充分利用余熱。如果為了用熱而抑電,就是本末倒置了。尤其是樓宇熱電冷聯產,所用的發電機組功率比較小,效率遠遠比不上大型電廠的大發電機組。它的優勢在于綜合效率和就近供能。而發揮其綜合效率的關鍵是系統合理的配置和科學的運行。
在建筑節能中,選擇設備不僅要看它在額定工況下的效率,更要看它在部分負荷條件下的效率。對制冷機而言,就是綜合部分負荷值(IPLV)。
制冷機的綜合部分負荷值IPLV在空調系統節能中是一個十分重要的參數。我國的制冷機標準中基本沿用了美國空調與制冷學會(ARI)標準。而ARI最初制訂IPLV標準時是用美國亞特蘭大市的氣象參數、通過對一幢假想辦公樓的模擬計算得到的。即使對美國的不同氣候區,這一IPLV都不能完全適用,ARI用不同緯度的美國29個城市的數據得到新的IPLV(ARI550.590-1998)。因為沒有自己的數據,我國新版的制冷機標準中沒有IPLV。
筆者根據我國的氣象參數,用實測數據和計算機模擬的方法,得到適應我國氣候特點的平均IPLV。
對IPLV的研究,還要進一步深入。
6建筑節能的評價
開展建筑節能,需要建立一套科學的建筑能效評價體系。我國基本上還在沿用按建筑面積平均的能耗絕對值的評價方法。這種評價方法屬于靜態評價,對不同檔次、不同用途的建筑很難區分在建筑節能方面孰優孰劣。在上海市地方標準《集中式空調系統(中央空調)合理用能技術要求與運行管理》中引用了日本建設省所推行的PAL/CEC方法。
所謂PAL,是PerimeterAnnualLoad的縮寫,即“全年熱負荷系數”:
另外還有設備系統能量消費系數(CEC,CoefficientofEnergyConsumption)。分別有空調、換氣、照明、電梯和供熱水5個能耗系數。以空調能耗系數CEC/AC為例,表達式為:
很明顯,能量消費系數CEC實際上是建筑設備系統全年能效的倒數。因此,用PAL能夠評價建筑物圍護結構的保溫隔熱性能,而用CEC則可以更直接地評價建筑的能量轉換效率。PAL和CEC反映了動態節能的思想和轉換效率的思想,是一種性能性指標。
7結論
空調公共建筑的節能,是一個比較復雜的課題。必須建立動態節能、系統節能的思想,正確處理好幾對看似矛盾的關系。有很多中國特有的建筑節能課題等待我們去研究。
主要參考文獻
[1]龍惟定:國內建筑合理用能的現狀及展望,能源工程,2001年02期,1~6
建筑在我國分為工業建筑和民用建筑。工業建筑本身能耗不大,所以國家還未對工業建筑作節能方面的要求。民用建筑又分為兩大類:居住建筑和公共建筑.在各專家編寫規范之前的社會調查階段中由電業總局與燃氣公司提供的數據顯示:就目前中國居民的消費水平和消費習慣而言,居住建筑能耗與公共建筑或國外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡節能設計,目的是提高人們生活的舒適性。而公共建筑提倡節能設計才是建立集約型社會的關鍵環節。公共建筑分為以下幾類:辦公建筑(寫字樓、政府部門辦公樓),商業建筑(商場、金融建筑),旅游建筑(旅館、娛樂場所),科教文衛建筑(文化、教育、科研、醫療、衛生、體育),通信建筑(郵電、通訊、廣播)以及交通運輸(機場、車站等)。有數據顯示:就政府部門辦公樓每年所消耗能量相當于全國八億農民全年全部的能耗:辦公室里夏天穿毛衣御寒、冬天襯衣短袖解署、白天亮燈辦公、熱水機飲水機下班后沒人關。現在全球范圍內已開始能源緊張,尤以中國較為嚴重,隨著中國經濟的高速發展,對能源的使用和節約就更加迫切了。
其實建筑節能并不是一個新的課題,而是建筑基礎學科—建筑熱工學的一個部分,我國也早在1993年頒布了相應的規范《民用建筑熱工設計規范》,1996年頒布了《民用建筑節能設計標注(采暖居住建筑部分)》,2001年頒布了《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》,這些規范的頒布,也反應了我國建筑節能的發展軌跡:由北向南,由居住建筑到公共建筑。但由于種種原因,這些規范的條款未列入國家強制性條文范圍內,各地也未政府令加以強調,所以執行力度也未達到應有的效果。但2005年7月1日頒布實施的《公共建筑節能設計標準》中有許多條款被列入國家的強制性條文內,相應的各地政府了具有地方法律效力的法令,上海市在2005年6月13日的政府令第50號:《上海市建筑節能管理辦法》強制規定:自2005年7月15日起新建住宅與政府投資的公共建筑必須進行節能設計。《辦法》的第九條與第十條分別對設計單位與圖紙審查機構提出具體的要求。所以,對于建筑設計單位,建筑的節能設計已經進入了一個全新的時期!
以下著重介紹《公共建筑節能設計標準》對有關建筑部分的要求。《標準》比剛才提到以往的有關規范要嚴格些,按照本標準設計,與未采取節能措施前相比,全年能耗應減少50%。《標準》的章節不多,共7頁17條,但簡明扼要,省去了復雜的熱工公式,歸納總結出來幾點要點,強調了規范的實用性。涉及到的基礎知識及術語結合規范本身展開敘述:
一,熱工設計的分區:按照我國的氣候條件,劃分為五個分區:嚴寒地區,寒冷地區,夏熱冬冷地區,夏熱冬暖地區以及溫和地區。
熱工分區的基本規律是:嚴寒地區和寒冷地區基本是我國的三北地區:東北,華北,西北。這些地區的地域遼闊,面積大,建筑節能設計起步也比較早,經驗相對來說比較豐富,主要考慮的是冬季保溫。夏熱冬冷地區大體上是長江中下游地區,如:成都、武漢、南京、上海等,這些地區的建筑的節能設計由于歷史原因起步較晚,面積雖然不是最大,但人口密度高,也是我國經濟最發達地區,可以說這一地區的節能潛力最大,效果也會最明顯。設計考慮的是冬季保溫與夏季防熱兼顧。夏熱冬暖地區大體上是華南地區:福州、廣州、南寧、臺北等。這些地區的建筑設計主要考慮的是夏季防熱。溫和地區,冬暖夏涼,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考慮夏季防熱,部分地區注意冬季保溫。《公共建筑節能設計標準》在這五個分區的基礎上根據公共建筑節能的設計特點作了些調整:把嚴寒地區細分為嚴寒A區與嚴寒B區,而溫和地區不強制執行節能設計標準。
二,體形系數:即建筑的外表面積與體積之間的比值.體形系數越小就越有利于節能,減少外表面與室外空氣的接觸,就能減少散熱。與以往的規范不同,新的《標準》中弱化了體形系數的概念,只在4.1.2條規定嚴寒地區與寒冷地區對體形系數的限制是≤0.4,其他地區該系數對建筑的節能體現不明顯,所以不作限定。
三,熱傳導系數:這個概念是本標準的核心名詞.所有的圍護結構:門、窗、外墻、屋頂以及地面都圍繞這個概念展開的。圖紙審查或政府檢查部門的抽查也是這個數據。她的名詞解釋為:圍護結構兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m2.k。簡單的說便是熱量在某種材料里傳遞的速度,速度越小,那么這種材料的隔熱性能也就越好。怎樣求得這個數據呢?傳熱系數K0=1/R0。
R0,傳熱阻:R0=Ri+∑R+Re單位:m2/K.W
Ri與Re分別是材料內外表面的換熱阻。他們是固定數據,可由表差得:0.11m2/K.W0.04m2/K.W。
∑R是各層材料的熱阻之和。某單層材料的熱阻R=δ/λ,δ為該材料的厚度,單位是m,λ為該材料的導熱系數,單位是W/m.K。λ為此公式求值過程中的關鍵數據,也是每種材料的固有的屬性。她的名詞解釋為:1m厚的物體,兩側空氣溫度差為1℃,1h通過1m2面積傳遞的熱量,單位W/m.k。通常把導熱系數λ小于0.3W/m.K并能用于絕熱工程的材料,叫做絕熱材料。導熱系數是絕熱材料的最重要最基本的熱物理指標。例如:普通混凝土λ=1.74W/m.K,鋼筋混凝土λ=1.51W/m.K,多孔磚λ=0.58W/m.K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m.K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m.K,(這種材料在全球范圍內尤其在歐美等發達國家作為建筑絕熱工程中最普遍使用的材料),而鑄鐵λ=49.9W/m.K。實際的工程應用中,卡特比勒辦公樓的外墻部分設計采用聚異氰脲酸酯(PIR),這種更新型的材料λ=0.020W/m.K,屬絕熱材料。這便是維護結構的傳熱系數K值的求解過程。
下面結合《公共建筑節能設計標準》對上海地區的各部分圍護結的隔熱要求構逐一探討:
1.屋面:K≤0.70W/m2.k
我們的習慣做法一般可以滿足這個要求。例如:120厚現澆混凝土樓板+20厚水泥砂漿找平層+泡沫混凝土找坡層最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m.K擠塑板(XPS)+防水層+20厚水泥砂漿保護層,這樣的做法就可以達到K≤0.60W/m2.k。須注意關鍵的保溫層一般應選用40厚擠塑板,若選用聚苯板,厚度應增加至60。
2.外墻:K≤1.0W/m2.k
不作外墻保溫的習慣做法是絕對達不到這個新規范要求的。例如:20厚水泥砂漿+240厚多孔磚+20厚水泥砂漿的無外墻外保溫的傳統構造傳熱系數K=1.66W/m2.k,即便在前段時間簡易的外墻保溫做法-保溫砂漿,也達不到規范的新要求。經計算得知:在墻體與外墻砂漿之間增加20厚的λ=0.03W/m.K擠塑板,這樣的構造使得外墻整體的傳熱系數K=0.86W/m2.k<1.0W/m2.k。這叫做外墻外保溫技術,是業界內公認的一種效果很好的做法。他的優點是技術成熟,產品壽命較長,也可使外墻的主要部分受到保護,大大降低溫度應力的起伏,提高結構的耐久性。但他的缺點是在高層建筑中有安全隱患,外墻面磚的做法受到限制。外墻內保溫的做法不能很好的解決建筑熱橋的問題,同時房間內部使用和改造都受到很大的限制,所以現在工程上已很少用這種做法了。還有一種做法叫做中間保溫,做兩層墻,中間夾保溫材料,這種做法效果好,是建筑保溫的發展趨勢,國外的工程中這種做法早已普及,在我國的發展受到限制主要是因為一造價高,二構造做法與現行的做法差別太大,影響面廣,難以一時普及。
3.外窗部分
由于外窗在建筑中變化豐富,窗框材料、玻璃品種,有無遮陽等都會嚴重影響建筑熱工性能,所以,規范在這部分的規定并沒有一刀切。根據窗墻比系數的不同,對窗體的要求分成不同的幾類。所謂窗墻比,并非窗和墻的面積的比值,而是窗與其所在墻體的面積之比。規范在保證外窗自然采光的范圍內鼓勵窗的面積越小越好,即窗墻比越小越好。因為就現在已知能做到的最好的窗:雙玻中空雙腔充惰性氣體40厚,鋁合金斷熱型材,這種窗體構造的傳熱系數K=1.5W/m2.k,而普通的單玻鋁合金窗的傳熱系數K=6.4W/m2.k,是墻的6倍。據統計,通過窗流失的熱量占建筑能耗的46%,因此控制窗墻比是個有效的節能手段。《標準》中強制規定“建筑每個朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應大于0.7”,此規定一出,必將會極大的影響建筑外觀,金茂大廈或者東方藝術中心等全玻璃的建筑勢必會大大的減少。夏熱冬冷地區(上海)是這樣詳細規定的:當窗墻比≤0.2時,窗的傳熱系數K≤4.7W/m2.k。在實際工程的應用中,塑鋼單玻窗或鋁合金雙玻窗可以滿足要求,但鋼鋁單玻窗不滿足要求。由此可見,在任何情況下,普通鋁合金單玻窗是達不到要求的,必將會面臨被淘汰的境地;當窗墻比在0.2和0.3之間時,窗的K≤3.5W/m2.k。雙玻鋁合金中空(16厚空氣層)的傳熱系數K=3.6W/m2.k,同樣不滿足要求,若改為斷熱橋的鋁合金型材便滿足。當窗墻比在0.3和0.4之間,窗的傳熱系數K≤3.0W/m2.k。斷熱橋鋁合金中空玻璃可以滿足要求。當窗墻比在0.4至0.5之間,窗的K≤2.8W/m2.k。當窗墻比在0.5至0.7之間,窗的K≤2.5W/m2.k,一般情況下中空充惰性氣體玻璃鍍膜斷熱橋鋁合金的窗體構造可滿足要求。
【關鍵詞】建筑節能;驗收規范;復驗項目;檢測項目
1.引言
由于我們國家建筑節能工程起步晚,從業人員節能意識淡薄,思想觀念落后,對建筑節能工程的必要性和重要性認識不足,重視不夠,管理不嚴,執行不力,在實施過程中施工圖設計深度不夠,與驗收規范不匹配,與建設部要求節能圖審單列的規定不一致,隨意變更,偷工減料,以次充好,以假充真,降低節能標準等違法違規行為時有發生,應引起各級領導和工程技術人員高度重視,采取有效措施予以糾正制止。為此,我們撰寫了《提高建筑節能工程施工質量管理水平》與大家研討交流,使建筑節能工程質量達到國家合格標準。
2.我國建筑節能法規體系
2.1《中華人民共和國節約能源法》,自2008年4月1日起施行;
2.2《民用建筑節能條例》,自2008年10月1日起施行;
2.3《公共機構節能條例》,自2008年10月1日起施行;
2.4《民用建筑節能工程質量監督工作導則》,自2008年1月29日起施行;
2.5《民用建筑節能管理規定》,自2006年1月1日起施行;
2.6《民用建筑工程節能質量監督管理辦法》,自2006年7月31日起施行;
2.7《民用建筑節能設計標準》(采暖居住建筑部分)JGJ26-95,自1996年7月1日起施行;
2.8《采暖居住建筑節能檢驗標準》JGJ132-2001,自2001年6月1日起施行;
2.9《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ134-2001,自2001年10月1日起施行;
2.10《公共建筑節能設計標準》GB0189-2005,自2005年7月1日起施行;
2.11《外墻外保溫工程技術規程》JGJ144-2004,自2005年3月1日起實施;
2.12《建筑節能工程施工質量驗收規范》GB50411-2007,自2007年10月1日起實施。
至此,我國建筑節能法規體系基本建立健全。對于加快建設資源節約型、環境友好型社會和促進經濟社會可持續發展,實現節能減排基本國策具有重要戰略意義。作為建設、施工、監理單位管理人員,應當認真學習貫徹執行,提高認識和管理水平,加強監控力度,提高建筑節能效果非常重要。
《建筑節能工程施工質量驗收規范》,以下簡稱《規范》。
3.建筑節能工程基本內容
建筑節能分部工程劃分的10個分項工程及其主要驗收內容:
3.1墻體節能工程:主體結構基層、保溫材料,飾面層等。
3.2幕墻節能工程:主體結構基層、隔熱材料、保溫材料、隔氣層、幕墻玻璃,單元式幕墻板塊、通風換氣系統、遮陽設施、冷凝水收集排放系統等。
3.3門窗節能工程:門、窗、玻璃、遮陽設施等。
3.4屋面節能工程:基層、保溫隔熱層、保護層、防水層、面層等。
3.5地面節能工程:基層、保溫層、保護層、面層等。
3.6采暖節能工程:系統制式、散熱器、閥門與儀表、熱力入口裝置、保溫材料、調試等。
3.7通風與空氣調節節能工程:系統制式、通風與空調設備、閥門與儀表、絕熱材料、調試等。
3.8空調與采暖系統的冷熱源及管網節能工程:系統制式、冷熱源設備、輔助設備、管網、閥門與儀表、絕熱保溫材料、調試等。
3.9配電與照明節能工程:低壓配電電源、照明光源、燈具、附屬裝置、控制功能、調試等。
3.10檢測與控制節能工程:冷熱源系統的檢測控制系統,空調水系統的監測控制系統,通風與空調系統的監測控制系統,監測與計量裝置,供配電的監測控制系統,照明自動控制系統,綜合控制系統等。
4.建筑節能工程基本要求和重點
4.1一部涉及多專業的驗收規范
《規范》是根據國家現行法規和相關標準,總結了近年來我國建筑工程中節能工程的設計、施工、驗收和運行管理方面的實踐經驗和研究成果,借鑒了國際先進經驗和做法,充分考慮了我國現階段建筑節能工程的實際情況,突出了驗收中基本要求和重點。內容包括:墻體、幕墻、門窗、屋面、地面、采暖、通風與空調、空調與采暖系統冷熱源及管網、配電與照明、監測與控制等建筑節能工程。是我國第一部涉及多專業的節能工程施工質量驗收規范。
4.2嚴格執行強制性條文
《規范》第1.0.5、3.1.2、3.3.1、4.2.2、4.2.7、4.2.15、5.2.2、6.2.2、7.2.2、8.2.2、9.2.3、9.2.10、10.2.3、10.2.14、11.2.3、11.2.5、11.2.11、12.2.2、13.2.5、15.0.5條,共20條強制性條文,比相關專業驗收規范的強制性條文多,必須嚴格執行。
4.3單位工程驗收應在建筑節能分部驗收合格后進行
根據國家規定,建設工程必須節能,節能達不到要求的建筑工程不得驗收交付使用。因此,規定單位工程竣工驗收應在建筑節能分部工程驗收合格后方可進行,并用黑體字標志為強制條文,必須嚴格執行。也就是建筑節能驗收是單位工程驗收的先決條件,具有“一票否決權”。
4.4涉及節能的設計變更應嚴加限制
由于種種原因,施工中可能需要改變節能設計。為了避免這些改變影響節能效果,所以對涉及節能的設計變更應嚴格加以限制。一是任何有關節能的設計變更,均需事前辦理設計變更手續;二是有關節能的設計變更不應降低節能效果;三是涉及節能效果的設計變更,除應由設計單位認可外,還應報原負責節能設計審查機構審查方可確定;四是確定變更后,并應獲得監理或建設單位的確認。這一設定增加了節能設計變更的難度,目的是為了盡可能維護已經審查確定的節能設計要求。減少不必要的節能設計變更。
4.5采用“四新”技術應進行評審、鑒定及備案
建筑節能工程采用的新技術、新設備、新材料、新工藝,簡稱四新技術。四新技術由于新,尚沒有標準可作為依據。因此,對于四新技術的應用,應采取積極、慎重的態度。國家鼓勵建筑節能工程施工中采用四新技術,但為了防止不成熟的技術和材料被應用到工程上,國家同時又規定了對四新技術要進行科技成果鑒定,技術評審或實行備案等措施。具體做法是:應按照有關規定進行評審、鑒定及備案方可采用。
4.6施工組織設計應包括節能工程施工內容
鑒于建筑節能的重要性,單位工程的施工組織設計應包括建筑節能工程施工內容。建筑節能工程施工前,施工單位應編制建筑節能工程施工技術方案并經監理(建設)單位審查批準。施工單位應對從事建筑節能工程施工作業的專業人員進行技術交底和必要的實際操作培訓,以保證節能施工效果。
4.7材料和設備進場驗收
材料和設備進場驗收通常可分為三個步驟:一是對外觀質量進行檢查。對其品種、規格、包裝、外觀和尺寸等“可視質量”進行檢查驗收,并經監理工程師或建設單位代表核準,形成相應的質量記錄。材料和設備的“可視質量”,是指那些可以通過目視和簡單的尺量、稱重、敲擊等方法進行檢查的質量。二是對質量證明文件進行核查。這些質量證明文件主要包括出廠合格證、產品說明書及相關性能檢驗報告、形式檢驗報告等;進口材料和設備應有出入境商品檢驗報告。三是按《規范》各章及附錄A提出的進場材料和設備的復驗項目,實施見證取樣和送檢,以驗證其質量是否符合要求。
4.8現場實體檢驗
建筑節能工程現場實體檢驗,包括圍護結構現場實體檢驗和系統節能性能檢測兩大部分。一是對圍護結構的外墻節能構造和嚴寒、寒冷、夏熱冬冷地區的外窗氣密性進行現場實體檢測。外墻節能構造現場實體檢驗方法,采用附錄C鉆芯取樣檢驗方法進行檢測,并出具檢測報告。外窗氣密性的實體檢測,是指對已完成安裝的外窗在其使用位置進行的測試,是檢驗外窗的安裝(含組裝)質量,能夠有效防止“送檢窗合格,工程用窗不合格”的“掛羊頭、賣狗肉”不法行為。二是對系統節能性能進行檢測。采暖、通風與空調、配電與照明工程安裝完成后,應進行系統節能性能的檢測,由建設單位委托具有相應檢測資質的檢測機構進行檢測,并出具見證檢測報告。檢測項目、抽樣數量、允許偏差或規定值,按《規范》14.2.2表列的9個檢測項目進行。
4.9建筑節能效果只能通過檢測數據來評價
《規范》中相關章節及附錄,對節能材料和設備進場復驗項目規定有12項;圍護結構現場實體檢驗項目規定有2項;系統節能性能檢測項目規定有9項。這些復驗項目、檢測項目的數據,在分項、分部工程驗收中用來評價質量是否符合施工圖設計文件的要求,是否符合施工質量驗收規范、標準的規定,是否符合施工合同約定,是否達到建筑節能效果。因此檢測結論的正確與否十分重要。國家建設部第141號令,《建設工程質量檢測管理辦法》第十二條規定由建設單位委托具有相應資質的檢測機構進行檢測,并簽訂書面合同。故目前承擔建筑節能工程檢測試驗的檢測機構應具備見證檢測資質,并通過節能試驗項目的計量認證。
4.10把圖像資料列入《規范》。本規范第4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、15章,均要求對節能有關的隱蔽部位或內容進行隱蔽工程驗收,并應有詳細的文字記錄和必要的圖像資料。這是我國第一次把圖像資料列入了驗收規范,以驗證其隱蔽工程的真實性和可追溯性。
5.施工準備階段質量控制要點
5.1建筑節能工程施工圖設計文件審查情況。
5.2建筑節能工程施工圖設計文件審查備案情況。
5.3涉及建筑節能效果的設計變更重新報審和建設、監理單位確認情況。
5.4建筑節能工程施工專項方案及建筑節能監理規劃和實施細則編制、審批情況。
5.5建筑節能專業施工人員崗前培訓及技術交底情況。
5.6對建筑節能示范樣板的確認。
6.施工過程質量控制要點
6.1材料、構配件和設備質量:①主要材料、構配件和設備的規格、型號、性能與設計文件要求是否相符。②主要材料、構配件和設備的合格證、中文說明書、形式檢驗報告、定型產品和成套技術應用型式檢驗報告、進場驗收記錄、見證取樣送檢復試報告的核查情況。③對材料、構配件和設備的進場驗收簽認情況。
6.2墻體節能工程:①基層表面空鼓、開裂、松動、風化,平整度及妨礙粘結的附著物的處理。②保溫層重點對保溫、牢固、開裂、滲漏、耐久性、防火等性能進行檢查。③雨水管卡具、女兒墻、分隔縫、挑梁、連梁、壁柱、空調板、空調管洞、門窗洞口等易產生熱橋部位保溫措施。④施工產生的墻體缺陷(如穿墻套管、腳手架眼、孔洞等)處理。⑤不同材料基體交接處、容易碰撞的陽角及門窗洞口轉角處等特殊部位的保溫層防止開裂和破損的加強措施。⑥隔汽層構造處理、穿透隔汽層處密封措施、隔汽層冷凝水排水構造處理。⑦非采暖公共間(如普通住宅樓梯間、高層住宅疏散樓梯間、電梯前室、公共通道、公共大堂大廳、地下室等)按圖施工情況。
6.3幕墻節能工程:①幕墻工程熱橋部位的隔斷熱橋措施。②幕墻與周邊墻體間的縫隙處理。③建筑伸縮縫、沉降縫、抗震縫等變形縫的保溫密封處理。④遮陽設施的安裝。
6.4門窗節能工程:①外門窗框或副框與洞口、外門窗框之間的間隙處理。②金屬外門窗隔斷熱橋措施及金屬副框隔斷熱橋措施。③嚴寒、寒冷、夏熱冬冷地區建筑外窗氣密性現場實體檢驗情況。④嚴寒、寒冷地區的外門安裝及特種門安裝的節能措施。⑤外門窗遮陽設施的安裝。⑥天窗安裝位置、坡度、密封節能措施。⑦天窗扇密封條的安裝、鑲嵌、接頭處理。⑧門窗鍍(帖)膜玻璃的安裝方向及中空玻璃均壓管密封及中空玻璃漏點復檢情況。
6.5屋面節能工程:①屋面保溫、隔熱層鋪設質量、厚度控制。②屋面保溫、隔熱層的平整度、坡向、細部及屋面熱橋部位的保溫隔熱措施。③屋面隔汽層位置、鋪設方式及密封措施。
6.6地面節能工程:①基層處理的質量。②地面保溫層、隔離層、防潮層、保護層等各層的設置和構造做法以及保溫層的厚度。③地面節能工程的保溫板與基層之間、各構造層的粘結及縫隙處理。④穿越地面直接接觸室外空氣的各種金屬管道的隔斷熱橋保溫措施。⑤嚴寒、寒冷地區的建筑首層直接與土壤接觸的地面、采暖地下室與土壤接觸的外墻、毗鄰不采暖空間的地面及底面直接接觸室外空氣的地面等隔斷熱橋保溫措施。
6.7采暖節能工程:
①采暖系統安裝應檢查以下內容:⑴采暖系統的制式及安裝;⑵散熱設備、閥門與過濾器、溫度計及儀表安裝;⑶系統各分支管路水力平衡裝置安裝及調試的情況;⑷分室(區)熱量計量設施安裝和調試的情況;⑸散熱器恒溫閥的安裝。
②采暖系統熱力入口裝置的安裝應檢查以下內容:⑴熱力入口裝置的選型;⑵熱計量裝置的安裝和調試的情況;⑶水力平衡裝置的安裝及調試的情況;⑷過濾器、壓力表、溫度計及各種閥門的安裝。
③采暖管道的保溫層、防水層施工。
④采暖系統安裝完成后的系統試運轉和調試。
6.8通風與空調節能工程:
①通風與空調節能工程中的送、排風系統、空調風系統、空調水系統的安裝應檢查以下內容:⑴各系統的制式及其安裝;⑵各種設備、自控閥門與儀表安裝;⑶水系統各分支管路水力平衡裝置安裝及調試的情況;⑷空調系統分棟、分戶、分室(區)冷、熱計量設備安裝。
②風管的制作與安裝應檢查以下內容:⑴風管嚴密性及風管系統的嚴密性檢測;⑵風管與部件、風管與土建風道及風管間的連接;⑶需要絕熱的風管與金屬支架的接觸處、復合風管及需要絕熱的非金屬風管的連接和加固等處的冷橋處理。
③各種空調機組的安裝、與風管連接的情況及現場組裝的組合式空調機組各功能段之間連接檢測。
④風機盤管機組的選型及安裝和調試的情況。
⑤空調與通風系統中風機的選型及安裝。
⑥帶熱回收功能的雙向換氣裝置和集中排風系統中的排風熱回收裝置選型及安裝。
⑦空調機組回水管上的電動兩通調節閥、風機盤管機組回水管上的電動兩通(調節)閥、空調冷熱水系統中的水力平衡裝置、冷(熱)量計量裝置等自控閥門與儀表的選型及安裝。
⑧風管和空調水系統管道隔熱層、防潮層選材。
⑨空調水系統的冷熱水管道及配件與支、吊架之間絕熱襯墊安裝和冷橋隔斷的措施。
⑩通風與空調系統安裝完畢后的通風機和空調機組等設備的單機試運轉和調試及通風空調系統無生產負荷下的聯合試運轉和調試檢測。
6.9空調與采暖系統冷熱源及管網節能工程:①空調與采暖系統冷熱源設備和輔助設備及其管網系統的安裝。②空調冷熱源水系統管道及配件絕熱層和防潮層的施工情況。③空調與采暖系統冷熱源和輔助設備及其管道和管網系統安裝完畢后的系統試運轉及調試情況。
6.10配電與照明節能工程:①鍋爐房動力用電、冷卻塔水泵用電和照明用電計量設備安裝②住宅公共部分和公共建筑的照明的高效光源、高效燈具和節能控制裝置安裝。③水泵、風機等設備的節能裝置安裝。④低壓配電系統及照明系統檢測。
6.11監測與控制節能工程:①監測與自動控制系統的安裝、調試和聯動情況。②監測和自動控制系統與空調、采暖、配電和照明等系統聯動運行、監測情況。
7.竣工驗收階段質量控制要點:
7.1建筑節能工程驗收應滿足以下條件:①施工單位出具的建筑節能工程分部質量驗收報告,建筑圍護結構的外墻節能構造實體檢驗,嚴寒、寒冷和夏熱冬冷地區的外窗氣密性現場實體檢測,采暖、通風與空調、照明系統檢測資料等合格證明文件,以及施工過程中發現的質量問題整改報告等;②檢查建筑節能分部工程重點部位隱蔽驗收記錄和相關圖像資料;③檢查相關節能分部工程檢驗批、分項工程、子分部工程驗收合格標準及合格依據,以及檢驗批和分項工程的劃分;④設計單位出具的建筑節能工程質量檢查報告;⑤監理單位出具的建筑節能工程質量評估報告。
7.2驗收組成員組成及節能驗收程序是否符合規定。
7.3對節能工程實體質量進行抽測、對觀感質量進行檢查。
7.4對節能工程竣工資料進行核查。
7.5確認程序合法、質量合格后,參建各方在《建筑節能分部工程質量驗收表》上簽字;
工程項目的成功與否大部分原因在于風險管理的好壞,對于傳統性工程項目風險管理,已有很多學者對其進行了研究,提出了各種風險識別、風險評價、風險轉移及風險規避方法,在風險管理理論研究層面和實踐探索層面上都取得了一定的成就。但我國工程項目風險管理水平與發達國家相比較,還存在較多的不足之處。
1)風險管理意識不強烈。我國市場經濟存在著某些不規范的運行機制,企業不能積極主動地進行風險管理。
2)風險管理體系不完善。沒有積累形成系統的風險管理數據庫,沒有專業的風險管理咨詢機構,對企業自身而言,對風險進行很好的管控難度較大。
3)風險管理法律法規制度不完善。我國目前已有的各種建筑法規、條例缺乏實質的可操作性,在企業風險管理過程中無法應用。
4)工程擔保制度不完善。工程項目不確定性因素多,風險種類繁多,保險對其各種風險針對性不強,保險內容老套,缺乏靈活性。因此,對于節能建筑的風險管理,目前對其研究更加處于空白狀態,與一般工程項目風險一致,節能建筑風險也注重的是各類風險給節能建筑項目帶來的不利后果,但節能建筑風險類型與一般建筑相比有所改變和擴大,節能建筑不僅僅注重經濟效益,更重要的是經濟效益、環境效益和社會效益整個目標體系的協調。因此,節能建筑風險管理比傳統建筑更為困難和突出。需面對節能建筑這種新興的建筑形式,探索風險特性及其管理方法,對節能建筑和工程風險管理體系的發展起到一定的推動作用。
2節能建筑的風險特性及風險因素
“風險”,就是生產目的與勞動成果之前的不確定性,一般有兩層含義,一種是強調風險表現為收益的不確定性;另一種則強調風險表現為成本或代價的不確定性。不確定性使其形成了風險因素、風險事件和可能造成的損失。而工程項目以建筑物或構筑物為目標產出物,需要支付一定的費用、按照一定的程序、在一定的時間內完成,并應符合質量要求,是技術、經濟、組織、管理等各方面協調而得到的綜合產物。較一般項目而言,節能建筑風險特征加入了社會及環境效益對其的影響,這大大增加了項目的風險因素,使得節能建筑建設風險比一般建筑更為明顯。
2.1節能建筑的風險特性分析
1)目標復雜性、長期性。傳統建設項目目標僅為質量、進度、投資、安全等目標,更多的是著眼于建設階段,不考慮建筑物對后期運營的影響。而節能建筑重點在于考慮對能源環境的影響,在全壽命周期內,使其發揮很好的環境效益和社會效益,在建造階段增加少量的成本達到全壽命周期內成本節約的效果。建設目標更多、涉及的時間范圍更長,風險更為復雜多樣。
2)效益的模糊性。傳統建筑物重視項目產生的經濟效益,而經濟效益易于量化。節能建筑具有典型的經濟附加性,而節能建筑物從建設到使用直至報廢,由經濟、環境、社會效益公共作用下所體現的長期效益難以直觀地用數字展現出來,在節能建筑相關評價體系和管理制度不明確的現狀下,增加了項目各參與方的風險管理難度。
3)節能建筑是為適應當前的社會經濟環境,堅持可持續發展,響應節能減排而誕生的新型建筑。國內外對節能技術、節能方案以及制定相應的政策制度都還處于探索階段,可供借鑒的節能建筑風險管理案例較少,所以對于節能建筑項目參與者而言,風險管理難度加大。
2.2節能建筑的風險影響因素分析
1)技術風險性。每一工程項目都會經歷立項、設計、施工、竣工驗收、投入使用、后期評價幾個階段,對于節能建筑,需要滿足一些特殊的需求,因而需要采用一些新的設計思路、施工技術、使用新型材料等等。設計人員的水平高低直接影響節能項目的成功與否,若設計人員缺乏節能建筑設計經驗或過于自信的創造性設計以及圖紙施工操作性差都會給承包商帶來額外的風險。再則,承包商對節能施工技術的把握是否透徹也是項目成功與否的關鍵,承包商技術不過關導致無法達到節能目標,增加了項目本身的風險。以及節能材料設備生產技術對節能建筑的影響,節能材料、設備性能不穩定會給項目帶來極大的風險。
2)管理風險性。項目各參與方的管理能力影響項目質量的好壞,節能建筑存在管理風險原因在于我國節能建筑發展處于初始探索階段,業主方、承包方、設計方均對節能建筑的認識有限,不能很好把握節能建筑成本與效益的合理比例,缺乏有經驗的管理人員,且國內外可供借鑒的管理案例少之又少,達不到對節能建筑有效控制和動態管理的效果,增大了風險轉變為損失的可能性。
3)社會及政策風險性。節能建筑申報環節多,審批程序復雜,公眾對節能建筑的接受程度不高。相關法律法規及節能標識評價體系不夠完善,且節能建筑相應政策處于發展探索階段,政策標準變化大,使節能建筑的社會及政策風險遠遠超過一般建筑。
3節能建筑建設風險管理措施
3.1技術風險管理措施
1)提高項目各參與方技術水平,成立專家組對節能建筑知識進行培訓,加強節能建筑知識普及,這是一個長期的過程。
2)加強項目各參與方溝通,有效規避部分風險。針對實際操作過程中所發生的問題,如節能設計施工操作性不強,施工單位對設計理解不足等,應加強施工單位與設計單位的溝通力度,可使施工單位提前介入設計階段,為設計人員提供參考意見。
3)加強新型節能建筑材料和設備穩定性試驗,嚴格把關質檢,避免節能材料、設備造成的風險損失。
3.2管理風險規避措施
1)建立專門的節能建筑風險管理咨詢機構,彌補業主方、設計方、承包方自身等對節能建筑風險管理的局限性。
2)加強工程招投標管理和合同管理,嚴格考核設計單位及施工單位的業務水平,系統論證節能施工技術方案的可行性。在合同中明確各方責任,督促各參與方自我管理行為。
3)建立節能建筑風險信息系統,由專門的機構負責節能建筑的數據整理與收集,積累節能建筑風險信息,便于專家學者研究以及后續項目的經驗借鑒。
3.3社會及政策風險應對措施
1)強化大眾的風險管理意識,大力宣傳節能建筑的綜合效益,使大眾認識到節能建筑風險管理的重要性。
2)積極建立節能建筑規范化實施的政策文件,落實相應的資金補助和保障措施。對于政策標準的變化所帶來的風險,可通過調整營銷策略,提前考慮節能規劃,制定相應的節能施工方案。
4結語
關鍵詞:節能建筑耗熱量結構熱工設計
建筑節能在國內外一直是倍受重視的研究課題,優其在我國建筑行業科技發展與產業的建設中更是一個緊迫的、重要的研究課題。
一、前言
我國是能源短缺的國家,人均能源占有率不足美國等發達國家的1/5。但我國的能源浪費又十分嚴重,能源便用不合理。在建筑方面有人作過統計,我國以采暖、空調為主的建筑能耗占全國能耗的10.7%,占采暖地區社會能耗的21.4%。具體表現為外墻、屋頂耗能為發達國家的4倍,門窗為2倍,空氣滲透為5倍。為此國家建設部制訂了建筑節能規劃,提出了從1996年至2005年分三個階段,每階段逐級節能30%。為此1999年我校同德國奧爾登堡高等專科學校、長春星宇集團合作在吉林省立頂“21世紀北方節能建筑的研究”。研究確定建筑耗熱量指標不高于17.4w/㎡。課題結束后,在長春工程學院建成306㎡的示范性綠色節能建筑,在星宇名家住宅小區建成6871㎡的示范工程。本文以306㎡的示范工程為基準,對該頂目的熱工設計作以簡單介紹。
二、外墻的熱工設計
為保證建筑耗熱指標17.4w/㎡的限制,外墻的傳熱系數限值為≤0.3w/㎡k。
1、外墻主體部位的傳熱系數計算
主墻體結構見圖一:
圖一主墻結構圖
墻體的傳熱系數的計算用下式:
W/㎡.℃(4)
式中:K---墻體的傳熱系數,W/㎡.℃;
---墻體內外表面的對流換熱系數,W/㎡.℃;
---墻體各層的厚度,m;
---墻體各層的導熱系數,W/m.℃。
對于圍護結構內表面的換熱系數,查暖通空調設計技術措施P28得R=0.133;則=7.52W/m.℃;查查暖通空調設計技術措施P30得=23W/m.℃。查得:水泥沙漿面層的導熱系數為0.93;增強纖維網布的導熱系數為0。058;苯板的導熱系數為0.027;聚合砂漿的導熱系數為0.93;混凝土空心磚的導熱系數為0.29;聚合砂漿內飾面的導熱系數為0.93。
代入已知條件得:
W/㎡.℃
主墻體部分的面積為外墻總面積減去窗洞面、窗臺上部冷橋的面積、窗臺下部冷橋的面積、樓處冷橋的面積、外門洞面積、二樓門連窗的面積,本建筑的窗洞面積為,6×1.5×1.6+12×1.8×1.6+6×0.9×1.6=57.6㎡,外門洞的面積有一樓二個M4,二樓二個M1,總面積為:1×2×2+0.7×2×2=7.8㎡,
所以主墻體部分的面積為:
㎡
2、外墻周邊熱橋部分的傳熱系數
(1)窗臺下邊部分的傳熱系數
窗臺部分見圖二:
圖二窗臺下部墻體圖
窗臺板取100㎜厚,材料為鋼筋混凝土,導熱系數為1.512W/m.℃,中間苯板的導熱系數為0.027W/m.℃,內表面對流換系數為7.52W/㎡.℃,外表對流換熱系數為23W/㎡.℃。則傳熱系數如下:
W/㎡.℃
窗臺下部冷橋的面積計算,一、二層C1(洞口尺寸1500*1600)窗共6個,C2(洞口尺寸1800*1600)窗共12個,C3(洞口尺寸900*1600)窗共6個,二樓兩個門連窗的下部冷橋的面積,窗臺板伸出窗洞一側為120㎜總面積為:
㎡
(2)窗臺上邊部分的傳熱系數
窗臺上邊部分的結構見圖三:
圖三窗臺上部墻體圖
各層的導熱系數同上,代入見下式:
W/㎡.℃
窗臺上部冷橋的面積為過梁長乘厚度,過梁厚為200㎜,過梁長伸出窗洞每側為240㎜,同時包括一樓兩個M4外門的過梁的冷橋,二樓兩個M1的過梁的冷橋,二樓兩個MC-1的過梁冷橋,所以面積為:
(3)樓板部分冷橋傳熱系數
樓板部分結構見圖四:
圖四樓板部墻體圖
代入已知條件計算得:
W/㎡.℃
樓板部分冷橋的面積用樓板厚乘樓板的外截面積,樓板厚取120㎜,則面積為:
㎡
外墻的平均傳熱系數為:
從設計看出外墻的傳熱系數為0.203w/㎡k,小于0.3的限定值,符合設計要求。
墻體總面積為:238.258㎡。
三、屋頂熱工設計
屋頂傳熱系數的限值為0.4w/㎡k。
屋頂的結構見下圖五:
圖五屋頂結構圖
屋頂各層結構的熱工性能同上,代入已知條件得如下所示:
W/㎡.℃
從計算值看出屋頂的傳熱系數基本符合限定值的要求。
屋頂的面積為:F屋=14.86×10.46-3.2×1.5×2-2×4×1.1=137.04m2
四、地面熱工設計
地面傳熱系數的限定值為0.3w/㎡k。
地面的結構見圖六:
圖六地面結構圖
直接鋪設在地面上的保溫地面,各地帶的傳熱阻用下式計算:
㎡.℃/W(7)
式中:R0---非保溫地面各地帶的熱阻,分別如下:
第一地帶R0=2.15㎡.℃/W
第二地帶R0=4.3㎡.℃/W
第三地帶R0=8.62㎡.℃/W
第四地帶R0=14.22㎡.℃/W
--保溫層厚度,m;
---保溫層材料的導熱系數,W/m.℃
所以各地帶的導熱系數如下:
第一地帶R0=2.15+0.12/0.027=6.59㎡.℃/W
第二地帶R0=4.3+0.12/0.027=8.74㎡.℃/W
第三地帶R0=8.62+0.12/0.027=13.06㎡.℃/W
第四地帶R0=14.22+0.12/0.027=18.664㎡.℃/W
各層的傳熱系數為:
第一地帶K0=1/R0=0.152W/㎡.℃
第二地帶K0=0.1144W/㎡.℃
第三地帶K0=0.077W/㎡.℃
從計算值看出地面的傳熱系遠小于0.3限定值。
各地面的面積為:
第一地帶F0=14.86×2×2+(10.46-4)×2×2=85.28㎡
第二地帶F0=(14.86-4)×2×2+(10.46-8)×2×2=53.28㎡
第三地帶F0=(14.86-8)×2×2=27.44㎡
第四地帶F0=0㎡
五、窗和門的熱工設計
窗和門的傳熱系數限定為1.6w/㎡k。
1、窗的熱工設計
外窗全部為鋼塑窗單框雙玻,傳熱系數均為:K=1.6W/㎡.℃,屬合要求。
各朝向的面積分別為:F南=8×1.8×1.6=23.04㎡
F西=2×1.8×1.6+2×1.5×1.6=10.56㎡
F北=8×0.9×1.6+2×1.5×1.6=16.32㎡
F東=2×1.5×1.6+2×1.8×1.6=10.56㎡
2、門的熱工設計
門的傳熱系數限定值為1.6w/㎡k。
外門均采用雙層保溫門,傳熱系數為:K=1.6W/㎡.℃,屬合要求。各朝向的外門面積為:
F南=2×0.7×2=2.8㎡,F北=4×1×2=8㎡
把空氣滲入耗熱量等計算后得出,單位面積耗熱指標為15.55w/㎡。
六、熱工測試
星宇名家的6871㎡節能建筑2002年6月完工,2002年12月至2003年1月請哈爾濱工業大學建筑節能檢測中心進行了熱工測試。檢測內容是;1)建筑物單位耗熱量;2)建筑物室內平均溫度;3)建筑物圍護結構傳熱系數;4)建筑熱橋部位的內表面溫度;5)建筑物的熱工缺陷等。檢測結果如下:1)室內平均溫度19.51℃;2)室外溫度-10.24℃;3)供熱量44.73kw;4)建筑物單位采暖耗熱量15.95w/㎡。5)熱橋內表面溫度12.25℃。
建筑節能是一項系統工程。在策劃、實施及取得持續實效的長期過程中涉及規劃、設計、施工、調試、運行、維修等諸多環節。在實施中涉及諸多技術與產品。而這引起技術與產品又涉及諸多專業及產業,縱橫交錯,相互推動和制約。在價值觀上又涉及一次投資、運行費、維修費、改造費等眼前與長遠利益、產品增值效益等諸多利益的權衡取舍。在提高建筑圍護結構保溫隔熱性能,減少冷熱負荷的同時應對建筑節能設備與產品的發展服給予足夠重視。
這里就建筑節能設備與產品的發展趨勢,談幾點看法供參考
影響發展的幾個重點觀念
1.充分注意地區差異的觀念。我國幅員遼闊,地區氣候、人文、經濟水平均有較大差異。不可能用一種類型設備通行全國。對于引進國外產品應分析其產生和應用的背景與我國的異同,擇其善者而用之。超級秘書網
2.建立壽命周期成本觀念,一般應按建筑壽命五十年內發生的各項費用,取其總和較低者作為選取決策的依據,不應只考慮一次投資最低者。
3.外墻應采用復合結構的觀念。在推進墻體材料革新時一定要考慮、分析原有傳統墻材構成的墻體的諸功能的新墻體中均能得到落實,而且能有效結合,形成整體工作。國內外實踐均表明應走復合結構之路。
關鍵詞: 建筑節能;保溫材料;發展趨勢
中圖分類號:TE08文獻標識碼: A
一、目前現狀
我國是能耗大國,建筑能耗又占全國總能耗的很大一部分,單位建筑能耗比同氣候條件下發達國家高出二十余倍,建筑能源在高消耗的過程中很容易對環境產生諸多不良影響。建設資源節約型社會,是我國重大戰略決策,建筑節能在我國經濟發展中占有重要地位,直接關系到社會經濟的可持續發展。提高建筑的保溫隔熱性能是降低建筑能耗的關鍵,建筑保溫材料是實現建筑節能的最基本的條件。在國外發達國家已經廣泛使用的背景下,全國范圍內新型建筑保溫材料的用量日益增多,推廣使用的政策力度加大。隨著建筑節能要求的進一步提高,各種新型墻體材料的研究和應用是建筑建材工業可持續發展的又一個新趨勢。
二、影響建筑節能效果的因素
加強建筑節能措施,首先要了解決定節能效果的因素,影響建筑節能的因素有很多,筆者認為主要有墻體節能、屋面節能、門窗節能等幾個主要方面。這幾個方面目前存在的主要問題為:
2.1 墻體
就墻體節能而言,傳統的用重質單一材料增加墻體厚度來達到保溫的作法已不能適應節能和環保的要求,而復合墻體越來越成為墻體的主流。墻體保溫分為墻體內保溫和墻體外保溫兩種。墻體內保溫節能因效果不理想已不再提倡采用,墻體外保溫應用比較廣泛。目前,墻體外保溫多采取無機保溫砂漿拌合波化微珠或聚苯顆粒保溫砂漿,兩者的阻燃性能,試塊抗壓強度,傳熱系數各有優劣,大多數城市因為消防要求,采用無機保溫砂漿這種阻燃性能A級材料,但由于材料本身的材質,和施工過程中的技術水平參差不起,使得外保溫存在抗裂技術水平不足,容易出現保溫層與保護層裂開的現象,不能起到保溫的作用;在溫差變化較大地區,外墻保溫材料的保溫層及保護層容易損壞,耐久性差;傳統的保溫節能墻體不能滿足新的節能標準的要求,需要新的節能墻體體系。
2.2 屋面
建筑工程的屋面形式主要有坡屋面和平屋面兩種。坡屋面多應用于低層建筑,平屋面多應用于高層建筑。目前,屋面工程節能方式和選取材料種類較多。坡屋面應用較多的是瓦片和鋼筋砼形式。平屋面應用較多的是保溫材料隔層,大多采用聚苯板,泡沫玻璃等,架空隔層以及使用很少的蓄水形式。這些保溫隔熱節能措施都存在一定程度的阻熱小、傳熱快、外觀質量差等不足,因此,研究新的屋面節能形式是當前至關重要的。
2.3 門窗
門窗是建筑圍護結構的重要組成部分,也是房屋室內與室外能量阻隔最薄弱的環節。然而,回顧近年來推廣應用節能門窗的歷程,發現了不容忽視的問題。
目前,塑料節能門窗,技術上已經發展成熟,從性能上看,是一個理想產品。而鋁塑復合節能門窗近幾年開發出來的新產品,生產廠家和使用工程越來越多。就整體鋁塑復合門窗產品而言,它剛度好,外觀美,制作快,保溫性能能夠達到標準要求,是個前景較為廣闊的產品。當然也存在著急待解決的問題:一是鋁塑復合節能門窗型材標準問題。經常會出現鋁塑型材復合強度低、脫節等現象,影響在門窗上的使用。二是由于鋁塑復合型材先天設置不足,無法在成窗上設置排水、導流及氣壓平衡孔,使鋁塑復合節能窗的導水、排水性能大為降低。三是目前的鋁塑復合節能窗缺少與之配套的標準五金配件,現有的鋁塑節能門窗同閉器,執手,鉸鏈等五金件均是各企業自己加工制造,屬非標準件,不具互換性。
三、提高建筑節能效果的措施
3.1 墻體節能改進措施
根據建筑節能新標準,墻體材料發展要適應節材、節能、環保和墻體隔熱的要求。為提高墻體節能體系的抗裂抵制能力和耐久性,應研制新的墻體節能材料體系。
3.1.1 復合燒結新型墻體
新型的復合燒結墻體節能體系,可以生產出低能耗、低污染、高性能、高強度、多功能的墻體材料。發展綠色制磚技術,合理利用現有資源,設置生活及建筑垃圾,使“無用”變“有用”,還能更好的保護不再生資源,起到增強墻體節能的作用。大力推廣節能型燒磚窯的研究和開發,提高技術設備水平,降低能耗,淘汰落后的生產工藝,結合不同地區的資源情況,制定符合本地區特點的墻體節能體系的研發和運行。
3.1.2 新型粉煤灰磚
高摻量的高性能粉煤灰制品具有高強度、低收縮、高熱工性能等優良特性,并且減少對大氣的污染,又可以大量的利用粉煤灰,是墻體材料創新和節能的新思路。
3.1.3 新型混凝土砌塊
目前,混凝土砌塊的型式也是多種多樣,適合建筑節能的主要為多排孔的保溫復合砌塊。小型建筑砌塊由于其良好的抗壓強度和保溫性能,近年來也得以迅速發展。目前工程中所采用的混凝土空心砌塊、硅酸鹽砌塊、加氣混凝土砌塊、陶粒砌塊、粉煤灰砌塊等具有一系列優點:自重輕、單塊體積大、砌筑灰縫少、工效高、工人勞動強度減輕、保溫隔熱性能好、能耗低、可以利用廢物、節約土地資源。
3.2 屋面節能改進措施
屋面節能方式雖然多種多樣,可都不同程度的存在著很大的不足,本文重點介紹新型屋面節能形式――綠色屋面節能形式。
所謂綠色屋面節能形式主要是指以土壤和植被為介質,利用建筑屋面種植花草樹木,改善生態環境,營造綠色空間,降低能耗,節約能源,提高人民群眾的居住、生活質量。綠色屋面節能的主要優勢在于:
3.2.1 對于室內溫度,可以起到冬暖夏涼的控制作用,有效的發揮保溫隔熱作用。從而有效控制了能源的消耗,達到節能的目的。
3.2.2 綠色屋頂不僅可以吸收熱量,降低溫度,增加濕度,還能形成一層“空氣過濾網”。據資料統計,一平方米屋頂草地每年可以去除0.2公斤空氣中懸浮顆粒。
3.2.3 綠色屋頂還能起到吸收噪音、隔音的作用。土壤層易阻擋頻率較低的聲音,植物易阻擋頻率較高的聲音。土壤層厚12厘米,綠色屋頂可以降低噪音40分貝,土壤層厚20厘米,可降低46至50分貝。
3.2.4 儲存雨水:在建筑承重量允許的情況下通過土壤層和排水層儲存更多雨水,滿足灌溉需求。這樣,大量降水不會白白從雨水管流走,也可以減少對城市下水道排水系統的壓力。
3.2.5 除了環保和節能等功能,綠色屋頂還具有審美價值,可望成為都市新景色。
3.3 門窗節能改進措施
根據門窗節能方面存在的問題,主要應通過如下幾個方面改進:
3.3.1 新產品在國家和行業標準未頒布前,各相關復合型材的生產企業,可借鑒同類產品標準,并及時進行逐一相應的檢測,推薦指標一定要因地制宜,作到科學、適用,并合理調整復合工藝,確保型材的復合強度。
3.3.2 合理設計鋁塑復合型材的截面構造,要具有起碼三個以上的保溫隔熱腔,一個排水兼導流、氣壓平衡腔。
3.3.3 可參照相應的國際標準進行設計生產,主管部門和監督部門應對其通用性、技術性把關審查,確保各企業生產的配件都具有使用功能和統一互換性。
四、總結
無論是經濟發達國家還是發展中國家,在各國的總能耗中,建筑能耗都占有相當大的比重。據統計,全世界有30%的能源消耗在建筑上。建筑能耗包括建材生產、建筑施工、建筑日常運轉及建筑拆除等項目的能耗,其中比重最大(約占80%左右)的是建筑日常運轉能耗(主要為采暖、空調、照明、電器、熱水等能源)。隨著各國工業化和人民生活水平的提高,民用建筑的發展,尤其是居住建筑的發展,建筑能耗的比重將越來越大。因此,做好建筑節能這一富有深遠意義的課題將在二十一世紀引起世界廣泛關注。
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