杭州地區(qū)建筑節(jié)能調(diào)研與改造技術(shù)

曹 亮,丁伯陽,劉曉洋

(1.浙江水利水電?？茖W(xué)校建工系,浙江 杭州 310018;2.浙江工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院,浙江 杭州 310012)

隨著土木工程的不斷發(fā)展,我國在各種大型項(xiàng)目上都取得了成就,同時(shí)節(jié)能技術(shù)上也不斷更新,但是與國外相比還存在不少差距.建筑用能正在持續(xù)快速上升,其所占全社會(huì)能耗的比重不斷增大.將從目前的27%左右上升到2020年的35%左右.我國1996-2002年新建房屋建筑面積(16～20)億m2.全國城鄉(xiāng)房屋建筑面積388億m2,其中城市為171億m2.估計(jì)到2020年底,全國房屋面積將達(dá)686億m2.面對(duì)這一背景,加強(qiáng)建筑節(jié)能勢(shì)在必行.

1 低碳建筑物的構(gòu)想與現(xiàn)狀

1.1 低碳建筑一度成為理想的建筑物

曾幾何時(shí),低碳一度成為人們生活方式的代名詞.零碳建筑的構(gòu)想從他產(chǎn)生之初就廣受質(zhì)疑.著名的建筑學(xué)家比爾.鄧斯特一開始就提倡零碳建筑.只有通過先行者的嘗試,成功的經(jīng)驗(yàn)才能積累起來.他的代表作就是貝丁頓社區(qū).目前這種建筑物尚處在示范階段.正是由于綠色低碳建筑的造價(jià)太高,沒有發(fā)展商愿意輕易嘗試.比爾.鄧斯特通過撇開中間商,以組織工廠代購的方式降低采購成本,據(jù)他估計(jì),最后建造的低碳建筑物之比傳統(tǒng)建筑價(jià)格降低10%左右,而且還在繼續(xù)降低.所以從此可以看到低碳建筑物的前景[1].

1.2 運(yùn)用的現(xiàn)狀

杭州地區(qū)的建筑物多以高層為主,建筑物容積率在2～4之間,每家每戶只能看到很少的天空和陽光,達(dá)不到自給供熱發(fā)電的要求.如果照搬英國的低碳建筑,同樣會(huì)因?yàn)闃桥c樓之間的陰影和城市緩慢的風(fēng)力導(dǎo)致空氣交換的系統(tǒng)問題重重.

2 對(duì)杭州地區(qū)的環(huán)境綜合分析

從地理上講,在地形上,杭州地區(qū)平原多于山區(qū).桐廬、富陽以北,蕭山、余杭及市區(qū)的東北部,地勢(shì)平坦,光照充足.丘陵地區(qū),因地形遮蔽和云霧、雷雨較多,光照較差,只有平原地區(qū)的70%.日照情況,全市大部分地區(qū)日照比較充足.日照百分率達(dá)55%～60%或以上.市域中部的河谷平原、新安江庫區(qū)及臨安縣東部,也是光照充足的地方.氣溫上,杭州地區(qū)地處冬冷夏熱地區(qū),一般來說春天和秋天比較短而不明顯,而夏天和冬天比較漫長,正是屬于溫差比較大的地方.晝夜溫差來說,季節(jié)交換的四月和十月比較明顯,其他季節(jié)不太明顯.杭州市氣溫平均年較差為23.8～24.9℃,年平均日較差為7.9～11.0℃.年降水量較大,且一年在5月初前至7月初,8月底至9月底有兩個(gè)雨季,各年之間變化也不均勻.風(fēng)速一年呈現(xiàn)變化較大,風(fēng)力偏小.降雨方面,全年雨水充足,土壤含水量充足,水系分布較廣[2].

3 調(diào)研現(xiàn)有建筑物的能耗措施存在的一些問題

從建筑節(jié)能的措施來講,現(xiàn)有的建筑物的節(jié)能措施比較多,投入的材料符合國家規(guī)范要求,但是發(fā)揮的作用不是很大.所以需要建立一套現(xiàn)有符合杭州地區(qū)特點(diǎn)的建筑節(jié)能體系[3-6].

公共建筑新建的建筑物如杭州市民中心嚴(yán)格按照建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求,在墻體方面采用空心砌塊、夾層玻璃窗等關(guān)鍵措施,使得建筑物本身在設(shè)計(jì)和施工方面達(dá)到了50%的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).除此之外,還在蓄能方面做了工作.但是這一標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)而言的,如果要真正到達(dá)低碳,達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn),還是有差距的.如未充分考慮市民中心臨江的優(yōu)勢(shì),雖是高層建筑卻沒有引入太陽能發(fā)電板儲(chǔ)能或者太陽能熱水器,這無疑是可以在以后建筑節(jié)能改造方面引入的.此外可考慮在建筑物屋頂加入風(fēng)帽等通風(fēng)裝置實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),利用自然壓力將房屋內(nèi)的廢氣排出,使得新鮮空氣進(jìn)入室內(nèi),尤其是在高的樓層,隨著風(fēng)壓增大,效果更為明顯.再如杭州市科技館,作為節(jié)能示范代表,在圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能優(yōu)化、地源熱泵系統(tǒng),幕墻噴霧技術(shù),自然采光、自然通風(fēng)技術(shù)、雨水利用、太陽能光電技術(shù)、建筑隔陽遮陽技術(shù)方面均已形成了一個(gè)完整的系統(tǒng),接近國際標(biāo)準(zhǔn).同時(shí),這么高要求的系統(tǒng)節(jié)能也同樣適用杭州地區(qū)的多數(shù)建筑物,但這方面,還需要政府大力補(bǔ)貼,才能使這些技術(shù)得以推廣.

民用建筑方面以杭州某小區(qū)樓盤為例.它采用地源熱泵技術(shù),整合了新風(fēng)系統(tǒng)、同層排水和隔音低噪等先進(jìn)技術(shù),的確為杭州的樓市帶來了一股新鮮空氣.但因?yàn)槊裼媒ㄖc一般示范工程不同,要求更加適合人體舒適度.而在該小區(qū)建立以后,確實(shí)由于技術(shù)不成熟造成不能完全滿足人體舒適要求.如由于運(yùn)用不當(dāng),沒有采用合適的VRV空氣凈化,出現(xiàn)了空氣流通性較差,舒適度不足,進(jìn)而導(dǎo)致地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用也未能達(dá)到應(yīng)有的效果.

而對(duì)杭州市已建的建筑物,屬于既有建筑物,產(chǎn)生的問題就更多了.通過對(duì)有代表性的小區(qū)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有建筑的改造主要從墻體改造開始.由于過去墻體采用的磚塊都是自保溫結(jié)構(gòu),采用以空心磚或砌塊為主,以外墻外保溫及內(nèi)保溫為輔,有的采用預(yù)制板加砌體結(jié)構(gòu),由于這些結(jié)構(gòu)大多數(shù)以磚混結(jié)構(gòu)為主,因?yàn)榘l(fā)生不均勻沉降以及雨水排水系統(tǒng)不良,墻體粉刷已經(jīng)剝落,墻體出現(xiàn)裂縫,這些都導(dǎo)致了原有結(jié)構(gòu)保溫性能的降低.需要采用外墻外保溫技術(shù)加以改造.另外從采訪當(dāng)中碰到的居民,大多數(shù)都對(duì)自己小區(qū)的墻體保溫技術(shù)不了解,說明開發(fā)商沒有在建造時(shí)詳細(xì)說明,很多所作的工作僅停留在宣傳上,節(jié)能并沒有作為大家購買房屋的鑒別條件.

4 對(duì)杭州建筑物的節(jié)能體系的建議

綜合杭州地區(qū)的環(huán)境分析和建筑物現(xiàn)狀的分析,對(duì)杭州建筑物進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展,需要采用一下措施:

(1)外墻外保溫技術(shù)的推廣,現(xiàn)在外保溫技術(shù)在國內(nèi)都取得了突破性進(jìn)展,尤其在保溫技術(shù)節(jié)能和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)一體化上做的很好.對(duì)新建建筑物多采用聚苯板外保溫技術(shù),對(duì)已有建筑物改造多采用珍珠巖砂漿[7].針對(duì)杭州現(xiàn)有民用建筑磚混結(jié)構(gòu)較多的特點(diǎn),采用珍珠巖砂漿這一技術(shù),施工比較方便,對(duì)承重墻體不會(huì)產(chǎn)生破壞,沒有改變?cè)薪Y(jié)構(gòu),值得推廣.

(2)屋面保溫材料:屋面材料目前要綜合考慮施工工藝是否可行.使用膨脹珍珠巖保溫芯板保溫層代替常規(guī)的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法,克服了常規(guī)作法的諸多缺點(diǎn).很值得采用[4].

(3)杭州市公共建筑采用玻璃幕墻或者大面積的玻璃窗為主的特征,鑒于窗的傳熱系數(shù)比墻小很多,所以面對(duì)這些問題時(shí),首先盡可能選用保溫的玻璃窗和門,例如用Low-E輻射玻璃來代替一般的玻璃,可大大減少傳熱系數(shù),采用內(nèi)夾保溫層的保溫門,也有利于保溫.由于玻璃門窗的更換成本小于結(jié)構(gòu)構(gòu)件,建議對(duì)某些淘汰的單玻璃門窗進(jìn)行修復(fù),改成多層玻璃.但是由于大多數(shù)門窗按照現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)條件換成夾層玻璃成本較高,現(xiàn)在比較可行的方法是采用貼膜,這個(gè)成本相對(duì)較小;再考慮就是選用合理的中空玻璃邊緣密封材料和邊框材料,減少空氣的滲漏量,如框與扇的密封可用橡膠(橡塑)或泡沫密封條.另外,國家還需要進(jìn)一步立法確定玻璃的傳熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn),通過立法對(duì)傳熱系數(shù)過高的玻璃進(jìn)行淘汰.同時(shí)對(duì)過去常見的飄窗、落地玻璃幕墻等加以限制,目前這些設(shè)計(jì)常出現(xiàn)在高層建筑中,但是由于這些凸出窗體及大面積玻璃易受到臺(tái)風(fēng)、冰雹等災(zāi)難性氣候的危害,從而形成建筑安全隱患.目前《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 24-86第4.4.5條設(shè)計(jì)規(guī)范上只有居住建筑(北向)窗墻面積比在0.2以下,其他面都在0.4以下[8].而對(duì)公共建筑目前尚無明確的窗墻比規(guī)定,目前推薦＜0.2.如果這樣的話很多建筑物的窗體面積過大.不符合要求.

(4)杭州地區(qū)的建筑設(shè)備節(jié)能方面:發(fā)展能夠利用太陽能、水能等可再生能源的設(shè)備.

從空調(diào)方面看.歐洲國家的被動(dòng)式太陽能建筑是一種讓陽光射入室內(nèi),不需要附加采暖或制冷設(shè)備,不消耗常規(guī)能源,對(duì)自然提供的能量加以應(yīng)用的完整的建筑節(jié)能系統(tǒng).而該方法將利用坡屋面將太陽能轉(zhuǎn)化為電能、熱能,同時(shí)用風(fēng)力進(jìn)行室內(nèi)空氣的調(diào)節(jié),這個(gè)固然好,但杭州地區(qū)的環(huán)境不同于歐洲,即使在同樣的日照情況下,由于建筑密度大,靠太陽所獲取的能量儲(chǔ)備滿足不了各家各戶的采暖空調(diào)要求,并且根據(jù)我國目前的太陽能利用技術(shù)水平,也是不夠的.因此太陽能利用技術(shù)還有待提高.為了減少太陽能對(duì)于建筑外觀的破壞,可以考慮采用新型太陽能房.杭州下沙地區(qū)高教園區(qū)就利用了太陽能加低谷電的技術(shù)解決了熱水供應(yīng)問題,也沒有太多破壞建筑物外景,值得借鑒[2,9].

(5)在利用水能源方面,杭州地區(qū)的特點(diǎn)是雨水充足,而整個(gè)城市水系分布密集,絕大多數(shù)城鎮(zhèn)地下水位較高,富水土壤比例大,且水系分布廣,可以從分利用境內(nèi)的湖泊江河,這為水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件,但是必須對(duì)能源取樣模式加以改觀.例如杭州建德地處新安江河畔,利用在建筑物安裝水源熱泵設(shè)備從新安江抽水,通過機(jī)房壓縮機(jī)的冷熱轉(zhuǎn)化,把水送到建筑物的通風(fēng)口,放出冷氣或暖氣.同時(shí)水經(jīng)過管道循環(huán),再次流回到機(jī)房.這種水源地泵相比傳統(tǒng)單冷空調(diào),以一幢50000 m2的高級(jí)酒店為例,一天可以節(jié)約3000多kW?h,節(jié)能效果明顯.杭州其他地區(qū)的水源充足,所以水源熱泵技術(shù)大力值得推廣[10].

其他方面,主要是針對(duì)綠色照明技術(shù)和節(jié)能電器的推廣.通過做實(shí)驗(yàn)表明,光是使用目前價(jià)格不是很高的節(jié)能燈就可以省電75%.節(jié)能技術(shù)的推廣需要政府資助,這一方面杭州政府補(bǔ)貼做的很多,市場上節(jié)能燈的價(jià)格在3元左右,所以現(xiàn)在一些民用居民建筑都愿意選擇節(jié)能燈,在節(jié)省電能方面的耗電計(jì)算上這點(diǎn)補(bǔ)貼是可以產(chǎn)生很多效益的[4].

(6)節(jié)能監(jiān)測技術(shù)的建立:鑒于杭州市目前公共建筑耗能較多,采用平均耗能指標(biāo)的概率不利于動(dòng)態(tài)的掌握杭州市建筑耗能的情況,并且一天24 h耗能有很大的波動(dòng),所以建議使用實(shí)時(shí)監(jiān)控的方法來進(jìn)行操作.這套技術(shù)與建筑綠色評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合,真正起到對(duì)建筑的節(jié)能監(jiān)控.

關(guān)于節(jié)能監(jiān)測方面的儀器目前多半在公共建筑中采用,而且作為主要監(jiān)測的外墻墻體為例,就是采用烘箱、導(dǎo)熱系數(shù)測定儀測定傳熱系數(shù).但是大量數(shù)據(jù)的形成需要靠成套的檢測平臺(tái)來掌握.目前的檢測平臺(tái)例如能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺(tái)在上海尚屬試點(diǎn).杭州今后要大力發(fā)展這樣的實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺(tái).

[1]比爾鄧斯特.城市如何讓生活更美好[J]財(cái)智生活,2010(2):25.

[2]張 敏.杭州地區(qū)住宅建筑節(jié)能運(yùn)用研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2008:1-15.

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