大跨度大空間新型采暖節(jié)能方式設(shè)計(jì)探究

朱世偉

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院山西分院，山西太原 030024)

0 引言

從中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)來看，能源問題已經(jīng)逐漸居于經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可忽視的地位。工業(yè)、建筑和交通這三個(gè)部門構(gòu)成了一個(gè)國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)。根據(jù)數(shù)據(jù)表明，建筑能耗中采暖和空調(diào)所消耗的能源占到總能耗的一半以上，由此可見，在建筑節(jié)能中，首要的任務(wù)應(yīng)該是解決供熱能耗。目前，節(jié)能、環(huán)保已經(jīng)成為我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容，而新型的采暖節(jié)能方式在建筑領(lǐng)域也應(yīng)運(yùn)而生。各地采暖方式日趨多元化，由于這些新型的高效節(jié)能的采暖方式的興起，在建筑節(jié)能方面也有了新氣象。本文就大跨度大空間的新型采暖節(jié)能方式的現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)進(jìn)行探究分析。

1 目前大跨度大空間建筑能耗現(xiàn)狀

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，目前，我國(guó)的建筑總能耗占到了社會(huì)終端能耗的20．7%。其中，北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農(nóng)村生活用煤約為1．6億t標(biāo)煤/年，占我國(guó)2004年煤產(chǎn)量的11．4%;建筑用電和其他類型的建筑用能折合為電力，總計(jì)約為5 500億度/年，占全國(guó)社會(huì)終端電耗的27%～29%。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)北方城鎮(zhèn)的采暖能耗已經(jīng)成為了建筑領(lǐng)域中能耗最大的組成部分，約占到建筑總能耗的36%。其中，采暖能耗在單位面積內(nèi)折合標(biāo)準(zhǔn)煤為每年20 kg/m2，占同緯度例如北歐等的條件下建筑采暖能耗的2倍～4倍。

而對(duì)于大跨度大空間的建筑，能耗就更高了，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的大型公共建筑大約有5億m2，耗電量約為70 kWh/m2～300 kWh/m2每年，相當(dāng)于住宅能耗的10倍～20倍，由此可以看出，大跨度大空間的建筑能耗是建筑能源消耗的高度集中的領(lǐng)域。而根據(jù)能源消耗的調(diào)查顯示，這類大跨度大空間的建筑，在能源使用方面，浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，如果合理的利用能源，采用節(jié)能的方式進(jìn)行空間設(shè)計(jì)，則各個(gè)方面的節(jié)能潛力也可以得到很大程度的開發(fā)。

在大跨度大空間的建筑領(lǐng)域中，現(xiàn)在的城市中豪華住宅區(qū)也是能耗嚴(yán)重的區(qū)域，高能耗的住宅大幅度增長(zhǎng)。研究造成能耗高的原因，歸結(jié)起來主要有三點(diǎn):

首先，造成能源高的原因之一是供熱系統(tǒng)的效率低，在熱能的輸配過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)存在嚴(yán)重的熱量損失，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的熱量供給，造成一定的能耗。

其次，造成能源的原因還有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效果不好。

最后，數(shù)據(jù)顯示目前熱源效率不高，而熱源的平均節(jié)能潛力則在15%～20%。

此外，針對(duì)大跨度大空間的建筑能耗現(xiàn)狀的調(diào)查，了解到在過去的建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)于長(zhǎng)江流域的設(shè)計(jì)，沒有考慮過采暖的問題，由于空調(diào)在夏季的使用已經(jīng)大部分都普及了，而改善室內(nèi)熱環(huán)境在冬季的要求和建設(shè)的采暖系統(tǒng)的要求也越來越嚴(yán)峻。在長(zhǎng)江區(qū)域，預(yù)測(cè)大概到2020年，將有大約50億m2的建筑面積有采暖的需求，預(yù)計(jì)新增的采暖煤在每年都需要增加大約1個(gè)億的標(biāo)煤，這個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)逐漸接近了我國(guó)北方建筑在每年的采暖總能耗。

2 對(duì)于大跨度大空間新型采暖節(jié)能方式設(shè)計(jì)的探究

由于大跨度大空間的建筑物需要的采暖方式規(guī)模更為大，必須從建筑本身的結(jié)構(gòu)中去進(jìn)行保暖設(shè)計(jì)，首先在滿足采光、通風(fēng)及美觀的要求下，盡量增加墻體的面積，即降低窗墻比的系數(shù)。其次，是提高門、窗戶、房屋的內(nèi)外墻壁、屋面和地板等的保溫性能，也就是提高房屋的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，也稱為熱工性能，在提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能的同時(shí)，還要充分的利用各種綠色、節(jié)能、環(huán)保的能源，例如太陽能、風(fēng)能、低溫的地?zé)崮艿染G色能源，根據(jù)合理的設(shè)計(jì)研究，使得這種大跨度大空間的建筑物可以在各個(gè)角落都能感受到溫暖。在冬季，建筑物的圍護(hù)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)所傳遞的熱量與門和窗戶通風(fēng)所產(chǎn)生的熱量損失的和，構(gòu)成了建筑物的外圍護(hù)構(gòu)建的熱損失，這時(shí)，門窗散發(fā)的熱量則在外圍護(hù)構(gòu)件保溫條件良好的條件下，成為了主要熱損的原因。

數(shù)據(jù)表明，在一般的建筑物中，外圍墻體和屋面的散熱約為52%，而門窗的散熱則構(gòu)成了其余的48%，而在大空間建筑中由于墻體面積的增加，墻體及屋面的散熱則更大。對(duì)于門窗的保溫處理的技術(shù)相對(duì)來說就復(fù)雜很多，我們都知道，門窗的主要功能則是為了通風(fēng)換氣、采光等，假若為了達(dá)到保暖效果，將門窗封閉嚴(yán)實(shí)，則會(huì)影響到室內(nèi)空氣的流通，達(dá)不到衛(wèi)生要求，然而，若是頻繁的進(jìn)行空氣流通，門窗開閉次數(shù)過多，又會(huì)造成冷氣的進(jìn)入，影響室內(nèi)的溫度。因此過于密閉的門窗也是不現(xiàn)實(shí)和不符合實(shí)際要求的，只要能達(dá)到適當(dāng)?shù)膿Q氣要求就可以，其余的節(jié)能技術(shù)需要靠加強(qiáng)墻體的保溫效果以及屋頂?shù)谋夭牧仙献鑫恼隆?/p>

在新型的采暖節(jié)能方式中，不管是國(guó)外，還是國(guó)內(nèi)，都主要將采暖節(jié)能集中在墻體的夾縫中，在這種墻體內(nèi)，運(yùn)用更多的具有良好的保溫效果的材料，此外，還有的設(shè)計(jì)在墻體的外表，這樣既可以節(jié)約室內(nèi)的空間，又可以起到避免內(nèi)表面的結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。

在新型的采暖節(jié)能方式中，有分戶式家用中央空調(diào)系統(tǒng)、地板輻射式采暖、電熱膜采暖系統(tǒng)、獨(dú)立式燃?xì)獠膳癄t、水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、數(shù)碼模塊組合燃?xì)馕蓓斿仩t、新型蓄能式電暖器等。而對(duì)于大跨度大空間的采暖節(jié)能方式中，則建議使用燃?xì)廨椛涔┡?。燃?xì)廨椛涔┡抢靡夯蜌?、天然氣，在輻射器這個(gè)特殊的燃燒裝置中燃燒，并且輻射出各種波長(zhǎng)的紅外線，從而達(dá)到了供暖的效果。

另一種供暖裝置是散熱器+熱風(fēng)的供暖系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的工作原理是，燃料在鍋爐內(nèi)燃燒，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)煔獾臒崮?，轉(zhuǎn)變來的高溫?zé)煔庥衷阱仩t內(nèi)把熱量傳遞給熱媒，如蒸汽或者熱水，再經(jīng)過輸送管路將熱媒送至散熱器和空氣的處理設(shè)備，最后傳遞給室內(nèi)的物體和空氣。

但是這種散熱器+熱風(fēng)的供暖系統(tǒng)也有缺點(diǎn)，例如由于空氣的對(duì)流作用，會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)灰的現(xiàn)象，從而影響室內(nèi)人員的健康以及室內(nèi)的衛(wèi)生，而且對(duì)于大跨度大空間的建筑物，這種散熱器的布置相對(duì)比較困難，靠自然對(duì)流的供暖輻射范圍也有限，另外，這種系統(tǒng)的升溫慢，熱能的浪費(fèi)較大，從啟動(dòng)到升溫，至少需要4 h～6 h，效率低。

因此需要配熱風(fēng)系統(tǒng)用以補(bǔ)充散熱器供暖達(dá)不到的范圍，熱風(fēng)系統(tǒng)的問題在于風(fēng)速控制不好會(huì)對(duì)身體的舒適度造成很大影響，風(fēng)速過大對(duì)人體的感受反而感覺寒冷，風(fēng)速小又不能覆蓋到所需要的區(qū)域，因此需要根據(jù)空間寬度及高度進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算來做合理的設(shè)計(jì)。

對(duì)于大空間大跨度的新型采暖節(jié)能方式中，我們還要充分的利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿染G色節(jié)能資源。在建筑中充分的利用太陽能、地?zé)豳Y源采暖，比如太陽能集熱供暖輔助，太陽能熱水風(fēng)能系統(tǒng)，以及地?zé)岵膳鹊?，可以使得建筑大大?jié)能，最高節(jié)能率達(dá)到80%以上。

3 對(duì)于大跨度大空間新型采暖節(jié)能方式設(shè)計(jì)的總結(jié)

為了貫徹我國(guó)國(guó)家政策，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)，我國(guó)在各個(gè)方面都采取了節(jié)能、環(huán)保的理念，使得我國(guó)的經(jīng)濟(jì)平衡、穩(wěn)定、快速、綠色的發(fā)展。對(duì)于大跨度大空間的建筑領(lǐng)域已經(jīng)居于能源消耗首位的現(xiàn)狀，我們有必要采取新型的采暖節(jié)能方式，避免不必要的能源浪費(fèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生，借鑒、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的采暖節(jié)能理念，創(chuàng)造具有中國(guó)特色的創(chuàng)新性的采暖節(jié)能方式，學(xué)習(xí)新技術(shù)，掌握新技能，探索一條有別于其他發(fā)達(dá)國(guó)家的節(jié)能方式，大幅度的降低在建筑領(lǐng)域的能耗量，實(shí)現(xiàn)在大跨度大空間的建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。使得新型的采暖節(jié)能方式合理的運(yùn)用，以降低能耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的綠色發(fā)展。

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