談建筑節(jié)能與新能源的綜合利用

韓 永 呂蕙芳

(鎮(zhèn)江市公共住房投資建設(shè)有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000)

當(dāng)前，隨著我國城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，我國生產(chǎn)總值不斷增加及制造業(yè)整體結(jié)構(gòu)的全面調(diào)整，建筑能耗比例會隨之不斷的提升，逐漸的與西方發(fā)達(dá)國家臨近占總能源消耗的1/3，從近三十年來關(guān)于能源方面的研究與實(shí)踐中看出，人們一致認(rèn)為建筑節(jié)能在所有的節(jié)能途徑中是最具備節(jié)能條件的，是減少能源消耗，確保能源消耗供應(yīng)充足的最佳方式之一，同時大型公共建筑的耗能比重越來越大，綜上所述我國的節(jié)能重點(diǎn)應(yīng)是通過改進(jìn)建筑設(shè)計、加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫和有效利用太陽能，對大型新建公共建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，對既有大型公共建筑進(jìn)行節(jié)能改造，使建筑能耗大大降低。

1 工程概況

鎮(zhèn)江市第二人民醫(yī)院整體搬遷工程項(xiàng)目規(guī)劃建筑凈用地26 700 m2(26．7 hm2)，總建筑面積29 295 m2，項(xiàng)目醫(yī)療綜合樓等地上建筑28 095 m2，地下1 200 m2，全部為示范面積。建筑密度18．33%，容積率1．05，綠化率35%，地上機(jī)動停車位150個。項(xiàng)目建筑高度72．2 m，計劃建設(shè)期22個月。該項(xiàng)目為醫(yī)療綜合樓，屬于公共建筑，主要是通過綜合應(yīng)用相關(guān)的節(jié)能技術(shù)達(dá)到相關(guān)的節(jié)能目標(biāo)，對本地區(qū)貫徹國家節(jié)能減排政策起到示范工程作用。

2 工程主要節(jié)能技術(shù)措施實(shí)施方案

2．1 太陽能熱水系統(tǒng)

鎮(zhèn)江地區(qū)年平均氣溫15．4℃，日照數(shù)2 057．2 h，適合推廣太陽能熱水器，太陽能熱水系統(tǒng)是民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——節(jié)能專篇/給水排水中推薦的一種節(jié)能熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由集熱器、貯熱水箱、管道、控制器等組成，采用緊湊式或分離式布置。本項(xiàng)目太陽能熱水系統(tǒng)采用集中熱水供應(yīng)方式，應(yīng)用于鎮(zhèn)江市第二人民醫(yī)院醫(yī)療綜合樓，該醫(yī)院建筑地下1層，地上14層，建筑屋面有效面積為904 m2，設(shè)計采用全玻璃真空管太陽能集熱器，熱水系統(tǒng)主要應(yīng)用于醫(yī)院住院部，其中，手術(shù)室為全天供應(yīng)熱水，病房為定時供應(yīng)熱水，儲熱水箱容積按屋面集熱器全天產(chǎn)熱水量確定。根據(jù)國標(biāo)圖集06SS128太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝的規(guī)定、住院部定時供應(yīng)熱水制度及住院部病人很大一部分靠陪護(hù)人員幫忙擦洗的實(shí)際用水情況，取GB 50015-2003建筑給水排水設(shè)計規(guī)范中熱水用水定額下限值，見表1。

表1 熱水用量計算(60℃)

其中，Ajz為直接加熱集熱器總面積;qrd為設(shè)計日用水量，L/d;tr為熱水溫度(60℃);t1為冷水溫度(5℃);Jt為集熱器采光面年平均日太陽幅照量，kJ/(m2·d);F為太陽能保證率(30%～80%);nj為集熱器年平均集熱效率(45%～50%);η1為貯水箱和管路的熱損失(15%～30%)。

就特定區(qū)域而言，C，t1，Jt為固定值;qrd，F(xiàn)，nj，η1為設(shè)計確定值，分別根據(jù)設(shè)計保證率、產(chǎn)品特性等選材各有不同，綜合各項(xiàng)因

直接加熱供水系統(tǒng)的集熱器總面積可按下式計算［1，2］:素取值從最不利情況考慮，qrd=91 L/d，tr=60℃，t1=4℃，nj=45%，η1=30%，F(xiàn)=0．3，鎮(zhèn)江地區(qū)平均日太陽輻照量13 933 kJ/(m2·d)，最終計算得，人均集熱器面積為Ajz=1．4 m2，建筑屋面有效面積為904 m2，因此，在設(shè)計過程中，盡最大可能利用屋面布置太陽能集熱器可以同時滿足645人的需求，從最有利的情況取值，綜合各項(xiàng)因素從最不利情況考慮qrd=36．4 L/d，tr=60 ℃，t1=4 ℃，nj=50%，η1=15%，F(xiàn)=0．3，平均日太陽輻照量18 550 kJ/(m2·d)，最終計算得Ajz=0．32 m2，建筑屋面有效面積為904 m2，因此，在設(shè)計過程中，盡最大可能利用屋面布置太陽能集熱器可以同時滿足2 825人的需求。最大限度的利用了太陽能。

2．2 外墻外保溫及屋面保溫隔熱技術(shù)

外墻外保溫是將保溫隔熱體系置于外墻外側(cè)，以賦予建筑物良好保溫隔熱性能的建筑節(jié)能措施。因?yàn)槲覈厣偃硕啵鞘腥丝诰幼∶芏雀?，居住建筑結(jié)構(gòu)以多層和高層建筑為主，實(shí)施外墻外保溫建筑結(jié)構(gòu)的單體面積以及高度都大很多，所以外墻外保溫施工難度較大［3］。目前，我國聚氨酯硬泡外保溫噴涂技術(shù)發(fā)展較為迅速，該外墻外保溫系統(tǒng)是一種綜合性能良好的新型外墻保溫體系，聚氨酯硬泡噴涂外保溫形式具有保溫隔熱性能好，可使全年采暖和制冷總天數(shù)減少，且日運(yùn)行時間短、沒有任何縫隙，不會產(chǎn)生“熱冷橋”，適用范圍廣泛、施工簡便、容重低、導(dǎo)熱系數(shù)低、材質(zhì)穩(wěn)定，且阻燃、隔聲、抗震防腐［4］，其不空鼓、抗裂、防水技術(shù)尤其是適合鎮(zhèn)江地區(qū)多雨、季節(jié)溫差大等特點(diǎn)，聚氨酯硬泡導(dǎo)熱系數(shù)為 0．022 W/(m·K)，EPS為 0．041 W/(m·K)，XPS為0．028 W/(m·K)，24 cm輕體砌塊墻體體形系數(shù)大于 0．3，墻體的傳熱系數(shù)為0．57。若采用聚氨酯保溫，保溫層厚度30 mm，EPS 80 mm，XPS 60 mm厚(考慮空腔和空隙的因素)。聚氨酯密度為35 kg/m3，抗拉粘結(jié)強(qiáng)度0．3 kPa，完全可承受高層建筑外墻由于風(fēng)的負(fù)壓荷載及飾面磚每平方米30 kg～35 kg的重量。而EPS抗拉強(qiáng)度在干燥狀態(tài)下，僅為0．1 kPa，浸水后的粘結(jié)抗拉強(qiáng)度則更低，聚氨酯系統(tǒng)采用整體噴涂，尺寸變化率小于1%，加之采用薄抹灰柔性抗裂層，表面一般不會開裂。而EPS，XPS則要求陳化40 d后方可使用，但在實(shí)際工程應(yīng)用中很難做到這點(diǎn)，因而許多EPS，XPS保溫工程出現(xiàn)裂縫，墻體透寒、滲水等問題。聚氨酯硬泡閉孔率90%，自結(jié)皮閉孔率100%，堵塞所有空隙，而EPS，XPS為空腔粘貼，且水，結(jié)露水容易透過縫隙及空腔滲入基體。聚氨酯發(fā)泡劑采用無氟或半氟發(fā)泡，而EPS，XPS很難做到大都采用氟利昂發(fā)泡，氣體揮發(fā)破壞臭氧層，易造成污染。通過以上對比聚氨酯硬泡噴涂外墻外保溫在我國建筑節(jié)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用價值。其具體施工工藝為:放線打點(diǎn)→清理墻面→噴刷聚合物專用界面劑→噴涂聚氨酯保溫隔熱層→第一遍抗裂砂漿找平、壓入玻纖網(wǎng)格布→門窗、突出線條、陰陽角等部位特殊處理→第二遍抗裂砂漿抹面→飾面層施工(見圖1)。

2．3 玻璃幕墻外圍護(hù)部分保溫隔熱技術(shù)

玻璃幕墻是目前公共建筑普遍采用的一種建筑造型元素及立面營造手法，傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)僅僅關(guān)注幕墻材料的隔熱能力，而忽略建筑整體節(jié)能效果，單方面提高了幕墻的造價而節(jié)能的收效甚微。因而有必要從建筑的整體節(jié)能性能著手分析傳統(tǒng)玻璃幕墻的節(jié)能問題，提出解決方案。為此，我們采用性能化節(jié)能設(shè)計理念，解決本工程節(jié)能設(shè)計中的關(guān)鍵難題。性能化節(jié)能設(shè)計是一套完整的設(shè)計理論體系，應(yīng)用公共建筑的幕墻節(jié)能設(shè)計中最重要的目標(biāo)是:

1)提高建筑的整體節(jié)能性能以達(dá)到及超過國家及地方的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn);2)減少冬季采暖期幕墻的散熱并加大夏季幕墻的隔熱能力，減少建筑冷暖負(fù)荷的同時可為建筑內(nèi)部提供舒適的工作環(huán)境;3)充分整合幕墻節(jié)能體系與其他節(jié)能技術(shù)，保證節(jié)能體系在建筑全壽命周期內(nèi)的低成本、低能耗運(yùn)行;4)具有一定的抗火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、震災(zāi)的能力。為此，公共建筑的幕墻性能化設(shè)計應(yīng)滲透于建筑規(guī)劃設(shè)計、單體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、暖通設(shè)計以及設(shè)備選型的始終，并在既有建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中尋找突破，控制局部節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)整體節(jié)能性能，以實(shí)現(xiàn)建筑形態(tài)美觀與建筑節(jié)能高效的雙贏。針對本工程建筑玻璃幕墻的節(jié)能設(shè)計，我們采用了斷熱鋁合金門窗和Low-E中空玻璃的保溫隔熱形式。斷熱鋁合金門窗可以形成斷開的“冷橋”，有優(yōu)良的斷面力學(xué)性能，良好的氣密性，造型美觀，便于鑲嵌中空玻璃;Low-E玻璃的遮陽系數(shù)可以達(dá)到0．4，有較高的節(jié)能保溫特性，透光性能好，充分的利用自然光。通過二者的整體優(yōu)化設(shè)計實(shí)現(xiàn)良好的保溫隔熱，減少玻璃幕墻外圍護(hù)部分的能源消耗，提高玻璃幕墻的美觀性和舒適性能。

圖1 聚氨酯外保溫系統(tǒng)詳圖

3 結(jié)語

與常規(guī)公共建筑相比，除去必要的圍護(hù)、門窗、照明、空調(diào)費(fèi)用后，太陽能熱水系統(tǒng)增量成本為360萬元，聚氨酯部分增量成本為101萬元、本工程的新型節(jié)能門窗示范增量成本為350萬元，本示范工程增量成本為811萬元，建筑節(jié)能增量成本364．5元/m2，靜態(tài)回收期為9年～12年，設(shè)計達(dá)到65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)［5］。

［1］ GB 50015-2003，建筑給排水設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］ 鄭瑞澄．民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊［M］．第2版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011．

［3］ 陳全良，黃振利．聚氨酯硬泡噴涂外墻外保溫系統(tǒng)研究［J］．外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)，2005(3):71-72．

［4］ 李 霞．建筑保溫突飛猛進(jìn)——聚氨酯產(chǎn)業(yè)何去何從［J］．中國建筑保溫資訊，2007(3):67-68．

［5］ DGJ 32J-96-2010，江蘇省公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［S］．