夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑的節(jié)能效益

劉琳 梁惠

摘要：由于全球能源消耗量較大且資源日漸緊缺，全球范圍內(nèi)有關(guān)于夏熱冬冷地區(qū)的建筑節(jié)能建筑研究較多，但是針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑進(jìn)行節(jié)能改造以及效益評(píng)價(jià)的研究較少。本文主要對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明系統(tǒng)、窗墻改造提出改造措施。并根據(jù)其改造效果論述其節(jié)能效益，針對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)三大效益進(jìn)行綜合分析。

Abstract： Due to the large amount of global energy consumption and the increasing scarcity of resources， there are many researches on building energy-saving buildings in the hot summer and cold winter regions around the world. However， there are few studies on the energy-saving reconstruction and benefit evaluation of buildings in the hot summer and cold winter regions. This article proposes reform measures for the building envelope， lighting system and window wall reconstruction in hot summer and cold winter areas. According to its transformation effect， it discusses its energy-saving benefits and comprehensively analyzes the three major economic， environmental and social benefits.

關(guān)鍵詞：綠色建筑；節(jié)能技術(shù)；夏熱冬冷；效益分析

Key words： green building；energy-saving technology；hot summer and cold winter；benefit analysis

中圖分類號(hào)：TU111.19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）25-0224-02

0 引言

通常情況下綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)要求符合國(guó)家建筑節(jié)能規(guī)定，并且在此基礎(chǔ)上以減少能耗、提高能效為目標(biāo)。只有對(duì)圍護(hù)及其它系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、調(diào)節(jié)控制模式等有更好的節(jié)能效益，才能到達(dá)綠色建筑的節(jié)能效益目標(biāo)。

1 綠色建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀

綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)長(zhǎng)久以來(lái)主要以建筑優(yōu)化、設(shè)備系統(tǒng)、能源利用、管理控制等方面為主要發(fā)展目標(biāo)?，F(xiàn)階段在綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)方面，已經(jīng)能夠到達(dá)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化、圍護(hù)性能提升、高效照明、建筑遮陽(yáng)等技術(shù)應(yīng)用。

進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)目的是要實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用。例如，充分利用可再生能源及熱電冷聯(lián)供技術(shù)等。此外，照明系統(tǒng)的光控技術(shù)以及感應(yīng)開關(guān)設(shè)計(jì)也均屬于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的綜合利用方式。但是，當(dāng)前階段，對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)的使用效果較差。

節(jié)能技術(shù)應(yīng)用有強(qiáng)弱之分，應(yīng)用程度較廣的節(jié)能技術(shù)手段同樣會(huì)受到多種條件限制，因此開展起來(lái)難度較大。從建筑行業(yè)總體發(fā)展情況看，綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)具有一定難度，但總體方向仍然朝著具有可適用性角度發(fā)展。

針對(duì)綠色建筑節(jié)能改造現(xiàn)狀而言，在我國(guó)北方取暖地區(qū)，設(shè)施建筑節(jié)能改造發(fā)展較為成熟，并且近年來(lái)有較為完善的的技術(shù)體系，在逐漸發(fā)展中擁有較為標(biāo)準(zhǔn)的示范工程參考。對(duì)夏熱冬冷地區(qū)居民區(qū)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造技術(shù)己經(jīng)發(fā)展成熟，并且在多個(gè)地區(qū)的適用下得到論證。除此之外，也有專門針對(duì)綠色建筑節(jié)能方面的照明系統(tǒng)進(jìn)行改造的措施，并且實(shí)踐發(fā)現(xiàn)有關(guān)于排水系統(tǒng)以及其它可再生能源利用技術(shù)的發(fā)展已較為成熟。在節(jié)能環(huán)保思想逐漸成熟的推動(dòng)下，相關(guān)業(yè)內(nèi)人員對(duì)節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造后的節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要認(rèn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)在改造后具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2 綠色建筑節(jié)能技術(shù)

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

近年來(lái)我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)的冬季熱負(fù)荷具有逐年減少的特點(diǎn)，其中研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)在冬季制熱能耗與以往相比降低數(shù)據(jù)可達(dá)到3.83%，但是在各個(gè)地區(qū)的夏季，居民區(qū)內(nèi)使用空調(diào)的能耗有小幅度增長(zhǎng)。造成這一現(xiàn)象的主要原因是傳熱系數(shù)在一定程度上有所減小。近年來(lái)，夏熱冬冷地區(qū)開展綠色節(jié)能建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在夜間散熱效果受到影響，導(dǎo)致居民區(qū)室內(nèi)蓄熱負(fù)荷增加，說(shuō)明空調(diào)的使用效率有所降低，并且會(huì)導(dǎo)致在第二天空調(diào)系統(tǒng)在開啟的過(guò)程中需要提供的預(yù)冷負(fù)荷不斷增加，最終導(dǎo)致使用空調(diào)的制冷能耗增加。

2.2 照明系統(tǒng)

由于夏熱冬冷地區(qū)在夏季時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)受熱，從而使建筑物中透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)輻射受熱情況占據(jù)主導(dǎo)地位。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)建筑物外圍遮陽(yáng)系數(shù)的改變?cè)谝欢ǔ潭壬弦材軌蚴菇ㄖㄟ^(guò)窗戶的日射產(chǎn)生受熱現(xiàn)象，從而減少太陽(yáng)輻射對(duì)建筑物形成的負(fù)荷值。因此在關(guān)于照明系統(tǒng)中，將窗戶遮陽(yáng)系數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)限值的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行提升，能夠有效使遮陽(yáng)系數(shù)性能提升從而使建筑物全年太陽(yáng)輻射受熱量降低，同時(shí)也能夠使夏季空調(diào)能耗降低。

2.3 窗墻安裝技術(shù)

在對(duì)建筑節(jié)能進(jìn)行研究中，控制窗墻比可以有效減少夏熱冬冷地區(qū)在夏季時(shí)投過(guò)窗戶的受熱量，不僅如此也可以在冬季時(shí)有效減低窗戶的熱損失。針對(duì)某地區(qū)建筑物窗墻安裝技術(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在將建筑物中各個(gè)朝向窗墻比從之前的U.7減小到U.4之后，該地區(qū)建筑全年在溫差傳熱的影響下，能夠受到的熱損失降低7600左右，除此之外全年透過(guò)窗戶的日射受熱也能夠有效降低7300左右。通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)，建筑物節(jié)能的透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠有效改善其節(jié)能效果，并且在夏季中，效果更為明顯。

2.4 建筑外遮陽(yáng)

在夏熱冬冷地區(qū)長(zhǎng)年以來(lái)因?yàn)樵谙募緯r(shí)，不同朝向的太陽(yáng)輻射日變化存在較大差異，從而會(huì)導(dǎo)致建筑物在一天范圍內(nèi)受到不同朝向日輻射的影響。本研究某地區(qū)對(duì)不同朝向窗在夏季中逐時(shí)熱流量分析，發(fā)現(xiàn)正常天氣時(shí)，通常建筑物窗戶的熱流量峰值主要出現(xiàn)在東向6：00-10：00以及西向14：00-18：00，不僅如此，夏季峰值在南、北向的平均值中也較為明顯，從而得知在建筑物窗戶的遮陽(yáng)技術(shù)中，針對(duì)建筑物的東、西向設(shè)置遮陽(yáng)的節(jié)能效果會(huì)更加明顯。

3 綜合節(jié)能效益分析

3.1 圍護(hù)改造節(jié)能效益

在針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造中，主要對(duì)原建筑的外墻加40mm厚XPS板，同時(shí)也要對(duì)屋面墻加40mm厚XPS板，該措施能夠有效改善建筑物的保溫隔熱性能，因此，要將建筑物窗戶更換為塑鋼中空玻璃窗或者是其他類型的有助于外遮陽(yáng)類型的材質(zhì)，用來(lái)改善窗戶的整體性能。調(diào)查發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)改造后的窗戶在建筑節(jié)能率方面可以達(dá)到50.78%，與原建筑采暖空調(diào)總耗電量相比有大幅度減少。

3.2 節(jié)水設(shè)施效益

冬暖夏涼地區(qū)綠色節(jié)能防護(hù)措施中，針對(duì)室內(nèi)節(jié)水設(shè)施進(jìn)行有效改造也能夠到達(dá)節(jié)能效果。假設(shè)按照以下數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：如果每戶坐便器、洗衣機(jī)、淋浴器、廚房水龍頭等出水工具均按照1個(gè)單位計(jì)算，其中一天范圍內(nèi)坐便器沖洗大便次數(shù)1次，小便次數(shù)6次，洗衣機(jī)按每戶3人用水量進(jìn)行技術(shù)，淋浴依照取每人兩周540s，廚房用水為180s。對(duì)其進(jìn)行綠色節(jié)能用水設(shè)計(jì)改造后，平均每年能到達(dá)節(jié)水效果2837.7t，數(shù)據(jù)表面具有較為明顯的節(jié)水效果。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

依照我國(guó)2017年銀行貸款率計(jì)算，假設(shè)其折現(xiàn)率為4.35%，在針對(duì)夏熱冬暖地區(qū)進(jìn)行綠色建筑節(jié)能改造后，通常情況下建筑使用期限與最先失效的部位有較大聯(lián)系。在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)防護(hù)時(shí)，太陽(yáng)能熱水器使用壽命最短，通常在15a左右，假設(shè)n=15。根據(jù)公式NPV=-C+T（P/A，i%，n），帶入公式計(jì)算可得NPV=30126元>0，數(shù)據(jù)結(jié)果說(shuō)明該防護(hù)措施在經(jīng)濟(jì)上具有良好效益。根據(jù)回收率及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得，綠色節(jié)能居住建筑防護(hù)改造的靜態(tài)投資回收期能夠到達(dá)7.66a，其中動(dòng)態(tài)投資期為9.52a，由此得到n<15a。根據(jù)結(jié)論可以看出，該設(shè)計(jì)方案在經(jīng)濟(jì)效益上具有明顯效果，由此得出設(shè)計(jì)方案合理可行。不僅如此，根據(jù)各改造項(xiàng)目的投資回收期來(lái)看，在關(guān)于照明系統(tǒng)改造與太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)的良好運(yùn)用方面，都具有較為良好的投資回報(bào)率，因此在節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)該優(yōu)先考慮?，F(xiàn)階段在建筑設(shè)計(jì)中對(duì)節(jié)水設(shè)施改造的經(jīng)濟(jì)效果仍然存在較大不足之處，主要原因在于節(jié)水型器具的價(jià)格較高，因此只適合在初次裝修時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)并使用。

3.4 環(huán)境及社會(huì)效益

節(jié)能建筑設(shè)計(jì)在環(huán)境效益的提升上有著明顯效果，例如對(duì)某小區(qū)節(jié)約用電量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)全年節(jié)約用電量有大幅度降低。除了在節(jié)約用電量方面外，節(jié)水效果也有顯著提高，節(jié)水設(shè)計(jì)長(zhǎng)久以來(lái)都在保護(hù)環(huán)境要求的范圍之內(nèi)，能夠在一定程度上減少水源污染，在節(jié)能設(shè)計(jì)中，按照節(jié)約每噸水減少排放0.1355kg CO2進(jìn)行計(jì)算，能夠減少排放CO2共0.38t。綠色節(jié)能效益在保護(hù)環(huán)境減少污染方面來(lái)看，節(jié)能改造設(shè)計(jì)具有較為良好的節(jié)能減排效果，因此具有較好的環(huán)境效益。

社會(huì)效益分析對(duì)綠色節(jié)能住宅進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，研究發(fā)現(xiàn)不僅能夠有效使建筑本身得到良好的效益，也會(huì)對(duì)建筑周圍的環(huán)境以及社會(huì)產(chǎn)生更加積極的影響，從而展現(xiàn)良好的社會(huì)效益。具體主要表現(xiàn)在，針對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)改造后，建筑室內(nèi)環(huán)境可以得到改善，從而滿足社會(huì)發(fā)展下，居民對(duì)生活品質(zhì)的要求。節(jié)能設(shè)計(jì)也對(duì)其他建筑節(jié)能改造具有良好的示范作用，從而有效達(dá)到推動(dòng)我國(guó)綠色居住建筑節(jié)能改造的目的。

4 總結(jié)

綜上所述，在綠色節(jié)能設(shè)計(jì)中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能改造的重要環(huán)節(jié)，并且通過(guò)對(duì)建筑不同部位節(jié)能改造的綜合效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)屋面保溫層厚度在40-80mm效果最佳，其中外墻保溫層厚度主要保證在40-100mm。在照明系統(tǒng)改造后所顯示出的效益中發(fā)現(xiàn)，在使用三年內(nèi)回收照明并激進(jìn)型改造投資，可更快更好的實(shí)現(xiàn)綠色照明節(jié)能效果，從而降低建筑能耗。在節(jié)水設(shè)施改造過(guò)程中，只有針對(duì)室內(nèi)裝修時(shí)考慮節(jié)能效果，才能獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。在太陽(yáng)能節(jié)能設(shè)計(jì)中，建議在太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)推廣使用。由于夏熱冬冷地區(qū)太陽(yáng)能資源與其他地區(qū)相比較少，因此不建議使用，要在上海、江蘇、浙江、安徽等太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)進(jìn)行太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)改造。

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