超低能耗綠色建筑施工技術(shù)分析

王佳樂(lè) 邸超星 劉 凱 李耀文 許 寧 李冀川

(中國(guó)建筑第七工程局有限公司 山西 大同 037006)

保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源是我國(guó)的基本國(guó)策。由于工程建材行業(yè)能耗較高、環(huán)境污染嚴(yán)重,所以政府必須在建材行業(yè)中增加或采用清潔和超低能耗技術(shù)設(shè)備,以克服燃料緊缺和環(huán)境污染的問(wèn)題。在國(guó)家出臺(tái)環(huán)保政策法規(guī)之后,中國(guó)建筑業(yè)積極開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新改革,并發(fā)展了大量成熟的綠色節(jié)能技術(shù)設(shè)備。

1 超低能耗綠色建筑施工技術(shù)

在超低能耗綠色建筑的施工中,主要在于優(yōu)化空間分配和能源供應(yīng)規(guī)劃。在總體規(guī)劃施工階段,因地制宜,進(jìn)行整個(gè)建筑的施工,走向、形狀、照明草圖的施工和室內(nèi)空間設(shè)計(jì)施工。

1.1 被動(dòng)式技術(shù)

1.1.1 高性能隔熱系統(tǒng)

超低能耗綠色建筑具有高性能隔熱系統(tǒng),相比其他普通高耗能建筑,超低能耗綠色建筑的隔熱層更厚,保溫效果更好。夏季保涼,冬季保溫。在京津冀地區(qū),超低能耗綠色建筑外墻的隔熱層厚度約為300 mm,而傳統(tǒng)建筑外墻的厚度約為100 mm。

1.1.2 無(wú)熱橋施工

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱流壓力明顯上升的地方成為產(chǎn)生了熱能傳導(dǎo)的橋,又稱(chēng)熱橋。在超能源的建筑施工時(shí),有必要嚴(yán)格控制熱橋的產(chǎn)生,并為建筑的結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)非加熱橋。非熱橋施工的基本原理是通過(guò)合理設(shè)置隔熱層,合理去除不同建筑連接節(jié)點(diǎn)之間的熱橋,隔熱層與建筑構(gòu)件的連接部分無(wú)連續(xù)空間,從而降低了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的不均勻度,也因此降低了建筑的熱分?jǐn)偯娣e。

超低能耗綠色建筑的外窗安裝方式與一般建筑的外窗安裝系統(tǒng)有很大區(qū)別。一個(gè)普通的建筑窗戶(hù)附著在砌塊結(jié)構(gòu)上,加熱層懸掛。在安裝極低能耗建筑的外窗時(shí),外窗框的熱橋損失最小,外窗框內(nèi)外表面平整,采用外掛安裝方法,窗戶(hù)安裝在保溫層中,外墻保溫層包裹在大量窗框中,與專(zhuān)用成品的連接部位連接,保溫層必須連續(xù)無(wú)中斷。

1.1.3 整體氣密性

確保建筑物有良好的氣密性,是實(shí)現(xiàn)低能耗的關(guān)鍵措施。良好的氣密性減少了冬季的寒風(fēng)侵襲,也減少了夏季對(duì)非受控通風(fēng)系統(tǒng)的制冷需求,同時(shí)降低了由于霉菌滋生、露水凝聚等自然濕氣入侵環(huán)境而造成的影響,并減少了由于室外噪音和空氣污染等自然不良影響而對(duì)室內(nèi)環(huán)境的干擾。

雖然建筑物通常對(duì)氣密層沒(méi)有強(qiáng)硬要求,但超低能耗綠色建筑要求氣密層完全包圍整個(gè)外部結(jié)構(gòu)。通過(guò)在節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行氣密處理以形成氣密層。建筑氣密性的保證應(yīng)貫穿于施工和施工的各個(gè)階段。對(duì)于門(mén)、窗、開(kāi)口和結(jié)構(gòu)之間的間隙等重要部件,需要進(jìn)行氣密施工和改進(jìn)。作為外窗安裝部分的氣密性處理的示例。

1.1.4 遮陽(yáng)施工

通過(guò)采取合理的遮陽(yáng)措施,可以有效降低夏季空調(diào)能耗和冬季供暖能耗。遮陽(yáng)施工應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的氣候特征、房間功能和朝向等因素進(jìn)行考慮。超低能耗綠色建筑配套可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)設(shè)施,對(duì)不同的太陽(yáng)高度角及時(shí)做出反應(yīng),流入房間的速率小于室內(nèi),并可根據(jù)太陽(yáng)高度角和室外天氣條件自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié),是超低能耗綠色建筑的最佳形式。

例如,北京地區(qū)某超低能耗綠色建筑位于南北方向,將可移動(dòng)的金屬遮陽(yáng)百葉窗或機(jī)翼遮陽(yáng)板一起使用。翼形遮陽(yáng)板可以根據(jù)太陽(yáng)高度角的變化自動(dòng)調(diào)整進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)能,減少空調(diào)的能耗。外窗玻璃和外窗之間的間距可以調(diào)整為100 mm 或更大,以便外窗玻璃被加熱以引起熱傳導(dǎo),并且不會(huì)增加能耗。

1.2 主動(dòng)式技術(shù)

1.2.1 高效新型空氣熱回收系統(tǒng)

超低能耗綠色建筑采用高效新型風(fēng)能回收系統(tǒng),通過(guò)回收廢氣廢水中的余熱能量來(lái)減少供暖制冷耗能。熱回收新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理是首先通過(guò)熱回收排出室內(nèi)的臟空氣,并對(duì)過(guò)濾凈化后的室外新鮮空氣進(jìn)行凈化,進(jìn)入高效熱回收容器后,通過(guò)熱交換接近室溫的空氣通過(guò)管道送入室內(nèi),達(dá)到節(jié)能通風(fēng)的目的,這項(xiàng)技術(shù)必須根據(jù)區(qū)域氣候特征考慮熱回收設(shè)備的類(lèi)型,并應(yīng)考慮到施工的具體情況。

例如,空調(diào)施工采用新型風(fēng)機(jī)和裝配式空調(diào)機(jī)組。新型風(fēng)機(jī)采用高效空氣凈化器,通過(guò)送風(fēng)過(guò)濾器和排氣過(guò)濾器有效過(guò)濾室外空氣,配備高效熱回收系統(tǒng)的新型空調(diào)系統(tǒng)能夠在夏季收集和排放空氣中的空氣量,并在冬季回收排放空氣的熱量,從而完成循環(huán),降低能耗,達(dá)到高效、節(jié)能、健康和舒適的目的。

1.3 可再生能源的利用

1.3.1 風(fēng)能

建議在建筑物內(nèi)安裝通風(fēng)管,以促進(jìn)建筑物內(nèi)的通風(fēng)。

1.3.2 光能

在建筑物的南墻上,安裝一大尺寸的透明窗戶(hù),能夠有效增強(qiáng)室內(nèi)亮度,減少電子照明設(shè)備的使用,降低了電能消耗,并自然光能有效地提高建筑空間的舒適性。除此之外,在施工時(shí),有必要考慮原有的遮陽(yáng)外觀(guān),并計(jì)算夏至、冬至的日照高度,調(diào)節(jié)好建筑距離,保障一天的充足光照。同時(shí),在室內(nèi),可以充分利用植物美化環(huán)境,設(shè)置景觀(guān)美化池,調(diào)節(jié)小氣候。

2 技術(shù)應(yīng)用分析

超低能耗綠色建筑施工不僅要考慮成本控制,還要結(jié)合項(xiàng)目的平面功能、表面效果和實(shí)際應(yīng)用效果:通過(guò)對(duì)超低能耗綠色建筑中的無(wú)源技術(shù)和有源技術(shù)的分析研究,選擇合適的高效新風(fēng)系統(tǒng)和熱回收裝置,并充分利用可再生資源,從高效節(jié)能光源和節(jié)能設(shè)備四個(gè)方向提出超低能耗技術(shù)與建筑的有機(jī)融合。

2.1 可再生能源分析

2.1.1 源熱泵

水源熱泵系統(tǒng)的能效比普遍大于空氣源熱泵系統(tǒng)。由于我國(guó)的華北部分區(qū)域夏季酷暑,冬天嚴(yán)寒。因此夏季的供熱負(fù)荷比普遍大于冬天。冬季,由于水源溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于夏季。而考慮到埋管在冬夏二季的水熱平衡,而夏季時(shí)埋管的冷卻壓力最大,因此建議將冷卻塔用作輔助裝置。為最大程度地增加熱泵的效能,地?zé)嵯到y(tǒng)一般采用混凝土和冷卻塔作冷源。在夏季,源熱泵作為冷卻水塔系統(tǒng)作為冷源,能夠給施工現(xiàn)場(chǎng)有效的能量傳遞以穩(wěn)定地下溫度和避免能量聚集,在冬季,源熱泵作為系統(tǒng)保養(yǎng)的電阻熱源。必要的能量通過(guò)夏季傳輸?shù)臒崮芄┙o。冷卻水塔系統(tǒng)能夠即時(shí)啟動(dòng),使用方便。

2.1.2 太陽(yáng)能利用分析

可再生能源利用是建筑節(jié)能從節(jié)能到產(chǎn)能的重要技術(shù)之一。利用范圍最廣、效率最大的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù),即在屋頂上鋪設(shè)太陽(yáng)能電池板,太陽(yáng)能電池板通過(guò)太陽(yáng)能電纜安裝好,收集太陽(yáng)能,并將其轉(zhuǎn)換為電能,同時(shí),太陽(yáng)能可以用作生活熱水的熱源。

常見(jiàn)的太陽(yáng)能使用方式可以分為二個(gè)類(lèi)型的被動(dòng)和主動(dòng)系統(tǒng)。最常見(jiàn)的被動(dòng)型太陽(yáng)光系統(tǒng)包括了太陽(yáng)能屋頂和太陽(yáng)能煙囪。在帶有玻璃幕墻和遮光板的住宅的屋頂上,裝有完備的太陽(yáng)能系統(tǒng),同時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)慕ㄖ┕し椒?可以在很大程度的利用太陽(yáng)能電池板的太陽(yáng)光,然后再按照設(shè)計(jì)要求把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為其他類(lèi)型的能量,從而減少了對(duì)可再生能源的利用,并充分利用了潔凈資源,從而降低了對(duì)自然環(huán)境的污染。

根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的上升效應(yīng),光伏構(gòu)件可局部應(yīng)用于外墻。光伏構(gòu)件可以采用光伏玻璃、光伏圍欄和光伏百葉等材料,其不同的顏色、幾何形狀和材料特性會(huì)影響建筑的整體外觀(guān)。當(dāng)受到陽(yáng)光照射時(shí),光伏構(gòu)件的類(lèi)型和所在的位置可能會(huì)產(chǎn)生不同的光線(xiàn)、顏色和透明度。在美觀(guān)兼容的同時(shí),光伏構(gòu)件為建筑物本身提供電力,白天發(fā)電、存儲(chǔ)電能,用于夜視照明。

2.2 增量成本分析

與傳統(tǒng)建筑相比,建造超低能耗綠色建筑的成本約為1000～1400元/m2。相比普通建筑,超低能耗綠色建筑增加的成本主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、高效熱回收的新型風(fēng)系統(tǒng)、絕緣熱橋措施和氣密性措施。通過(guò)對(duì)中國(guó)超低能耗綠色建筑模型項(xiàng)目的研究,驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用包括高性能?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)和門(mén)窗的隔熱和保溫,是超低能耗綠色建筑成本增加的重要組成部分。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,超低能耗綠色建筑比傳統(tǒng)建筑材料使用壽命更長(zhǎng),并且極低的能耗在建筑運(yùn)營(yíng)過(guò)程中減少了更新和維護(hù)成本,通過(guò)建筑的節(jié)能效果,可以在合理的時(shí)間內(nèi)收回增量投資成本。

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工分析

進(jìn)行超能源消費(fèi)施工的重點(diǎn)之一是實(shí)施適當(dāng)?shù)膰o(hù)結(jié)構(gòu)施工,以減少房屋的熱荷載和冷載荷。合理使用房屋的布置,按照房屋構(gòu)造特征實(shí)施房屋結(jié)構(gòu)被動(dòng)施工。由于在這些地方夏季酷熱,設(shè)計(jì)空調(diào)消耗顯然超過(guò)了冬季。所以,對(duì)于低能耗的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要重視夏季的導(dǎo)熱性,也有必要考察其圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季的保溫施工能力。而一般來(lái)說(shuō),圍護(hù)結(jié)構(gòu)中比較脆弱的地方就是門(mén)窗和冷橋。建筑面積僅為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的30%左右。所以,增強(qiáng)建筑外門(mén)的保溫防水能力,對(duì)超能源的城市建設(shè)而言十分關(guān)鍵。

2.4 外墻分析

建筑物外立面應(yīng)選用外墻保溫系統(tǒng),這種結(jié)構(gòu)將自熱與內(nèi)暖有機(jī)結(jié)合。在施工中,需要對(duì)絕氣系統(tǒng)的各種系數(shù)進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算與研究,并正確選擇防腐材料,并滿(mǎn)足保溫結(jié)構(gòu)的耐久性、風(fēng)荷載以及冬季抗凍等要求。建議在外墻面使用更薄的有色材料和絕緣熱反射材料。在室內(nèi)外立面的施工設(shè)計(jì)中,對(duì)所有冷橋部分都做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以提高蓄熱的節(jié)能特性,從而使得冷橋?qū)ㄖ锬芎牡挠绊懡档搅俗畹忘c(diǎn)。

同時(shí),可以在外墻內(nèi)自由移動(dòng)的模塊化外墻隔熱構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)能夠在夏季與冬天之間的過(guò)渡期提高建筑內(nèi)部空間的熱輻射,進(jìn)而改善建筑外墻的保溫特性,從而增加了房間的自由溫度,減少熱功率。

2.5 墻壁分析

在建筑設(shè)計(jì)中,噪音干擾問(wèn)題一直是個(gè)普遍存在的大難。建筑物隔音效應(yīng)直接影響到建筑物內(nèi)人民的生活品質(zhì)和健康。所以,墻面可以選擇有隔熱和隔音功能的浮動(dòng)材質(zhì),從而把地面的沖擊噪聲防護(hù)提升至六十五分貝,有效緩解地面左右、墻面之間的噪音問(wèn)題,改善生活品質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)比分析表明,應(yīng)用超低能耗綠色建筑技術(shù)可以降低化石能源在建筑施工階段的能耗,減少碳排放。超低能耗綠色建筑可以通過(guò)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能,減少建筑本身的熱損失,減少冷負(fù)荷,通過(guò)使用主動(dòng)技術(shù)優(yōu)化建筑能源系統(tǒng),提高整體能效,實(shí)現(xiàn)建筑的超低能耗。實(shí)現(xiàn)減少碳排放的目標(biāo)。

在當(dāng)前正著力打造綠色建筑的基礎(chǔ)上,我們已經(jīng)對(duì)綠色能源、節(jié)水減排和健康環(huán)保等理念有了全新的理解。另外,在各領(lǐng)域新推出的"綠色管理",超低能耗綠色建筑住宅應(yīng)充分利用空間布局、建筑設(shè)計(jì)和主體材料,提高室內(nèi)的舒適度。另外,考慮到建設(shè)地方的環(huán)境特征和投資成本,有必要進(jìn)行綠化的建設(shè),減少總成本,促進(jìn)綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展。