既有校园建筑节能改造浅析

作者:365真人游戏 发布时间:2020-11-03 11:30

  实现了降低建筑能耗与满足热舒适要求间的平衡,从而为建筑设计人员与节能改造研究人员提供了设计思路,同时有利于绿色生态校园的健康发展。

  我国整体经济水平在不断地发展,建筑节能逐渐受到国家及相关部门的关注,地热能、风能、太阳能等可再生能源技术随之兴起,节能技术设备、节能围护结构等新技术发展迅速,新技术、新材料的研发和推广应用速度越来越快。建筑设计人员也在逐渐认可绿色建筑及生态建筑理念。“十一五”期间,建筑节能被列入十大节能项目,住房和城乡建设部提出的节材、节地、节水、节能及环境保护的“四节一环保”绿色建筑设计理念,包括了建筑全寿命周期的所有环节,明确了建筑节能工作的方向。在“十二五”期间,在继续贯彻上述理念的基础上,建筑相关技术人员进一步深入地开展建筑节能工作,“对建筑提出更高的节能目标[1]”,促使新建项目向绿色、生态、低碳、低能耗等方向迈进。“十三五”中构建节能环保、绿色和谐共生的校园环境为校园建设发展的主要目标之一。

  建筑低能耗对实现降低单位国内生产总值碳排放量、降低我国能源消耗的目标存在着重要的意义,其要求利用不同的技术方法实现减少能耗、降低污染,实现可持续发展的目标。现在的校园建设理念中,“绿色生态校园”的设计思想逐渐被人们所关注。绿色校园提出的可持续发展与平衡的理念,不仅体现了新时期校园和谐、创新、开放的文化精神,同时也迎合了我国建筑低能耗与发展低碳循环经济的政策,是推动我国经济与社会和谐发展的历史选择[2]。校园内既有建筑的节能改造与新建低能耗建筑一样,都是影响国计民生的大问题。

  节能技术的应用与推广在各个地区可再生能源建筑示范工程的引领下,发挥了有效的示范作用。比如清华大学超低能耗示范楼,它集成了约百项建筑节能与绿色技术,最大限度地利用可再生能源减弱对外界环境造成的影响,同时给人们带来了舒适、健康的工作生活环境(如图1)。安徽财经大学西校区图书馆改扩建和既有图书馆改造工程,结合既有建筑的节能改造理念与气候特点,综合权衡,结合主动式的方式,不完全采用被动式的方法,创造出和谐自然的室内环境,实现了节材、节地、节水、节能、环境保护以及减少污染的目标[3]。

  随着科学技术的发展,建筑节能技术也在不断进步,不同的节能技术一般来自于不同的学科,存在着不同的技术性能与适用条件。集成设计方法是依据具体气候特征,然后把源于不同学科专业以及功能要求各不同的所有节能技术,通过合理的设计,容入到建筑的形体中,产生一个有机的系统,在建筑功能要求不受影响的条件下,各部分的优势得以充分发挥,从而使建筑整体实现节能效果,达到环保节能的目标[4]。

  对校园既有建筑进行节能改造,不仅反映出校园脉络关系的多样性、连续性以及整体性的特点,而且要将文教类建筑的文化属性把握好,营造宁静文雅的校园建筑环境。优秀的节能改造既使得建筑本身的价值得以升华,也对整个校园负起了历史的责任感[5]。

  建筑低能耗的设计方法遵循“经济性合理、节能”的原则,技术集成系统是一种造价较低且功能合理的热环境调节系统,针对我国国情以及气候特点,具备较好的适应性。对既有建筑节能改造设计与建筑低能耗技术的集成进行研究,将为建筑低能耗设计的应用与推广打下基础,同时推动绿色生态校园建筑的发展[6]。

  校园既有建筑基于技术集成系统的节能改造研究,也就是把围护结构节能改造、地下冷热源、太阳能系统等技术融合于建筑设计,建筑设计人员需参与集成系统设计时的整个设计过程,且建筑设计人员应起到主导作用,通过合理整合建筑设计与主动式和被动式节能技术,实现了降低建筑能耗与满足热舒适要求间的平衡。

  外墙内保温通常是将岩棉或聚苯板等保温材料铺贴在外墙内表面上,然后选用石膏板作为饰面。该方法施工工艺较为简单,然而建筑使用面积会因外墙内表面铺设的保温材料而缩减,且对于既有建筑改造工程,其房间的正常使用在施工过程中会受到限制。

  外墙外保温通常是在墙体基层外铺贴膨胀珍珠岩保温板等保温材料,然后选用涂料或者干挂板作为外装饰面,当采用干挂板作为外饰面时,确保其与保温材料间留设一定的间隙,这样可以使得保温材料处于干燥状态,增加了外墙隔热保温作用。

  建筑物的墙体特别是西面墙体,在炎热的夏季因在太阳光的照射下,墙体表面温度大幅度升高,所以在炎热的夏季,当采用常青藤等绿色植物对建筑物进行遮阳时,能够有效地阻挡太阳光的照射,同时绿色植物也能够吸收建筑物外墙体的一部分能量。在夏季,裸露的外墙表面与覆盖绿色植物的外墙表面温度相差约7℃[7]。由此可见,外墙绿化也是一种经济有效的节能改造技术。

  围护结构中窗户是热损失的较大部位。窗户的传热系数较墙体大,虽然建筑物中窗户所占外墙面积较小,但是窗户产生的能量损耗有可能趋于乃至大于墙体。

  采用遮阳技术需全面考虑遮阳与采光,冬季夏季均能够使用的前提。对于既有建筑节能改造,东、南以及西立面外墙窗户应增设上下活动的百叶,同时外墙窗户百叶应具备外推活动功能,这样能够促进窗户外表面空气流动,从而使得窗户外表面温度降低。冬季打开所有百叶,让太阳光射入室内,达到升温的效果;夏季关闭百叶,将阻挡太阳光的照射,达到降温的效果[8]。

  窗框型材的热工性能受断面结构以及材质的影响较大,可以利用断热铝合金窗框,铝合金管断热处理之后,隔热保温性能得以提升,充分发挥节能效果。然而当更换窗框时会造成室内装潢损坏、材料浪费且施工困难等问题,可采用金属外窗塑钢包覆改造技术。窗框保留的基础上,使用塑料将窗扇处进行包覆,把单层玻璃窗户改为塑钢包覆中空窗。通过测试,既有钢窗与钢塑包覆窗相比,综合传热系数从6. 18W/ (m2·k)降低到3. 74 W/ (m2·k)[9],不但有显著的节能作用,而且较为经济,施工简单。

  建筑物外墙门窗的热量损耗为建筑主要能耗,外窗进行节能改造必须充分利用玻璃的隔热作用。为提升窗户的保温隔热效果,既有建筑节能效果较差的窗户可采用中空玻璃节能窗、热反射镀膜玻璃窗或低辐射玻璃窗等。或是将透明聚酯膜铺贴在玻璃窗扇内表面,这时玻璃与聚酯膜之间便形成中空层,从而达到隔热保温效果。安徽财经大学西校区老图书馆维修改造工程以及图书馆改扩建工程,为了降低建筑能耗,设计时均采用了隔热断桥铝合金中空玻璃节能窗。

  对于既有建筑屋顶节能改造,首选方案是在既有防水层基础上铺设保温层,如硬泡聚氨酯保温防水一体层或者挤塑聚苯板等,在此保温层表面上再依次铺设水泥砂浆找平层、防水层、水泥砂浆隔离层以及水泥砂浆保护层,采用阳光反射涂料作为饰面,夏季可以发挥较好的隔热作用。

  对于原屋面为平屋顶的既有建筑,由于结构荷载的制约,无法直接改造为坡屋面,因此选用节能环保的轻型钢结构增设坡屋面,不仅能够提升屋顶热工性能,而且可以开设天窗或者通风口,夏季将其打开,内外空气对流使得热量散失,进而降低室内温度;冬季将其关闭,从而发挥保温作用。坡屋顶同时便于安装太阳能发电装置,能够为建筑的照明提供电源,同时也可提供生活热水,节约了电力以及天然气资源。

  针对夏热冬冷地域,地下冷热源系统在运用时具备独特优势。这些地区其全年平均温度在15~20℃,气温适宜,可用作调整室内温度的能源。冬季将地下能量提供给建筑物,保证室内温度,与此同时将冷量存储,为供夏季降温使用;夏季,建筑物内部能量利用热交换系统输送至地下,也就是利用冬季存储的冷量来达到降温效果,与此同时将热量存储,为冬季供暖使用。

  “被动式”刚开始是用来描述建筑中所运用的太阳能技术,通常称采用太阳能技术的建筑为被动式太阳能建筑,比如阳光房、太阳能烟囱等,其利用的能源为太阳能,并未采用其他外在能源;“主动式”和“被动式”相对应,它是利用太阳能光伏电池,或者利用风扇等设施将系统能效提升的技术,比如太阳能热水、光伏发电等等。

  针对冬季夏季的气候特征,从实践角度分析了既有校园建筑节能改造的设计方法,实现了降低建筑能耗和满足热舒适要求间的平衡,为建筑设计人员与节能改造研究人员提供了设计思路,同时促进了绿色生态校园的健康发展。

  [1]王海松,莫弘之,沈斌.生态建筑集成设计体系研究[J].建筑学报,2007, 9:14-17.

  [2]刘鹏,毛洪伟,刘俊跃.绿色校园规划设计思考与实践一一以南方科技大学为例[J].生态城市与绿色建筑,2012, 1:70-75.

  [3]余庄.利用可再生能源的中国特色零能耗建筑一一华中科技大学某教学论文改造工程[J].建筑学报,2010, S1:124-126.

  [4]石峰.集成GUD系统的低能耗建筑[D].武汉:华中科技大学博士学位论文,2012.

  [5]李坚.校园老建筑的新生命一一关于旧建筑改造[J].广西大学学报(自然科学版),

  [6]王薇,胡春,黄艳雁.基于关键技术集成的校园既有建筑节能改造研究[J].住宅科技,2013,12:23-26.

  [7]刑永杰,杜江涛,沈天行.夏季室外热工环境实验研究[C].北京:中国建筑学会,2000.

  [8]张虎.安徽省既有公共建筑节能改造研究[J].安徽建筑工业学院学报,2011, 19

  [9]范宏武,徐强,李德荣.“十一五”国家科技支撑计划项目课题一一建筑节能改造关键技术研究[J].建设科技,2011,9:40-44.


365真人游戏
© 2013 北京格林吉能源科技有限公司.版权所有