焦作市居住建筑能耗及室内热环境研究.docx
- 文档编号:8874436
- 上传时间:2023-02-02
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:580.81KB
焦作市居住建筑能耗及室内热环境研究.docx
《焦作市居住建筑能耗及室内热环境研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《焦作市居住建筑能耗及室内热环境研究.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
焦作市居住建筑能耗及室内热环境研究
焦作市居住建筑能耗及室内热环境研究
——从住宅的建筑外窗节能入手探究
贾海龙
【摘要】在能源日益紧张的今天,建筑节能已成为当今社会的一个热门话题,也是世界建筑发展的大趋势,是改善人类居住环境的需要,也是今后建筑技术发展的产业升级的重点。
对既有建筑进行能耗和室内热环境的调查是掌握当前建筑使用过程中能源消费方式、消费水平及了解室内热舒适状况的重要手段,是科学制定各地建筑节能设计标准和建筑能效评价指标的基础环节,并为建筑节能优化设计提供参考依据。
【关键词】能耗、室内热环境、优化
0.引言
我国目前对建筑能耗的调查主要集中为大城市,对中小城市几乎没有涉及。
但我国中小城市的数量要比大城市多得多,总的建筑能源消耗也会比大城市要多,而且由于中小城市的生活水平生活习惯和建筑构成与大城市有明显的不同,因此需要对中小城市的建筑能耗进行研究,从而为其建筑节能指明方向。
研究目的及意义:
1)减少能源消耗,保护生态环境
目前,城市供暖主要通过燃烧煤等矿物燃料来实现的,过多的能源消耗会造成更多矿物燃烧废气物的排放,进而破坏生态环境,危害生存空间。
所以通过建筑节能可减少对大气的污染,保护生态环境。
2)为改善建筑热环境提供依据和参考
通过实地调研不同地区建筑能耗现状,分析归纳出能源消耗结构,并针对现状提出改善意见,不仅可为以后城市居住建筑节能设计提供参考,还对既有建筑节能优化设计提供一个思路。
国内外研究现状:
国外建筑节能发展较早,节能设施较为完善。
但由于各国国情不同,住宅建筑耗能也个不相同。
对于天气寒冷期较长的一些国家和地区,如北欧国家、加拿大,其采暖及供热水能耗均占住宅能耗中的大部分。
发达国家城市及乡村建筑普遍装有采暖设备,所用能源主要是煤气,燃料油或者电力。
与我国相比,在相近的气候条件下,发达国家一年内采暖时间较长,采暖质量较高。
我国建筑能耗一般包括采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等所用的能源,其中以采暖能耗数量最多。
而在建筑节能技术研究方面起步相对较晚,尤其是在建筑采暖方面呈现出建筑规模大、建筑热工性能差、采暖效率低、采暖设施落后等突出特点。
研究的目的意义,及目前你要研究的这个领域的研究现状
1.研究方法
分类,时间,地点,你研究内容的基本情况等信息
1.1研究对象
测试地点位于焦作市龙源世家小区、龙源湖小区、绿苑小区、河南理工大学教师公寓、悦园小区、紫苑小区等,分别采用不同地区,不同环境的地点,抽样调查。
1.2研究方法
为研究工作的顺利进行,制定了本课题所采用的研究方法和具体步骤:
1)文献查阅
根据研究对象,查阅相关的书籍、国内外发表的相关文章等,然后整理、归纳,使自己对所研究的内容有更多的了解,并对已有的研究成果进行分析,找到切入点,使研究更有针对性。
2)实地调研
其次,在多次广泛调研的基础上,进行了侧重于建筑外窗节能选取典型实例深入调研,明确了研究的具体内容。
调研所采用的方法主要以拍摄图片,实地测绘、勾勒建筑平面、立面草图,询问采访等形式进行,旨在掌握第一手资料和必要的数据。
图1龙源世家
图2龙源湖小区
3)分析归纳
将实地调查数据、图片、草图等资料按照外窗材料及构造、外窗保温隔热结构及构造、太阳能利用、空调设备使用等多方面因素分类归纳整理,并将不同住宅实例相互对比分析。
图3绿苑小区
图4河南理工大学教师公寓
图5悦园小区
图6紫苑小区
2.外窗节能理论研究
2.1外窗节能对建筑节能的影响
建筑能耗主要包括建筑建造、维护、拆迁中的耗能,其中建筑维护能耗占建筑能耗的主要部分。
在建筑日常维护中建筑保温是耗能的主要部分,建筑的保温显得尤为重要。
然而,建筑外窗是建筑保温、隔热、隔声的薄弱环节;窗户不仅有与其他围护结构所共有的温差传热问题,还有通过窗户缝隙的空气渗透传热,通过玻璃的太阳辐射传热问题。
因此建筑外窗设计对建筑节能有相当大的影响,也是实施可持续发展的重要体现。
2.2焦作市的外窗节能设计要求
我国幅员辽阔、气候条件差异很大,为了使建筑热工设计与地区气候相适应,《民用建筑热工设计规范》GB50176将全国划分成五个区,即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区。
(见图7、8)
图7全国建筑热工设计分区图
图8全国建筑热工设计分区图及热工分区设计要求
焦作在热工分区上属于寒冷地区,是指累年最冷月平气温为0~-10℃,最热月平均温度25~30℃,热工设计分区中属于寒冷地区。
这一地区应满足冬季保温要求,部分地区兼顾夏季防热。
2.3影响窗节能的因素
从热传递以及窗的传热原理标明,要减少通过窗的热量的损失,可以增加窗的热阻,减少空气的对流,控制辐射传热,控制窗的导热。
因此,窗节能就可以从窗的传热系数,空气渗透量,可见光的透射率和反射率,窗墙面积比四大因素和和其他的方面来衡量。
1)传热系数
传热系数是衡量由温差引起的通过窗户的传热量,是导热、对流和辐射这三种传热方式的综合体现。
当窗两侧的空气温差为1℃时,单位时间通过单位面积窗的热量的数值等于传热系数的数值,单位为w/(㎡.k)。
传热系数(见表2.1)越大,窗的保温隔热能力就越差,通过窗的能量损失就越多,整个建筑的能耗就越多。
表2.1不同外窗材料和外窗构造传热系数比较
2)空气渗透性(气密性)
建筑外窗的气密性是指当关闭窗时空气通过的能力,是说明窗节能的重要指标。
国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》(GB7107-2002)中将外窗气密性分为五个等级,对应的qo值如下表所示:
表2.2外窗气密性分为五个等级
qo值越小,说明窗的气密性越好,窗户的保温能力越好,节能性能也越好。
3)可见光的透过率与反射率
可见光透过率是透过窗玻璃的可见光量与射在玻璃表面上的可见光量的比率,通常以百分比表示,数值越大,自然采光越好。
可见光反射率是指被玻璃反射的可见光量与射在玻璃表面上的可见光的比率,当阳光过强时,玻璃的可见光反射作
图9可见光透过玻璃及反射情况示意图
用就可减少由于阳光的直射而温度过高的现象。
4)窗墙面积比
窗墙面积比是表示窗洞口面积与房间立面单元面积(即房间层高与开间定位线围成的面积的)的比值。
《民用建筑热工设计规范》规定采暖居住建筑当墙体按最小总热阻计算时,各朝向的窗墙面积比为:
北向不大于0.20;东、西向不大于0.25(单层窗)或0.30(双层窗);南向不大于0.35。
3.实地调研结果及分析
3.1外窗的主要形式
焦作地处寒冷地区,建筑保温是建筑设计中重要的组成部分。
因此,从节能的角度看,建筑的外窗面积不宜过大,在建筑材料上应选取保温性能较好的建筑材料。
但由于空调在建筑中大量使用,致使很多建筑设计者及居民更偏重于建筑的美观和舒适度,却把建筑的节能问题放在次要位置。
在焦作地区中各种形式窗并存是当今住宅建筑的特点,其形式主要有推拉窗、转角窗、飘窗、落地窗等。
1)推拉窗
推拉窗是一种使用相对普遍的外窗形式,分左右、上下推拉两种。
推拉窗有不占据室内空间的优点,外观美丽、价格经济、密封性较好。
采用高档滑轨,开启灵活。
配上大块的玻璃,既增加室内的采光,又改善建筑物的整体形貌。
窗扇的受力状态好、不易损坏,但通气面积受一定限制。
图10绿苑小区家属楼推拉窗
图11悦园小区家属楼推拉窗
2)转角窗
转角窗一般指的是在建筑物转角处开一窗子,窗子面积一般不会太大。
转角窗在一些高层住宅中较为常见,有些建筑开发商为增加建筑室内面积或是为强调建筑立面造型刻意设计转角窗。
另一方面就是由于焦作市旅游业的发展,很多花园式住宅对转角窗的运用较多,但转角窗的运用会降低建筑物的抗震能力,在有些对抗震要求高的地区,拐角处常需设置暗梁。
转角窗会适当的增加建筑室内采光,但建筑的保温性却出现问题。
在实地调研中我们发现龙源世家小区住宅中转角窗较多,且转角窗的一般朝向在南向较多,并没有遮阳板,建筑遮阳主要采用内遮阳。
外窗构造是单层的普通玻璃,给建筑保温带来巨大的压力。
图12河南理工大学教师公寓转角窗
图13龙源湖小区家属楼转角窗
3)落地窗
落地窗是指在建筑地板面上先垒一定高度的墙,然后安装的窗户,落地窗就是尽量增加窗户的高度,使窗户直接固定在地板面上,这种窗户就叫落地窗。
落地窗的面积一般较大,大部分落地窗都有附属阳台,落地窗一般还设有内遮阳措施。
落地窗是一个很好的休息空间,但在开窗时会留有很大面积的通风口,对建筑的保温极为不利。
图14河南理工大学教师公寓落地窗
图15河南理工大学教师公寓落地窗细部
4)飘窗
飘窗与转角窗有点相似,即在建筑物原有的立面上突出一部分,飘窗的形式多样,构造灵活,在住宅小区中有广泛的运用,在实地考察焦作市住宅建筑外窗形式中我们发现飘窗主要设在建筑的南立面上。
飘窗一般设有内阳台,居民可在内阳台上种植花卉等室内装饰性植物。
但对于有幼年孩子的家庭飘窗应设立护栏。
图16龙源湖小区住宅飘窗
图17龙源湖小区住宅飘窗细部
从建筑节能方面考虑,建筑立面的飘窗较其它窗对建筑的节能有很大的不利因素,突出的部分不仅增加了窗墙面积比,更重要的是突出的部分换热较快,且一般的建筑飘窗都是单层玻璃,玻璃的传热系数大,给建筑保温带来压力。
3.2外窗材料及构造
焦作市现有的居住建筑外窗多种材料并存,从早时期的木窗到中期的钢窗和现在运用较多的铝合金和塑钢。
在还未拆迁的旧式矿物家属院中,木窗和钢窗还在大量运用,但由于木窗易变形和易腐蚀的特性而导致气密性不良。
再加之木窗本身的自重也很大,不易施工运输及安装,目前焦作市高档住宅和别墅中运用。
焦作市现有建筑中,建筑外窗材料运用较多的是铝合金和塑钢,因较其他材料轻质、美观、装饰性能好等有点,被现代新型住宅建筑广泛运用。
而且塑钢窗的保温性、气密性都较其他材料优良。
以下是焦作市各时期建筑外窗材料及保温问题。
表3.1住宅外窗建造年代及材料
建造年代
外窗材料
外窗构造
保温问题
60~70
木窗、钢窗
单层玻璃的平开窗
差
70~90
钢窗、铝合金
推拉窗
较好
90~至今
塑钢
多种形式
良好
3.3窗墙面积比
窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单元面积(即房间层高与开间定位线围成的面积)的比值。
因窗的传热系数较大,适当的窗墙面积比对建筑节能有很大的影响。
《民用建筑热工设计规范》中规定采暖居住建筑当墙体按最小总热阻设计时,个朝向的床墙面积比为:
北向不大于0.2、西向不大于0.25南向不大于0.35。
在焦作地区的部分住宅建筑中很多窗墙面积比远大于规定值。
以下是焦作市部分住宅建筑的窗墙面积比较:
图3.2教职工家属院
住宅名称
朝向
窗墙面积比
窗的构造及材料
龙源世家
南向
53.6%
普通玻璃、塑钢
悦园
南向
41.2%
普通玻璃、铝合金
绿园
南向
52.08%
普通玻璃、塑钢
通过以上比较我们发现焦作地区的很多住宅建筑的窗墙面积比都达不到要求,有的甚至远远大于设计规范要求的值,因此焦作地区的窗墙面积比对建筑保温方面好存在很多问题。
4.问题及优化策略
建筑节能标准确定的建筑节能目标,是在确保室内热环境的前提下,降低采暖和空调的能耗。
要达到这个目标,须从两个方面入手,一方面要可以提高围护结构的热工性能,另一方面可以使用高效率的空调采暖设备和系统。
从围护结构的保温性能来看,窗是保温能力最差的部件;主要原因是窗框、窗膛、窗玻璃等的热阻太小,还有经缝隙渗透的冷风和窗洞口的附加热损失。
另外,通过合理选择窗户的类型,形式和窗框的材料也可以有效的提高窗户的节能性能。
提高住宅建筑外窗节能性的具体措施如下:
(1)控制各向墙面的开窗面积
《民用建筑热工设计规范》规定以窗墙面积比作为各向墙面的开窗面积的控制指标。
《民用建筑热工设计规范》规定采暖居住建筑当墙体按最小总热阻计算时,各朝向的窗墙面积比为:
北向不大于0.20;东、西向不大于0.25(单层窗)或0.30(双层窗);南向不大于0.35。
如下表:
图4.1
窗户类型
图样
墙体面积
窗洞面积
窗墙面积比
普通窗
15㎡
5.4㎡
0.36
凸窗
15㎡
6㎡
0.4
从表中可以看出,凸窗窗的应用会增加窗墙面积比。
所以,在实际设计中,要综合各种因素选择合适的窗墙面积比。
(2)选择合适的窗型
各地采用的窗户类型有很大不同。
按材料分类:
木窗、钢窗、铝合金窗、不锈钢窗、塑料窗、玻璃钢窗、预应力钢丝网水泥窗及其他材料窗等。
按开启分类分:
固定窗、平开窗、推拉窗、提拉窗、悬窗、折叠窗等。
随着建筑技术的发展,外窗的样式也得到发展,飘窗和凹窗等新形状的窗户得到广泛应用。
比如,2000之后焦作的大部分商品房中都广泛采用飘窗的样式。
窗户类型多种多样,各有各的特点。
在窗户节能设计中,只有综合考虑影响窗户的因素,选择合适的窗户类型才能满足当地建筑的节能要求。
(3)有效利用遮阳措施
焦作市夏季的温度也有所提高,市民普遍采用空调降低室内温度,这样对建筑节能是不利的。
这时可以采取适当的遮阳措施来改善节能环境。
窗口遮阳形式有:
水平式遮阳、垂直式遮阳、挡板式遮阳和综合式遮阳。
在设计中可以根据建筑要求、构造方式与经济条件进行比较后再选定。
根据建筑地区的气候特点和建筑使用要求,可以把遮阳措施做成永久性的或临时性的。
永久性的就是在窗口设置各种形式的遮阳板;临时性的可在窗口设置轻便的布帘、竹帘、软百叶、布篷等。
有些建筑,特别是低层建筑,可以依建筑与环境的条件,利用绿化遮阳。
既有利于建筑与环境的绿化与美化,也是一种经济有效的技术措施。
此外,结合建筑构建的处理进行遮阳也是常见的措施,如大挑檐、设置百叶窗、凸窗及旋窗等。
(4)提高窗户的气密性
窗户的气密性指当窗户关闭时通过窗户的热量的多少。
由于窗户在框与扇和扇与扇之间以及窗框与玻璃之间都存在一定的缝隙,如果未加以密封或密封效果不好,空气就会通过这些缝隙,产生热量损失。
提高窗的气密性应从窗的制作、安装和加设密封材料等方面加以重视,对密封材料产品的选择要求要好;安装时严格按照程序来做,保证镶嵌牢固、严密耐用。
图18挑窗上口保温隔热构造设计
图19挑窗下口保温隔热构造设计
(5)合理选用窗框材料
不同材料的导热系数值有很大不同,对窗户的传热系数有较大的影响。
如下表所示:
品种
松、杉木
塑料
钢
铝合金
导热系数(w/m.k)
0.14~0.29
0.10~0.25
58.2
174.4
图4.2不同材料的导热系数
图4.3各种窗框材料性能比较:
材料
强度性能
隔热性能
抗辐射能力
耐燃能力
木
优
优
良
差
塑料
差
优
差
差
钢
优
差
优
优
铝合金
良
差
优
良
从表中可以看出木、塑料的隔热性能优于钢和铝合金材料。
但木窗耗用木材,且易变性引起气密性不良,导致保温隔热性能降低。
而塑料自身强度不高且刚性较差。
但各种材料的性能不是绝对的,例如,随着现代技术的发展,塑钢窗被广泛应用。
焦作市2000之后的高层住宅几乎全部采用塑钢窗。
5.结论
通过本次的调研,我们对焦作市建筑节能中门窗的节能方面做了较深入的研究,但是还存在相当多的问题。
主要表现为建筑节能技术的应用与实际建设使用的矛盾。
建筑节能技术的发展给建筑节能带来了科学保证,但随经济发展和各民族文化的渗透,人们对建筑功能的要求有所改变,建筑的形式趋于多样。
相当一部分住宅建筑为追求建筑立面效果或建筑外观形式而对建筑的节能方面缺乏考虑。
建筑使用和维护耗能是建筑耗能主要部分,建筑前期的节能措施不完善对建筑后期的使用带来很大的影响,建筑节能设计应从建筑建造时开始,并从建筑设计本身入手。
参考文献
[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2007[M].北京:
中国建筑工业出版社.2007
[2]EnergyInformationAdministration.InternationalEnergyOutlook2007.USA:
EIAPublications,2007.
[3]许占发.建筑节能技术实用手册[M].北京:
机械工业出版社.2005.
[4]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:
中国建筑工业出版社,2002.
[5]JGJ26-95民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)[s].北京:
中国建筑工业出版社,1996
[6]JGJl29—2000既有采暖居住建筑节能改造技术规程[S].北京:
中国建筑工业出版社,2000
[7]JGJl3-2001采暖居住建筑节能检验标准[S].北京:
中国建筑工业出版社,2001
[8]JGJl34—2001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].北京:
中国建筑工业出版社,2001
[9]JGJ75—2003夏热冬暖地区居住建筑一-P“B5设计标准[S].北京:
中国建筑工业出版社,2003
[10]DBJ01-602—2004居住建筑节能设计标准[s].北京:
中国标准出版社,2004
[11]DBJl4—037-2006居住建筑节能设计标准[S].济南:
山东省墙材革新与建筑节能办公室,2006
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 焦作市 居住 建筑 能耗 室内 环境 研究