超低能耗綠色建筑施工技術分析

王佳樂 邸超星 劉 凱 李耀文 許 寧 李冀川

(中國建筑第七工程局有限公司 山西 大同 037006)

保護環境和節約資源是我國的基本國策。由于工程建材行業能耗較高、環境污染嚴重,所以政府必須在建材行業中增加或采用清潔和超低能耗技術設備,以克服燃料緊缺和環境污染的問題。在國家出臺環保政策法規之后,中國建筑業積極開展技術創新改革,并發展了大量成熟的綠色節能技術設備。

1 超低能耗綠色建筑施工技術

在超低能耗綠色建筑的施工中,主要在于優化空間分配和能源供應規劃。在總體規劃施工階段,因地制宜,進行整個建筑的施工,走向、形狀、照明草圖的施工和室內空間設計施工。

1.1 被動式技術

1.1.1 高性能隔熱系統

超低能耗綠色建筑具有高性能隔熱系統,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,超低能耗綠色建筑外墻的隔熱層厚度約為300 mm,而傳統建筑外墻的厚度約為100 mm。

1.1.2 無熱橋施工

建筑圍護結構中熱流壓力明顯上升的地方成為產生了熱能傳導的橋,又稱熱橋。在超能源的建筑施工時,有必要嚴格控制熱橋的產生,并為建筑的結構施工設計非加熱橋。非熱橋施工的基本原理是通過合理設置隔熱層,合理去除不同建筑連接節點之間的熱橋,隔熱層與建筑構件的連接部分無連續空間,從而降低了建筑圍護結構的不均勻度,也因此降低了建筑的熱分攤面積。

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有很大區別。一個普通的建筑窗戶附著在砌塊結構上,加熱層懸掛。在安裝極低能耗建筑的外窗時,外窗框的熱橋損失最小,外窗框內外表面平整,采用外掛安裝方法,窗戶安裝在保溫層中,外墻保溫層包裹在大量窗框中,與專用成品的連接部位連接,保溫層必須連續無中斷。

1.1.3 整體氣密性

確保建筑物有良好的氣密性,是實現低能耗的關鍵措施。良好的氣密性減少了冬季的寒風侵襲,也減少了夏季對非受控通風系統的制冷需求,同時降低了由于霉菌滋生、露水凝聚等自然濕氣入侵環境而造成的影響,并減少了由于室外噪音和空氣污染等自然不良影響而對室內環境的干擾。

雖然建筑物通常對氣密層沒有強硬要求,但超低能耗綠色建筑要求氣密層完全包圍整個外部結構。通過在節點上進行氣密處理以形成氣密層。建筑氣密性的保證應貫穿于施工和施工的各個階段。對于門、窗、開口和結構之間的間隙等重要部件,需要進行氣密施工和改進。作為外窗安裝部分的氣密性處理的示例。

1.1.4 遮陽施工

通過采取合理的遮陽措施,可以有效降低夏季空調能耗和冬季供暖能耗。遮陽施工應根據不同地區的氣候特征、房間功能和朝向等因素進行考慮。超低能耗綠色建筑配套可調節的遮陽設施,對不同的太陽高度角及時做出反應,流入房間的速率小于室內,并可根據太陽高度角和室外天氣條件自動或手動調節,是超低能耗綠色建筑的最佳形式。

例如,北京地區某超低能耗綠色建筑位于南北方向,將可移動的金屬遮陽百葉窗或機翼遮陽板一起使用。翼形遮陽板可以根據太陽高度角的變化自動調整進入室內的太陽能,減少空調的能耗。外窗玻璃和外窗之間的間距可以調整為100 mm 或更大,以便外窗玻璃被加熱以引起熱傳導,并且不會增加能耗。

1.2 主動式技術

1.2.1 高效新型空氣熱回收系統

超低能耗綠色建筑采用高效新型風能回收系統,通過回收廢氣廢水中的余熱能量來減少供暖制冷耗能。熱回收新風系統的工作原理是首先通過熱回收排出室內的臟空氣,并對過濾凈化后的室外新鮮空氣進行凈化,進入高效熱回收容器后,通過熱交換接近室溫的空氣通過管道送入室內,達到節能通風的目的,這項技術必須根據區域氣候特征考慮熱回收設備的類型,并應考慮到施工的具體情況。

例如,空調施工采用新型風機和裝配式空調機組。新型風機采用高效空氣凈化器,通過送風過濾器和排氣過濾器有效過濾室外空氣,配備高效熱回收系統的新型空調系統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,降低能耗,達到高效、節能、健康和舒適的目的。

1.3 可再生能源的利用

1.3.1 風能

建議在建筑物內安裝通風管,以促進建筑物內的通風。

1.3.2 光能

在建筑物的南墻上,安裝一大尺寸的透明窗戶,能夠有效增強室內亮度,減少電子照明設備的使用,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,有必要考慮原有的遮陽外觀,并計算夏至、冬至的日照高度,調節好建筑距離,保障一天的充足光照。同時,在室內,可以充分利用植物美化環境,設置景觀美化池,調節小氣候。

2 技術應用分析

超低能耗綠色建筑施工不僅要考慮成本控制,還要結合項目的平面功能、表面效果和實際應用效果:通過對超低能耗綠色建筑中的無源技術和有源技術的分析研究,選擇合適的高效新風系統和熱回收裝置,并充分利用可再生資源,從高效節能光源和節能設備四個方向提出超低能耗技術與建筑的有機融合。

2.1 可再生能源分析

2.1.1 源熱泵

水源熱泵系統的能效比普遍大于空氣源熱泵系統。由于我國的華北部分區域夏季酷暑,冬天嚴寒。因此夏季的供熱負荷比普遍大于冬天。冬季,由于水源溫度遠遠小于夏季。而考慮到埋管在冬夏二季的水熱平衡,而夏季時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,地熱系統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作為冷源,能夠給施工現場有效的能量傳遞以穩定地下溫度和避免能量聚集,在冬季,源熱泵作為系統保養的電阻熱源。必要的能量通過夏季傳輸的熱能供給。冷卻水塔系統能夠即時啟動,使用方便。

2.1.2 太陽能利用分析

可再生能源利用是建筑節能從節能到產能的重要技術之一。利用范圍最廣、效率最大的太陽能發電技術,即在屋頂上鋪設太陽能電池板,太陽能電池板通過太陽能電纜安裝好,收集太陽能,并將其轉換為電能,同時,太陽能可以用作生活熱水的熱源。

常見的太陽能使用方式可以分為二個類型的被動和主動系統。最常見的被動型太陽光系統包括了太陽能屋頂和太陽能煙囪。在帶有玻璃幕墻和遮光板的住宅的屋頂上,裝有完備的太陽能系統,同時通過適當的建筑施工方法,可以在很大程度的利用太陽能電池板的太陽光,然后再按照設計要求把太陽光轉化為其他類型的能量,從而減少了對可再生能源的利用,并充分利用了潔凈資源,從而降低了對自然環境的污染。

根據太陽能發電技術的上升效應,光伏構件可局部應用于外墻。光伏構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影響建筑的整體外觀。當受到陽光照射時,光伏構件的類型和所在的位置可能會產生不同的光線、顏色和透明度。在美觀兼容的同時,光伏構件為建筑物本身提供電力,白天發電、存儲電能,用于夜視照明。

2.2 增量成本分析

與傳統建筑相比,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結構、高效熱回收的新型風系統、絕緣熱橋措施和氣密性措施。通過對中國超低能耗綠色建筑模型項目的研究,驅動技術的應用包括高性能圍護結構和門窗的隔熱和保溫,是超低能耗綠色建筑成本增加的重要組成部分。從長遠來看,超低能耗綠色建筑比傳統建筑材料使用壽命更長,并且極低的能耗在建筑運營過程中減少了更新和維護成本,通過建筑的節能效果,可以在合理的時間內收回增量投資成本。

2.3 圍護結構施工分析

進行超能源消費施工的重點之一是實施適當的圍護結構施工,以減少房屋的熱荷載和冷載荷。合理使用房屋的布置,按照房屋構造特征實施房屋結構被動施工。由于在這些地方夏季酷熱,設計空調消耗顯然超過了冬季。所以,對于低能耗的圍護結構的設計要重視夏季的導熱性,也有必要考察其圍護結構在冬季的保溫施工能力。而一般來說,圍護結構中比較脆弱的地方就是門窗和冷橋。建筑面積僅為建筑圍護結構總面積的30%左右。所以,增強建筑外門的保溫防水能力,對超能源的城市建設而言十分關鍵。

2.4 外墻分析

建筑物外立面應選用外墻保溫系統,這種結構將自熱與內暖有機結合。在施工中,需要對絕氣系統的各種系數進行細致的計算與研究,并正確選擇防腐材料,并滿足保溫結構的耐久性、風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。在室內外立面的施工設計中,對所有冷橋部分都做了適當的調整,以提高蓄熱的節能特性,從而使得冷橋對建筑物能耗的影響降到了最低點。

同時,可以在外墻內自由移動的模塊化外墻隔熱構件。這種結構能夠在夏季與冬天之間的過渡期提高建筑內部空間的熱輻射,進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

在建筑設計中,噪音干擾問題一直是個普遍存在的大難。建筑物隔音效應直接影響到建筑物內人民的生活品質和健康。所以,墻面可以選擇有隔熱和隔音功能的浮動材質,從而把地面的沖擊噪聲防護提升至六十五分貝,有效緩解地面左右、墻面之間的噪音問題,改善生活品質。

3 結語

對比分析表明,應用超低能耗綠色建筑技術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提高圍護結構的隔熱性能,減少建筑本身的熱損失,減少冷負荷,通過使用主動技術優化建筑能源系統,提高整體能效,實現建筑的超低能耗。實現減少碳排放的目標。

在當前正著力打造綠色建筑的基礎上,我們已經對綠色能源、節水減排和健康環保等理念有了全新的理解。另外,在各領域新推出的"綠色管理",超低能耗綠色建筑住宅應充分利用空間布局、建筑設計和主體材料,提高室內的舒適度。另外,考慮到建設地方的環境特征和投資成本,有必要進行綠化的建設,減少總成本,促進綠色建筑的可持續發展。