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1、夏热冬暖地区住宅建筑节能措施2007年第4期(总第35卷第194期)No.4in2007(TotalNo.194,Vo1.35)建筑节能节能技术ENERGYSAVINGTECHN0LOGY夏热冬暖地区住宅建筑节能措施唐平安,凌云:,曹荣光,(1.深圳市鹏城建筑集团有限公司,深圳518040;2.香港华艺设计顾问(深圳)有限公司,深圳518031;3.北京市建筑工程研究院,北京100039)摘要:夏热冬暖地区夏季能耗较高,其建筑节能的重点是降低夏季的空调能耗.自然通风可以为居住建筑改善空气品质,并最大限度的减少空调使用时间,改善室内热环境;而建筑外遮阳技术也可以有效降低空调能耗,同样可以减少空调
2、使用时间.在夏热冬暖地区自然通风和建筑外遮阳技术是建筑节能的关键技术和重要组成部分关键词:节能;自然通风;建筑外遮阳中图分类号:TU201.5文献标志9.-A文章编号:16737237(2007)04-001804Energy-savingMeasuresofResidentialBuildingsinHotSummerandWarmWinterZoneTANGPing-an,LINGYonCAORong-guang.(1.PengchengConstructiveGroup,Ltd.,Shenzhen518040,China;2.HongKongHuaYiDesigningConsultan
3、ts(Shenzhen)LimitedCompany,Shenzhen518031,China;3.BeijingInstituteofBuildingEngineering,Beijing100045,China)Abstract:Buildingsenergyconsumptionisveryhighins啪merofhntsnnl/erandwarmwinterz伽c.Soitistheemphasestoreducethebuildingenergyconsumptioninthehotsummerandwarmwinterzoneforenergy-saving.Naturalven
4、tilationCanimprovetheindoorairqualityofresidentialbuildingsandshortenaircondkioninghourmaximumly.AndtheexternalsunshadeCanimprovetheindoorthermalenvironmentandreducethebuildingenergyconsumption.Therefore,naturalvenfilionandexternalsunshadealethekeytechnologiesandimportantcom?portentsinthehotsnnlnler
5、andwarnlwinterzoneforenergysaving.Keywords:energy-saving;naturalventilation;externalsunshade0引言夏热冬暖地区包括我国南方沿海的广西,广东,海南,台湾,福建5省区和香港,澳门特别行政区.该地区亚热带季风海洋性气候特征明显,既没有严寒和寒冷地区那样的寒冬,也没有夏热冬冷地区那样的高温酷暑.收稿日期:2006.12-29该地区夏热时间长(一般410月).高温高湿气候持久,气温的年较差和日较差都较小.大部分地区从每年5月上旬至l0月中旬近半年的时间温度均为l0以上,基本不用采暖.1月份平均气温在l0左右,7月
6、份平均气温为2529,全年最低气温在20”C以上的天数达到200天以上,太阳辐射强烈,日照时间长,冬季日照率普遍在35%以上,海南还超5】国家行业标准JGJI34-2001.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准s】.中国建筑工业出版社,2001.(JGJI342001.DesignStandardforEnergyEfficiencyofResidentialBuildingsininHotSummerandColdWintZoneS】.ChinaBuildingIndustrialPress,200106】国家行业标准JGJ75-2003.夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准s】.中国建筑工业出版社
7、,2003.(JGJ75?2003.DesignStandardforEnergyEfficiencyofResidentialBuildingsininHotSummerandWarmWinterZoneS】.ChinaBuildingIndus一廿ialPress,2003.)187】孟庆林,张玉,张磊.热气候风洞内测定种植屋面当量热阻fJ】.暖通空调,2006,10:lllll3.(MENGQinglin,ZHANGYu,ZHANGLei.MeasurementofequivalentthermalResistanceofPlantedRoofinHDt.cIimateWindTunne
8、lJ】.Heat-ingVentilatingandAirConditioning.2006,10:1llll3.)作者简介:唐鸣放(1957.),女,四川成都人,博士,教授,建筑节能与热环境研究方向.单位地址:重庆市沙坪坝北街83号重庆大学建筑城规学院(40oo45)联系方式:023.65121769;E-mail:tmf过了50%.同时,夏热冬暖地区受海洋影响,白天风大,从海洋吹向陆地;夜间风速略低,从陆地吹向海洋,台风来袭时甚至可达12m/s.昼夜温差较小,夏季也只有45,气候条件优于夏季闷热,冬季阴冷潮湿的夏热冬冷地区【”.夏热冬暖地区社会经济发展水平较高,空调安装率,使用率高.其建筑
9、节能的重点是降低夏季的空调能耗.经分析,在现有建筑能耗的基础上节能50%是可能的【”.1节能现状能耗惊人,热环境较差.目前,该地区夏季降温能耗主要是空调用电.据统计,深圳市每百户居民家庭空调器的拥有量1990年1.2台,1991年2.5台,到1994年底已达40台,现在很多新建楼宇已是户户有空调,不少户甚至34台.使用空调带来的能耗相当惊人,空调能耗已占全市用电量的1/3,而且峰谷耗电差达到2:1,造成住宅区供配电系统容量和投资显着增大.若在住宅小区建设中不重视这一点,夏季高温天气各户空调的运行将对供配电系统的正常工作造成严重冲击,这方面的教训不少.广州某住宅小区供配电系统年年增容改线,但未赶
10、上空调器的增长速度,年年高温天气不能正常供电.严重时,1h跳闸断电数次,入户电压不足180V,别说空调器,就连日光灯也不能启动.大量电能损耗在线路上,危及电路安全,火险频繁,住户十分不满2.该地区阳光强烈,但开发商只考虑景观效果,住宅开窗面积越来越大,窗扇的可开启面相对较小,结果通风效果较差,而且未能充分考虑遮阳设计,造成进入室内的太阳能量越来越多,不仅提高了室内温度,还带来了严重的阳光辐射.可见夏热冬暖地区的能耗主要是夏季的空调用电,节能主要是指夏季的节能.而改善外墙热工性能对于冬季采暖节能效果明显,夏季空调的节能效果远小于冬季.由于夏热冬暖地区冬季一般不采暖,建筑节能的重点是提高夏季室内热
11、环境质量和降低空调能耗.因此,自然通风和窗口外遮阳技术应作为夏热冬暖地区建筑节能的关键技术并进行重点研究和开发应用.夏热冬暖地区建筑节能设计的主要精力也应放在自然通风设计和窗口外遮阳设计上.2节能措施2.1自然通风2.1.1自然通风的条件自然通风的实现也要结合当地的气候条件以及区域布局情况,设计建筑自然通风之前应先详细考察当地的风场,温度场,大气稳定度,大气相对湿度,大气污染状况等,同时由于风环境与建筑设计两者之间相互影响和制约,也要考察建筑群的规划布局,空间构式,朝向,间距等3.高层建筑比多层建筑更有优势,因为高层建筑周围空气清洁,由于远离地面,通风流畅,尘埃密度低.有关资料表明,随着楼层的
12、增高,空气质量为清洁的数量增加,二者呈正相关.因此,高层建筑尤其是办公楼更应有效利用自然通风,但高层建筑应考虑风速过高带来的影响4.2.1.2自然通风的必要性调查发现住户对空调房间感觉舒适的占93.2%,不舒适的占6.8%.感觉不舒适的首要原因是换气不足.住户对室内空气感觉潮湿的占6.6%,感觉适中的占88.4%,感觉干燥的占5%.住户对住房的满意率为80.7%,不满意率为19.3%.不满意的原因除周边环境和面积外,自然通风不好是重要原因,住宅布局次之.90%的住户觉得客厅空气好,另外10%觉得客厅空气不好【”.非休息日家庭白天有人的占79.4%,多为老年人和小孩.休息日全天有人的占88.5%
13、,白天没人晚上有人的占6.8%,白天有人晚上没人的占2%.虽然家庭都有空调,但白天住户多喜欢开窗,采用自然通风的方式降温,尤其是老年人.白天不用空调的原因,不是因为节省电费等经济原因,而是感觉到开窗自然通风比关窗开空调更舒适卫生【”.自然通风不仅可以有效改善室内空气品质,提高室内的热舒适性,在夏热冬暖地区还可以最大限度地减少空调的使用时间,因此,建筑节能的关键技术之一是自然通风.2.1.3设计室内舒适性指标如表1所示.而亚热带湿润季风气候7月份平均气温为2529,在室外气温不高于29的情况,气流组织合理,室内通风良好的情况是可以达到比较舒适的水平的,从而最大限度地减少空调的使用时间.现场实测调
14、查表明,外门窗关闭,既不通风又不开空调时,即便室内温度在26左右,人也感觉闷热,室内舒适性差.而在自然通风状态下,只要室内温度不超过29,相对湿度不超过80%,都会感觉比较舒适,即使有些微热感,也不觉得难受,不会影响人的正常工作和学习【”.表1夏季建筑室内热环境质量与卫生换气次数自然通风气流路线应流过人经常活动的范围,而且要造成一定的风速,风速以(0.31.0)m/s为最好.而房间开口尺寸的大小直接影响风速和进风量.据测定,当开口宽度为开间宽度的1/32/3,开口的大小为地板总面积的15%25%时,通风效率最佳6】.可以通过一个实例计算来看自然通风的效果如何.以一个L2915mz卧室或客厅为例
15、,有两面外窗,按室内有3人计算,室内热源包括:人员显热51W*3,电视65w,冰箱93w,经计算得到围护结构传热量为2666W,其eo(#b墙传热系数按2.5w/(m?K),屋顶传热系数按1.0W/(m2.K),外窗传热系数按4.54W/(m2.K)计算),可以根据式(1)川计算出除去室内余热所需的风量.而恙kg/()式中:G通风量,kg/s,室内显热量,l(J,1.01干空气定压比热,kJ/kg?K,室内温度,取29,进风温度,取28.根据此式可求得近似送风量,但误差不大.计算得到通风量为4103mS/h,按1.0m/s风速计算通风面积为1.14m.2.2外遮阳技术2.2.1遮阳的作用据图l
16、外窗逐时负荷的变化曲线,可以看出通过外窗的传热主要是太阳辐射热,传热部分温差不大,因此外窗外遮阳是夏季节能的另一个重点.7圳9”94ll:4814:12163619.00时间-.O-窗户形成的总负荷一日射得热冷负荷+瞬时传热负荷图I外窗逐时负荷的变化曲线降低建筑外窗夏季的辐射透过率是最有效的节能措施.最值得重视的是夏季对外窗采取遮阳措施,使太阳辐射透过率降低到O.2,与没有采取遮阳措旌时相比,空调耗电率显着减少.采用遮阳后空调耗电量比原来低6.78kWh/m,节能率高达38.02%t(如图2).3墨2至211鞭j卜空调年耗电量采暖年耗电量夏季无遮阳夏季有遮阳图2夏季有无遮阳的全年能耗量比较采取
17、遮阳等措施,降低夏季外窗的辐射透过率,不但可大幅度地降低空调的能耗,还可以明显改善自然通风的室内热环境质量.现场实测表明,有效的遮阳,可使室内空气最高温度降低1.4,平均温度降低0.7;使室内各表面温度下降1.2【”,从而延长自然通风的时间,减少使用空调的时间,达到更优地节能效果.2.2.2建筑遮阳的类型与分析目前,遮阳措施很多,可概括为三大类:利用绿化遮阳,结合建筑构件处理的遮阳和专门设置的遮阳.结合建筑构件处理的方法常见的有.力口宽挑檐,外廊,凹廊,阳台,悬窗等.专门设置的遮阳包括水平遮阳,垂直遮阳,综合遮阳,挡板遮阳,百叶内遮阳,内遮阳加镀膜,活动百叶外遮阳等.上述的遮阳措施还可分为两类
18、,外遮阳和内遮阳.内遮阳(软百叶或窗帘)效果很差,因为热辐射可以直接透过玻璃进入室内,使遮阳构件升温,并以长波辐射和对流的形式向室内散热.长波辐射很难透过玻璃到达室外,如果内部的遮阳构件不是白色或银色反射窗帘,情况会更差.所以不能依靠窗户内部的遮阳设施来降低热辐射的影响.遮阳设施的功能要求随着地区和气候的不同而不同,除了不同地区太阳的高度角和方位角以及辐射强度不同外,还要注意天空中太阳的运行轨迹和辐射强度并不是与年气温变化相对应的,因此固定的遮阳装置并不总是有效的.然而据调查实际使用外遮阳的用户较少.住户多用布窗帘遮阳,占73.7%,采用百叶窗帘遮阳的占10.9%,遮阳篷的占4.8%t(如图3
19、).布窗帘遮阳一百叶窗帘遮阳口遮阳蓬图3夏季住户遮阳方式调查示慝图3实例深圳市振业城为夏热冬暖地区建筑节能示范工程,通过改善小区自然通风条件,增大外窗可开启面积,提高房间的通风效率;并在东,西,南方向采用Low.E中空玻璃窗,将其遮阳性能提高了2倍;此外,还采用大阳台和屋檐,树木,建筑本体,活动外遮阳棚等遮阳措施.振业城一期住宅建筑面积总计12.13万rn.因此,单位建筑面积增加造价约206元/m.如果不包括太阳能热水器的投资,则节能设计增加的造价约177元/m:,增加建筑成本7.1%,每年节省电费28元/m2,增量成本回收期6.5年.如不用双层Low.E玻璃,则造价可以降到120元/m左右8
20、.环境效益也非常可观,初步估计该小区采用一系列技术措施每年可减少向大气排放CO25000t,So:120t,CO45t,NO7t,HC10t,烟尘20t,对当地大气污染起到有效的防治作用.由此减少的环境治理费用约为200万元.若深圳所有新建建筑实施节能后每年湖鲫枷瑚湖鲫枷瑚.事,挺斌可减少环境治理费用约2亿元【8.4结语通过以上探讨,可以看出自然通风可以为居住建筑改善空气品质,并最大限度地减少空调使用时间,改善室内热环境;而建筑外遮阳技术也可以有效降低空调能耗,同样可以减少空调使用时间.总之,在夏热冬暖地区自然通风和建筑外遮阳技术是建筑节能的关键技术和重要组成部分.参考文献:1】付祥钊,侯余波
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22、andWarmWinterZoneJ】_WallMaterialInnovation&EnergysavinginBuildings,2004,1.)3】唐春雨福州夏季风环境与居住建筑节能的探讨.福建建筑.2006,1.(TANGChunyu.AnalysisonSummerWindEnvironmentandEner-gy-savingResidentialArchitecture.FuanArchitecture&Construction,2006,1.)4鞠幼华,李世娟,胡志恒.高层手术室利用自然通风氏细菌数的观察J】_中华医院感染学杂志,.2003,13(5).(JUY
23、ouhua,LIShi-juan,HUZhiheng.ReducingBacteriumNumberUsingNaturalVenfilioninHigh?floorOperatingRoomJ.ChineseJournalofNosocomiology,2003,13(5).)5SJG102003.深圳l市居住建筑节能设计规范s】.2003.(SJG102003.DesignCodeforEnergyEfficiencyofResidentialBuildingsinShenzhenS.2003.)6】金招芬,朱颖心.建筑环境学M】.中国建筑工业出版社,2001,12.(JINZhaofen
24、,ZHUYingxin.BuildingEnvironment【M】.ChinaArchitecture&BuildingPress,2001,12.)7】赵荣义,范存养,薛殿华等.空气调节(第三版)M】.中国建筑工业出版社,1994,11.(ZHAORongyi,FANCtmyang,XUEDianhua,eta1.AirConditioningM】.ChinaArchitecture&BuildingPress,1994,11.)8l不思.振业城成功的节能典范J】.广东建设信息,2006,7.(HUAISi.ZhenyeCit广TheEnergysavingModelofS
25、uccessJ】.GuangdongConstructionInformation,2006,7.)作者简介:管理工作.单位地址:联系方式:唐平安(1973一),男,四川安岳县人,工程师,从事建筑工程深圳l市福田区农林路鑫竹苑大厦A2205(518040)13926553711,075583098833;Email:dsyuu德国住宅广泛利用太阳能德国在建筑节能上的最大手笔是开发太阳能住宅.目前在德国,不仅单体住宅,即一家一户的小型楼房或别墅可以使用太阳能供暖和保证热水的供应,而且集体住宅或多户型的公寓住房也可使用太阳能.最近又有消息报道说,慕尼黑的一家城市居民住房公司已经开始用太阳能技术改造
26、传统住房,这意味着无力自建住房或无力购买住房的租房群体和低收入家庭,也开始逐步享受免费的热水供应和暖气供应.慕尼黑市政府的做法是,改造先从廉租房开始,那里的住户是享受国家福利补贴的人群.对这部分人住房改造的投资,实际上也是在减轻国家的负担,否则国家也要拿出相当大的开支对他们的取暖和供热予以补贴.开发太阳能住宅在技术上已经不成问题,制约太阳能住宅发展主要是制度或体制问题,即谁来投资的问题.由于成本等问题,开发商和住宅出租公司都没有太大的积极性投资太阳能住宅建设,这是德国开发太阳能住宅建设的最大难点.目前有积极性开发建设这种住宅的是那些理想的环境保护主义者,且经济收入较高的人群.在巴伐利亚州兰茨胡
27、特地区居住的洛伦茨一家就是这样的典型.这是一个三口之家,三年多来一直住在新颖别致的两层太阳能小楼里.小楼的使用面积为170m2,四周是一个花园,花园里有游泳池,楼房的屋顶呈45.角,上面覆盖着68m2的太阳能接收板.接收板采集的热量将一个6m高,容积为l1m3的金属罐里的水加热,加热的水经过管道供应给厨房,洗澡间及隐藏在墙体内的暖气片.此外,游泳池的水还可加热到3O,储水罐的水可以加热到97,以不烧开为目的.经过技术处理,水罐可以分成两三个区域,上面的水温度较高,可以用作厨房用水,下面的水温度较低,可以设置为3O区或4O区,用于洗澡或暖气用水.水罐有一个加压装置,不必担心用水时压力不足导致流速
28、过慢.在楼内空间的设计上,水罐紧挨着楼里的楼梯,它的位置正好在楼梯的拐角处,而楼梯则位于楼房的一侧,所以基本上不占有用的空间.据住户反映,蓄水罐吸收的热能,即使连续几个星期阴雨,也能保证热水的供应.一般情况下,德国连续几周阴天下雨的情景并不多见,只要中间有一天是晴天或有阳光,储水罐里的热能就能得到补充.德国近几年的实践证明,太阳能至少可以保证居民70%的供暖和对热水的需求.在寒冷的冬天,最多加烧一点劈柴,就可保证全年的供暖需要.像洛伦茨一家居住的小楼,每年的用柴量不超过1.5m3,在德国花费不了多少钱,但投资建设这样的小楼要比投资一座传统的小楼多出1.4万欧元.有付出就有收获,洛伦茨一家的收获是再也不用去支付热水费和暖气费了.德国通常是通过烧油来实现供暖,而烧油取暖住户要缴纳税率很高的燃油税.对洛伦茨一家来说,更大的收获还在于,每年的410月,他们在自家的游泳池里可以随心所欲地游泳,而不用交1分钱的热水费.鉴于太阳能住宅明显的节能效果和不污染环境,以及巨大的战略意义,即可以减少对国外能源的依赖,位于巴伐利亚州的雷根斯堡地区已经出现整栋居民楼共建太阳能供暖系统的壮观场面.
