杭州地区建筑节能调研与改造技术

曹 亮,丁伯阳,刘晓洋

(1.浙江水利水电专科学校建工系,浙江 杭州 310018;2.浙江工业大学建工学院,浙江 杭州 310012)

随着土木工程的不断发展,我国在各种大型项目上都取得了成就,同时节能技术上也不断更新,但是与国外相比还存在不少差距.建筑用能正在持续快速上升,其所占全社会能耗的比重不断增大.将从目前的27%左右上升到2020年的35%左右.我国1996-2002年新建房屋建筑面积(16～20)亿m2.全国城乡房屋建筑面积388亿m2,其中城市为171亿m2.估计到2020年底,全国房屋面积将达686亿m2.面对这一背景,加强建筑节能势在必行.

1 低碳建筑物的构想与现状

1.1 低碳建筑一度成为理想的建筑物

曾几何时,低碳一度成为人们生活方式的代名词.零碳建筑的构想从他产生之初就广受质疑.著名的建筑学家比尔.邓斯特一开始就提倡零碳建筑.只有通过先行者的尝试,成功的经验才能积累起来.他的代表作就是贝丁顿社区.目前这种建筑物尚处在示范阶段.正是由于绿色低碳建筑的造价太高,没有发展商愿意轻易尝试.比尔.邓斯特通过撇开中间商,以组织工厂代购的方式降低采购成本,据他估计,最后建造的低碳建筑物之比传统建筑价格降低10%左右,而且还在继续降低.所以从此可以看到低碳建筑物的前景[1].

1.2 运用的现状

杭州地区的建筑物多以高层为主,建筑物容积率在2～4之间,每家每户只能看到很少的天空和阳光,达不到自给供热发电的要求.如果照搬英国的低碳建筑,同样会因为楼与楼之间的阴影和城市缓慢的风力导致空气交换的系统问题重重.

2 对杭州地区的环境综合分析

从地理上讲,在地形上,杭州地区平原多于山区.桐庐、富阳以北,萧山、余杭及市区的东北部,地势平坦,光照充足.丘陵地区,因地形遮蔽和云雾、雷雨较多,光照较差,只有平原地区的70%.日照情况,全市大部分地区日照比较充足.日照百分率达55%～60%或以上.市域中部的河谷平原、新安江库区及临安县东部,也是光照充足的地方.气温上,杭州地区地处冬冷夏热地区,一般来说春天和秋天比较短而不明显,而夏天和冬天比较漫长,正是属于温差比较大的地方.昼夜温差来说,季节交换的四月和十月比较明显,其他季节不太明显.杭州市气温平均年较差为23.8～24.9℃,年平均日较差为7.9～11.0℃.年降水量较大,且一年在5月初前至7月初,8月底至9月底有两个雨季,各年之间变化也不均匀.风速一年呈现变化较大,风力偏小.降雨方面,全年雨水充足,土壤含水量充足,水系分布较广[2].

3 调研现有建筑物的能耗措施存在的一些问题

从建筑节能的措施来讲,现有的建筑物的节能措施比较多,投入的材料符合国家规范要求,但是发挥的作用不是很大.所以需要建立一套现有符合杭州地区特点的建筑节能体系[3-6].

公共建筑新建的建筑物如杭州市民中心严格按照建筑节能标准要求,在墙体方面采用空心砌块、夹层玻璃窗等关键措施,使得建筑物本身在设计和施工方面达到了50%的节能设计标准.除此之外,还在蓄能方面做了工作.但是这一标准只是针对国内标准而言的,如果要真正到达低碳,达到国际标准,还是有差距的.如未充分考虑市民中心临江的优势,虽是高层建筑却没有引入太阳能发电板储能或者太阳能热水器,这无疑是可以在以后建筑节能改造方面引入的.此外可考虑在建筑物屋顶加入风帽等通风装置实现自然通风,利用自然压力将房屋内的废气排出,使得新鲜空气进入室内,尤其是在高的楼层,随着风压增大,效果更为明显.再如杭州市科技馆,作为节能示范代表,在围护结构节能优化、地源热泵系统,幕墙喷雾技术,自然采光、自然通风技术、雨水利用、太阳能光电技术、建筑隔阳遮阳技术方面均已形成了一个完整的系统,接近国际标准.同时,这么高要求的系统节能也同样适用杭州地区的多数建筑物,但这方面,还需要政府大力补贴,才能使这些技术得以推广.

民用建筑方面以杭州某小区楼盘为例.它采用地源热泵技术,整合了新风系统、同层排水和隔音低噪等先进技术,的确为杭州的楼市带来了一股新鲜空气.但因为民用建筑与一般示范工程不同,要求更加适合人体舒适度.而在该小区建立以后,确实由于技术不成熟造成不能完全满足人体舒适要求.如由于运用不当,没有采用合适的VRV空气净化,出现了空气流通性较差,舒适度不足,进而导致地源热泵技术的应用也未能达到应有的效果.

而对杭州市已建的建筑物,属于既有建筑物,产生的问题就更多了.通过对有代表性的小区调研,发现对现有建筑的改造主要从墙体改造开始.由于过去墙体采用的砖块都是自保温结构,采用以空心砖或砌块为主,以外墙外保温及内保温为辅,有的采用预制板加砌体结构,由于这些结构大多数以砖混结构为主,因为发生不均匀沉降以及雨水排水系统不良,墙体粉刷已经剥落,墙体出现裂缝,这些都导致了原有结构保温性能的降低.需要采用外墙外保温技术加以改造.另外从采访当中碰到的居民,大多数都对自己小区的墙体保温技术不了解,说明开发商没有在建造时详细说明,很多所作的工作仅停留在宣传上,节能并没有作为大家购买房屋的鉴别条件.

4 对杭州建筑物的节能体系的建议

综合杭州地区的环境分析和建筑物现状的分析,对杭州建筑物进行可持续发展,需要采用一下措施:

(1)外墙外保温技术的推广,现在外保温技术在国内都取得了突破性进展,尤其在保温技术节能和结构补强一体化上做的很好.对新建建筑物多采用聚苯板外保温技术,对已有建筑物改造多采用珍珠岩砂浆[7].针对杭州现有民用建筑砖混结构较多的特点,采用珍珠岩砂浆这一技术,施工比较方便,对承重墙体不会产生破坏,没有改变原有结构,值得推广.

(2)屋面保温材料:屋面材料目前要综合考虑施工工艺是否可行.使用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法,克服了常规作法的诸多缺点.很值得采用[4].

(3)杭州市公共建筑采用玻璃幕墙或者大面积的玻璃窗为主的特征,鉴于窗的传热系数比墙小很多,所以面对这些问题时,首先尽可能选用保温的玻璃窗和门,例如用Low-E辐射玻璃来代替一般的玻璃,可大大减少传热系数,采用内夹保温层的保温门,也有利于保温.由于玻璃门窗的更换成本小于结构构件,建议对某些淘汰的单玻璃门窗进行修复,改成多层玻璃.但是由于大多数门窗按照现有经济条件换成夹层玻璃成本较高,现在比较可行的方法是采用贴膜,这个成本相对较小;再考虑就是选用合理的中空玻璃边缘密封材料和边框材料,减少空气的渗漏量,如框与扇的密封可用橡胶(橡塑)或泡沫密封条.另外,国家还需要进一步立法确定玻璃的传热系数标准,通过立法对传热系数过高的玻璃进行淘汰.同时对过去常见的飘窗、落地玻璃幕墙等加以限制,目前这些设计常出现在高层建筑中,但是由于这些凸出窗体及大面积玻璃易受到台风、冰雹等灾难性气候的危害,从而形成建筑安全隐患.目前《民用建筑热工设计规程》JGJ 24-86第4.4.5条设计规范上只有居住建筑(北向)窗墙面积比在0.2以下,其他面都在0.4以下[8].而对公共建筑目前尚无明确的窗墙比规定,目前推荐＜0.2.如果这样的话很多建筑物的窗体面积过大.不符合要求.

(4)杭州地区的建筑设备节能方面:发展能够利用太阳能、水能等可再生能源的设备.

从空调方面看.欧洲国家的被动式太阳能建筑是一种让阳光射入室内,不需要附加采暖或制冷设备,不消耗常规能源,对自然提供的能量加以应用的完整的建筑节能系统.而该方法将利用坡屋面将太阳能转化为电能、热能,同时用风力进行室内空气的调节,这个固然好,但杭州地区的环境不同于欧洲,即使在同样的日照情况下,由于建筑密度大,靠太阳所获取的能量储备满足不了各家各户的采暖空调要求,并且根据我国目前的太阳能利用技术水平,也是不够的.因此太阳能利用技术还有待提高.为了减少太阳能对于建筑外观的破坏,可以考虑采用新型太阳能房.杭州下沙地区高教园区就利用了太阳能加低谷电的技术解决了热水供应问题,也没有太多破坏建筑物外景,值得借鉴[2,9].

(5)在利用水能源方面,杭州地区的特点是雨水充足,而整个城市水系分布密集,绝大多数城镇地下水位较高,富水土壤比例大,且水系分布广,可以从分利用境内的湖泊江河,这为水源热泵系统应用提供了得天独厚的条件,但是必须对能源取样模式加以改观.例如杭州建德地处新安江河畔,利用在建筑物安装水源热泵设备从新安江抽水,通过机房压缩机的冷热转化,把水送到建筑物的通风口,放出冷气或暖气.同时水经过管道循环,再次流回到机房.这种水源地泵相比传统单冷空调,以一幢50000 m2的高级酒店为例,一天可以节约3000多kW◦h,节能效果明显.杭州其他地区的水源充足,所以水源热泵技术大力值得推广[10].

其他方面,主要是针对绿色照明技术和节能电器的推广.通过做实验表明,光是使用目前价格不是很高的节能灯就可以省电75%.节能技术的推广需要政府资助,这一方面杭州政府补贴做的很多,市场上节能灯的价格在3元左右,所以现在一些民用居民建筑都愿意选择节能灯,在节省电能方面的耗电计算上这点补贴是可以产生很多效益的[4].

(6)节能监测技术的建立:鉴于杭州市目前公共建筑耗能较多,采用平均耗能指标的概率不利于动态的掌握杭州市建筑耗能的情况,并且一天24 h耗能有很大的波动,所以建议使用实时监控的方法来进行操作.这套技术与建筑绿色评估标准相结合,真正起到对建筑的节能监控.

关于节能监测方面的仪器目前多半在公共建筑中采用,而且作为主要监测的外墙墙体为例,就是采用烘箱、导热系数测定仪测定传热系数.但是大量数据的形成需要靠成套的检测平台来掌握.目前的检测平台例如能耗实时监测平台在上海尚属试点.杭州今后要大力发展这样的实时监测平台.

[1]比尔邓斯特.城市如何让生活更美好[J]财智生活,2010(2):25.

[2]张 敏.杭州地区住宅建筑节能运用研究[D].上海:同济大学,2008:1-15.

[3]孙金颖.建筑节能金融服务体系[J].建筑经济,2010(2):8-11.

[4]占松林.建筑节能投资的综合效益分析[J].建筑经济,2010(2):97-99.

[5]姜 波.建筑节能信息的收集与应用制度研究[J].建筑学报,2008(9):92-94.

[6]赵 群.地域建筑文化的延续和发展[J].新建筑,2003(2):24-25.

[7]杨 杰.建筑外墙外保温技术体系发展分析[J].山东建筑大学学报,2010(1):70-73.

[8]中国建筑科学研究院.JGJ 24-86民用建筑热工设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1986.

[9]刘晓杰.水平与垂直遮阳效果的解析研究[J].建筑热能通风空调,2010(1):51-55.

[10]崔新明.夏热冬冷地区居住建筑的节能技术应用研究[J].建筑科学,2009(2):105-108.