绿色建筑节能设计中几项关键技术研究

绿色建筑节能设计中几项关键技术研究

林洋，赵学英

摘要：目前建筑节能已经迫在眉睫，我国将其摆到前所未有的重要位置，本文对绿色建筑节能设计中智能围护、双层皮玻璃幕墙技术、遮阳技术和自然通风等几项关键技术进行了研究。

关键词：建筑节能 遮阳技术 自然通风

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我国目前城镇建筑消耗的能源为全国商品能源的23%-26%。随着我们的城市化程度的不断提高，建筑能耗的比例将继续提高。目前普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。我国气候问题的特殊性，大面积的大陆性气候特点。使我国建筑应变节能显得尤为重要，而且其潜力非常巨大。

一、智能围护结构

具有应变特点的外围护节能我们也称之为智能围护结构。智能围护结构是建筑构件的综合体，这些构件能够执行各自功能，使建筑外围护构件独立或联合做出调整，提前应对环境的变化，以最小的能源消耗维持建筑内部的健康、舒适环境。在这样的建筑围护结构中，通过手动或者自动调节使得外围护构件的环境适应性得到加强，建筑围护结构中的能量流动(双向的)得到自主的控制，从而以最低的能耗取得最高效率。智能围护结构的核心要求即是能够应对建筑物内外环境的变化，因此，围护结构本身必须具备可变性。这种维护结构的可变性能，可以是物理结构本身的可调节性，如根据室外的太阳辐射强度和室内照度来调节的内遮阳百叶或者是遮阳帘布。也可以是维护结构自身物理性能的可变化性，如含有相变材料的墙体、楼板，其自身的蓄热特性可以随着环境温度的变化而改变。下面将通过介绍如何解决围护结构随环境变化而产生的三对主要矛盾来论述智能围护结构的可变特性。

得热与遮阳——为解决透明围护结构冬季得热、夏季遮阳的矛盾，可以采用高透过性能、低传热系数玻璃幕墙+活动遮阳的围护结构形式。一方面，低传热系数、高透过性能玻璃幕墙可以保证围护结构在冬季可以获得更多的太阳辐射热量，减少室内热量的散失;另一方面，活动的遮阳装置，包括一些活动的内置式遮阳、活动的外遮阳，可以在夏季或者是太阳辐射较强的过渡季节有效遮挡太阳辐射，当然，外遮阳措施的遮挡效果优于内置式遮阳措施。采用内置式遮阳装置时，如双层皮幕墙夹层的遮阳百叶，为获得理想的遮阳隔热效果，则应采取措施将释放到夹层内的太阳辐射热量带走，如利用夹层通风来降低夹层温度。

散热与保温——为解决围护结构不同季节保温与散热的矛盾，可以采用一些结构可调的双层围护结构形式，例如，夹层通风可调的双层保温外墙结构，冬季关闭通风夹层的进出风口，提高外墙的保温性能，而在夏季或者是需要散热的过渡季节则打开夹层的进出风口进行通风散热，既可以阻隔通过外墙进入室内的太阳辐射得热，又可增加建筑物的散热性能(过度季时)。还有，一些采用活动外遮阳装置的玻璃幕墙也可以起到同样作用，例如，在冬季白天，外遮阳打开以获取太阳辐射热量，而夜间关闭的遮阳百叶可以遮挡夜间的天空背景辐射，减少了围护结构的散热量;在夏季白天，需要遮阳时，关闭遮阳百叶，而在夜间则打开遮阳百叶增加围护结构的散热性能。

二、双层皮玻璃幕墙技术

“双层皮”幕墙也被誉为“可呼吸的皮肤”。它主要是针对以往玻璃幕墙耗能高、室内空气质量差等问题，用双层体系作围护结构，提供自然通风和采光、增加室内空间舒适、降低能耗，从而较好地解决了自然采光和节能之间的矛盾。“双层皮”幕墙种类繁多，但其实质是在两层皮之间留有一定宽度的空气间层，此空气间层的存在，因而“双层皮”幕墙能提供一个保护空间以安置遮阳设施(如活动式百叶、固定式百叶或者其他阳光控制构件)。通过调整间层设置的遮阳百叶和利用外层幕墙上下部分的开口的辅助自然通风，可以获得可比普通建筑使用的内置百叶更好的遮阳效果，同时可以提供良好的隔声性能和室内通风效果，因而也被称为智能围护结构。双层皮玻璃幕墙可以根据夹层空腔的大小、通风口的位置、玻璃组合及遮阳材料等不同分为多种不同类型，以下将介绍按照构造关系进行划分的四种基本双层皮玻璃幕墙类型。

1、“外挂式”双层皮玻璃幕墙

这是双层皮幕墙中最简单的一种构造方式，建筑真正的外墙位于“外皮”之内300-2000mm处，其间距视建筑的平面形式、两层“皮”的构造连接方式及建筑外墙而定。双层皮之间的空间既不做水平分隔，也不做竖向分隔。测试结果表明，这种幕墙系统对隔绝噪声具有明显的效果并无明显作用。这种幕墙往往用于城市嘈杂环境中，以隔绝噪声为主要目的。但是，由于双层皮夹层空腔中没有任何分隔，建筑物相邻房间的声音可能通过空腔相互传播。

2、“箱式”双层皮玻璃幕墙

箱式双层皮幕墙主要由一个带有内开窗扇的框架组成，由单层玻璃组成的外层幕墙上下部位均设置有开口，室外的空气可以通过开口进入双层玻璃幕墙的夹层空腔，空腔内的空气也可以从开口处排出，通过外曾幕墙的开口和内层幕墙的内开窗，就可实现双层皮空腔与室内外之间的自然通风了。

双层皮夹层的空腔将沿着结构柱或者是房间进行水平分隔，而垂直方向则每楼层或者沿窗户高度进行分隔，这些分隔将建筑外立面划分为许多独立的单元，因而也被称之为“单元式”双层皮幕墙，这些单元的划分将有助于避免声音和气味在单元之间或者是房子之间串行。因此该种幕墙通常将用在对隔声具有较高要求，或者对房间私密性要求很高的建筑中。

3、“井—箱式”双层皮玻璃幕墙

井—箱式双层皮幕墙是由箱式双层结构演变而来的。与箱式双层皮幕墙不同的是:井—箱式双层皮幕墙在竖向有规律地设置了贯通层。这样，在玻璃空腔之间便形成纵横交错的网状通道。夹层空腔内的空气被吸收了太阳辐射的玻璃表面加热后升温，同时由于竖向的井相对较高，会导致很强的“烟囱效应”，这种效应加速了双层皮空腔内空气的竖向流动。由于该种结构的排风口布置在建筑物的上部，与立面上进风口有较远距离，故可以杜绝空气的“短路”可能，在冬天则可以关闭或减少进风口，减缓“井”内空气流动，以形成适宜的温度缓冲区。井—箱式结构获得很强的“烟囱效应”仅需要较少的立面开口面积，这也使得该幕墙结构可以有效地减少室外噪声进入室内。

三、自然通风

建筑通风是由于建筑物的开口处(门、窗等)存在压力差而产生的空气流动。按照产生压力差的不同原因，建筑通风可以分为利用风压通风和利用热压通风。但对于不同类型的建筑来说，实现建筑通风的技术手段各不相同。

1、利用风压实现建筑通风

当风吹向建筑物正面时，因受到建筑物表面的阻挡而在迎风面上产生正压区，气流在向上偏转同时绕过建筑物各侧面及背面，在这些面上产生负压区。风压通风就是利用建筑迎风面和背风面的压力差，人们通常所常说的“穿堂风”就是风压通风的典型范例。风压的压力差与建筑形式、建筑与风的夹角以及周围建筑布局等因素相关。当风垂直吹向建筑正面时，迎风面中心处正压最大，在屋角及屋脊处负压最大。因此，当建筑垂直于主导风向时，其风压通风效果最为显著。

2、利用热压实现自然通风

由于自然风的不稳定性，或由于周围高大建筑、植被的影响，许多情况下在建筑周围不能形成足够的风压。这时，就需要利用热压原理来加速自然通风。

热压通风即我们平常所讲的“烟囱效应”。其原理为热空气上升，从建筑上部风口排出，室外新鲜的冷空气(比重大)从建筑底部被吸入。室内外空气温度差越大，进出风口高度差越大，则热压作用越强。对于室外环境风速不大的地区，烟囱效应所产生的通风效果是改善热舒适的良好手段。与利用风压通风相比，烟囱效应所产生的空气流动相对较慢，虽然可以满足换气次数的要求，然而要想达到快速蒸发制冷所需的风速，往往还需风压作补充。

3、风压与热压相结合实现自然通风

利用风压和热压来进行自然通风往往是互为补充、密不可分的。在实际情况下，风压和热压是共同作用的。两种作用有时互相加强，有时相互抵消，但到目前为止，热压和风压综合作用下的自然通风机理还在探索之中，风压和热压什么时候相互加强、什么时候相互削弱还不能完全预知。但一般来说，建筑进深小的部位多利用风压来直接通风，而进深较大的部位多利用热压来达到通风的效果。

4、机械辅助式自然通风

对于一些大型公共建筑，由于通风路径较长，流动阻力较大，单纯依靠自然的风压、热压往往不足以实现自然通风。而对于空气和噪声污染比较严重的大城市，直接自然通风会将室外污浊的空气和噪声带入室内，不利于人体健康。针对以上情况，常常采用一种机械辅助式自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道，辅以符合生态思想的空气预处理手段(深层土壤预冷、预热，深井水换热等)，并借助一定的机械方式来加速室内通风。

四、遮阳技术

玻璃幕墙是现代建筑较多采用的外围护结构形式，是建筑物热交换、热传导最活跃的部位，由于透明围护结构的保温性能远比不上保温外墙体，在冬季其热损失是传统墙体的几倍，如单层玻璃幕墙所散失的热量可占整个建筑围护结构采暖能耗的40%左右。在夏季，阳光透过玻璃射入室内，形成温室效应，是造成室内过热，并产生眩光，影响室内人员的舒适性。尽管一些高性能玻璃能够缓解建筑物冬季散热矛盾，例如采用了高太阳透过率、低传热系数高性能玻璃能够缓解建筑物冬季散热的矛盾，例如采用了高太阳透过率、低传热系数高性能玻璃的南立面可能成为得热围护构件。然而，建筑物夏季得热的矛盾依然存在，因此，有效的遮阳措施是减少玻璃幕墙建筑夏季得热的必要手段之一。

参考文献

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