丹華水利環(huán)境技術(shù)（上海）有限公司 孫 婭

0 引言

在建筑的建造和使用過(guò)程中，需要消耗大量的自然資源，同時(shí)增加環(huán)境負(fù)荷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類從自然界獲得的50%以上物質(zhì)原料是用來(lái)建造各類建筑及其附屬設(shè)備。這些建筑在建造和使用過(guò)程中又消耗了全球能量的50%左右；與建筑有關(guān)的空氣污染、光污染、電磁污染等占環(huán)境總體污染的34%；建筑垃圾占人類活動(dòng)產(chǎn)生垃圾總量的40%。我國(guó)政府從基本國(guó)情出發(fā)，從人與自然和諧發(fā)展、節(jié)約能源、有效利用資源和保護(hù)環(huán)境的角度，提出發(fā)展“節(jié)能省地型住宅和公共建筑”，主要內(nèi)容是節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材與環(huán)境保護(hù)，注重以人為本，強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。隨著《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189-2005）和《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378－2006）的先后實(shí)施,為我國(guó)節(jié)能建筑和綠色建筑提供設(shè)計(jì)依據(jù)。綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。但是，我國(guó)綠色建筑技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化目前處于起步階段，大量基礎(chǔ)性研究工作存在空白，舶來(lái)技術(shù)有待本土化，普遍缺乏綠色建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

1 綠化環(huán)境與建筑節(jié)能

在夏季，人們認(rèn)為受太陽(yáng)照射得熱較多的應(yīng)該是南向窗口，事實(shí)上玻璃的熱量顯然不是從直射的陽(yáng)光中來(lái)的，認(rèn)真觀察就能看到：大量的熱量是從地面、其他低矮建筑的樓頂發(fā)射出來(lái)的遠(yuǎn)紅外輻射。如夏季的深圳地面、道路、樓頂?shù)臏囟瓤蛇_(dá)到70℃，其輻射能力很強(qiáng)，能量集中在長(zhǎng)波紅外波段。而玻璃對(duì)長(zhǎng)波紅外線又是幾乎完全吸收的，造成了玻璃表面溫度很高，繼而向室內(nèi)大量傳熱。

我們結(jié)合上海市某項(xiàng)目，通過(guò)CFD仿真模擬分析了兩種方案，其溫度的分布如圖1、圖2所示?？梢钥闯?，如果考慮了擋板、風(fēng)幕、樹(shù)屏的作用，室內(nèi)溫度會(huì)在原有空調(diào)系統(tǒng)下有所降低。故綠化的環(huán)境和建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合不僅僅體現(xiàn)在美觀的外表上面，更是在節(jié)能方面體現(xiàn)出不可磨滅的功效。

圖2中明顯可以看出在添加的擋板、風(fēng)幕以及樹(shù)屏后，室內(nèi)溫度明顯下降。圖中豎直線處都是擋板所在位置，水平直線是風(fēng)幕所在位置，該方案與圖1比降低了溫度，從而大大降低了建筑的空調(diào)能耗，節(jié)能節(jié)電。由此可見(jiàn)裸露的馬路、廣場(chǎng)、低矮建筑屋頂是城市“熱島”的主要熱源和熱輻射源，使鄰近的高層建筑深受其害。因此建議對(duì)于馬路、廣場(chǎng)等有條件的公共設(shè)施實(shí)施綠化，減少象征現(xiàn)代、氣派的大面積裸露廣場(chǎng)。也建議政府在政策上加以引導(dǎo)。綠化有助于節(jié)能與和諧發(fā)展。

2 值得關(guān)注的窗節(jié)能

一般來(lái)說(shuō)，外墻、窗戶、其他傳熱和滲漏風(fēng)帶來(lái)的損耗是圍護(hù)損耗的四大部分，其中與窗直接相關(guān)的有窗傳熱和滲漏風(fēng)，其能耗將近占圍護(hù)損耗的一半甚至更多。因此，建筑節(jié)能首先應(yīng)該重視窗的節(jié)能問(wèn)題。窗的傳熱包括傳導(dǎo)和輻射兩部分，在降低窗傳熱系數(shù)上，目前可行的辦法有中空玻璃和雙層窗。在降低輻射上，采暖期希望盡量增加輻射得熱，而夏季則反之。可見(jiàn)高科技的Low-E玻璃并非放之四海而皆準(zhǔn)，更不能輕信“節(jié)能40%”之類的片面之辭，采用前一定要認(rèn)真分析。對(duì)于來(lái)自窗戶的滲漏風(fēng)，則主要是考慮窗戶的類型和相關(guān)工藝。同樣，我們可以利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬各種方案進(jìn)行對(duì)比，以選取最佳方案。以下我們結(jié)合上海某建筑的能耗模擬的結(jié)果來(lái)進(jìn)一步了解窗戶對(duì)建筑節(jié)能的重要作用。其建筑模型示意圖如圖3所示。而圖4是模型窗戶不同選型能耗比較。

圖4中節(jié)能率的計(jì)算是通過(guò)節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)50%（參照建筑與原有建筑相比，在通過(guò)采用增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和提高采暖、空調(diào)設(shè)備能耗比的節(jié)能措施，在保證相同的室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)的前提下，與未采取節(jié)能措施前相比，采暖、空調(diào)能耗應(yīng)節(jié)約50%。）而得出來(lái)的。可以通過(guò)以下簡(jiǎn)單公式表述：節(jié)能率=(1-設(shè)計(jì)能耗/2＊參照能耗)%

3 自然通風(fēng)和空調(diào)節(jié)能

除了圍護(hù)負(fù)荷外，空調(diào)負(fù)荷中，設(shè)計(jì)新風(fēng)負(fù)荷一般占總負(fù)荷的20%～30%，有些場(chǎng)合甚至超過(guò)50%。降低負(fù)荷，能夠從總體上降低總能耗。新風(fēng)負(fù)荷節(jié)能被認(rèn)為是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的主要內(nèi)容。其途徑主要有合理配置新風(fēng)和能量回收。對(duì)于已經(jīng)建成的系統(tǒng)，采用能量回收是最容易實(shí)施的改造手段。而我國(guó)很多的中央空調(diào)系統(tǒng)在處理這個(gè)問(wèn)題時(shí)往往采用減小新風(fēng)供給甚至關(guān)閉新風(fēng)供給。這樣造成的突出問(wèn)題就是室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重?，F(xiàn)在我們很多建筑設(shè)計(jì)都考慮中庭和可開(kāi)啟玻璃幕墻，為的是利用自然通風(fēng)來(lái)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，另一方面也做到了空調(diào)節(jié)能。自然通風(fēng)一般分為熱壓型和風(fēng)壓型兩種，下面我們通過(guò)工程實(shí)例的CFD仿真模擬來(lái)看自然通風(fēng)的效果。

3.1 熱壓型自然通風(fēng)

熱壓型自然通風(fēng)CFD模擬見(jiàn)圖5所示。

從圖5中可以看出全部開(kāi)窗的室內(nèi)風(fēng)速已經(jīng)超過(guò)了滿足室內(nèi)舒適度的最高風(fēng)速0.3m/s，通過(guò)部門(mén)開(kāi)窗方案可以緩解這一矛盾，并且從溫度分布圖上可以得知在部分開(kāi)窗情況下，通過(guò)熱壓型的自然通風(fēng)（熱對(duì)流），過(guò)渡季節(jié)時(shí)室內(nèi)的絕大部分溫度都滿足20℃的舒適度要求。

3.2 風(fēng)壓型自然通風(fēng)

風(fēng)壓型自然通風(fēng)CDF模擬見(jiàn)圖6所示。

從圖6中可以看出過(guò)渡季節(jié)的室內(nèi)外的壓強(qiáng)梯度明顯比無(wú)風(fēng)狀態(tài)下要大，而且通過(guò)自然通風(fēng)在過(guò)渡季節(jié)中室內(nèi)的溫度能夠達(dá)到20℃左右的舒適度要求，這樣在過(guò)渡季節(jié)，一些有條件進(jìn)行自然通風(fēng)的建筑就可以節(jié)約很多能耗。

4 結(jié)論

隨著仿真模擬技術(shù)的發(fā)展，為傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有效直觀的方法來(lái)驗(yàn)證建筑方案的可行性。它是一種成本低，速度快，資料完備的有效方法；采用計(jì)算流體力學(xué)和建筑能耗模擬軟件對(duì)建筑熱環(huán)境進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，分析建筑方案的合理性，為空調(diào)設(shè)計(jì)及能耗提出改進(jìn)的建議是仿真模擬技術(shù)的價(jià)值所在。如果大家都非常重視建筑節(jié)能，再結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)就可以在綠色建筑領(lǐng)域里作出既節(jié)能又舒適的設(shè)計(jì)。

[1]葉大法 楊國(guó)榮.變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社

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[6]DBJ 15-51-2007，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)廣東省實(shí)施細(xì)則.北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社

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