清华大学超低能耗示范楼的节能分析

清华大学超低能耗示范楼的节能分析地下１层，地上４层。示范楼在建筑材料、能源供应和温湿调节设备系统中采用多项节能措施和可再生能源技术，冬季可基本实现零采暖能耗，把照明、办公设备、空调通风系统通通考虑上，示范楼单位面积全年总电耗约为每平方米４０千瓦，而北京市高档办公建筑则为每平方米１００千瓦至３００千瓦。平均起来，建筑物全年电耗仅是北京市同类建筑物的３０％，真是一座名副其实的“超级节能楼”。集中世界上８０％节能技术透射式采光机单晶硅光电玻璃相变地板板送风地板Low－e玻璃美国产燃气内燃机电动可调大型遮阳板轻质保温墙体种植屋面1墙体示范楼的南外墙，是最新型的建筑用高科技玻璃产品，它竟然能把太阳光转化为可被人们利用的电能，是一种能发电的玻璃。３０平方米发电玻璃的峰值发电能力为５千瓦。1.1双层皮幕墙在原有的玻璃幕墙上再增设一层玻璃幕墙，在夏季利用夹层百叶的遮挡与夹层通风将过多的太阳辐射热排走，从而减少建筑物的空调能耗；冬季时打开百叶，关闭通风，形成温室效应。外循环自然通风幕墙，其内层幕墙一般由保温性能良好的玻璃幕墙组成，主要起到冬季保温，夏季隔热的作用。而外层幕墙通常为单层玻璃幕墙，主要起到防护的作用，保护夹层内的遮阳装置不受室外恶劣气候的损坏，同时，设置在外层立面的开口可以调节夹层的通风。为了获得较好的自然通风效果，其夹层的宽度一般不小于400mm。与自然通风的外循环双层皮幕墙相比，外循环的机械通风幕墙为了减少幕墙结构对建筑面积的占用而缩小了两层幕墙之间的间距，夹层间距一般小于200mm，由于夹层较窄，加上夹层百叶的设置，使得夹层通道的流动阻力增大，为了减少太阳辐射得热，通常采用机械的方式对夹层进行辅助通风。当夹层有效通风宽度小于100mm时，单纯依靠烟囱效应进行通风已经不可行，这时需要采用辅助机械通风的方式来强化夹层的通风，一般通风量不宜小于100m3/h。1.2光电幕墙“神奇”玻璃能发电示范楼的南外墙装上了３０平方米的单晶硅光电玻璃，这是最新型的建筑用高科技玻璃产品，它竟然能把太阳光转化为可被人们利用的电能，是一种能发电的玻璃。３０平方米发电玻璃的峰值发电能力为５千瓦。光电玻璃位于结构夹层外侧，不影响采光，同时与双层皮幕墙组成光电幕墙。光电幕墙的电能是一种净能源，发电过程无废气、无噪音、也不会污染环境，是一种“绿色幕墙”。1.3Low－e玻璃冬保暖夏隔热玻璃幕墙中用到一种Low－e玻璃，它是由秦皇岛一家企业生产的。这种玻璃表面所镀的膜层厚度还不到头发丝百分之一，它的低辐射膜层能将８０％以上的远红外热辐射反射回去。就像一面反射镜，冬季，它将室内热量的绝大部分反射回室内，由此保暖，夏季，它又可以阻止室外的热量进入室内，隔热效果很棒。客观说来，玻璃幕墙可不招节能设计人员的“待见”，在保温、隔热等方面透光型外围护显然不如非透光型的。不过，北京街头透光型外围护的建筑已经越来越多。记者从市建委节能办了解到，新型Low－e镀膜玻璃已经引起政府注意1.4轻质保温墙体从外到内依次为聚氨酯发泡保温铝板、保温棉和石膏砌块，石膏砌块是利用发电厂烟气脱硫的副产品制成的；而聚氨酯保温材料的原料之一也是回收的废旧塑料瓶、光盘等1.5种植屋面由9块绿地构成的屋顶绿化区，每一块都由一类适应北京气候、抗逆性强、观赏价值高的植物组成。追求植物景观的季节变化，达到“三季有花，四季有景”的艺术效果1.6电动可调大型遮阳板在遮挡眩目阳光的同时，尽可能多地获取自然光。夏天夜晚打开遮阳板，加快建筑的散热速度；冬天夜间关闭它们，可减少楼内热量的散失。2相变地板2.1相变地板收放太阳能把特殊的相变材料作为蓄热体，填充到常规的活动地板就制成了相变地板。冬季，蓄热体白天可以蓄存照进室内的太阳光热量，晚上又向室内放出蓄存的热量，这样室内温度波动将不超过６摄氏度。相变地板、Low－e镀膜玻璃、真空玻璃、遮阳装置等各种材料配合使用，可使我国各类建筑的冬季采暖能耗降低到每平方米１０瓦，仅为目前采暖能耗的三分之一。由于围护结构导致的建筑耗冷耗热电量仅为常规建筑的１０％。在非潮湿地区，甚至可以建造出接近“零能耗”的建筑。2.2地板送风更快更直接示范楼２层铺的蓄热地板中有几块“特殊分子”，它们的表面布满小孔，跟其它地板不一样。其实，它们是孔板送风地板，可以把新风送到二楼。比起从头顶天花板送风，从地板送风的好处是可以更快、更直接到达人的活动区域。孔板送风地板的送风量和风速由藏在其下的控制系统控制，而控制系统连着屋顶测二氧化碳浓度的装置，作用是测试出屋内的人数，并由此决定送风的多少。3能源3.1发电还可同时供热制冷示范楼的大部分能源来自地下室的美国产燃气内燃机，机组看上去也就半人来高，延伸出大大小小的管道。它燃烧天然气发电，再由发电后的烟气余热产生热水供热或作为空调吸收式制冷机的动力，就好像一个小型的热电厂。燃料利用率非常高，正是所谓的热电冷三联供。目前，天然气已成为北京城区主要能源，热电冷三联供设备对天然气的利用率非常高，已在本市一些公共建筑中得到使用。3.1新系统取代传统空调示范楼一层的天花板上，密布的蓝色网栅最“抢眼”。设计人员管毛细作用使一定温度的水充满其中，通过水循环带给房间增热或者降温。冬季取暖时，循环在系统中的热水温度为２２摄氏度到２４摄氏度，夏季为１８摄氏度到２０摄氏度。这里必须提到一项关键性技术，温度、湿度独立控制。传统空调系统使用同一冷源对空气进行降温和除湿，不得不采用５摄氏度到７摄氏度的冷源，单纯的降温只需采用１５摄氏度的高温冷源，结果造成能量利用上的浪费。温、湿度独立控制空调系统的难点是新风的高效大幅度除湿。清华大学的研究成果是一台“溶液热回收新风机组”，简单说来就是利用具有吸湿能力的浓盐溶液吸收水分、把新风弄干，干燥的新风将室内湿负荷带走。江亿教授说，“这种技术领先美国起码两年。”温、湿度独立控制的研究，主要针对降低大型公共建筑能耗，该技术的突破可使大型公共建筑采暖空调能耗再降低３０％，这意味着大型公共建筑总能耗降低１５％。4其他4.1排风孔开启冬夏有别排风立柱的作用是把质量不好的气体排出，进行再循环处理。一般建筑内的排风立柱只有一个排风孔，但示范楼里的排风立柱有上下两个排风孔。这是根据热空气在上、冷空气在下的简单道理设计的。冬天需要保暖，就打开下面的排风孔，上面的热空气就能有所保留。夏天，打开上面的风孔，下面的冷空气就留下不少。只是多开了一个孔，却变成了匠心独具的节能设计。4.2个人身边温湿度自定办公室人员密度低、人员工作时间及活动区域相对固定，个人对温度、湿度的要求不尽相同。示范楼３层还展示了一处“个性化工位”。它跟一般写字楼里的“阁子”间大同小异，所不同的就是多出一个莲蓬式的风口，能提供新风。隔板内还暗藏一根根塑料辐射细管，用以调节温度，能满足个性化的需求。