清华大学超低能耗示范楼

清华大学超低能耗示范楼•在过去相当长的计划经济时代，我国的经济发展一直是资源高消费和以牺牲环境为代价的粗放型增长模式。缺乏建筑热工和建筑节能方面的研究和相关标准，片面强调降低建筑造价，造成建筑物围护结构过于单薄，门窗缝隙过大，保温、隔热、气密性差，居住热环境差，建筑用能效率低，我国建筑节能水平与西方发达国家相比有很大差距。建筑节能的紧迫性•建筑的发展是经济发展的必然结果。但也应该看到建筑的发展对于环境和不可再生能源的破坏。任何建筑材料的生产和建筑功能的正常使用，都离不开能源的消费，建筑发展必然带来能源消费的增加。通常，我们将建筑正常使用过程中消耗的能量定义为建筑能耗，包括照明、采暖、空调、电梯、热水供应、烹调、家用电器以及办公设备等消耗的能量。虽然建筑能耗的增长是经济发展的必然结果，但是，由于我国目前的能源利用效率比较低，而且我国目前的能源消费结构仍然以煤为主，煤燃烧引起的环境污染相当严重，因此建筑节能的潜力不仅巨大，而且任务相当艰巨。影响建筑节能的因素•节能工作是一个涉及到多方面、多层次的复杂性工作，它直接渗透到建筑设计、施工、使用、管理等各个环节。在各个环节（图一）中又将涉及到设计师、投资商、材料和设备供应商、物业管理和建筑使用人员等多个方面。建筑设计建筑施工投资商施工质量建筑使用材料、产品性能物业管理人员设计人员图1：影响建筑节能的各个环节业主或使用人员三个环节影响因素影响因素•显然，决定建筑正常使用所需能量大小的先天因素是建筑设计、材料设备选择和施工质量。建筑物的使用和管理则属于影响建筑能耗大小的后天因素。也正因此，目前我们的建筑节能工作主要集中在建筑设计阶段，从北方的采暖建筑节能设，到南方的空调建筑节能设计，可以说国家对建筑设计和相关的材料、产品性能制定了一系列的规范法规，试图从建筑能耗的“源头”进行控制，为降低建筑实际的运行能耗提供基础。所以设计阶段对于我们来说是很有必要去很好的掌握的。如何使建筑节能•建筑节能从设计阶段入手不外乎就是做好建筑的围护结构保温隔热，夏季减少热吸收冬季减少热损失从而减少夏季依赖空调的耗能和冬季采暖的耗能达到节能的效果。从构造上说就是使围护结构的热阻增大，如运用保温材料如（膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、聚氨酯外墙外保温等），窗户用中空玻璃，做好门窗的密闭性避免出现热桥和冷桥等。还要合理的增设一些合理的遮阳构件避免夏季阳光直接射入建筑内部和增加种植一些适当的植物对建筑进行遮阳。同时还要组织好自然通风，通风又分为风压作用下的自然通风和热压作用下的自然通风。特别在炎热地区自然通风是非常好的降温手段。图3示意了风压作用下自然通风的形成过程。当有风从左边吹向建筑时，建筑的迎风面将受到空气的推动作用形成正压区，推动空气从该侧进入建筑；而建筑的背风面，由于受到空气绕流影响形成负压区，吸引建筑内空气从该侧的出口流出，这样就形成了持续不断的空气流，成为风压作用下的自然通风。•图2风压作用下的自然通风图4示意了热压作用下的自然通风的形成过程。当室内存在热源时，室内空气将被加热，密度降低，并且向上浮动，造成建筑内上部空气压力比建筑外大，导致室内空气向外流动，同时在建筑下部，不断有空气流入，以填补上部流出的空气所让出的空间，这样形成的持续不断的空气流就是热压作用下的自然通风•图3热压作用下的自然通风•由于自然通风系统运行的动力来自于自然界的自然过程，因此该技术自古以来就是一种免费的自然冷却技术，在旧建筑中得到广泛的应用。在空调技术和产品日益发展以后，该技术逐渐被人们所淡忘。但是，上个世纪发生的能源危机和全球环境危机后，集合低能耗、高环境价值的自然通风技术作为重要的生态建筑技术之一受到广泛关注。•此外还要设计阶段还要注意建筑的体型系数、窗墙比、建筑朝向，充分考虑冬夏季的主导风向，而且还要合理的运用自然的山体水体融合在建筑中形成小气候从而达到节能的效果。以上都是从传统的能源消耗来考虑的。当然随着传统能源的危机和科学技术的发展我们可以运用新的更安全更洁净的能源来代替传统能源。如在建筑中运用太阳能集热器、太阳能光电池等。实例：清华大学超低能耗示范楼•清华大学超低能耗楼集成了五十多种新技术、新产品，这些新技术在实际建筑中的节能潜力和运行效果，需要通过在实际楼宇中进行测试才能进行较为可靠的分析。超低能耗楼的两大主要功能是“展示”和“实验”，并且有覆盖楼内各设备和建筑各空间的完善的测量和控制系统，因此正是新技术新产品的极好的展示平台和实验基地。•虽然本节能示范楼从外表看是个玻璃楼，但是大量运用了先进技术降低传热系数K值达到节能效果。水平遮阳、垂直遮阳都是电动控制角度的达到最佳的遮阳效果太阳能集热器技术可分为太阳能热水型集热器（也称太阳能热水器）和太阳能热风型集热器。主动式太阳能采暖系统太阳能热水集热器既可以提供卫生热水，还可以用作低温热水地板辐射采暖的热源。太阳能热水集热式地板辐射采暖兼生活热水供应系统。该系统在屋顶设置太阳能热水器，系统包括集热器循环水泵、蓄热水箱、供热水箱、采暖循环水泵、辅助热源、辅助热源热水循环泵、辅助加热换热器和地板辐射采暖盘管等。太阳能热水器中的热水流过地板采暖盘管向房间供热，返回蓄热水箱后由集热循环水泵送到太阳集热器重新加热；夜间或阴天太阳能不足时则由辅助热源加热系统保证室内采暖和生活热水需求。该系统为抛物面碟式双轴跟踪聚焦太阳能高温热发电系统，峰值发电功率3kW，采光直径约5m，每碟直径1.05m，系统尺寸为6m×6m×6m。自主研发高性价比聚光器和跟踪器，配以斯特林热机和发电机，发电效率可达18％～30%，同时可产生50℃的热水供采暖使用。该装置具有效率高，独立单元化，安全、安静，全自动无人值守等优点。屋顶绿化介绍该楼顶绿化由九块绿地构成，每一块由一种适应北京气候、抗逆性强、观赏价值高的新优植物材料组成，相邻两块为过渡色，在整体上力求和谐统一。同时，追求植物景观的季相变化，达到“三季有花，四季有景”的艺术效果。作为生态仓自然通风通风口综合传热系数K值可降至0.35Wm2K现在被广泛采用的塑钢窗的PVC塑料窗框内采用的钢衬，可以起到增加窗框整体刚度和强度的效果，当然，这是以增加塑料窗框的传热系数为代价的。随着材料科学的发展，一些更高强度的有机或者无机复合材料，如玻璃钢等开始被用于窗框型材的制作，很好的克服窗框中隔热与强度的矛盾。自洁净玻璃是利用先进的在线镀膜技术，在浮法玻璃生产过程中，使用CVD技术直接在玻璃表面镀上一层氧化物纳米膜层。膜层与玻璃高温结合，因此成为了玻璃的一部分，提高了玻璃强度，同时使玻璃具有了自洁功能。膜层经过太阳光中的紫外线照射后，能够将有机污染物高效降解为二氧化碳和水。同时，无机污染物也不易附着在自洁净玻璃表面。经紫外线照射的膜层具有良好的亲水性。雨水落在上面时，形成一层薄的水膜，而不是水珠，均匀地冲刷掉浮在玻璃上的污迹，不会留下普通玻璃上难看的条痕。通常自然的降雨就能够使自洁净玻璃保持长期的清洁效果。在雨水稀少时，降解后的污迹颗粒能够被风吹掉，用清水简单地冲洗也能起到使玻璃保持洁净的效果。节能楼的轻质围护结构热容小，玻璃面积大，受太阳辐射影响导致冬季室温波动较大。为了在冬季充分利用太阳辐射以节省采暖费用，并使室温波动减小，可选择使用相变材料地板以增大房间的蓄热能力。这里选择了相变温度为20℃左右的定形相变材料，由金属作为支撑和封装材料。把定形相变材料颗粒加入水泥砂浆中制成混合材料，并注入高架金属活动地板。这样不仅显著增大了地板的蓄热密度，而且水泥砂浆也会增强相变材料的导热系数，使其蓄放热过程更加高效，且能使地板保持较高的强度。通过改变掺混比例，可调节混合材料蓄热能力。此地板中的定形相变材料相变潜热为80～90kJ/kg。节能示范楼地下室区域主要是设备间，以及一个实验小室。照明要求不高，但仍需要一定的照度。因此，利用收集太阳光+光传输进行区域采光照明的方法来解决这部分的照明问题。太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，其将高纯度的半导体材料加入一些不纯物使其呈现不同的性质，当太阳光入射时，产生电子与电洞，有电流通过时，则产生电力。并用蓄电设备把点存储起来用于夜间照明。利用人工湿地内的填料、植物和微生物的共同作用去除水中的有机物、氮、磷、悬浮物以及病原微生物等多种污染物，达到景观水体水质净化与保持的目的。是在玻璃表面的镀膜层内加入光电晶体，这种玻璃能反射紫外线，又能进行光电的转换。自然通风的应用：自然通风是夏季降温的有效方法。•总结：通过分析清华大学节能示范楼更能说明了建筑节能的重点在于围护结构。运用屋面种植即美化了环境又起到了很好的保温隔热作用，采用了新的材料解决了窗地比、窗墙比与热阻之间的矛盾，合理的组织自然通风有效的提高了空气质量和建筑内部的舒适度，运用了太阳能技术来代替传统的能源进行采暖照明等。总之建筑节能的任务是重大的，但通过实例我们也看到了光明的前景，相信不久的将来先进的技术在建筑中得到广泛的运用。