建筑节能与气候条件的关系

建筑节能与气候条件的关系

居住建筑节能节能能力已成为中国的基本政策，是建设节约型社会的基本要求。我国国民经济和社会发展第十一个五年规划规定,2010年单位国内生产总值能源消耗要比2005年降低20%左右,而且这是一个约束性的、必须实现的指标,任务相当艰巨。我国建筑用能已超过全国能源消费总量的1/4,并将随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。我国居住建筑用能数量巨大,浪费严重,因此,居住建筑节能是当务之急。建筑能耗由何而来?它和气候有极大的关系,气候条件不同,建筑的形式、空间、构造就不一样。如果不考虑气象因子,那么这个建筑设计就谈不上节能,绿色建筑也无从谈起,也就是说,离开气象资料,绿色建筑就没法设计。如建筑的体型就与降水、日照、风向有关;建筑围护结构构造与室外空气温度(累年平均值、最冷最热月平均值、年波动值、日波动值等)、空气湿度(累年平均值、最冷最热月平均值、年波动值、日波动值等)等有关;采暖系统和空调系统设计与室外空气温度、湿度、太阳总辐射及直射辐射、散射辐射等有关;建筑节能设计计算与累年平均的全部气象资料有关。气象要素对建筑物的影响几乎是全方位的,要想建造一个良好的建筑物,必须合理地利用当地的气候特征。因此,掌握当地的气候条件,对于发展节能建筑、绿色建筑是极其重要的。1冬季采暖条件分析采暖是用人工的方法保持一定的室内温度,以创造适宜的生活条件和工作条件的技术。我国一直是按日平均温度≤5℃的日数作为采暖临界温度,将采暖临界温度的开始和终止日期之间的整个时段称为采暖期。由于我国各地气候差异很大,采暖期内各地气温≤5℃的天数南北差异很大。内蒙古地区从东到西气温≤5℃的日数分布是,呼伦贝尔市在190～230d;锡林郭勒盟180～200d;呼和浩特及以西地区小于170d;西部的阿拉善盟日数150～160d。全区集中采暖期为5～7个月,因此,我区是名副其实的冬季寒冷区。各地冬季日数见表2。室外有别于室内,计算温度是经过处理的温度,采暖室外计算温度是采用多年平均不保证5d的日平均温度,即室外日平均温度低于采暖室外计算温度的天数,累年平均为5d。这是因为气候变化是波动的,最冷和最暖的天气并不是每年都出现。采暖期只说明寒冷时间的长短,体现设备利用率的高低,以解决设置集中采暖是否经济合理的问题;采暖室外温度的高低,标志着寒冷的程度,是决定采暖设备多少的依据。一般工业厂房及辅助建筑物的室内温度允许有一定时间低于设计值,同时在不保证的情况下,由于维护结构的热惰性,室内仍有一定时间维护厂房温度的最低要求。如果采暖设备是选择历年最低温度设计的,那么,在采暖运行期的绝大多数时间里,就会显得设备能力富裕过多,造成浪费;反之,如果把室外计算温度,按温暖年份气温来设计,则在较长的时间里不能保证必要的室内温度,达不到采暖的目的和要求。因此,正确地确定和合理里地采用采暖室外计算温度,是一个技术与经济统一的问题。2空气通风的作用建筑通风是改善生活和生产环境以创造安全、卫生的适宜条件而进行换气的技术,它是决定人们健康、舒适的重要因素之一。其中,工业建筑通风还要保证产品质量,控制生产过程中的余热、水汽、粉尘和有害气体,创造一个安全、卫生、舒适的室内环境的任务。我国采暖通风与空调设计规范规定,夏季通风室外计算温度、湿度,采用多年最热月14时的平均气温及其所对应的平均相对湿度。其目的是按最不利的气象条件作为设计依据。气象观测资料显示,在我国,北京时和地方时时差1h,14时的气温平均相差0.2～1.0℃;时差2h,相差0.5～1.7℃。通风可以采用自然通风和机械通风两种方式。自然通风是在室内外气温差、密度差和风压差作用下实现换气的通风。机械通风是利用通风机械实现换气的通风。从功能上分通风具有三种类型,即健康通风、舒适通风和建筑通风。2.1室外每分钟使用20m3的新鲜空气,如果每一个单健康通风是利用室外的新鲜空气更新室内由于居住及生活污染的空气,以保持室内空气的洁净程度达到某一最低标准。室内气味与气温有很大关系,当室内温度为18℃时,人对气味没有不舒适的感觉,那么房间内每人每小时需要30m3的新鲜空气,而当室内温度升高到30℃时,若要人对气味没有不舒适的感觉,房间内每人每小时需要50m3的新鲜空气。对于居室和办公室通风最好的方法就是自然通风。自然通风排风量受室内外温度、湿度、气压、风速和风向等因素的影响,排风能力小,排风量很不稳定,有时排风口处于正压状态,会发生倒灌现象。2.2供热环境对卫生指标的影响这是向室内提供舒适的热环境条件,增加人体内散热防止由于温热感及皮肤潮湿造成的不舒适。热舒适通风取决于建筑内部的温度、水汽压和气流速度。炎热地区人体舒适上限的室内卫生指标温度大约为31.5℃。研究表明:“当环境温度在35℃以下时,对人体温、皮肤、脉搏的影响,变化不大,排汗量表现有跃增的现象。当环境温度高于37℃时,上述各项变化大大超出了正常的生理范围,对心血管系统则发生不良影响”。因此,夏季通风室外计算温度≥33℃(允许误差2℃),工作地点温度以35℃为准。2.3空气的通风过程当室内气温高于室外的气温时,使用建筑物降温,称建筑降温通风。空气的热容量很低,故建筑无通风时,室内气温将接近围护结构内表面的温度水平,其值与外表面温度接近。后者与墙面颜色有一定关系,同时还和结构的热容量与热阻的乘积有关。当建筑物有通风时室外空气以其原有的温度进入室内,并在流动过程中与室内空气混合,而且根据室内外的温差与室内各表面进行着热交换。通风的作用不仅取决于建筑物墙的颜色、材料,还与墙的厚度有关。当表面为灰色时西墙内表面及室温的最高和最低值均因通风而有所降低。当为白色时,最高温度的升降随墙体材料的不同而定。如果较薄时,持续通风对于最高温度的降温作用最大。对于同一种厚度,则热阻和热容量较低的材料,通风的降温作用较大。窗户全部关闭和打开对室内温度的影响也很大。窗户关闭温度较低,如打开一扇窗户,室温可提高0.5℃,打开两扇窗户可以增加约1℃,全部打开可提高室温3℃;打开西向单面窗户,提高室温2.5℃,打开东向窗,仅提高1℃左右。通风的效果取决与室内外的温差。在室内温度高于是外温度时,通风可以降温。反之,则效果相反。所以傍晚、夜间室温较高,通风效果好。3湿度对空调行费的影响空调是为了满足生活、生产要求,改善劳动卫生条件,用人工的方法使室内温度、湿度、洁净度和气流速度等达到一定要求的技术。空调室内温度、湿度的标准,对空调和冷冻的初投资和运行费是一个重要的因素。空调房间内温度基数为20℃,有的地区提高到了22～25℃,此情况下相对湿度对温度无疑也是影响很大的。当相对湿度为50%～60%时,比70%～80%温度要高2℃。也就是说在气温20℃左右,相对湿度高,则气温要低一些;相反,相对湿度小,气温要高一些。夏季空调室外计算温、湿度的3个参数是:①夏季空调室外计算干球温度,是采用多年平均不保证50小时为标准;②空调室外计算是求温度,也是按多年平均不保证50小时为标准;③夏季空调室外计算平均温度,采用多年平均不保证5天的日平均温度为标准。4内蒙古气候分区我国地域辽阔,地形复杂,气候变化也有很大差异,对居住建筑设计要求也不一样。进行居住建筑气候分区,是为了促使工业与民用建筑充分利用和适宜气候条件,因地制宜,进一步满足人民生产和生活要求,为了提高设计质量,降低工程造价,缩短设计周期,推广标准定型化设计,为加快建设速度创造条件,并有利于进一步促使建筑更经济、更实用、更美观。衡量一个地方的寒冷和炎热的程度可以用不同的指标。从人的主观感觉出发,一年中最冷月的平均温度和最热月的平均温度比较直接地反映了当地的寒冷和炎热的程度。但是建筑节能设计标准的着眼点在于控制采暖和空调降温的能耗,而采暖和空调降温的需求除了温度的高低因素外,还与低温和高温持续的时间长短有着密切的关系。划分气候分区的最主要目的是针对各个分区提出不同的建筑围护结构热工性能要求。采暖度日数指标包含了冷的程度和冷持续的时间长度两个因素,用它作为分区指标更能反映采暖需求的大小。采用采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26作为气候分区的指标。可将我国划分为五个不同的气候大区(严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和),十一个不同的气候小区(表1)。内蒙古自治区位于我国北方,大部分地区属于严寒地区(Ⅰ区),气象资料统计表明,最冷月一月的平均气温在-10～-28℃之间,最热月7月的平均气温在27～17℃之间,7月相对湿度在35%～85%之间。年降水量在50～500mm之间。按上述分区依据,内蒙古属于Ⅰ区严寒地区,采暖度日数在3500～7500之间(图1)。其气候特征是冬季严寒,根据冬季严寒的不同程度,又细分成Ⅰ(A)、Ⅰ(B)、Ⅰ(C)三个小区:Ⅰ(A)区的分区指标是8000>HDD18>5500,气候特征冬季异常寒冷,夏季凉爽。包括:锡林郭勒盟阿巴嘎旗以东地区,兴安盟西北部和海拉尔市。该区寒冷期长,年平均气温1～-2℃。以候平均气温≤5℃作为冬季标准,该地区冬季日数在180～230d,1月平均气温-29～-18℃。年日最低气温≤-10℃日数在140～170d之间。年最大冻土深度2.5m～4m,年积雪日数100～160d。按候平均气温≥20℃的夏季标准统计,本区的大兴安岭岭上及北部林区无夏季,7月平均气温17～20℃。年大风日数10～60d。该区在建筑上的基本要求是冬季太阳高度角较小,房屋应有足够的间距以保证冬季室内日照条件。由于寒冷期长,必须考虑冬季采暖,外窗应设双层窗,本区北部动土深度较深,需增加基础埋深。夏季一般不考虑防热。Ⅰ(B)区的分区指标是5500>HDD18>5000,气候特征冬季非常寒冷,夏季凉爽。包括:锡林郭勒盟南部3个旗县和东苏旗、赤峰市克旗、通辽市北部和兴安盟中部。该区大部分位于大兴安岭东南坡。年平均气温0～5℃,1月平均气温-20～-13℃。冬季日数170～200d。夏季日数10～40d,7月平均气温18～22℃。本区西部年大风日数较多,为60～80d,春季多沙尘天气。因此,除要求冬季采暖外,建筑外窗应有防护措施。Ⅰ(C)区的分区指标是5000>HDD18>3800,本区地域东西跨度较大,气候特征冬季很寒冷,夏季