书城建筑居住建筑节能成套技术研究开发与工程示范
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第17章 浙江省居住建筑节能技术经济评价体系研究(3)

夏季气候炎热,冬季潮湿寒冷的气候特征决定了该地区建筑能耗的组成,即夏季的空调能耗和冬季的采暖能耗。历史上由于经济和社会的原因,浙江省的居住建筑一般都没有采暖空调设施,建筑设计对隔热保温不够重视,围护结构的热工性能普遍很差,冬夏季建筑室内热环境与居住条件十分恶劣。随着地区经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,人们对居住环境的要求也越来越高。夏季降温能耗除电扇用电外,空调也已经在冬夏两季大量进入该地区的普通家庭。由于没有科学的设计和采取相应的技术措施,致使冬季采暖、夏季空调能耗急剧上升,空调建筑的空调能耗一般占整个建筑能耗的50%以上,能源浪费严重,居民用于能源的支出大幅度增加,但居住环境条件并未得到根本改善。

2.评价指标的选择及各指标含义

根据浙江省气候及居住建筑能耗的特点以及可操作性、相对独立性、全面性与重点性相统一等指标选择原则,从建筑规划设计、围护结构保温性能、设备能效、可再生资源利用和经济合理性等五个方面出发,选取了建筑间距、体形系数等28个二级指标。各指标的具体含义如下:

(1)建筑间距:建筑间距即建筑物与建筑物之间的距离。建筑间距的规划应需满足日照及通风要求。建筑间距过小,不仅影响日照、通风效果,而且影响居民的视野。但间距过大,土地利用效率低,尤其是城市繁华区位,土地资源十分宝贵。应合理规划建筑布局,选择合适的建筑间距。

(2)体形系数:体形系数即建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比。

体形系数越小,外围护结构的传热损失越小,对建筑节能越有利。在夏热冬冷地区,条式住宅的体形系数不应超过0.35,点式住宅的体形系数不应超过0.40。

(3)窗墙面积比:窗墙面积比即窗洞口面积与房间立面单元外墙的面积之比。外门窗是传热的重要渠道,既是太阳辐射的得热部件,又是主要的失热部件,传热系数约为墙体的3~4倍,是节能的重点部位。合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。根据国内外大量应用经验证实,采用双层玻璃塑料钢窗是较好的选择,夏季迎风面可作为主要的开窗部位,引进自然风,增加夏季的渗透通风。

(4)外窗遮阳系数:外窗遮阳系数指在相同条件下,太阳辐射能量透过外窗玻璃的量与透过3mm透明玻璃的量之比,用SC 表示。遮阳系数越小,阻挡阳光直接辐射的性能越好。

外窗遮阳系数反映遮阳设施如挑檐、遮阳板、活动百叶窗帘等的遮阳能力指标。减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内,可采用外廊、阳台、挑檐、遮阳板、热反射窗帘等遮阳设施。

(5)建筑朝向:由于我国地处北半球,太阳高度角和方位角变化规律使南朝向成为最佳节能的建筑朝向。此朝向夏季可减少太阳辐射得热,冬季可增加太阳辐射得热,而且此朝向建筑与我国夏季盛行的东南风差不多成垂直关系,容易形成穿堂风,而又避开了冬季盛行的西北风。据有关资料显示,在其他条件相同的情况下,南北向的多层建筑的传热耗热量比东西向可降低5%左右。

(6)屋顶墙体绿化:利用屋顶种植花卉、灌木等植物形成生态型屋面,既可阻挡热源,减少温室气体的排放,达到保温隔热的效果;又可美化环境,改善城市气候。而且土壤导热系数小,有很好的热惰性,有利于屋面的保温隔热。为了减轻外墙、屋面吸收阳光辐射热,可采用浅色的外墙饰面材料和屋面防水材料。

(7)小区绿化率:建筑周边绿化对抵御夏季太阳辐射,改善空气品质和美化环境都有重要作用。小区绿化对微气候的影响也不可忽视。用绿化覆盖的地面,由于其大量水分需要蒸发,往往可以改善室外热环境。由于植物的蒸腾作用,小区绿化还可以调节空气的相对湿度。因此,应尽量提高小区绿化率。

(8)门窗平均传热系数(K):在稳定条件下,门窗两侧空气温度差为1K 时,1小时内通过1m2面积传递的热量。门窗是外围护构件节能的重点,利用节能材料制造的门窗可大大提高热工性能,比如塑料门窗不仅气密性好,而且热阻大,并可降低噪音,减少灰尘。

(9)外墙平均传热系数:外墙包括主体部位和周边热桥(构造柱、圈梁以及楼板伸入外墙部分等)部位在内的传热系数平均值。按外墙各部位(不包括门窗)的传热系数对其面积的加权平均计算求得。单位:W/(m2·K)。采用绝热材料对墙、屋顶、门窗等进行绝热,如玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、加气混凝土等,以减少围护结构的传热系数。

(10)屋顶平均传热系数(K):屋顶平均传热系数指在稳态条件下,屋顶两侧空气温度差为1K时,单位时间内通过单位面积传递的热量。单位:W/(m2·K)。屋面是接受太阳辐射时间最长的部位,因此受辐射得热也是最多的,相当于东西向墙体的2~3倍,它的保温隔热也显得尤为重要。

(11)门窗气密性等级:窗户可加密封条提高气密性,以减少对流传热。建筑物1~6层的外窗及阳台门的气密性等级不应低于现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》GB/T7107‐2002规定的3级;7层及7层以上的外窗及阳台门的气密性等级,不应低于该标准规定的4级。

(12)门窗热惰性指标:表征门窗反抗温度波动和热流波动能力的无量纲指标,其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积。

(13)墙体热惰性指标:表征墙体反抗温度波动和热流波动能力的无量纲指标,其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积。

(14)屋顶热惰性指标:表征屋顶反抗温度波动和热流波动能力的无量纲指标,其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积。

(15)空调效率:冬季空调采暖和夏季空调制冷,占了建筑能耗的很大部分。应购买节能省电高能效比型空调。同时,空调建筑的节能效果与空调设备的位置也有很大关系。空调设备的位置应该能有效地引导气流和扩散辐射热,空调室外机应安装在通风良好,最好无太阳直射的地方。

(16)电梯效率:电梯是现代建筑最大的用电“老虎”之一。据测算,如果以一栋住宅楼,安装两部电梯,每部一天连续运转10小时,一天电梯耗电400度,用电每度按0.48元计算,这栋住宅楼的年用电费用就达70080元。

(17)炊具效率:炊具效率指标反映节能炊具比普通炊具的节能程度,可以用节能炊具烧开1kg水所耗电量或煤气量与普通炊具烧开1kg水所耗电量或煤气量的比值表示。

(18)卫具效率:卫生间用水量占到家庭用水量的60%~70%。我国人均水资源占有量少,水资源短缺问题十分突出,很多城市都缺少水资源,因此应大力推广节水卫具。

(19)灯具效率:照明是家庭电能消耗中的一项重要组成部分,使用合格节能灯照明效果相当于普通白炽灯的5倍,使用寿命是普通白炽灯的5~10倍。一台11瓦节能灯使用5000小时只需用电55度,而60瓦白炽灯需用电300度,以每度电0.5元计算,节能灯共花费27.5元的电费,加上买节能灯的成本20元,合计也不足50元。而使用同样照明效果的白炽灯(60瓦)仅电费就要花去150元。

(20)自然通风性能:从节能和舒适的角度考虑,良好的自然通风一方面可以改善建筑室内热环境,提高热舒适标准;另一方面可以提高空调设备的效率。在建筑设计时应注重自然通风的布置形式,合理地确定房屋开口部分的面积与位置、门窗的装置与开启方法,注重穿堂风的形成。

(21)自然采光效果:自然采光与灯光相对,即利用白天的自然光解决屋内照明。在设计时充分考虑自然光的利用,不仅可以减少照明能耗,而且人们的身体健康与接触阳光的多少密切相关,阳光和自然光可以提高人的情绪,给生活带来好心情。冬天,阳光还能带来热量,从而减少采暖能耗。

(22)太阳能利用:从“可持续发展”的角度看,利用取之不尽的太阳能可减少一次性能源的消耗、减少大气污染;从居民的角度看,有降低能耗、节约开支的功效。因此,应鼓励住宅建设中以太阳能热水器为代表的太阳能利用,并加快其与建筑一体化的进程。2007年10月1日起施行的《浙江省建筑节能管理办法》,规定新建12层以下的建筑,必须将太阳能利用与建筑进行一体化设计。

(23)地热能利用:地热能是地球内部储存的热能,是一种可再生能源。浅层地热能利用是一项新兴的绿色节能技术。冬天,它以大地为低温位热源,从大地中提取热量,经过地面热泵转换,提高温位向房屋供暖;夏天,则以大地为高温位热源,将房屋内的热量输送到大地土壤中。浙江省地热资源分布广,储量较丰富。自1959年宁海发现36℃温泉后,1960年即进行地热勘探,目前已探明可供地热勘查的总面积近30000km2,总体前景良好。但仅有宁海、泰顺雅阳、武义塔山、溪里等处地热点作为旅游地医疗(沐浴)热矿水使用,开发潜力较大。

(24)建造成本:由于节能建筑采用了许多节能材料、节能技术措施来加强围护结构的保温隔热性能,从初始投资角度看,节能肯定会带来一定成本的增加。如果初始投资增加的成本超过未来的节能收益,对于购房者是不划算的。实践证明,只要采取经济实用、切合实际的节能措施,新建居住建筑节能投资和既有建筑节能改造成本约为80~120元/m2,节能50%住宅的投资增长率一般可控制在10%以内。

(25)设备成本:设备能耗是建筑能耗的重要组成部分,因此应尽量选择能效高的电梯、空调、炊具及照明等设备,但选择节能设备会增加初始投资。因此,应考虑节能设备带来的节能收益与成本之比,判断经济上的合理性。

(26)运行成本:建筑运行成本指的是建筑在平时的使用过程中采暖、制冷、照明、炊事等的能耗。节能建筑能够大大降低运行成本,从长远看,受益会很大。美国的经验是“初期成本”只占生命周期成本的5%~10%,而运营和维护成本占60%~80%。

(27)维护成本:建筑维护成本是指建筑在使用过程中,建筑本身或建筑设备的维修、保养费用。由于节能建筑的设备运行负荷比传统建筑小,其维护费用也相应地减少,建筑物由于受到良好的隔热保温措施的保护,从而节省了一笔维护开支。

(28)投资回收期:投资回收期指的是节能投资与累计节能收益之间达到平衡所需的时间。节能投资是一次性行为,而收益是一个长期的过程。由于节能建筑可以产生综合经济效益,因而节能建筑所追加的投资在一定时间内可以收回,即存在投资的回收期限。投资回收期越短,投资者采用节能的积极性就会越高,对建筑节能越有利。节能建筑的投资回收期不应超过10年,一般可以通过产生的节能效益在5年左右得到回收。

3.3.3建立评价因素指标体系

1.构建原则

要建立一套既科学又合理的评价指标体系,是一个非常困难的问题。为此必须按照一定的原则去分析和判断,才有可能较好地解决这一难题。本综合评价指标体系是在科学性原则、可行性原则、层次性原则、全面性与重点性相统一、相对独立性等原则的基础上,根据夏热冬冷地区居住建筑能耗特点建立起来的一个有机整体。

(1)科学性原则。评价指标体系结构的拟定、指标的舍取等都要有科学的依据。只有坚持科学性的原则,获取的信息才具有可靠性和客观性,评价的结果才具有可信性。由于建筑节能涉及众多生产、消费环节和领域,且与建筑物所处地区的自然、经济、社会条件等因素密切相关,因此,评价指标必须能全面准确地反映建筑节能的方方面面。

(2)层次性原则。指标的选择应尽可能从不同层次、不同方位涵盖建筑节能评估的要素,以全面真实地反映建筑节能效果。

(3)可操作性原则。各评价指标的设计要求概念明确、定义清楚,指标应便于量化、收集和整理;评价方法应便于计算和使用;分析结果应便于解释现状,对现实有指导意义。

(4)相对独立性原则。指标之间应尽量避免内容交叉或相互包含,每个指标含义都应具有相对独立性。

(5)定量指标与定性指标结合的原则。尽量选用定量指标,便于计算,对于无法定量化的问题,也可以选择定性指标辅助说明。

(6)全面性与重点性相统一的原则。指标设置尽可能涵盖建筑节能的各个方面,从不同层次和不同角度来衡量,使得整个指标体系具有完整性。但又要突出重点,尽量剔除反映同一内容的重复性指标。指标数量不宜过多或过少,指标过多,评价工作量大、难度大;指标过少,评价不全面。

2.指标体系框架设计

根据上述综合评价指标体系构建的原则和浙江省建筑能耗的特点,建立了浙江省居住建筑节能技术经济综合评价指标体系。该指标体系分为两个层次,其中一级指标包括建筑规划设计、围护结构保温性能、设备能效、可再生能源利用、经济合理性五项指标,二级指标包括建筑间距、体形系数等28项指标。