除了设置遮阳装置外,植被遮阳在建筑实践中积累了大量经验。墙面上植攀藤植物可以使墙面降温,同时具有良好的视觉效果,是环境调和的致凉方法。
内遮阳是改善室内舒适度的一个可行方法。冬天热量从室内传向室外,夏天则从室外传向室内。冬天在室内加设布窗帘或百叶窗帘,室内的温度会升高,人体感觉较为舒适。
内窗帘可根据需要进行调节。白天拉开,光线和热量进入室内;晚间闭合,可保持私密性。百叶窗帘还可以根据需要来遮挡视线,取得直接日照,改善室内舒适度。
四、建筑空调,前提是会用
建筑空调系统一般由热源系统、热量输送系统和末端装置组成。其用能量约占建筑总用能的一半。
空调的物理过程可以表述为:热源系统产生冷量或热量,经风机或水泵输送到室内,通过安装在室内的末端装置,将冷量或热量送入空调区域,满足其环境设计的要求。
如何减少建筑空调系统的负荷,前面已经有过讲述。合理决定建筑室内的环境设计参数,与人体生理学和心理学有关,这里不准备涉及。这里仅讨论在不同的建筑空间中,采用什么样的空调方式,来提高空调系统的综合效率。
建筑的空调方式大致可分为全空气方式、空气一水方式、全水方式、制冷剂直接蒸发方式等多种。全空气方式是依靠空气,把室内的热湿负荷带到室外。这是传统的方式,风管与风机占用空间大,设备集中,易于管理。
全空气方式又可分为定风量方式和变风量方式。定风量方式的送风量,由空调系统的最大负荷确定,全年固定不变,依靠改变其送风温度来满足室内的舒适度要求。
变风量方式是改变送入房间的风量,来适应室内空调负荷的变化。变风量方式适用于室内空调负荷多变的建筑空间。变风量空调系统可以降低风机的用能,减小风机的设计容量。
在宾馆和办公建筑中,广泛使用的风机盘管加新风系统,属于空气一水方式。风机盘管是建筑空调系统中的末端设备,通过旁通阀或电磁阀调节经过自身的水量,或调节其风机的转速,控制送入室内的热量,满足舒适度要求。
风机盘管环境噪声小,可灵活地调节房间温湿度。可以按房间朝向、使用目的、使用时间的不同,把空调系统分割为若干区域系统,进行分区控制。
全水方式是把热源系统产生的空调用水,输送到室内的各末端装置的空调方式。全水方式的室内末端装置通常为风机盘管或辐射板。
制冷剂直接蒸发方式是由一台室外机向若干个室内机输送制冷剂,以满足室内设计要求的空调方式。它具有运转平稳,各房间可独立调节的优点,在较小面积的办公建筑中使用较多。
建筑空调方式的发展趋势是分区化、个性化。
首先是分区化。同一建筑,不同空间的空调负荷差别很大,各个空间的功能和使用时间也不尽相同,通常的做法是将空调系统分区,以求系统高效运转。系统分区可以根据温湿度、负荷特性、使用功能、使用时间、空调设备容量、节能管理手段等因素实施。
办公建筑通常把平面分为周边区与内部区。针对各区负荷的特点,分别设置空调系统。周边区受到室外气温和太阳辐射的影响大,一般夏季需要供冷而冬季需要供热;内部区远离外围护结构,由于室内人体、照明及设备的散热等原因,可能全年都需要供冷。
除了按朝向分区外,还可以按照空间的不同用途、使用时间来进行分区。办公建筑可按办公室、会议室、食堂、活动室等分区,设置不同的空调系统;旅馆的客房是全天使用的,而餐厅、宴会厅、商店等公用部分非全天使用,可以按使用功能分区。
在大型办公建筑中,个性化的个人空调方式应用趋多。其基本概念是把建筑整体空间与个人工作区域分开设置空调系统。两个空调系统采用不同的设计参数,进行个性化控制。
空调系统的热量输送包括送风系统、回风系统、排风系统、冷冻水系统、冷却水系统、空气热回收系统等。简单划分,则可以称为风系统和水系统。其中,风机和水泵的用能比例较大,提高其用能效率,是建筑节能的一个重点。
改变风机的工作状况,使其与已有管网相匹配,可以提高系统效率,降低风机用能。把一些大型建筑的定风量空调方式改造为变风量方式,可以提高其综合效率。
把定风量方式改为变风量方式,则送风量随时变化,风机用能可降低50%左右。风机改造所需要增加的变频器投资和安装费用等,一般都可以在短时间内收回。
用水代替空气作为传输媒介,可以降低热量输送系统的用能。输水系统还可以通过在水中添加减阻剂,降低系统阻力,进一步节能。
对于全空气方式,水系统的运行用能约占空调总用能的15%左右。降低空调水系统的用能,是提高空调系统效能的途径之一。
地板采暖是一个提高热舒适的空调系统。冬季的地板采暖,能直接满足人腿部的热舒适,进而保证人体舒适。其优点是节能、舒适,弱点是占用室内空间大。最近,一种新的电热地板系统较好地解决了这个问题。
自然通风也是一种空调方式。在合适的时空,自然通风不仅节能,而且能大大提高室内环境的舒适度。根据气象条件,也可以对建筑物进行夜间自然通风换气,利用建筑物的蓄能作用,把晚间凉爽空气的冷量储存起来,白天释放出来,节约空调用能量。
五、建筑热源,节能是关键
建筑热源是指制热或制冷的设备。北方采暖热源大多采用市政热网,部分采用自备锅炉及热泵。空调冷源大多以电力直接驱动的冷水机组为主,也有一部分选择溴化锂吸收式、直燃式机组等。
压缩式冷水机组是一种常用的空调热源设备。按其压缩机形式可分为离心式、螺杆式和活塞式等。它结构紧凑,使用灵活,管理方便,自动化程度高,产品质量可靠,安装施工简便。
溴化锂吸收式制冷机组是利用溴化锂水溶液在低温时放热、高温下吸热的特性,来达到制冷的目的。它是靠消耗热能来制冷的装置。
直燃型溴化锂吸收式机组,把燃气直接燃烧所产生的高温作为热源,利用吸收式制冷的原理制取冷热水。夏季制冷,冬季供热。
如果有工厂余热或热电联产,采用吸收式制冷是合理的。利用余热的吸收式制冷是一个值得提倡的节能措施,应大力推广。
如果通过烧煤或燃气锅炉产生蒸汽,再利用蒸汽进行吸收式制冷,或者直接通过直燃式吸收机制冷,则不一定是节能的好办法。其综合能源利用率不如采用大电网供电的电力制冷系统。
在一些缺电的地区,吸收式制冷可以作为一种降低电力峰值负载的应急办法。然而,如果同样使用天然气,需要选择的是,采用吸收式制冷还是兴建天然气调峰电厂。
热泵是从室外低温热源中取热,将其温度升高后送入室内进行冬季采暖;也可以从室外热源中取冷,将其温度进一步降低后送人室内进行夏季降温。
使用热泵,冬季从室外热源中提取热量,夏季向其排放热量。这些可能利用的室外热源包括室外空气、水及地热和土壤热等。
空气源热泵以室外空气为热源。其优点是不用水,省去了冷却塔和管道组成的冷却水系统,对缺水的地区有利于节水。缺点是受到气象条件的限制。长江中下游地区,空气源热泵可以收到较为满意的效果。
水源热泵是利用江湖河海的水作为热源,提取水中的冷量或热量。污水源热泵,直接从城市污水中提取热量,是污水综合利用的组成部分。地下水源热泵是从地下抽水,经过热泵提取其热量后,再把水回灌到地下的方式。
地源热泵是在地下垂直或水平埋管,通入循环工质,与土壤进行热量交换。冬季在土壤中取热,成为热泵的低温热源;夏季在土壤中取冷,成为热泵的冷源。能量在土壤中冬存夏用,或夏存冬用。
这种方式的初投资较高。大量从土壤取热、储热,仅适宜于低密度建筑。把这种方式与建筑基础有机结合,可以降低初投资。提高传热管与土壤间的传热能力,是今后低密度建筑地源热泵系统的课题。
对空调热源的废热进行回收利用,加热建筑中的生活热水,可以节能。回收空调制冷废热,用来制备生活热水的技术,有直接式和间接式两种。
直接式是把制备生活热水的换热器,串联接入空调压缩机与冷凝器之间的管道中,使高温高压气态工质先在换热器内加热生活热水,然后再经过原有的冷凝器放热,达到空调所要求的工况。
间接式废热回收制备生活热水是利用热泵的原理,把冷却水所携带的空调冷凝热提取出来。此方式适用于离心式制冷机组。
空调制冷废热回收既节省了加热生活热水的耗能,又节约了空调冷却水补水,具有节能和节水的双重功效。
建筑排风系统的热量,一般通过空气热回收装置加以回收利用。常用的空调热回收装置分为显热回收和全热回收两种。显热回收是利用新风和排风的温度差,回收排风中的显热能量;全热回收是利用新风和排风的焓差,回收排风中的能量。
采用何种热回收装置,应根据当地气象条件和室内设计参数,经技术、经济比较后确定。
六、多用大自然赐予的天然健康光源
照明占用全世界电力消费的近20%,而这些消耗很多是在白天。我们可以依靠简单的设计技术,比如自然光、镜子、反射面、光管系统、阳光跟踪系统等,来大幅削减照明的能源使用。
阳光跟踪系统是一个自动跟踪阳光的设备,使日光更深地进入建筑内部。目前的技术已经成熟,用于深空间的照明。该技术不仅减低照明的用电量,同时降低室内空调负荷。
建筑照明还可以采用很多节能减排的技术手段。比如,新型物联网技术就可以在不需要使用时,自动关掉灯、设备和机器的能源。广泛使用LED节能灯等也是有效的手段。
照明有利于健康。在阴暗的光线下,勉强去辨识过小的文字,眼睛就会疲劳,时间一长,视力还会永久性减退。
随着生活条件的改善,人们对室内的亮度要求提高,照明用电的需求量急速增长。然而,照明亮度并不是越亮越好,它根据工作场所的视觉要求而定。建筑空间应有适宜的亮度分布,过亮或过暗均不适宜。
天然光是一种廉价而无污染的光源。白天利用太阳的直射阳光和散射光线,使光线进入室内并合理分布,节约照明用电。人类长期生活在天然光下,眼睛对自然光源比较适应。
自从电光源出现后,光的利用不受空间和时间的限制。一些原本可以利用天然光的场合都不开窗户,昼夜用电照明。有些场所虽有窗户,但采光量却远远满足不了使用要求。
外窗是天然光进入室内的主要途径。建筑朝向及窗户尺寸直接影响日照量。当附近有高大建筑遮挡,日照不足时,可增强附近建筑物墙面的光反射,使得建筑内部接受到尽量多的自然光线。另外,使用白色及浅色地面,也能使室内较为明亮。