商場建筑節(jié)能設計研究

1、商場建筑節(jié)能設計研究摘要：商場建筑的能耗統(tǒng)計和分析是進行商場節(jié)能研究的基礎，本研究以寒冷地區(qū)商場建筑的能耗狀況為研究對象，根據(jù)商場內(nèi)的空調(diào)、照明及其他建筑設備的能耗記錄或實測數(shù)據(jù)，找出商場建筑高能耗的癥結，從而得出商場建筑節(jié)能設計的著重點。主要內(nèi)容包括： 1)從能耗分配、建筑狀況、圍護結構、室內(nèi)環(huán)境等方面分析了商場建筑能耗的一般性特點，試圖找到影響商場建筑能耗的主要因素。2)分析了所選商場建筑能耗過大的主要原因，并提出了可行的節(jié)能改造方案或建議。本研究結果對寒冷地區(qū)商場建筑的節(jié)能設計及節(jié)能改造有一定的可借鑒性。關鍵詞：商場建筑；建筑能耗；節(jié)能設計 abstract: the research

2、on shopping malls energy-saving is basis on the statistics and analysis of commercial buildings energy consumption. our research target focus on energy consumption conditions in cool areas. by collecting record and data of air-conditions, lightings, and other equipments in the shopping mall, we coul

3、d find out where needs the most, and obtain the information for energy-saving design. the following are major contents:1) we could find out the major factors which influence the shopping malls energy consumption from analysising distribution, construction condition, external structure and internal e

4、nvironment.2) the primary cause of the oversized energy consumption of the chosen shopping center construction is analyzed and the feasible energy conservation transformation plan or the suggestion is proposed. the study results may have some reference value for the shopping mall design in the cold

5、area.keywords: shopping center construction, architectural energy consumption, energy-saving design1.研究意義近幾年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的提高，大中型商場越來越多，人們對購物環(huán)境的要求也不斷提高，商場建筑能耗比例顯著增加。商場建筑作為公共建筑中的一種，由于建筑面積大、客流密度和各種照明、電器密度高，多采用中央空調(diào)系統(tǒng)對商場溫度、濕度進行控制，能量傳輸距離長、能量轉換設備多，以用電為主，冬季采暖耗熱量很大。商場一般每天運行12個小時以上、全年基本沒有節(jié)假日，(如圖1)因此，與其他類

6、型公共建筑相比，商場單位面積耗電密度高、全年總耗電量大，節(jié)能潛力巨大，因此是研究重點。2.商場類建筑能耗分析（1）商場類建筑能耗大，節(jié)能潛力大。商場類建筑能耗與其他類型公共建筑相比，商場單位面積耗電密度高、全年總耗電量大，節(jié)能潛力巨大，因此是研究重點。（2）在商場建筑能耗中，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占相當大的比例。商場建筑的運行能耗包括采暖能耗、空調(diào)能耗、照明能耗、動力能耗、日程維護能耗等。其中，采暖空調(diào)能耗及照明能耗的大小及各自所占的比例對節(jié)能設計有較大的影響。分項能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示空調(diào)系統(tǒng)所占比重最大，達到50%；其次為照明系統(tǒng)，電耗達40%；其余10%為電梯。因此，空調(diào)能耗為商業(yè)建筑的主要能耗。（3

7、）在商場的空調(diào)負荷中，新風負荷和圍護結構所產(chǎn)生的空調(diào)負荷占較大比例，是節(jié)能設計的重點。通過良好的建筑設計加強商場建筑的自然通風可減少新風負荷；通過熱工設計可有效地降低由圍護結構所形成的空調(diào)負荷。（如圖2）從商場建筑的節(jié)能途徑看，可以從兩個方面進行，一是商場建筑本體的節(jié)能設計，通過建筑設計和圍護結構的熱工設計提高建筑圍護結構的保溫隔熱性能、門窗的密閉性能和充分利用通風、太陽能、自然采光等措施來降低為達到相同的室內(nèi)舒適程度所需要的采暖和空調(diào)的能耗；二是提高建筑物內(nèi)的能耗系統(tǒng)及設備的能源效率，包括采暖、空調(diào)系統(tǒng)、照明燈具、熱水器、家用電器及辦公設備等。3.商場建筑節(jié)能設計建筑室內(nèi)熱狀態(tài)受室外氣候條件

8、和建筑圍護結構所影響，因此商場建筑能耗在很大程度上與室外氣候條件和建筑圍護結構有關，改進建筑圍護結構形式以改善建筑熱性能，從而降低商場建筑的空調(diào)能耗，是商場建筑節(jié)能的重要途徑之一。（1）商場建筑總平面布置和平面設計，以適用冬季日照，減少夏季的熱和充分利用自然通風。商場建筑的規(guī)劃設計對商場運營后的能源消耗有很大影響，因此要對商場建筑的總平面布置、建筑平、立、剖面形式、太陽輻射、自然通風等氣候因素對商場能耗的影響進行分析，在冬季最大限度的獲得太陽輻射熱量和減少熱損失，夏季最大限度的減少得熱并利用自然能源來降溫冷卻，以達到節(jié)能的目的。(如圖3)（2）朝向的選擇原則是冬季能獲得足夠的日照并避開主導風向

9、，夏季能利用自然通風并防止太陽輻射。然而商場建筑的朝向、方位以及建筑總平面設計要考慮多方面因素，還要受到社會歷史文化、人的購物心理、地形、城市規(guī)劃、道路、環(huán)境等條件的制約，要想使商場建筑的朝向對夏季防熱、冬季保溫都理想是有困難的。因此只能權衡各個因素之間的得失輕重，選擇商場所在地區(qū)的最佳朝向和較好朝向。通過多方面的因素分析，優(yōu)化商場建筑的規(guī)劃設計，采用最佳朝向或適宜朝向，盡量避免東西向日曬。（3）商場建筑體型的變化直接影響商場采暖能耗大小，商場體型系數(shù)越大，單位面積對應的外表面積越大，傳熱損失就越大。商場體型系數(shù)的確定與商場造型、平面布局、采光通風等條件相關。商場建筑設計，應在考慮氣候條件、冬

10、夏季太陽輻射強度、風環(huán)境、圍護結構構造形式等方面因素的基礎上合理的確定建筑形狀。盡可能減少房間的外圍護面積，使體型不要太復雜，凹凸不要過多，避免因體型復雜和凹凸面太多使外表面積加大從而使體型系數(shù)增大，以達到節(jié)能的目的。（4）商場每個朝向的的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應大于0.7。當窗(包括透明幕墻)墻面積比小于0.4時，玻璃(或其他透明材料)的可見光透射比不應小于0.4。近年來商場建筑的窗墻面積比有越來越大的趨勢，只是由于商場建筑有通透明亮、立面美觀、建筑形態(tài)豐富的要求。因此，對于商場建筑，若要大面積使用透明幕墻時應選擇高性能的幕墻，減少能耗影響。（5）外窗可開啟的面積不應小于窗面積的30

11、%；透明幕墻應具有可開啟部分或設通風換氣裝置，可開啟部分的面積不宜小于幕墻面積的15%。(如圖4)商場建筑一般室內(nèi)人員密度比較大，商場內(nèi)空氣流動，特別是自然、新鮮空氣流動，是保證商場空氣質(zhì)量的關鍵。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，商場建筑為了追求外窗的視覺效果和建筑立面的風格，窗的開啟率都比較低，有的甚至使外窗完全封閉，導致商場內(nèi)自然通風不足，不利于室內(nèi)空氣流通和散熱，不利于節(jié)能，這種做法應逐步得到糾正。根據(jù)實測調(diào)查和計算模擬結果表明，作好自然通風氣流組織設計，保證一定的外窗可開啟面積，可減少商場空調(diào)設備的運行時間，降低新風能耗，提高人體舒適性。（6）屋頂透明部分的面積不應大于屋頂面積的20%，且中庭屋頂透明部分

12、面積不得大于中庭部分屋頂面積的70%。屋頂水平面夏季受太陽輻射強度最大，因此屋頂?shù)耐该髅娣e越大，相應建筑的能耗也越大。許多商場建筑設計有室內(nèi)中庭，希望在商場內(nèi)有一個通透明亮，據(jù)有良好的微氣候和人工生態(tài)環(huán)境的購物空間。但從目前建成的商場來看，大量的商場中庭的熱環(huán)境不理想，且能耗很大，主要原因是中庭屋頂透明部分的熱工性能較差，傳熱損失和太陽輻射傳熱過大。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有些商場對中庭采取了膜結構遮陽或其他遮陽設施，可有效地提高中庭的熱舒適度和環(huán)境質(zhì)量，降低商場能耗。(如圖5)（7）設有中庭的商場建筑，夏季宜充分利用自然通風降溫，必要時設置機械排風裝置。由于商場中庭透明部分的熱工性能太差，在炎熱的夏季

13、太陽輻射會使中庭內(nèi)的溫度過高，大大增加了商場的空調(diào)能耗。自然通風是改善建筑熱環(huán)境，節(jié)約空調(diào)能耗最為簡單、經(jīng)濟、便捷且具有良好效果的技術措施。采用自然通風能提供新鮮、清潔的自然空氣(新風)，降低中庭內(nèi)過高的空氣溫度，減少中庭空調(diào)負荷，從而節(jié)約能源。而且中庭的通風改善了中庭內(nèi)熱環(huán)境，有利于人們的生理和心理健康，提高人們對購物環(huán)境的滿意度。（8）商場主入口易設置門斗或采取其他措施減少室外氣候條件對室內(nèi)的影響。商場建筑的性質(zhì)決定了其入口處的外門長時間處于開啟狀態(tài)，這樣勢必會造成室外氣候條件對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。設置溫度阻尼區(qū)，可以在節(jié)能的同時，也提高了門庭的熱舒適性。（9）建筑總平面布置和商場內(nèi)部的平面

14、設計，應合理確定冷、熱源和通風、空調(diào)機房的位置，制冷和供熱機房宜設置在空調(diào)負荷的中心。制冷和供熱機房盡量靠近負荷中心，主要是為了避免環(huán)路長短不均，難以平衡，造成供冷(熱)質(zhì)量不良，增加投資和能耗。（10）建筑的東、西、南向外窗(包括透明幕墻)宜設置外部遮陽。4.商場建筑節(jié)能設計措施 (l)外墻的保溫技術目前我國外墻保溫技術還主要是不透明墻體，有外保溫、夾芯墻保溫和內(nèi)保溫三種保溫形式，少量透明墻體如玻璃幕墻等因傳熱特征與不透明墻有本質(zhì)差別被歸為窗的類型。由于我國各地的墻體材料生產(chǎn)技術水平和地方墻體材料技術政策的差距較大，外墻體的保溫構造類型眾多。外保溫外墻是由兩種或兩種以上的建筑材料構成的且起主

15、要保溫隔熱作用的材料，放在室外一側的復合墻體，我國北方地區(qū)在目前建筑節(jié)能設計標準和相關技術政策引導下多采用此類保溫形式，大、中城市和經(jīng)濟水平較好的城鎮(zhèn)還引進、轉換了國外的外保溫成套技術，相對來說經(jīng)過建筑技術工作者二十年的不懈努力，加之伴隨我國化工行業(yè)的發(fā)展，以化工行業(yè)下游產(chǎn)品如聚苯酚、巖棉等作為高性能絕熱保溫墻體的主流產(chǎn)品己經(jīng)完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化，使得這種源于高緯度發(fā)達國家的外墻外保溫技術逐步適應了我國北方地區(qū)的技術和經(jīng)濟市場。目前技術的成熟度已達到一定程度，市場發(fā)展的勢頭也十分良好。外保溫技術的發(fā)展，是因為在我國北方建筑結構的主流體系是框架結構、框剪結構，建筑圍護結構的填充墻體的主流建筑材料仍是

16、自保溫能力相對低下的輕骨料混凝土類塊體材料，由此就形成較大比例的熱橋。北方嚴寒和寒冷地區(qū)在漫長的冬季采暖期里，室外平均氣溫都是在室內(nèi)采暖設計溫度之下，由此決定了房間的采暖方式是連續(xù)采暖。此時墻體等圍護結構的溫度差傳熱是建筑能耗的主要部分，同時大溫差傳熱和室外負溫環(huán)境對于墻體熱橋部位還會造成墻體內(nèi)部和內(nèi)表面結霜、結露等問題。采用外保溫技術就可以有效避免這些問題，因此高效、可靠、經(jīng)濟的外墻外保溫技術成為嚴寒和寒冷地區(qū)新舊建筑重要的節(jié)能措施。(如圖6)然而，外保溫的墻體外側防護能力差，不能適應建筑外立面變化多樣的外裝飾需要，特別是南方大風多雨氣候地區(qū)，如大量的廣告、空調(diào)室外設備、管道、電路等在外保溫

17、系統(tǒng)的外墻安裝，容易直接產(chǎn)生保溫系統(tǒng)脆弱的防護層破碎，產(chǎn)生外墻外保溫系統(tǒng)的小漏電、大漏水現(xiàn)象，引發(fā)墻體滲漏、霉變等質(zhì)量通病，因此，在南方潮濕地區(qū)，外保溫有一定問題。中間保溫外墻是由兩層保溫能力差的墻體夾一層絕熱能力好的保溫材料構成的復合墻體。填充在中間層的絕熱材料，種類很多，工業(yè)類常見的是巖棉、礦棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫板材等，地方材料也常見刨花、稻殼、草(炭)灰、爐渣等。中間保溫的外墻是在嚴寒和寒冷地區(qū)有一定的使用，但外層墻體長期處于負溫環(huán)境，主要起防護作用，絕熱能力低，從而容易造成通過墻體由室內(nèi)傳向室外的潮氣不易散開，導致中間填充的保溫材料容易受潮。因此在使用這類墻體時需要根據(jù)具體地區(qū)冬季

18、的氣候條件進行內(nèi)部結露驗算，中間增設空氣層，設計過程比較繁瑣，但和外保溫系統(tǒng)比較，它的結構防護能力好，造價相對低廉。內(nèi)保溫墻體是由兩種或兩種以上建筑材料構成的、且起主要保溫隔熱作用的材料放在室內(nèi)一側的復合墻體。目前我國北方地區(qū)不提倡采用該種墻體保溫做法，主要是因為它不能夠解決大量建筑物的熱橋問題和墻體內(nèi)部(特別是保溫層與實體墻之間的界面處)的結露問題。對于間歇采暖且采暖使用頻率不高的建筑物也可以采用此類墻體。內(nèi)保溫墻體在南方地區(qū)應用比較合適，主要原因有以下幾點:在炎熱氣候地區(qū)的空調(diào)季節(jié)里，室內(nèi)外溫差相對較小，熱橋的影響也不占主流；在空調(diào)期里，室外氣溫最低值并不是始終高于室內(nèi)熱舒適溫度，室外氣溫

19、的波動范圍內(nèi)高頻繁地出現(xiàn)熱舒適溫度，這就決定了南方地區(qū)空調(diào)期與北方地區(qū)的采暖期存在本質(zhì)差別，也因此而決定了南方地區(qū)的空調(diào)方式在本質(zhì)上還是間歇方式，對于普遍為間歇空調(diào)的南方建筑適應性較好的墻體保溫形式也就是內(nèi)保溫方式；內(nèi)保溫墻體可以有效避免外墻體所不能抵御的南方大風多雨氣候的破壞作用，對傳統(tǒng)的建筑立面設計、設備、管線的外裝等不受影響；內(nèi)保溫墻體造價相對低廉。由于南方地區(qū)建筑節(jié)能工作開展的相對較晚，目前正在開展內(nèi)保溫復合墻體類型、構造方面的相關研究。(2)屋頂保溫技術由屋頂傳熱導致的能耗占建筑總能耗比例并不大，但對于頂層房間室內(nèi)熱環(huán)境的影響很大，同時由于屋頂在冬季發(fā)生凍裂和夏季發(fā)生膨脹引起屋頂開裂

20、漏水事故率高，所以屋頂保溫隔熱技術措施的好壞，不僅一定程度上影響建筑節(jié)能和熱環(huán)境，也直接關系到整個建筑物的工程質(zhì)量好壞。保溫材料應具有吸水率低、導熱系數(shù)較小并具有一定的強度的性能。屋面保溫材料一般為輕質(zhì)多孔材料，分為三種類型：一類是松散型材料，堆積密度一般小于300kg/耐，導熱系數(shù)小于0.14w/(mk)，常用的有膨脹蝗石(粒徑3一15inm)、膨脹珍珠巖、礦棉、爐渣等；另一類是整體澆注型材料，常用有發(fā)泡聚氨醋現(xiàn)場發(fā)泡澆注，還有使用水泥或者瀝青等膠結材料與松散保溫材料拌合，現(xiàn)場整體澆注，如水泥爐渣、瀝青膨脹珍珠巖、水泥膨脹蝗石巖等；再一類是成品板型材料，如加氣混凝土板塊、泡沫混凝土板材、膨脹

21、珍珠巖板、膨脹蝗石板、礦棉板、巖棉板、泡沫塑料板、木絲板、刨花板、甘蔗板等，目前我國嚴寒和寒冷地區(qū)，屋頂保溫技術是在大中城市多使用eps(膜塑型聚苯乙烯泡沫板材)或者xps(擠塑型聚苯乙烯泡沫板材)為主，部分使用加氣混凝土作為保溫材料，在小城鎮(zhèn)由于受到價格的影響大多還是使用松散型材料較多，如爐渣、水泥膨脹珍珠巖等作為保溫材料，少量也有使用加氣混凝土塊材。南方地區(qū)的屋頂隔熱，大城市和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)主要以使用eps或者xps為主，也有部分的植被屋頂在推廣應用，如耐早能力較強的佛甲草隔熱屋面在重慶、廣州等地有一定量的應用，小城鎮(zhèn)和經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)主要使用摻混珍珠巖的隔熱板，沿海地區(qū)也有使用架空紅磚、架空

22、水泥板等做法。(如圖7)目前存在的問題主要有：1)熱阻達不到節(jié)能標準要求。材料厚度設計不足，成品保溫隔熱材料如摻混珍珠巖的保溫隔熱成品板、夾eps的保溫隔熱板內(nèi)的隔熱主材厚度不足，產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求等，影響屋頂保溫隔熱性能。2)高性能的保溫材料成本高難于廣泛普及。如eps和xps板材隔熱構造的造價是常用松散保溫材料特別是地方保溫材料的25倍，經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)難以接受。3)構造標準化工作不夠。各地針對不同保溫材料的構造做法缺乏標準圖集和操作規(guī)程，粗制濫造情況普遍。(3)外窗保溫隔熱和遮陽外窗保溫隔熱技術外窗是建筑能耗比例較大的部件，商業(yè)建筑如能解決好外窗的保溫隔熱問題，將會收到明顯的節(jié)能效果。目前

23、我國南北方大量使用的建筑外窗(包括門連窗)，在中小城鎮(zhèn)和經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)主要還是使用非斷橋鋁合金窗和塑鋼窗，開窗形式是以推拉窗型為主。由于我國的鋁加工成型技術己經(jīng)完成實現(xiàn)了國產(chǎn)化，適應建筑市場的門窗轉型速度快，鋁合金窗在目前和今后相當長的時期里仍然是建筑外窗的主流。但從節(jié)能角度看，需要從以下幾點發(fā)展窗的保溫隔熱技術:l)提高型材的保溫隔熱能力。主要是提高型材的隔熱能力，提高型材的斷熱能力，需要大力發(fā)展斷熱型材和斷熱構造；2)提高玻璃的隔熱品質(zhì)。目前大城市和發(fā)達地區(qū)逐步認識了特種玻璃的節(jié)能效果，lowe玻璃、熱反射鍍膜玻璃、有色玻璃等節(jié)能品質(zhì)高的特種玻璃正在逐步普及，勢頭良好，但由于價格仍然相對透明平板玻璃要高出23倍，因此在中小城市以及經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)還無法接受。這對于實現(xiàn)全面的建筑節(jié)能，特別對既有大量的商業(yè)建筑外窗的節(jié)能改造構成了障礙。3)玻璃隔熱改造。目前大量建筑窗玻璃需要進行節(jié)能改造，無論南北方建筑在適應氣候和滿足室內(nèi)采光功能前提下，研發(fā)1owe型的玻璃隔熱涂料和隔熱貼膜技術及產(chǎn)品；4)門窗的節(jié)能標識制度需要實施。由于窗的技術含量相對提高，特別是玻璃