地下建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略探討(4頁).docx
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2022-07-19
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1、地下建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略探討摘要:本文首先探討了地下建筑的分類,然后就地下建筑節(jié)能設(shè)計(jì)從自然通風(fēng)和防潮濕兩個(gè)方面進(jìn)行了探討和分析,供參考。 關(guān)鍵詞:地下建筑;建筑分類;建筑節(jié)能;防潮濕處理;通風(fēng)Abstract: this paper first discusses the classification of underground structures, and then underground building energy efficiency design natural ventilation and prevent moisture from two aspects that the 2、discussion and analysis, for reference.Keywords: underground architecture; Building classification; Building energy efficiency; The wet processing; ventilation中圖分類號(hào):TU201.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 與地面建筑工程相比較,地下建筑運(yùn)行中的能耗存在其特殊性,最主要的原因在于外擾產(chǎn)生的原因不同,地下建筑不受自然環(huán)境中風(fēng)、雨、雪和太陽輻射的直接影響,建筑物內(nèi)部溫度的變化幅度很小冷熱負(fù)荷比地面小的多。地下工程使用中的采暖、空調(diào)耗能量3、比地面建筑物少的多,約為地面同類建筑工程的10%左右。地下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)散濕,又受不到太陽的照射,因此濕度比較嚴(yán)重。在夏季建筑物內(nèi)部溫度比外部低,外部空氣進(jìn)入后因溫度較低,相對(duì)濕度會(huì)升高,當(dāng)墻壁面溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí),室內(nèi)壁面出現(xiàn)結(jié)露凝結(jié)水,造成夏季地下建筑潮濕問題比較嚴(yán)重。按照影響地下建筑運(yùn)行能耗的主要因素:埋深和內(nèi)部擾動(dòng)的分類,節(jié)能的途徑,自然通風(fēng)和防潮是重點(diǎn)解決的問題。 1地下建筑的分類 掌握地下建筑物在使用中的能耗,首先要了解地下建筑的形式和分類,不同類型的建筑受外擾動(dòng)影響的程度不相同,擾動(dòng)的特點(diǎn)也是不盡相同。 1.1埋深分類法 地下建筑與地面建筑工程相比,受環(huán)境因素影響擾動(dòng)程度較小。從圍4、護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的角度分析,由于埋深的不同,外部擾動(dòng)的影響程度有所不同。地面溫度的周期性變化對(duì)地下建筑圍護(hù)傳熱的大小,是劃分地下建筑埋的深淺的主要依據(jù)。若是把大地看作一個(gè)無限大平壁,用導(dǎo)熱系數(shù)和地面溫度周期變化作條件,求出大地溫度,一般是隨著地層深度和時(shí)間變化的關(guān)系。采取以年為周期,重點(diǎn)考慮日變化的溫度波幅遠(yuǎn)比年變化的溫度波幅減弱的快。年變化的溫度波幅大概是埋深每增加1m,波幅將衰減1/2,而日變化的溫度波幅每增加5cm則會(huì)衰減1/2。日變化的溫度波幅在深度1.5m處幾乎消失,而地下建筑物的覆土厚度絕對(duì)多數(shù)是大于1.5m以上,因此可以認(rèn)為日變化的溫度波幅對(duì)地下建筑傳熱不起作用。 己建成的許多地下工程5、,埋深一般估計(jì)在6m左右,地溫波幅可以不考慮,這個(gè)深度處的地溫可長年保持在年平均溫度。地層的這一深度可稱為等溫層,因此,可以把地下建筑分為兩種情況:一種是埋設(shè)于等溫層以下的深埋建筑,它周圍的巖土的自然溫度常年保持恒定,不會(huì)受到地面溫度的影響;而另一種是埋設(shè)于等溫層以上的淺埋建筑,它周圍的巖土的自然溫度受地溫波動(dòng)的影響出現(xiàn)周期性的變化,其波動(dòng)隨著深度的增加而減弱。需要說明的是,不同地區(qū)等溫層的厚度是不同的,取決于該地區(qū)地溫年波幅的大小,地溫波幅越大等溫層越厚,地溫波幅越小等溫層越淺。同時(shí),即使是在同一地區(qū),因巖土及土壤性質(zhì)不同,等溫層也是不同的,應(yīng)用時(shí)要有所考慮。 1.2內(nèi)部擾動(dòng)分類法 影響地下6、建筑物運(yùn)行能耗的主要因素是內(nèi)部擾動(dòng),不同用途建筑物的內(nèi)部擾動(dòng)特點(diǎn)是不同的。根據(jù)內(nèi)部熱潮濕擾動(dòng)的不同,按照地下熱濕擾動(dòng)的不同,可將地下建筑物按使用功能分為:地下倉儲(chǔ)建筑、地下交通建筑、地下工業(yè)建筑、地下民用建筑和地下軍事類建筑物。 1)地下倉儲(chǔ)建筑物包括地下糧庫,蔬菜、水果倉庫,武器裝備庫,各種制成品倉庫等。倉儲(chǔ)類建筑內(nèi)一般長時(shí)間關(guān)閉,除了少數(shù)人員及裝卸設(shè)備出入外,很少有熱的擾動(dòng)。地下倉儲(chǔ)建筑物空氣環(huán)境控制的主要任務(wù)是對(duì)濕的擾動(dòng)采取處理。濕的擾動(dòng)主要來自兩方面,一是因防潮措施不到位所造成的壁面滲漏水,這是最常見和直接的濕來源;二是少數(shù)人員進(jìn)出,或采取通風(fēng)而由空氣帶入的水份,量很少。地下倉儲(chǔ)建筑物7、一般空間較大,空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的氣流組織是重點(diǎn)考慮的。 2)地下交通建筑包括汽車隧道、車庫及地下鐵路等。汽車隧道包括穿越城市中心地帶的路下穿越隧道、多山城市的穿山隧道、越江越海隧道等。此類地下建筑沒有嚴(yán)格的使用溫度和濕度要求,但是汽車排放的尾氣污染是嚴(yán)重的,對(duì)空氣質(zhì)量的要求主要是通風(fēng)。隧道通風(fēng)可以分為:自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種。地下鐵路的站臺(tái)人員集中需要對(duì)空氣環(huán)境進(jìn)行綜合控制,如氣流組織、空氣溫度、濕度及污染物濃度的限制等。此類建筑的風(fēng)環(huán)境含有列車運(yùn)行形成的沿路通風(fēng);內(nèi)部的熱濕擾動(dòng)因素也多,是當(dāng)前和今后相當(dāng)長一段時(shí)間對(duì)地下工程規(guī)范的重點(diǎn)。 3)地下工業(yè)建筑系指工業(yè)廠房,槍支、彈藥、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、坦克等8、大型裝備零部件的制造車間,軸承加工車間以及有一定溫度和濕度要求的精細(xì)車間,食品及紡紗車間等。工業(yè)建筑的能耗在很大程度上與生產(chǎn)要求有關(guān),對(duì)節(jié)能的要求必須結(jié)合工廠的生產(chǎn)規(guī)模和具體要求考慮。 4)地下民用建筑包括地下居住建筑和地下公用建筑。我國地下建筑主要系指西北地區(qū)居住的窯洞,此類建筑歷史悠久但規(guī)模小,設(shè)備簡(jiǎn)陋,用途單一,屬于農(nóng)村居住建筑,而商用建筑幾乎沒有。目前,國外也出現(xiàn)了一些現(xiàn)代化的地下居住建筑,如英國提出的綠色地下建筑,是利用了地下建筑“冬暖夏涼” 的特點(diǎn)。地下公用建筑包括旅館、商店、劇場(chǎng)、食堂、展覽廳、游藝場(chǎng)及綜合性地下空間的利用。國內(nèi)在建和規(guī)劃的地下綜合建筑較多,如奧運(yùn)中心、中關(guān)村、上9、海世博園、廣州珠江新城等,規(guī)模都比較大,有多層,集交通、市政和商業(yè)為一體。 5)軍事類建筑在此主要指地下通訊樞紐和地下指揮機(jī)構(gòu),這類地下建筑物對(duì)熱濕的擾動(dòng)影響有明顯的要求。軍事類建筑的空氣質(zhì)量控制必須考慮平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種不同需求。平時(shí)屬于工程的保護(hù)期,多數(shù)情況下采取密閉處理,這種情況類似于倉儲(chǔ)類建筑,空氣質(zhì)量的控制重點(diǎn)是濕環(huán)境問題。戰(zhàn)時(shí)人員入住,各種通訊設(shè)備啟動(dòng),熱負(fù)荷及濕負(fù)荷都大,必須有除濕空調(diào)設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空氣質(zhì)量進(jìn)行控制。 2地下建筑的節(jié)能處理 現(xiàn)行的公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)中規(guī)定,采取兩種方法進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),即規(guī)定性指標(biāo)及性能性方法兩種。與地面建筑相比,地下建筑的圍護(hù)結(jié)10、構(gòu)本身具有較好的保溫和隔熱效果,由維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱而造成的負(fù)荷占的比重很小。作為地下建筑,即使是淺埋類型,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能也優(yōu)于地面的保溫建筑,同時(shí)也不需要遮陽考慮。從使用要求及設(shè)計(jì)方面考慮。地下建筑節(jié)能的重點(diǎn)是采取自然通風(fēng)和利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防潮構(gòu)造。 2.1地下建筑自然通風(fēng)問題 地下建筑自然通風(fēng)是對(duì)能源的開發(fā)利用,也是使用的重點(diǎn)需要,自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)相比,自然通風(fēng)更具系統(tǒng)簡(jiǎn)單、管理方便、減少設(shè)備安裝及運(yùn)行費(fèi)用、無噪聲污染的優(yōu)勢(shì),對(duì)節(jié)能意義重大。一切可以利用地下通風(fēng)條件的建筑,都必須在達(dá)到室內(nèi)空氣質(zhì)量的前提下利用自然通風(fēng)。建筑設(shè)計(jì)與自然通風(fēng)密不可分,如建筑平面布置、風(fēng)井位置、風(fēng)口形式與朝向會(huì)直11、接影響到建筑物自然通風(fēng)的效果。 1)平面布置及風(fēng)井設(shè)計(jì),應(yīng)確保自然通風(fēng)氣流能通暢經(jīng)過每個(gè)房間,并且氣流阻力要小。對(duì)高低風(fēng)井位置的選擇要注意到全局,避免出現(xiàn)氣流短路使各房間氣流均勻;同時(shí)還要充分利用地形及地物產(chǎn)生風(fēng)壓影響。 對(duì)于平面布置形式,坑道式地下建筑的平面一般為通道式、多巷式、回廊式或平行通道式幾種;對(duì)高低口的布置,由于形成自然通風(fēng)的原因有熱壓及風(fēng)壓兩種,使用熱壓作用的方向與風(fēng)壓方向的一致,是自然通風(fēng)考慮的重點(diǎn)。 組織半定向式自然通風(fēng),是利用熱壓作用所形成的氣流,在夏季高口進(jìn)、低口排,冬季則相反。設(shè)計(jì)時(shí)有目的地將水平出入口安排在山體兩側(cè),并使兩口形成高差,使高口朝向夏季的主導(dǎo)風(fēng)向,低口朝向12、冬季主導(dǎo)風(fēng)向,將垂直出入口設(shè)在山體迎向夏季主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè),使之成為高風(fēng)口。而組織定向的自然通風(fēng),在工程內(nèi)有余熱時(shí),利用余熱加熱高風(fēng)井排風(fēng),使該排風(fēng)溫度始終高于夏季室外溫度,這樣可以在熱壓產(chǎn)生的氣流方向是低口進(jìn)風(fēng),高口排風(fēng)。 2)對(duì)風(fēng)口的設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)方面。一個(gè)是房間隔墻及頂棚上的自然通風(fēng)口,其要求是風(fēng)口裝置阻力要小,出口面積要大;孔口氣流速度一般小于0.5m/s,如設(shè)百葉鋁板網(wǎng)風(fēng)口時(shí),要重視百葉的安放角度,順氣流方向引導(dǎo)出風(fēng)。百葉鋁板角度小于30為宜。另一個(gè)是風(fēng)井上室內(nèi)風(fēng)口和上地面風(fēng)口,上室內(nèi)風(fēng)口面積應(yīng)大于或等于風(fēng)井的斷面積。要重視的仍然是阻力小和利用風(fēng)壓兩點(diǎn)。對(duì)于常用的百葉型風(fēng)口,為減少百葉13、對(duì)氣流的阻力,在條件許可情況下盡量加大百葉間距,將葉片厚度減薄,葉面盡量光滑。而地下建筑的自然進(jìn)排風(fēng)口設(shè)置風(fēng)帽以利用風(fēng)壓,風(fēng)帽要嚴(yán)格區(qū)分進(jìn)風(fēng)型和排風(fēng)型。 2.2地下建筑的防潮濕處理 地下建筑同地面建筑相比較,最大的一個(gè)特點(diǎn)是潮濕,尤其是在夏季更明顯。其潮濕的原因主要是:周圍及覆蓋層滲漏水、施工養(yǎng)護(hù)余水、工程內(nèi)部的濕潮氣、潮濕空氣中帶來的濕氣等。其中周圍及覆蓋層滲漏水、施工養(yǎng)護(hù)余水、工程內(nèi)部的濕潮氣屬于內(nèi)擾;潮濕空氣中帶來的濕氣屬外擾動(dòng)。解決潮濕的措施重點(diǎn)是防潮,其次才是除排潮濕。防潮主要是對(duì)內(nèi)部濕源進(jìn)行控制,也就是說重點(diǎn)防止建筑物主體墻體同大地接壤部分產(chǎn)生各種裂縫滲進(jìn)入室內(nèi)部。排潮是利用建筑設(shè)14、備使室內(nèi)空氣中濕氣含量大幅降低。除濕實(shí)際上是對(duì)內(nèi)外擾動(dòng)的一種處理過程,以一定的建筑運(yùn)行能耗為代價(jià)。因此實(shí)行嚴(yán)格的防潮處理措施,盡可能減少除濕設(shè)備負(fù)荷是地下建筑節(jié)能的重要問題。其防潮方法措施歸結(jié)起來有以下幾個(gè)方面,即總體布局、建筑設(shè)計(jì)和工藝布置。 1)總體布置。首先是選擇山形完整、巖性均一、裂縫不發(fā)展、無斷裂層地下水和覆蓋層厚的地段布置地下建筑。洞穴直線走向要沿山脊布置,盡量避開山體表面的外露巖石和地段,以減少山體裂縫水向洞內(nèi)滲透。地下建筑上面的山體表面不應(yīng)有大面積坑洼,防止積雨水產(chǎn)生滲漏。其次要對(duì)山體表面水進(jìn)行疏導(dǎo),地下建筑范圍內(nèi)的山體表面結(jié)合地質(zhì)情況,有條件時(shí)要及時(shí)整修,使地表水不滯留在地下15、建筑上部。地質(zhì)勘察遺留的深洞及影響地下建筑的溶洞、裂縫等應(yīng)盡可能地回填密實(shí),防止地表水大量滲入地下,給地下建筑物排水帶來困難。當(dāng)?shù)叵陆ㄖ锓秶鷥?nèi)有水渠或水管通過時(shí),要特別注意水渠水管的防水問題,防止漏水危害地下建筑。 當(dāng)?shù)叵陆ㄖ秶鷥?nèi)可能匯集部分山體地表水時(shí),要設(shè)置截水溝,將地表水引至地下建筑物以外。為確保洞口安全和截住仰坡流下的地表水,地下建筑的引洞部分宜延伸出山體一段距離,以設(shè)置檔欄墻和截水(渠)溝。最后考慮對(duì)自然通風(fēng)的充分利用。 2)建筑設(shè)計(jì)措施。對(duì)土建的最基本質(zhì)量要求是圍護(hù)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。做好地坪的防排水以確保地坪無滲漏;對(duì)建筑內(nèi)部排水溝要排水暢通并做成暗溝;最重要的是采取技術(shù)上成16、熟、設(shè)計(jì)合理、材料優(yōu)質(zhì)、施工控制技術(shù)到位的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式,尤其要采取各種縫隙的綜合處理,密閉,隔潮并按照成功經(jīng)驗(yàn)采取抗?jié)B保溫技術(shù)。在施工過程中尤其要將養(yǎng)護(hù)用水及時(shí)排出室外,對(duì)洞窟全面烘烤,在入住時(shí)保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常使用。 3)工藝布置問題。工藝布置一般要求是:對(duì)防潮要求高的設(shè)備采取局部防潮濕處理;盡量減少建筑內(nèi)部工作人員數(shù)量;減少建筑物內(nèi)部濕的源頭,對(duì)于必須在洞內(nèi)設(shè)置的生產(chǎn)生活用水做到:洗手及衛(wèi)生間宜設(shè)在洞口或在洞內(nèi)只設(shè)小便池;盡量不用消火栓;盡可能少設(shè)用水點(diǎn),并做好用水點(diǎn)的排水系統(tǒng)防止堵塞;雨水存放在靠洞口部位;對(duì)可能出現(xiàn)結(jié)露的冷水管及其它冷表面作好保溫處理,預(yù)防冷凝水。 地下各類建筑工程在世17、界各國都有大量應(yīng)用,而地下建筑具有冬暖夏涼的特性更是地面工程無法比擬的,且節(jié)能效果明顯優(yōu)于地上。地下建筑在國防、人防的應(yīng)用更是廣泛,但也存在能耗的問題不容輕視。設(shè)計(jì)和施工必須按照影響地下建筑運(yùn)行能耗的主要因素:埋深和內(nèi)擾同時(shí)還要根據(jù)工程使用功能分類。結(jié)合地下工程特點(diǎn)處理好通風(fēng)和防潮是正常使用的關(guān)鍵所在。 參考文獻(xiàn) 【1】錢七虎.中國城市地下空間開發(fā)利用研究M.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005. 【2】GB50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)S. 【3】耿世彬.防護(hù)工程通風(fēng)M.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005. 【4】袁艷平.地下建筑巖土耦合傳熱規(guī)律研究D.南京:解放軍理工大學(xué),2005. 【5】地下建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.地下建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)K.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.
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