1、地下建筑節能設計策略探討摘要：本文首先探討了地下建筑的分類，然后就地下建筑節能設計從自然通風和防潮濕兩個方面進行了探討和分析，供參考。 關鍵詞：地下建筑；建筑分類；建筑節能；防潮濕處理；通風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：TU201.5文獻標識碼：A 文章編號： 與地面建筑工程相比較，地下建筑運行中的能耗存在其特殊性，最主要的原因在于外擾產生的原因不同，地下建筑不受自然環境中風、雨、雪和太陽輻射的直接影響，建筑物內部溫度的變化幅度很小冷熱負荷比地面小的多。地下工程使用中的采暖、空調耗能量
3、比地面建筑物少的多，約為地面同類建筑工程的10%左右。地下建筑圍護結構散濕，又受不到太陽的照射，因此濕度比較嚴重。在夏季建筑物內部溫度比外部低，外部空氣進入后因溫度較低，相對濕度會升高，當墻壁面溫度低于露點溫度時，室內壁面出現結露凝結水，造成夏季地下建筑潮濕問題比較嚴重。按照影響地下建筑運行能耗的主要因素：埋深和內部擾動的分類，節能的途徑，自然通風和防潮是重點解決的問題。 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影響的程度不相同，擾動的特點也是不盡相同。 1.1埋深分類法 地下建筑與地面建筑工程相比，受環境因素影響擾動程度較小。從圍
4、護結構傳熱的角度分析，由于埋深的不同，外部擾動的影響程度有所不同。地面溫度的周期性變化對地下建筑圍護傳熱的大小，是劃分地下建筑埋的深淺的主要依據。若是把大地看作一個無限大平壁，用導熱系數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間變化的關系。采取以年為周期，重點考慮日變化的溫度波幅遠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多數是大于1.5m以上，因此可以認為日變化的溫度波幅對地下建筑傳熱不起作用。 己建成的許多地下工程
5、，埋深一般估計在6m左右，地溫波幅可以不考慮，這個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，不會受到地面溫度的影響；而另一種是埋設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的影響出現周期性的變化，其波動隨著深度的增加而減弱。需要說明的是，不同地區等溫層的厚度是不同的，取決于該地區地溫年波幅的大小，地溫波幅越大等溫層越厚，地溫波幅越小等溫層越淺。同時，即使是在同一地區，因巖土及土壤性質不同，等溫層也是不同的，應用時要有所考慮。 1.2內部擾動分類法 影響地下
6、建筑物運行能耗的主要因素是內部擾動，不同用途建筑物的內部擾動特點是不同的。根據內部熱潮濕擾動的不同，按照地下熱濕擾動的不同，可將地下建筑物按使用功能分為：地下倉儲建筑、地下交通建筑、地下工業建筑、地下民用建筑和地下軍事類建筑物。 1）地下倉儲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。倉儲類建筑內一般長時間關閉，除了少數人員及裝卸設備出入外，很少有熱的擾動。地下倉儲建筑物空氣環境控制的主要任務是對濕的擾動采取處理。濕的擾動主要來自兩方面，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；二是少數人員進出，或采取通風而由空氣帶入的水份，量很少。地下倉儲建筑物
7、一般空間較大，空氣調節系統的氣流組織是重點考慮的。 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格的使用溫度和濕度要求，但是汽車排放的尾氣污染是嚴重的，對空氣質量的要求主要是通風。隧道通風可以分為：自然通風和機械通風兩種。地下鐵路的站臺人員集中需要對空氣環境進行綜合控制，如氣流組織、空氣溫度、濕度及污染物濃度的限制等。此類建筑的風環境含有列車運行形成的沿路通風；內部的熱濕擾動因素也多，是當前和今后相當長一段時間對地下工程規范的重點。 3）地下工業建筑系指工業廠房，槍支、彈藥、飛機發動機、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車間，食品及紡紗車間等。工業建筑的能耗在很大程度上與生產要求有關，對節能的要求必須結合工廠的生產規模和具體要求考慮。 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居住的窯洞，此類建筑歷史悠久但規模小，設備簡陋，用途單一，屬于農村居住建筑，而商用建筑幾乎沒有。目前，國外也出現了一些現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。地下公用建筑包括旅館、商店、劇場、食堂、展覽廳、游藝場及綜合性地下空間的利用。國內在建和規劃的地下綜合建筑較多，如奧運中心、中關村、上
9、海世博園、廣州珠江新城等，規模都比較大，有多層，集交通、市政和商業為一體。 5）軍事類建筑在此主要指地下通訊樞紐和地下指揮機構，這類地下建筑物對熱濕的擾動影響有明顯的要求。軍事類建筑的空氣質量控制必須考慮平時和戰時兩種不同需求。平時屬于工程的保護期，多數情況下采取密閉處理，這種情況類似于倉儲類建筑，空氣質量的控制重點是濕環境問題。戰時人員入住，各種通訊設備啟動，熱負荷及濕負荷都大，必須有除濕空調設備對現場空氣質量進行控制。 2地下建筑的節能處理 現行的公共建筑節能設計標準（GB50189-2005）中規定，采取兩種方法進行節能設計，即規定性指標及性能性方法兩種。與地面建筑相比，地下建筑的圍護結
10、構本身具有較好的保溫和隔熱效果，由維護結構傳熱而造成的負荷占的比重很小。作為地下建筑，即使是淺埋類型，其圍護結構的熱工性能也優于地面的保溫建筑，同時也不需要遮陽考慮。從使用要求及設計方面考慮。地下建筑節能的重點是采取自然通風和利用圍護結構的防潮構造。 2.1地下建筑自然通風問題 地下建筑自然通風是對能源的開發利用，也是使用的重點需要，自然通風與機械通風相比，自然通風更具系統簡單、管理方便、減少設備安裝及運行費用、無噪聲污染的優勢，對節能意義重大。一切可以利用地下通風條件的建筑，都必須在達到室內空氣質量的前提下利用自然通風。建筑設計與自然通風密不可分，如建筑平面布置、風井位置、風口形式與朝向會直
11、接影響到建筑物自然通風的效果。 1）平面布置及風井設計，應確保自然通風氣流能通暢經過每個房間，并且氣流阻力要小。對高低風井位置的選擇要注意到全局，避免出現氣流短路使各房間氣流均勻；同時還要充分利用地形及地物產生風壓影響。 對于平面布置形式，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；對高低口的布置，由于形成自然通風的原因有熱壓及風壓兩種，使用熱壓作用的方向與風壓方向的一致，是自然通風考慮的重點。 組織半定向式自然通風，是利用熱壓作用所形成的氣流，在夏季高口進、低口排，冬季則相反。設計時有目的地將水平出入口安排在山體兩側，并使兩口形成高差，使高口朝向夏季的主導風向，低口朝向
12、冬季主導風向，將垂直出入口設在山體迎向夏季主導風向一側，使之成為高風口。而組織定向的自然通風，在工程內有余熱時，利用余熱加熱高風井排風，使該排風溫度始終高于夏季室外溫度，這樣可以在熱壓產生的氣流方向是低口進風，高口排風。 2）對風口的設計一般包括兩個方面。一個是房間隔墻及頂棚上的自然通風口，其要求是風口裝置阻力要小，出口面積要大；孔口氣流速度一般小于0.5m/s，如設百葉鋁板網風口時，要重視百葉的安放角度，順氣流方向引導出風。百葉鋁板角度小于30為宜。另一個是風井上室內風口和上地面風口，上室內風口面積應大于或等于風井的斷面積。要重視的仍然是阻力小和利用風壓兩點。對于常用的百葉型風口，為減少百葉
13、對氣流的阻力，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排風口設置風帽以利用風壓，風帽要嚴格區分進風型和排風型。 2.2地下建筑的防潮濕處理 地下建筑同地面建筑相比較，最大的一個特點是潮濕，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、施工養護余水、工程內部的濕潮氣、潮濕空氣中帶來的濕氣等。其中周圍及覆蓋層滲漏水、施工養護余水、工程內部的濕潮氣屬于內擾；潮濕空氣中帶來的濕氣屬外擾動。解決潮濕的措施重點是防潮，其次才是除排潮濕。防潮主要是對內部濕源進行控制，也就是說重點防止建筑物主體墻體同大地接壤部分產生各種裂縫滲進入室內部。排潮是利用建筑設
14、備使室內空氣中濕氣含量大幅降低。除濕實際上是對內外擾動的一種處理過程，以一定的建筑運行能耗為代價。因此實行嚴格的防潮處理措施，盡可能減少除濕設備負荷是地下建筑節能的重要問題。其防潮方法措施歸結起來有以下幾個方面，即總體布局、建筑設計和工藝布置。 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滲透。地下建筑上面的山體表面不應有大面積坑洼，防止積雨水產生滲漏。其次要對山體表面水進行疏導，地下建筑范圍內的山體表面結合地質情況，有條件時要及時整修，使地表水不滯留在地下
15、建筑上部。地質勘察遺留的深洞及影響地下建筑的溶洞、裂縫等應盡可能地回填密實，防止地表水大量滲入地下，給地下建筑物排水帶來困難。當地下建筑物范圍內有水渠或水管通過時，要特別注意水渠水管的防水問題，防止漏水危害地下建筑。 當地下建筑范圍內可能匯集部分山體地表水時，要設置截水溝，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，以設置檔欄墻和截水(渠)溝。最后考慮對自然通風的充分利用。 2）建筑設計措施。對土建的最基本質量要求是圍護結構不產生滲漏現象。做好地坪的防排水以確保地坪無滲漏；對建筑內部排水溝要排水暢通并做成暗溝；最重要的是采取技術上成
16、熟、設計合理、材料優質、施工控制技術到位的圍護結構形式，尤其要采取各種縫隙的綜合處理，密閉，隔潮并按照成功經驗采取抗滲保溫技術。在施工過程中尤其要將養護用水及時排出室外，對洞窟全面烘烤，在入住時保證通風系統的正常使用。 3）工藝布置問題。工藝布置一般要求是：對防潮要求高的設備采取局部防潮濕處理；盡量減少建筑內部工作人員數量；減少建筑物內部濕的源頭，對于必須在洞內設置的生產生活用水做到：洗手及衛生間宜設在洞口或在洞內只設小便池；盡量不用消火栓；盡可能少設用水點，并做好用水點的排水系統防止堵塞；雨水存放在靠洞口部位；對可能出現結露的冷水管及其它冷表面作好保溫處理，預防冷凝水。 地下各類建筑工程在世
17、界各國都有大量應用，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，且節能效果明顯優于地上。地下建筑在國防、人防的應用更是廣泛，但也存在能耗的問題不容輕視。設計和施工必須按照影響地下建筑運行能耗的主要因素：埋深和內擾同時還要根據工程使用功能分類。結合地下工程特點處理好通風和防潮是正常使用的關鍵所在。 參考文獻 【1】錢七虎.中國城市地下空間開發利用研究M.北京：中國建筑工業出版社，2005. 【2】GB50189-2005公共建筑節能設計標準S. 【3】耿世彬.防護工程通風M.北京：中國建筑工業出版社，2005. 【4】袁艷平.地下建筑巖土耦合傳熱規律研究D.南京：解放軍理工大學，2005. 【5】地下建筑暖通空調設計手冊編寫組.地下建筑暖通空調設計手冊K.北京：中國建筑工業出版社，2005.
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