珠海横琴金融产业服务基地项目建筑节能设计的改进

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  【摘要】 珠海横琴金融产业服务基地项目共有11栋建筑,在设计与施工过程中,广泛地采纳了投标单位提出的建筑节能途径和建议,改进了部分主体结构、围护结构、屋面与天花吊顶,并取得较好的成果。
  【关键词】 珠海横琴金融产业服务基地项目;设计与施工,建筑节能;主体结构;围护结构;改进
  【中图分类号】 TU201.5【文献标识码】 C 【文章编号】 1727-5123(2014)01-105-02概述
  我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4,居耗能首位。我国建筑业,多年来得到了快速的发展,需要大量的建造和运行,而需要大量使用能源,尤其是建筑采暖和空调耗能。
  我国节能工作与发达国家相比起步较晚,能源浪费又十分严重。如我国的建筑采暖耗热量:外墙大体上为气候条件接近的发达国家的4~5倍,屋顶为2.5~5.5倍,外窗为1.5~2.2倍;门窗透气性为3~6倍;总耗能是3~4倍。
  若高耗能建筑任其大行其道,建筑能耗增长的速度将远远超过我国能源生产可能增长的速度,国家的能源生产势必难以持续,从而不得不组织大规模的旧房节能改造,将耗费更多的人力、物力。另外,每年新建和改建的几千万栋建筑要消耗掉几十亿吨林木、砖石和矿物材料,造成森林的过度砍伐,材料资源的大量开采,带来土地的破坏,植被的退化,物种的减少和自然环境的恶化。
  如珠海横琴金融产业服务基地项目的9栋办公楼、1栋会所和1栋食堂,为满足建成后运营期间的正常使用功能,尤其是建筑物内办公环境的温湿度及档案资料防腐要求严格,而珠海市气候潮湿,在春夏梅雨和高温季节时间长,对恒温恒湿设施要求更为严格,在耗能问题上确实不容忽视。
  在设计与施工招标时,针对本项目的使用功能和设计情况,主要投标单位对本项目的建筑节能途径,提出了许多改进建议,本文对改进过程与情况论述如下。
  2 项目原设计概况
  珠海横琴金融产业服务基地项目地处广东省珠海市横琴新区南湾大道,规模较大,共有11栋建筑,1~9#楼主要功能为金融机构办公,10#楼为会所,11#楼为食堂,项目设计总平面如下图。
  各栋建筑物基础都是预应力混凝土AB型管桩,建筑结构体系原来设计为1~2层框架钢结构(空腹钢柱、焊接H型钢柱、焊接钢管柱、焊接H型钢梁、箱型钢檩条、钢管组合型钢桁架、型钢-混凝土组合楼板、型钢-混凝土组合钢筋桁架),屋顶为网架结构(彩钢板屋面)。外围护体系选用玻璃幕墙形式,内隔墙大多采用玻璃隔断。首层室内净高4.8m,2层净高4.2m,建筑总高度为10.45m。
  项目设计使用年限25年,抗震等级四级,抗震设防烈度七度,抗震设防类别丙类,耐火等级一级,结构安全等级三级。所有梁柱采用钢材为Q235B的低合金高强度结构钢,采用E43XX型焊条。钢筋桁架上下弦采用热轧钢筋HPB300、HRB400或冷轧带肋钢筋550级,腹杆采用HPB300,桁架支座钢筋用热轧钢筋HPB300或HRB335。楼板中附加钢筋采用热轧钢筋HPB300、HRB335、HRB400。高强度螺栓采用10.9s级大六角头摩擦型高强度螺栓。
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  3 建筑节能途径
  3.1 墙体节能。墙体是建筑外围护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。我国大多以实心粘土砖为墙体材料,保温性能不能满足设计标准。以外墙为例,在建筑物形体系数(建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值)小于0.3时,华南地区传热系数不超过1.53W/(m2·K),而目前常用的内抹灰砖墙,传热系数都大于上述节能标准数值。因而在节能的前提下,该项目宜改用空心砖墙及其复合墙体技术,如采用页岩砖墙或轻钢龙骨轻质墙板。
  3.2 门窗及幕墙节能。外门窗及玻璃幕墙是办公楼能耗散失的最薄弱部位,其能耗占办公楼总能耗的比例较大,其中传热损失为1/3,冷风渗透为1/3,所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下,尽量减小办公楼外门窗洞口的面积,提高外门窗及玻璃幕墙的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗及玻璃幕墙本身的保温性能,减少外门窗及玻璃幕墙本身的传热量。本项目的节能措施有:
  第一,控制办公楼窗墙比(即办公楼窗户洞口面积与办公楼立面单元面积的比值)。有关标准对不同朝向的办公楼窗墙比做了严格的规定,指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。
  第二,提高办公楼外窗及幕墙的气密性,减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条,使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等密封;框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;窗扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等。如本项目的窗扇与玻璃之间,可用各种弹性压条密封等。
  第三,改善办公楼门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求,在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板,以增加其绝热性能;窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗,这样可避免金属窗产生的冷桥,可设置双层玻璃或多层玻璃,并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃,有条件的办公楼可采用低辐射玻璃;缩短窗扇的缝隙长度,采用大窗扇,减少小窗扇,扩大单块玻璃的面积,减少窗芯,合理地减少可开启的窗扇面积,适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
  第四,设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次,这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透,减少外墙、外窗的热耗损。在该项目办公楼中,将北向的露台的外门、窗全部用密封封闭起来,外门设防风门斗,防止冷风倒灌,楼梯间设计成封闭式的,对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。
  3.3 屋面节能。屋面节能措施的要点,一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大;二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果,如选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。
  现在,高效保温材料已经开始应用于屋面,一些建筑的屋面保温,采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法,就克服了常规作法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品,不仅适用于具有平面的屋面,也可用于带有曲面的屋面,其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标,表观密度为110~150kg/m3;传热系数为0.04~0.06W/(m2·K);蓄热系数为0.90~0.11m2·K,抗压强度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽渗透系数为2.18×10-7g/m.n.Pa。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小,传热系数较低,而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。
  3.4 利用太阳能。地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而在现有技术、经济条件下可供开发利用的太阳能,只占理论资源量的很小一部分,太阳能的开发利用有巨大的潜力。太阳能作为一种可再生的洁净能源,是建筑上很具有利用潜力的新能源之一。
  太阳能在建筑上的利用方式主要有:被动式太阳能采暖、太阳能供热水、主动式太阳能采暖与空调、以及太阳能发电等。
  我国太阳能资源丰富,陆地每年接受的太阳辐射能,相当于2.4×1012tec,2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用,不仅有可能节省大量常规能源,而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。
  3.5 夜间通风。夜间通风方法的原理是在夜间引入室外的冷空气,通过冷空气与作为蓄热材料的建筑维护结构接触换热,冷却建筑材料,达到蓄冷目的。在夏季,为了获得舒适的室内环境,则需要空调供冷系统。而此时,因为夜间的室外空气温度比白天低得多,所以夜间室外冷空气则可以作为一种很好的自然冷源加以利用。严格地说,只要室外空气温度低于室内空气温度,此时的室外冷空气就可视为可利用的自然冷源。
  4 建筑节能设计的改进
  4.1 改进了部分主体结构。与砖混结构工程或框架结构工程比较,钢结构工程具有可装配安装、可快速施工、及早交付使用、发挥使用效益,同时钢结构工程达到使用年限后,回收率高,而且钢结构主体工程自重轻、可见跨度大、高度大、空间布置灵活等特点,广泛用于大型体育馆、展览馆、大型商场等公用场所,也广泛使用与大跨度与操作空间大的工业厂房。但是由于钢铁比热容比砖砌体和混凝土等小,其隔热与节能效果较差,用于像本项目的低层办公楼工程,尚待改进。
  对于本项目的11栋楼,我们对急需马上使用的1#、2#、5~9#办公楼,保留主体为钢结构,而对可缓慢使用的3~4#办公楼、10#会所和11#食堂改为框架结构。
  对于框架结构部分的设计,桩承台、基础梁与框架梁板钢筋混凝土,都采用C30普通混凝土,HPB300、HRB335、HRB400钢筋。3~4#办公楼、10#会所和11#食堂改为框架结构后,主体结构施工只比其它钢结构慢半个月,但在二次装修时基本也抢回工期,同期投入使用。
  4.2 改进了围护结构。该项目共11栋楼,除了11#食堂之外,其它1~10#都是办公楼,在外墙面上使用了氟碳喷涂3厚的铝单板,同时很多采用点支式全玻璃幕墙作为围护结构,这样虽然得到了较好的建筑外观效果,但围护结构的性能需要改进。
  由于铝单板与全玻璃幕墙比热容小,保温隔热效果很差,而且反光与辐射也大,我们保留部分必要的氟碳喷涂铝单板与全玻璃幕墙,对一些不影响建筑外观的部位,改为彩钢板围护墙,并采用玻璃纤维保温棉,这样克服了铝单板与全玻璃幕墙的缺点,改善本小区的光环境,提高外墙的保温与隔热性能。
  该项目所有全玻璃幕墙都采用了蓝色钢化镀膜玻璃,虽然蓝色镀膜玻璃对改善小区光环境有一定的效果,钢化玻璃也由一定的安全性能,但是也存在保温与隔热性能较差的问题。因此,我们改进了玻璃幕墙的结构和材料,改为夹层玻璃与中空玻璃,提高了各栋办公楼外围护结构的保温与隔热性能。
  另外,本项目内隔墙原多数为玻璃隔断,我们改进为180
  (120)mm厚页岩砖墙(M5水泥砂浆砌筑)与轻钢龙骨轻质墙板。
  4.3 改进了屋面与天花吊顶。该项目共11栋楼,屋顶结构都是钢网架,利用了结构自排水,实现了外制作加工而现场快速安装、大跨度和室内空间布置灵活的优点,但是结构隔热性能差。
  设计上采用了彩钢板屋面,在二次装修深化设计时,加进了100mm厚的玻璃纤维保温棉(带铝箔贴面)与0.9mm厚的铝镁锰直立锁边屋面板。
  原设计室内天棚未作详细的吊顶设计,在二次装修深化设计时,采用价格便宜实惠的埃特板天花吊顶,并适当做好藏光灯箱,做成朴素的艺术性天花造型。这样在吊顶与屋面之间,形成中空隔层,起了一定的隔热缓冲作用。
  5 结语
  本项目在设计与施工过程中,广泛地采纳了投标单位提出的建筑节能途径和改进建议,取得了很大的成果,这是该项目各方技术人员开动脑筋,大胆探索,逐步改进的结果,尤其应该感谢该项目投标单位,有了投标书的宝贵建议,才有该项目在建筑节能设计上的结果和成果。
  近年来国家建设投资规模的进一步扩大,类似珠海横琴金融产业服务基地项目将有不断增加的趋势。因此有必要广大的科学工作者与工程建设人员更大胆而又周密地开动脑筋,使建筑节能成为工程设计的一项重要任务,并使之成为风尚。
  参考文献
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  2 许武毅.建筑玻璃的特性及其选择(二).建筑知识,2005.3
  3 JGJ26-1995.民用建筑节能设计标准(采暖部分)
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