范宏武博士現(xiàn)場演講
世博案例館滬上·生態(tài)家外窗節(jié)能設計
范宏武博士上海市建筑科學研究院(集團)有限公司
摘要：
瀘上·生態(tài)家作為2010年世博會城市最佳時間去上海唯一實物案例。針對上海地區(qū)夏熱冬冷的氣候特征和當?shù)鼐用耖g歇式的采暖空調(diào)用能模式，本文提出了一種獨特的雙層節(jié)能外窗構(gòu)造，可有效解決瀘上·生態(tài)家夏季隔熱、冬季保溫和度過季的通風需求，節(jié)能特性良好。
“滬上·生態(tài)家”作為上海世博會城市最佳實踐區(qū)上海唯一實物案例,其結(jié)合“城市讓生活更美好”的世博會主題,提出遵循“天和——節(jié)能減排、環(huán)境共生,地和——因地制宜、本土特色,人和——以人為本、健康舒適,樂活——健康可持續(xù)的價值導向”的主題,倡導“節(jié)能環(huán)保,樂活人生”的全新生態(tài)居住理念。
本文主要針對上海地處夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征和用能模式,提出一種獨特的雙層窗節(jié)能構(gòu)造體系，并通過窗戶位置與開口的合理設計,在充分發(fā)揮自然通風等被動式節(jié)能作用的前提下解決“滬上·生態(tài)家”外窗夏季隔熱、冬季保溫和過渡季通風的功能需求,以實現(xiàn)有效的節(jié)能。
1、建筑概況
“滬上·生態(tài)家”坐落于2010年世博會浦西片區(qū)城市最佳實踐區(qū)北部區(qū)塊內(nèi)(如圖1所示),總建筑面積為3001m2,地上四層,地下一層,建筑高度18.9m。其以滿足國家《綠色建筑評價標準》(GB/T50378)三星級為設計目標,通過30%前瞻技術研發(fā)集成和70%成熟技術應用,實現(xiàn)建筑綜合節(jié)能60％。
2、外窗節(jié)能需求分析
根據(jù)上海夏熱冬冷的氣候特征, “滬上·生態(tài)家”夏季白天建筑外圍護結(jié)構(gòu)受到太陽輻射被加熱升溫，向室內(nèi)傳遞熱量,夜間則因溫差而向外散熱，集建筑夏季圍護結(jié)構(gòu)存在日夜內(nèi)外交替?zhèn)鳠岈F(xiàn)象,冬季則基本上是通過圍護結(jié)構(gòu)向室外傳遞熱量為主的熱過程(如圖2所示)。因此其圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能主要涉及夏季隔熱、、冬季保溫以及過渡季自然通風等環(huán)節(jié)。
而建筑能耗調(diào)查結(jié)果(如圖3)顯示I1],上海地區(qū)居住建筑全年用電量主要以夏季空調(diào)能耗為主，因此“滬上·生態(tài)家”的圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設計應以夏季隔熱為主，兼顧冬季保溫。
圖4和圖5為上海地區(qū)居住建筑采暖空調(diào)負荷構(gòu)成情況。從圖中可知,外窗是影響冬夏季采暖空調(diào)負荷的主要因素,解決好外窗的保溫隔熱性能是上海地區(qū)居住建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點。
因此在面積確定的前提下,夏季當室外環(huán)境溫度較低時,應盡可能降低外窗的太陽得熱系數(shù),并提高其傳熱系數(shù)和空氣滲透量;而當室外環(huán)境溫度較高時,則應盡可能同時降低外窗的太陽得熱系數(shù)、傳熱系數(shù)和空氣滲透量。
以上分析表明,針對上海地區(qū),建筑外窗要實現(xiàn)有效節(jié)能,除應合理設計面積大小外,其熱工性能參數(shù)應具有良好的可調(diào)節(jié)性。
4、外窗節(jié)能方案
4.1外窗開口位置與大小設計
為實現(xiàn)有效夏季自然通風,并避開冬季主導風向,建筑外窗的開口位置應根據(jù)當?shù)氐娘L環(huán)境、太陽輻射及建筑功能需求確定。
設計過程中主要根據(jù)上海風玫瑰圖(圖6),綜合考慮區(qū)域風環(huán)境模擬結(jié)果(圖7)I2]、太陽能輻射情況(圖8)[1]和建筑內(nèi)部參觀功能布局要求,最終確定出“滬上·生態(tài)家”建筑外窗位置與面積大小,具體如表1和圖9所示。
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