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超高層建筑的節(jié)能設計
【學員問題】超高層建筑節(jié)能設計?
【解答】超高層建筑在城市節(jié)地、提升城市形象、拉動社會投資、擴大旅游和商貿(mào)活動等方面有其獨特作用,也遠非普通建筑可以比擬,因此近年來我國經(jīng)濟實力雄厚的地區(qū)竣工、在建和擬建的超高層建筑如雨后春筍,鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展更是助長了建筑超高層化態(tài)勢,高度超過100米的建筑從1990年代中期的不足200棟一躍發(fā)展到目前的近900棟。但目前國內(nèi)針對超高層建筑工程所探討的關(guān)鍵技術(shù)問題多是結(jié)構(gòu)的安全,而對于所面臨的建筑節(jié)能問題研究和技術(shù)投入不夠。在2005年《公共建筑節(jié)能設計標準》頒布之前,包括超高層建筑在內(nèi)的公共建筑,基本沒有開展工程建筑節(jié)能的設計和審查,標準頒布之后,盡管一些地區(qū)對照建筑節(jié)能標準約束了工程設計,但還存在諸如建筑節(jié)能模擬優(yōu)化設計技術(shù)障礙、現(xiàn)行建筑節(jié)能設計標準約束不及、工程設計依據(jù)的節(jié)能目標短視等一些關(guān)鍵問題沒有得到很好解決。
首先,超高層建筑的建筑節(jié)能優(yōu)化設計技術(shù)看,建筑的高度變化導致相關(guān)參數(shù)的變異,進而影響建筑能耗的變化是一個不爭的事實,高度超過100米以上除太陽輻射可以認為基本不變以外,其它的氣象參數(shù)都會發(fā)生很大的變化。通常根據(jù)氣象觀測資料構(gòu)建的典型氣象年數(shù)據(jù)中,地面風速是取自地面高度10米處,如地面風速為2米/秒時,則在100米的高空風速會依據(jù)指數(shù)規(guī)律提高到3米/秒,若高達400~500米時風速可達到5米/秒以上,溫度隨高度的變化也會有明顯的降低,通常會有每百米高度的溫度下降0.6~1.0℃,僅這個變化足可以相當于把建筑物移動了一個2級氣候區(qū)。而依據(jù)國內(nèi)建筑節(jié)能的設計能力來看,大多數(shù)設計單位所掌握的用以優(yōu)化建筑圍護結(jié)構(gòu)的建筑能耗模擬軟件,都不能反映氣象參數(shù)沿高度的變化規(guī)律,也不能夠反映建筑圍護結(jié)構(gòu)沿高度變化的表面熱交換能力的差別,這就勢必無法準確地計算建筑物的能量消耗,更無從談及科學合理地設計建筑物制冷、空調(diào)、配電等一系列設備系統(tǒng)。
其次,建筑節(jié)能設計標準所能約束的節(jié)能技術(shù)還不能夠完全適用于超高層建筑,在現(xiàn)行建筑節(jié)能設計標準中涉及到遮陽、通風等技術(shù)的規(guī)定,對超高層建筑無法適用,標準規(guī)定的建筑能耗的權(quán)衡判斷方法也是基于建筑物全樓整體建模的一種評價方法,而受目前能耗模擬工具的計算能力所限,超高層建筑中的計算對象(如房間數(shù)量)規(guī)模遠遠超出了軟件的計算能力。從根本上說,超高層建筑的節(jié)能設計問題,實質(zhì)是一個在技術(shù)上超出了現(xiàn)行國家標準《公共建筑節(jié)能設計標準》所能控制的新技術(shù)問題,如果草率地執(zhí)行現(xiàn)行標準,則工程設計的技術(shù)依據(jù)顯然不足。
再次,超高層建筑的節(jié)能設計僅僅局限于當前建筑節(jié)能50%的目標,不符合國家長遠發(fā)展要求。應根據(jù)當?shù)氐募夹g(shù)經(jīng)濟能力,結(jié)合國家建筑節(jié)能中長期發(fā)展規(guī)劃確定出工程的實際節(jié)能能目標(即節(jié)能率),只有以此為前提做出的節(jié)能設計才能體現(xiàn)行業(yè)進步,否則,如此重大工程,在投入使用后的不遠將來,必然會面臨國家節(jié)能規(guī)劃目標的提高而鋃鐺淪為不節(jié)能建筑。
目前我國超高層建筑的節(jié)能問題,已引起了國內(nèi)外建筑節(jié)能界的密切關(guān)注,就上述問題而言,僅憑國內(nèi)建筑設計單位的設計能力也不可能完全解決好,國內(nèi)的研究力量和設計力量聯(lián)合攻堅的局面尚未形成,還缺乏政府的政策引導,于是就有大量的外國咨詢公司介入國內(nèi)的重大項目的節(jié)能咨詢,由于對中國建筑節(jié)能標準把握不夠,且不了解地區(qū)性的氣候資源、技術(shù)能力、經(jīng)濟水平等,屢屢導致圍護結(jié)構(gòu)選型上出現(xiàn)了不切實際的不合國情的錯誤設計,如在我國南方地區(qū)超高層建筑設計時片面推介歐、美等高緯度寒冷地區(qū)所流行的雙層通風玻璃幕墻系統(tǒng)、外墻外保溫系統(tǒng)、智能化內(nèi)遮陽系統(tǒng)等,如果對此不進行建筑節(jié)能的專項技術(shù)論證,照搬國外技術(shù)必然要存在大量建成后的隱患,那么工程完工之時也就是它們面臨節(jié)能改造之日,這將在國內(nèi)乃至國際上對國家的建設形象造成極壞的長期性影響。
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