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脫碳挑戰(zhàn):節(jié)能建筑系統(tǒng)的4種被動(dòng)策略

2023-01-05 2269 0
      將近40%的美國(guó)生產(chǎn)的能源用于建筑作業(yè)。建筑在全球氣候和能源情景中近乎核心的作用使得建筑師、工程師和建筑業(yè)主采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)變得至關(guān)重要。這些利益相關(guān)者可以通過(guò)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)決策幫助減少建筑的碳足跡。 傳統(tǒng)上,加熱、冷卻、通風(fēng)和照明的主動(dòng)模式利用能量密集型電氣過(guò)程。另一方面,被動(dòng)措施利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍環(huán)境的固有物理和熱特性,有助于保持室內(nèi)熱舒適 通常,一個(gè)設(shè)計(jì)良好且運(yùn)行良好的建筑首先使用圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平的被動(dòng)措施來(lái)最小化熱負(fù)荷。然后,它使用高能效的加熱、冷卻、通風(fēng)和照明的主動(dòng)模式。這篇文章重點(diǎn)介紹了4個(gè)關(guān)鍵的信封級(jí)被動(dòng)策略脫碳建筑系統(tǒng)。
   
      1.小氣候  建筑物周圍的物理要素所促成的條件構(gòu)成了小氣候。它受植被、土壤特性、水體、相鄰建筑的相互遮擋以及區(qū)域暴露于顆粒污染的影響。對(duì)于溫暖的氣候,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)適當(dāng)?shù)木坝^美化來(lái)優(yōu)化小氣候。它們可以包括未鋪砌的土地,有足夠的區(qū)域植被和水體來(lái)保持水分和促進(jìn)遮蔭。設(shè)計(jì)和景觀團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)觀察季節(jié)性氣流和陽(yáng)光路徑模式并適當(dāng)調(diào)整植被來(lái)進(jìn)一步改善小氣候。

      例如,位于北半球氣候溫暖地區(qū)的建筑應(yīng)該在南面種植大量的樹木,以減少午后陽(yáng)光的照射。對(duì)于涼爽氣候,小氣候有利于太陽(yáng)輻射入射到建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上;但是,它不如中的有效溫暖的氣候。盡管如此,團(tuán)隊(duì)可以在一天中的特定時(shí)間使用相鄰小氣候元素(如鋪地或共用墻壁)的熱質(zhì)量來(lái)輻射熱量。 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以適度輕松地對(duì)小氣候采取被動(dòng)措施;然而,在人口密集的城市社區(qū),空間限制可能具有挑戰(zhàn)性。

      同時(shí),小氣候需要經(jīng)常維護(hù),例如給植物澆水、修剪樹木和清理池塘。在實(shí)施小氣候水平的被動(dòng)措施時(shí),在選擇景觀美化策略之前,咨詢當(dāng)?shù)刂参镂锓N的區(qū)域領(lǐng)域?qū)<沂呛苤匾摹@?,在未?jīng)維護(hù)的溫暖潮濕的氣候中種植棕櫚林可能會(huì)導(dǎo)致蟲害??偟膩?lái)說(shuō),基于小氣候的被動(dòng)措施可以幫助減少主動(dòng)冷卻的需求,從而使建筑脫碳。
   
      2.方向  建筑物的主軸線定義了它相對(duì)于地理北方的方向?;趨^(qū)域氣候和微氣候,可以優(yōu)化朝向,以促進(jìn)日光和風(fēng)的進(jìn)入,分別用于日光和自然通風(fēng)。 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以分析季度和年度太陽(yáng)路徑圖(顯示陰影)和風(fēng)玫瑰圖(顯示風(fēng)向和風(fēng)力),以幫助他們確定建筑物的最佳方位。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該優(yōu)先考慮盡量減少夏季陽(yáng)光的影響,盡量增加冬季陽(yáng)光的影響。同樣,在夏季,團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該優(yōu)先考慮增加氣流在早上和晚上的時(shí)間進(jìn)入建筑,而在冬天,團(tuán)隊(duì)可以考慮讓下午的氣流進(jìn)入室內(nèi)。

      建筑物的位置敏感定向是最具成本效益和最有效的被動(dòng)設(shè)計(jì)策略之一,可由項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在各種氣候條件下使用。這種措施的一個(gè)很少的缺點(diǎn)是優(yōu)化的建筑軸線與可用地塊的幾何形狀不一致;然而,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)有效的空間管理來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。在優(yōu)化建筑方向的過(guò)程中,團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)使用專業(yè)工具和領(lǐng)域?qū)<业闹С郑屑?xì)檢查氣候因素和建筑功能??偟膩?lái)說(shuō),基于方向的被動(dòng)措施有助于減少對(duì)主動(dòng)照明、冷卻、加熱和通風(fēng)的需求,從而使建筑脫碳。
     
      3.屋頂蓋法  屋頂是建筑物的最高表面,在白天的高峰期,它會(huì)受到陽(yáng)光的垂直照射。它是太陽(yáng)輻射的直接屏障,并極大地影響著下面地板的熱環(huán)境。 在溫暖的氣候下,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以設(shè)計(jì)屋頂來(lái)防止太陽(yáng)熱量向內(nèi)移動(dòng)。這可以通過(guò)反射輻射或利用材料固有的熱質(zhì)量減少通過(guò)材料的熱流來(lái)實(shí)現(xiàn)。高反射率是通過(guò)在屋頂表面涂上瓷磚、反光漆或特殊的高輻射涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。高熱質(zhì)量通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)絕緣材料氣腔或其他構(gòu)造方法。

      或者,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)也可以復(fù)制冷卻效果通過(guò)用織物、植物或高輻射材料制成的臨時(shí)表面遮蔽屋頂。 在寒冷的氣候條件下,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該優(yōu)先考慮利用材料的隔熱性能限制室內(nèi)熱量通過(guò)屋頂向外傳遞。隔熱層優(yōu)選放置在屋頂部分的室內(nèi)側(cè)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)謹(jǐn)慎選擇屋面材料和策略,并充分了解其結(jié)構(gòu)特性、熱特性和化學(xué)惰性。屋頂應(yīng)針對(duì)其U值進(jìn)行優(yōu)化??偟膩?lái)說(shuō),基于屋頂?shù)谋粍?dòng)措施有助于減少供暖和制冷的需求,從而使建筑脫碳。
     
      4.立面  與屋頂類似,立面是太陽(yáng)輻射的天然屏障,在促進(jìn)室內(nèi)熱舒適方面發(fā)揮著重要作用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以采用被動(dòng)策略,以盡量減少太陽(yáng)輻射對(duì)立面的影響,并提高居住者的舒適度。了解位置內(nèi)的太陽(yáng)角度和小氣候?qū)τ行?shí)施這些策略至關(guān)重要。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以使用水平/垂直遮陽(yáng)設(shè)備,如百葉窗、懸挑和可移動(dòng)遮陽(yáng)簾來(lái)解決太陽(yáng)角度問(wèn)題。

      或者,團(tuán)隊(duì)可以安裝攀爬/盆栽植物,如紫藤和常春藤。這種策略直接影響外墻的熱特性,并進(jìn)一步促進(jìn)夏季的冷卻和冬季的加熱。 與所討論的其他措施類似,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)了解,改造后的立面的有效性嚴(yán)重依賴于氣候,最初需要占用者進(jìn)行適度至高度的維護(hù)。此外,工程團(tuán)隊(duì)還必須仔細(xì)考慮外墻框架的結(jié)構(gòu)完整性和維護(hù),這取決于植物定期澆水或清潔百葉窗等因素。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)優(yōu)化立面的U值。總體而言,基于立面的被動(dòng)措施可以幫助減少對(duì)主動(dòng)供暖、制冷和照明的需求,從而使建筑脫碳。  
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