機械畢業(yè)設(shè)計50管殼式汽-水換熱器設(shè)計

中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 1 - 1 緒論 1.1 建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀 我國建筑不僅耗能高， 而且能源利用效率很低 ， 單位建筑能耗比同等氣候條件下國家高出 倍。僅以建筑供暖為例，北京市在執(zhí)行建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)前，一個采暖期的平均能耗為 瓦 平方米 ， 執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)后，一個采暖期的平均能耗為瓦平方米，而相同氣候條件的瑞典、丹麥、芬蘭等國家一個采暖期的平均能耗僅為 瓦平方米。因建筑能耗高， 僅北方采暖地區(qū)每年就多耗標(biāo)準(zhǔn)煤萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)億元。我國現(xiàn)階段大力推進(jìn)建筑節(jié)能處在關(guān)鍵時機。年，世界銀行在中國促進(jìn) 建筑節(jié)能的契機的報告中提出，從 年是中國民用建筑發(fā)展鼎盛期的中后期，預(yù)測到年民用建筑保有量的一半是年以后新建的。據(jù)建設(shè)部科技司的分析，到年底，全國新增的億平方米房屋建筑面積中，城市新增億平方米。如果這些建筑全部在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實現(xiàn)的節(jié)能，則每年大約可節(jié)省億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。在多億平方米的既有建筑中，城市建筑總面積約為 億平方米左右 普遍存在著圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性和氣密性差供熱空調(diào)系統(tǒng)效率低下等問題，節(jié)能潛力巨大。以占我國城市建筑總面積約的住 宅建筑為例，采暖地區(qū)城鎮(zhèn)住宅面積約有 億平方米 ， 年的采暖季平均能耗約為公斤標(biāo)煤平方米，如果在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實現(xiàn)的節(jié)能，則每年大約可節(jié)省億噸標(biāo)煤。空調(diào)是住宅能耗的另一個重要方面，我國住宅空調(diào)總量年增加約萬臺，空調(diào)電耗在建筑能耗中所占的比例迅速上升。根據(jù)預(yù)測，今后年我國城鎮(zhèn)建成并投入使用的民用建筑至少為每年億平方米，如果全部安裝空調(diào)或采暖設(shè)備，則年增加的用電設(shè)備負(fù)荷將超過億千瓦，約為我國年發(fā)電能力的。如果我國大部分新建建筑按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)建造并對既有建筑進(jìn)行節(jié) 能改造，則可使空調(diào)負(fù)荷降低 ， 有些地區(qū)甚至不裝空調(diào)也可保證夏季基本處于舒適范圍。公共建筑節(jié)能潛力也很大。目前全國公共建筑面積大約為億平方米左右，其中采用中央空調(diào)的大型商廈、中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 2 - 辦公樓、賓館為億到億平方米。如果按節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造，總的節(jié)能潛力約為億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如果國家從現(xiàn)在起就下決心抓緊建筑節(jié)能工作，對新建建筑全面執(zhí)行建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)， 并對既有建筑有步驟地推行節(jié)能改造 則到年，我國建筑能耗可減少億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，空調(diào)高峰負(fù)荷可減少約萬千瓦（約相當(dāng)于 .個三峽電站 的滿負(fù)荷出力，減少電力投資億元）。如果要求年建筑能耗達(dá)到發(fā)達(dá)國家世紀(jì)末的水平，則節(jié)能效果將更為巨大。 多年來，我國開展了相當(dāng)規(guī)模的建筑節(jié)能工作，主要采取先易后難、先城市后農(nóng)村、先新建后改 建、先住宅后公建 、 從北向南逐步推進(jìn)的策略。但是到目前為止，建筑節(jié)能仍然停留在試點、示范的層面上，尚未擴(kuò)大到整體，究其原因主要有以下幾個方面： （）建筑節(jié)能開發(fā)建設(shè)成本高（按新的建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)測算， 大體上每平方米建筑面積成本要增加元）； （ ） 開發(fā)商追求的是以最小的投資換取最大的空間 利益； （）建筑設(shè)計從圍護(hù)的結(jié)構(gòu) 、 設(shè)計的角度、施工的角度、計算達(dá)到的系數(shù)等要比一般普通建筑復(fù)雜； （）政府考慮的是 在全國所占的位置 ， 對建筑節(jié)能工作的重要性和緊迫性認(rèn)識不足； （）建筑節(jié)能的建筑材料、工藝技術(shù)還沒有形成體系； （）國家對建筑節(jié)能的規(guī)范還沒有列入強制執(zhí)行的范疇； （）國家及地方缺乏對建筑節(jié)能的實質(zhì)性經(jīng)濟(jì)鼓勵政策，建筑節(jié)能缺乏必要的資金支持。 1.2 建筑節(jié)能的意義 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 3 - 房屋在約 100 年左右的使用期間內(nèi) ,需要不斷消耗大量的能源 ,如果浪費能源的房屋建得越多 ,遺留下來的能源 消耗的負(fù)擔(dān)就越發(fā)沉重。 據(jù)建設(shè)部科技司的分析 ,到 2020年底 ,全國新增的 300億平方米房屋建筑面積中 ,城市新增 130 億平方米 ,如果這些建筑全部在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實現(xiàn) 50%的節(jié)能 ,則每年大約可節(jié)省 1. 6 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。在 400多億平方米的既有建筑中 ,城市建筑總面積約為 138 億平方米左右 ,普遍存在著圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性和氣密性差、供熱空調(diào)系統(tǒng)效率低下等問題 ,節(jié)能潛力巨大。 與氣候條件相近的發(fā)達(dá)國家相比 ,我國建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能差 ,供暖設(shè)備效率低 ,能源浪費嚴(yán)重。西方發(fā)達(dá)國家的建筑節(jié)能經(jīng)驗表明 ,必須一方面采取措施控制新 建建筑的能耗水平 ,另一方面對既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造。雖然這些國家建筑面積的總量逐年增加 ,建筑環(huán)境的熱舒適程度也有所提高 ,但建筑總能耗則呈下降趨勢 ,如丹麥的住宅采暖面積 1992 年比 1972 年增加 39%,但采暖總能耗卻降低了 31. 1%。我國的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與西方發(fā)達(dá)國家相比差距較大 ,按舊標(biāo)準(zhǔn)傳熱系數(shù) K 值外墻高 2. 63. 6 倍 ,屋頂高 3. 24. 2 倍 ,外窗高 1. 42. 0 倍 ,門窗空氣滲透高 36 倍 ,即使按較新的 JGJ26-95 第二階段節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建成后的居住建筑的采暖能耗還要比發(fā)達(dá)國家高一倍。因此必須對既有 建筑進(jìn)行大范圍節(jié)能改造 ,從而提高我國建筑節(jié)能水平。 另外 近些年由于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高 ,居住條件的改善完全依賴居民自行安裝空調(diào)采暖或降溫 ,1998 年上海住宅空調(diào)的安裝率就已經(jīng)超過了 70 %,現(xiàn)在已經(jīng)存在一戶多臺空調(diào)同時運轉(zhuǎn)的情況。巨大的空調(diào)能耗導(dǎo)致該地區(qū)缺電、缺煤 ,冬、夏用電高峰季節(jié)頻繁出現(xiàn)拉閘限電現(xiàn)象 ,居民用于能源的支出也大幅度增加 ,實際上建筑室內(nèi)的熱環(huán)境改善卻非常有限 ,能源嚴(yán)重浪費。因此夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能政策的強制執(zhí)行是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的必然選擇 ,是發(fā)展節(jié)約型社會的重要途徑 ,是改善人居環(huán)境質(zhì)量的必由之路 。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 4 - 1.3 我國建筑節(jié)能發(fā)展的對策 1.3.1 各級政府要提高認(rèn)識，轉(zhuǎn)變職能，把建筑節(jié)能列入國家決策層的重要議程 。 首先 各級政府要把建筑節(jié)能提高到實施資源戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度來認(rèn)識；其次要把建筑節(jié)能作為實施公共服務(wù)、強化資源戰(zhàn)略管理和加強環(huán)境建設(shè)的重要職能來對待；第三由政府實施建筑節(jié)能示范工程試點小區(qū)，通過示范工程以點帶面，這是市場經(jīng)濟(jì)條件下政府推動建筑節(jié)能的一種有效工作方法。 1.3.2 組建建筑節(jié)能、設(shè)計研究領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu) . 加快對建筑節(jié)能研究、設(shè)計、建設(shè)的步伐是城市決策者、規(guī)劃者 、設(shè)計者與建設(shè)者的共同職責(zé)和明智選擇。政府應(yīng)將節(jié)能工作放在能源戰(zhàn)略的首要地位，把推動建筑節(jié)能的運作擺上議事日程， 把建筑節(jié)能作為城市生態(tài)環(huán)保的一項措施來抓。建議各地應(yīng)以建設(shè)局、房管局為主組建市建筑節(jié)能領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能的研究、設(shè)計、建設(shè)、規(guī)劃制訂實施推廣建筑節(jié)能的目標(biāo)措施、組織協(xié)調(diào)和監(jiān)督管理。設(shè)立當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能的辦事機構(gòu) 建筑節(jié)能管理辦公室，具體負(fù)責(zé)當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能的研究、設(shè)計、建設(shè)的組織實施和相關(guān)的管理工作。只有組織機構(gòu)落實了，才能使建筑節(jié)能逐步走上健康、有序的發(fā)展軌道。 1.3.3 編制建筑節(jié)能專項規(guī) 劃和加強監(jiān)督管理。 為了加快節(jié)能建設(shè)和使建筑節(jié)能有序發(fā)展，應(yīng)編制建筑節(jié)能的規(guī)劃和實施計劃等。在新建住宅中，要 嚴(yán)格執(zhí)行國家關(guān)于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 、 民用建筑節(jié)能管理實施辦法 、 民 用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) ,使建筑能耗滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求， 通過行政立法，把推廣建筑節(jié)能從一種號召性行為轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N強制性行為， 以全面啟動全國建筑節(jié)能工作 ,并加強落實和監(jiān)督管理。對老的住宅可調(diào)整、完善和改造的，也應(yīng)采取相應(yīng)措施逐步進(jìn)行改造。只有采取強化節(jié)能的措施和提高效能的政策，走 “ 能源消耗最少，環(huán)境污染最小 ” 的發(fā)展道路，才能形中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 5 - 成能源可持續(xù)發(fā)展的新機制，為今后城市建設(shè)更長遠(yuǎn)的循環(huán)發(fā)展奠定基礎(chǔ) 。 1.3.4 注重“產(chǎn)學(xué)研”，加快對建筑節(jié)能的研究設(shè)計工作 要把建筑節(jié)能的新技術(shù) 、 新產(chǎn)品、新工藝、新建材及先進(jìn)適用成套技術(shù)的研究、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用擺上 “ 產(chǎn)學(xué)研 ” 單位的重要議程。加強學(xué)科和部門之間的橫向聯(lián)合，積極開展組織設(shè)計和攻關(guān)工作。組織科研機構(gòu)、建筑設(shè)計、環(huán)境保護(hù)、新建 材開發(fā)的專家和生產(chǎn)廠家積極開展對建筑節(jié)能的研究、設(shè)計、攻關(guān)工作 。 （）開展標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化與工業(yè)化相結(jié)合的設(shè)計，為實現(xiàn)住宅建筑節(jié)能的通用化、配套化、系統(tǒng)化提供 技術(shù)支持； （）在建筑體系上，要加快以承重結(jié)構(gòu)為主線，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、隔斷、廚衛(wèi)、門窗、管線等形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，符合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展方向的完整建筑節(jié)能體系； （）使用建筑節(jié)能部品體系， 包括外圍護(hù)、內(nèi)圍護(hù)、廚衛(wèi)、設(shè)備、智能化、小區(qū)配套等六大部品體系 要形成通用部品、系列開發(fā)、規(guī)模生產(chǎn)，不斷研究、設(shè)計、生產(chǎn)出新穎、環(huán)保、防污、隔音、保溫、隔熱的建筑節(jié)能材料； （）加速建設(shè)科技成果的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用，使用智能遮陽及門窗自控系統(tǒng)， 門窗應(yīng)向節(jié)能、高檔、新型、多功能、多品種的方向發(fā)展，減少使用能源，衛(wèi)生間上下水管 設(shè)計和使用型管，避免外溢返臭和冬天防寒； （）在住宅中設(shè)計儲放再生水的固定容器，充分利用再生水，要使建筑成為節(jié)能建筑和綠色環(huán)保建筑。 1.3.5 制定經(jīng)濟(jì)扶持政策， 加大對建筑節(jié)能資金的投入 在建筑節(jié)能的研究、設(shè)計、開發(fā)和建設(shè)，對新技術(shù)、新建材的研究和推廣應(yīng)用中，沒有資金只是紙上談兵。要創(chuàng)新投融資體制，想方設(shè)法籌措開發(fā)建筑節(jié)能的資金，要制定經(jīng)濟(jì)扶持政策，中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 6 - 建立和完善建筑節(jié)能的經(jīng)濟(jì)激勵政策，例如可減少土地出讓金收益，或減少營業(yè)稅等，不斷研究探索建筑節(jié)能的發(fā)展基金，采取多元化籌措建筑節(jié)能資金的辦法，加 大對建筑節(jié)能資金的投入，為加快促進(jìn)建筑節(jié)能提供資金保障。 1.3.6 積極推廣和使用新型建筑節(jié)能材料 對氣密性、水密性、保溫性、抗風(fēng)性、抗變形性、環(huán)保、隔音、防污、保溫、隔熱的特殊建筑節(jié)能材料要大力推廣使用。積極推廣使用低輻射鍍膜玻璃。這種玻璃既可以達(dá)到在冬季有效利用太陽輻射熱能加熱室內(nèi)物體，并阻止室內(nèi)紅外熱輻射通過玻璃向室外泄漏的保溫效果；在夏季又可以達(dá)到阻擋室外的紅外熱輻射影響室內(nèi)溫度的隔熱效果，從而實現(xiàn)降低住宅建筑總能耗的目的。積極推廣應(yīng)用 “ 四新 ” 技術(shù)和產(chǎn)品，經(jīng)常開展建筑節(jié)能材料展示推廣 會。使建筑節(jié)能材料通用化、配套化、系統(tǒng)化。要開展建筑節(jié)能設(shè)計大賽， 重獎建筑節(jié)能設(shè)計人才。 1.3.7 大力宣傳建筑節(jié)能的重要意義 要利用廣播、電視、報紙、雜志、黑板報等各種宣傳工具，廣泛宣傳建筑節(jié)能和節(jié)約能源的重要意義。國家兩部兩委關(guān)于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)文實施，對建筑節(jié)能的外墻保溫及外門窗保溫等已提出要求，要廣泛宣傳 “ 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) ” ，落實監(jiān)督實施 “ 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) ” ， 把建筑節(jié)能當(dāng)作一項戰(zhàn)略決策的大事來抓。 我國是能源稀缺國家，節(jié)能是我國的一項戰(zhàn)略決策， 建筑節(jié)能是住宅建設(shè)發(fā)展的方向。只有 人口、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，才是可持續(xù)循環(huán)發(fā)展的最佳途徑。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 7 - 2 蘇北建筑能耗組成分析 2.1 蘇北地區(qū)氣候的分析 蘇北地處淮河流域，屬夏熱冬冷地區(qū)。因處于北方寒冷地區(qū)與南方炎熱地區(qū)中間，通常又稱為過渡地區(qū)。該地區(qū)氣候欠佳，是世界上相同緯度下氣候條件較差的地區(qū)。以徐州為例，該地區(qū)位于東經(jīng) 110.22118.40，北緯 33.4334.58，為蘇魯豫皖四省接壤地區(qū)，年日平均氣溫低于 5 的天數(shù)可達(dá) 97 d，為建筑采暖區(qū)采暖期平均溫度為 16，采暖度日數(shù)為 1 574度 /日，夏季高于日平均氣溫 26 的天數(shù)多達(dá) 49 d，持續(xù)時間長，冬夏相加共 146 d，占全年天數(shù)的 40% 由于氣候條件較差，蘇北地區(qū)建筑能耗十分嚴(yán)重，節(jié)能改造勢在必行 2.2 對蘇北民用建筑能耗組成的分析 2.2.1 門窗 由于窗墻面積比值越來越大，使得門窗更換改造受限制因素減少，可操作性強門窗的節(jié)能改造主要從減少滲透量、減少傳熱量和減少太陽輻射三個方面進(jìn)行可采用雙重玻璃門避免出入口直接對外，或采用紅外線自動玻璃門等減少出入口的能量流失；采用密封材料增加窗戶的氣密性以減少滲透量；將既有的鋁合金單玻窗和塑鋼單玻窗改裝成中空玻璃雙玻窗 (改 裝后其保溫節(jié)能性即可提高一倍 )；利用熱反射鍍膜中空玻璃、低輻射鍍膜玻璃，設(shè)置遮陽設(shè)施及采用高遮蔽系數(shù)的鑲嵌材料等減少太陽輻射的影響 2.2.2外墻 建筑物外墻傳熱面約占整個建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積的 66 %左右，通過外墻傳熱所造成的能耗損失約占建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗損失的 48% 通常，減少外墻傳熱有兩種方法：一是嚴(yán)格控制體型系數(shù)，以減少傳熱面積；二是增強外墻的保溫、隔熱性能節(jié)中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 8 - 能改造中一般采用的外墻保溫技術(shù)有：硬泡聚氨酯噴涂復(fù)合膠粉聚苯顆粒、膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板、膠粉聚苯顆粒保溫漿料等 如圖 1： 2.2.3屋頂 屋面的節(jié)能改造技術(shù)必須同其防水修繕結(jié)合起來一般有以下幾種做法： (1)平改坡利用通風(fēng)散熱原理提高屋頂?shù)母魺嵝阅?，必須采取有效的通風(fēng)和技術(shù)措施屋頂平改坡是一個有效的節(jié)能改造措施 (2)增設(shè)隔熱層提高建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻是建筑節(jié)能的有效途徑之一對既有建筑屋頂進(jìn)行 改造，即在屋面結(jié)構(gòu)層上結(jié)合防水要求，增設(shè)隔熱層使其達(dá)到現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 9 - (3)XPS5塑料夾層整體架空屋面當(dāng)建筑物產(chǎn)生微小變形時 ,不會直接影響架空屋面；隔熱與保溫兼得 ,可以上人 ,也可以綠化 .經(jīng)計算，架空 屋面總熱阻為 1.6122 m K W ,比過渡地區(qū) (屋面總熱阻基本值 1.50)高出 0.11221TI K W,總傳熱系數(shù)為 0.5649 w (m K)；對比既有建筑屋面總熱阻 0.5777 m K W，總傳熱系數(shù) 1.3592 w (m K)，節(jié)能率為 58 4%。 如圖 2 (4)種植屋面在屋面種植植物，利用植物的光合作用將熱能轉(zhuǎn)化為生化能；利用植物葉面的蒸騰作用增加蒸發(fā)散熱量，均可大大降低屋頂?shù)氖彝饩C合溫度利用植物培植基質(zhì)材料的熱阻與熱惰性，可降低內(nèi)表面溫度與溫度振幅 如圖 3： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 10 - (5)吸濕散熱屋面 因蓄水屋面荷載太大，可以用一些鹽分介質(zhì)做成吸濕散熱屋面，以液、氣兩相轉(zhuǎn)換來達(dá)到散熱目的 2.2.4 地面 蘇北地區(qū)夏季空氣潮熱，冷地面上易產(chǎn)生水汽，需采取有針對性的防潮措施 2.2.5 陽臺 陽臺空間是建筑物比較特殊的部位，利用陽臺來改善環(huán)境，達(dá)到節(jié)能目的，創(chuàng)造良好的生態(tài)效應(yīng)，一直以來都是設(shè)計者和研究者關(guān)注的課題目前的陽臺節(jié)能措施一般是密封陽臺，也可以采取將普通金屬窗改成塑鋼窗，外窗單玻璃改成中空玻璃；陽臺的維護(hù)結(jié)構(gòu)改成雙面現(xiàn)澆，中間加高密度聚苯板等措施另外，中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 11 - 在陽臺上種植花草，不僅能美化 環(huán)境，還可以凈化空氣，增加含氧量 。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 12 - 3 建筑節(jié)能分析與 熱力 計算 我們?nèi)√K北地區(qū)徐州一個常見居民住宅樓的一個客廳，對它做節(jié)能設(shè)計，以便對建筑節(jié)能進(jìn)行分析。 這個客廳的長、寬、高為 600CM、 500CM、 300CM，房間開有一個窗，一個門，開門的屋面靠走廊，兩面外墻，一個內(nèi)墻挨著臥室，房間示意圖見下： 北外窗北外墻西屋面東外墻門南屋面圖中所有數(shù)據(jù)單位為 cm 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 13 - 3.1分析建筑（房屋）的各種能耗組成 要分析節(jié)能材料的使用對建筑耗能的影響，首先我們要計算出建筑耗熱量。 一個房間的耗熱量主要由下列原因造成： .圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量； .加熱由門，窗縫滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量； .加熱由門，孔洞及相鄰房間侵入的冷空氣的耗熱量； .水分蒸發(fā)的耗熱量； .加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量； .通風(fēng)耗熱量。 供熱工程對房間耗熱量計算規(guī)定，耗熱量只考慮前三項，具體到我們的實例由于是否使用保溫建筑材料跟 2， 3 項關(guān) 系不大，所以也不予考慮。所以對建筑節(jié)能分析來說，房間耗熱量的計算只需對房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量進(jìn)行計算。 3.2 對保溫方法的介紹 3.2.1 外墻內(nèi)保溫 外墻內(nèi)保溫就是外墻的內(nèi)側(cè)使用苯板、保溫砂漿等保溫材料 ,從而使建筑達(dá)到保溫節(jié)能作用的施工方法。該施工方法具有施工方便 ,對建筑外墻垂直度要求不高 ,施工進(jìn)度快等優(yōu)點。外墻內(nèi)保溫的有一個明顯的缺陷就是 :結(jié)構(gòu)冷 (熱 )橋的存在使局部溫差過大導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。由于內(nèi)保溫保護(hù)的位置僅僅在建筑的內(nèi)墻及梁內(nèi)側(cè) ,內(nèi)墻及板對應(yīng)的外墻部分得不到保溫材料的保護(hù) ,因此 ,在此部分形成冷 (熱 )橋 ,冬天室內(nèi)的墻體溫度與室內(nèi)墻角 (保溫墻體與不保溫板交角處 )溫度差約在 10左右 ,與室內(nèi)的溫度差可達(dá)到15以上 ,一旦室內(nèi)的濕度條件適合 ,在此處即可形成結(jié)露現(xiàn)象。而結(jié)露水的浸漬或凍融及易造成保溫隔熱墻面發(fā)霉、開裂。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 14 - 另外 ,在冬季采暖、夏季制冷的建筑中 ,室內(nèi)溫度隨晝夜和季節(jié)的變化幅度通常不大 (約 10左右 ),這種溫度變化引起建筑物內(nèi)墻和樓板的線性變形和體積變化也不大。但是 ,外墻和屋面受室外溫度和太陽輻射熱的作用而引起的溫度變化幅度較大。當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)溫度時 ,外墻收縮的幅度比內(nèi)保溫隔熱體系的速度快 ,當(dāng)室 外溫度高于室內(nèi)氣溫時 ,外墻膨脹的速度高于內(nèi)保溫隔熱體系 ,這種反復(fù)形變使內(nèi)保溫隔熱體系始終處于一種不穩(wěn)定的墻體基礎(chǔ)上 ,在這種形變應(yīng)力反復(fù)作用下不僅是外墻易遭受溫差應(yīng)力的破壞也易造成內(nèi)保溫隔熱體系的空鼓開裂。 3.2.2 內(nèi)外混合保溫 內(nèi)外混合保溫 ,是在施工中 ,外保溫施工操作方便的部位采用外保溫 ,外保溫施工操作不方便的部位作內(nèi)保溫?；旌媳仉m然可以提高施工速度 ,但混合保溫對建筑結(jié)構(gòu)卻存在著嚴(yán)重的損害。外保溫做法部位使建筑物的結(jié)構(gòu)墻體主要受室內(nèi)溫度的影響 ,溫度變化相對較小 ,因而墻體處于相對穩(wěn)定的溫度場內(nèi) ,產(chǎn)生的溫 差變形應(yīng)力也相對較小 ;內(nèi)保溫做法部位使建筑物的結(jié)構(gòu)墻體主要受室外環(huán)境溫度的影響 ,室外溫度波動較大 ,因而墻體處于相對不穩(wěn)定的溫度場內(nèi) ,產(chǎn)生的溫差變形應(yīng)力相對較大。局部外保溫、局部內(nèi)保溫混合使用的保溫方式 ,使整個建筑物外墻主體的不同部位產(chǎn)生不同的形變速度和形變尺寸 ,建筑結(jié)構(gòu)處于更加不穩(wěn)定的環(huán)境中 ,經(jīng)年溫差結(jié)構(gòu)形變產(chǎn)生裂縫 ,縮短了建筑物的使用壽命。 3.2.3 外墻外保溫 外墻外保溫 ,是將保溫隔熱體系置于外墻外側(cè) ,使主體結(jié)構(gòu)所受溫差作用大幅度下降 ,溫度變形減小 ,可有效阻斷冷 (熱 )橋 ,有利于結(jié)構(gòu)壽命的延長。從有利于 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面來說 ,在可選擇的情況下應(yīng)首選外保溫隔熱。由于外保溫隔熱體系被置于外墻外側(cè) ,直接承受來自自然界的各種因素影響 ,因此對外墻外保溫體系提出了更高的要求。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 15 - 3.3 墻體材料的節(jié)能計算 3.3.1 非節(jié)能房間的 墻體 基本耗熱量的計算 我們先對非節(jié)能房間的基本耗熱量進(jìn)行計算。 使用非節(jié)能普通建筑材料如下表： 墻種 材料 傳熱系數(shù) 造價 W/ 2m 元 / 2m 外墻 240mm 雙面粉刷 磚墻 2.3 13.765 屋面 240mm 雙面粉刷磚墻 3.33 12.172 表 1：非節(jié)能普通材料的傳熱系數(shù)、造價 圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量 ,可按下式計算 : ()nwQ K F t t aW (1) 式中 K-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù) W/ 2m F-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積 2m nt-冬季室內(nèi)計算溫度 wt-供暖室外計算溫度 a-圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。 所以 普通建筑建筑材料的北外墻 耗熱量 ，計算如下： ()nwQ K F t t a =2.3 15 (18+9) 1 =2.3 15 27 1 =931.5W 普通建筑建筑材料的 南屋面耗熱量 ，計算如下： ()nwQ K F t t a =3.33 16.4 (18-12) 1 =3.33 16.4 27 1 =327.672W 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 16 - 普通建筑建筑材料的 東外墻耗熱量 ，計算如下： ()nwQ K F t t a =2.3 15 (18+9) 1 =2.3 15 27 1 =931.5W 西屋面為內(nèi)墻，忽略不計。 所以，使用普通建筑材料情況下，這個房間的總基本耗熱量 Q=931.5+372.672+931.5+0=2190.672W 詳細(xì)結(jié)果如下表： 表 2：非節(jié)能建筑墻體的耗熱量 其中 徐州地區(qū) 室內(nèi)計算溫度 18，供暖室外計算溫度 -9， 12是由查表所得，至于西屋面由于是內(nèi)墻， 所以它造成的熱損失不予考慮。溫差修正系數(shù)也由查表所得。 3.3.2 對墻體保溫材料的介紹 采用保溫隔熱、傳熱系數(shù)小的新型墻體材料與復(fù)合墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu) ,可以有效地節(jié)能。新型墻體材料有磚、砌塊、復(fù)合墻板和墻體等。 (1)磚和砌塊 目前 ,常用的新型墻體材料有灰砂磚、空心黏土磚、混凝土空心砌塊、廢渣磚、加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土砌塊和頁巖磚等。與傳統(tǒng)的實心黏土磚相比 ,新型墻體材料具有圍護(hù)結(jié)構(gòu) 傳熱系 數(shù) 室內(nèi)計算 溫 度 供暖室外計算溫度 室內(nèi)外計算溫度差 溫差修正系數(shù) 基本耗熱 量 房間總耗熱量 名稱及 方 向 面積 K tn tw tn-tw a q Q m2 W/m2 W W 北外墻 15 2.3 18 -9 27 1 931.5 2190.672 南屋面 16.4 3.33 18 12 6 1 327.672 東外墻 15 2.3 18 -9 27 1 931.5 西屋面 15 3.33 18 18 0 1 0 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 17 - 良好的保溫性能 ,如灰砂磚的導(dǎo)熱系數(shù) 0). The net present value typically reflects that expenses and savings in the future are not valuated as high as present values. Differences in the lifetime of measures should be taken into consideration by introducing into the calculations the necessary reinvestments and the residual value of investments at the end of the chosen calculation period. Most energy-saving measures allow one not only to save energy, but also to improve the buildings condition and in turn to increase the value of a building. In a work carried out by Martinaitis et al. 5, a method was proposed of how the assessment of the cost effectiveness of energy-saving measures could include a two-fold benefit of buildings renovation the energy-saving and the rehabilitation of the building element.The background is of course that in practice, considering only the reduction of energy cost, the implementation of such measures is usually hard to prove. In this paper, this aspect is dealt with in a simple manner as energy-saving measures are considered implemented only to save energy or in connection with necessary renovations. In the last-mentioned situation, the cost of energy-saving measures is only the incremental cost of better measures than normal, e.g. 200 mm insulation of external walls instead of typically 100 mm. 3.1. Proposed method The method is based on principles described in Johnsenet al. 6. The economically optimal solution is the one that minimize the sum of construction and working expenses (heating expenses) in the lifetime. Normally, it can be assumed that investments in energy-saving measures in buildings result in yearly savings that are constant during the lifetime or until larger rehabilitation is necessary. All investments and savings are calculated in prices at the investment moment. The NPV of energy savings at the investment moment is determined by multiplying the yearly savings with the NPV-factor, which could be calculated according to the following formula: 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 52 - (1) Where is the real interest rate (%/year) and n is the lifetime of a measure (number of years). The real interest rate can approximately be calculated according to Eq. (2): (2) where is the nominal interest rate (%/year), ie the rate of increase in energy prices (%/year), and t is the taxation of interest. Normally, the main principle when determining the calculation interest rate is to compare with the yield from alternative investments. However, as buildings are typically fully mortgaged it is more realistic to look at taking an extra loan to cover the expenses for energy savings measures. In many cases, investment incomes are taxed, and therefore the real interest rate is corrected for the taxation. As a starting point, a real interest rate of 2.5%is used, which is based on an effective, taxation-corrected interest rate of 5%, and an inflation of 2.5%, corresponding to the average real interest rate since 1990. The low interest rate levels seen during the last couple of years could justify that a lower interest rate is used. The net present value of equally large yearly savings (s) is expressed by Eq. (3): (3) The NPV-factor is stated in Table 1 in dependence on lifetime and real interest rate. The NPV-factor is synonymous with the pay back time in years that is equal to an expenseneutral investment and a net present value of zero. Having a real interest rate of 0%/year, the pay back time is equal to the lifetime. Having an interest rate larger than 0%/year, the pay back time will be less than the lifetime, which expresses that the investment has to be earned over fewer years than the lifetime, as there is a minimum demand to the investment profit corresponding to the real interest rate. The lifetime for the building envelope structures (except from windows) is estimated at 100 year, which approximately applies to the insulation and the bearing element. As mentioned, a 30-year calculation period is considered, because this time horizon is identical to the normal loan period in connection with building investments. In addition, the calculation uncertainties are increased significantly by using a longer period of time, and heating expenses in the fare 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 53 - future only have insignificant influence on net present value (see Table 1). Since the lifetime of investments in better insulated building envelope structures are mostly larger than 30 years, a residual value is calculated at the end of the calculation period, using linear depreciation. The value of investments in energy savings varies a lot, from without significance to no depreciation and is very dependent on the market condition in a sales situation. A middle course regarding the future value seems to be the linear depreciation. Having a measure with for example a lifetime of 100 year,30% of the investment is written off during the calculation period and the residual value is 70%. The net present value, Rn,is calculated according to the following Eq. (4): (4) Taking into consideration the residual value, the total NPV calculation formula (Eq. (5) is: (5) where S0 is the total energy savings, I0 the investment amount,and R0 is the residual value. The criterion of cost effectiveness is a positive net present value (NPV 0). 3.2. Financial scenarios During a calculation period of 30 years, projections on interest rate and energy prices are connected with huge uncertainties, one of the reasons being the long time perspective, and therefore sensitivity analyses are relevant. Two main energy-saving levels are considered, corresponding to a level related to the individual person (house owner) and a sustainable level. The basis for the first mentioned level is the typical real interest rate (taxation and inflation-corrected) and the sustainable level is equivalent to a zero interest rate, which means that the NPVof energy savings during the whole lifetime of the measure is ascribed the 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 54 - same value, which is fair enough with regard to future generations, as the NPVof energy savings is about zero if the calculation interest rate is positive and the savings are obtained in the far future. For each of the two energy-saving levels, two scenarios regarding the energy price are considered. Scenario 1 corresponds to the present Danish energy prices s0.08 kWh_1 and scenario 2 corresponds to double the price. In a preliminary analysis, on the future heat supply of new building based solely on renewable energy sources in the shape of an energy efficient district heating system and solar heating, an energy price of s0.130.16 kWh_1 is stated 7. If it is considered possible to supply buildings totally with renewable energy sources at a price of s0.16 kWh_1, this corresponds to scenario 2. 4. Economic calculations typical energy-saving measures Calculations of the life cycle cost show that measures in general are cost effective (NPV 0) (see Table 2). It also shows that many of the measures give rise to large savings over 30 years. The economics are however less good for the insulation improvement of exterior wall facades if the energy savings of the measure bear the full costs of the overhead (excluding scaffolding expenses), i.e. renovation solely in order to save energy. Facade renovation with a new weather-tight covering is however often used for reasons other than saving energy. In such cases, it could be argued that the energy savings are a side benefit that is free. In cases where renovation is not immediately pressing, commencing the renovation earlier could be justified because of the favorable economics of the energy savings measures as well as the future payback of the heating expenses. The overall economics of mechanical ventilation with heat recovery, as opposed to natural ventilation and mechanical ventilation (exhaust only) makes it justifiable for multi-storey dwellings (see Table 3). The finances are particularly favorable for selecting heat recovery for larger renovations where the establishment of a ventilation system has already been planned, as is often the case. Mechanical ventilation with heat recovery,for existing single-family houses is significantly more expensive per square meter than for multi-storey dwellings,which means the overall economics are less favorable under current economic conditions. The additional cost over 30 years viewed in relation to the total investment and operating costs is however modest. All things being equal, the improved indoor climate must also be taken into consideration. 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 - 55 - 5. Whol