建筑節(jié)能設(shè)計原理

2024/8/271第二章

建筑節(jié)能原理與方法2024/8/272第二章主要內(nèi)容2.1建筑熱工設(shè)計分區(qū)與建筑能耗2.2不同熱工分區(qū)下的建筑節(jié)能設(shè)計原理2.3采暖居住建筑節(jié)能基本原理的節(jié)能途徑2.4空調(diào)建筑節(jié)能原理2.5建筑物耗熱量指標(biāo)2.6建筑物耗熱量指標(biāo)計算2.7建筑節(jié)能評價計算2024/8/273氣候我國幅員遼闊，氣候類型多樣，但受東亞季風(fēng)影響，大部分地區(qū)冬冷夏熱我國年平均溫度分布圖我國1月平均溫度分布圖我國7月平均溫度分布圖2.1建筑熱工設(shè)計分區(qū)與建筑能耗建筑熱工設(shè)計分區(qū)2024/8/274建筑熱工設(shè)計分區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)夏熱冬冷區(qū)夏熱冬暖區(qū)溫和地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)2024/8/275分區(qū)名稱嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)夏熱冬冷地區(qū)夏熱冬暖地區(qū)溫和地區(qū)分區(qū)指標(biāo)

主要指標(biāo)最冷月平均溫度《﹣10℃最冷月平均溫度-10℃~0℃最冷月平均溫度0~10℃最熱月平均溫度25~30℃最冷月平均溫度>10℃最熱月平均溫25~29℃最冷月平均溫度0~13℃最熱月平均溫度18~25℃輔助指標(biāo)日平均溫度《5℃的天數(shù)》145d日平均溫度《5℃的天數(shù)90~145d日平均溫度《5℃（0~90d）日平均溫度》25℃（40~110d）日平均溫度》25℃的天數(shù)100~200d日平均溫度《5℃的天數(shù)0~90d

設(shè)計要求必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱應(yīng)滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱必須滿足夏季防熱要求，兼顧冬季保溫必須充分滿足夏季防熱要求，一般可以不考慮冬季保溫部分地區(qū)應(yīng)注意冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱2024/8/2762.2不同熱工分區(qū)下的建筑節(jié)能設(shè)計原理嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)建筑的采暖能耗占全國建筑總能耗比重很大，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)采暖節(jié)能潛力均為我國各類建筑能耗中最大的。可以實現(xiàn)的采暖節(jié)能的技術(shù)途徑：（1）改進圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能；（2）推廣各類通風(fēng)換氣窗，實現(xiàn)可控的通風(fēng)換氣，減少熱量損失（3）改善采暖的末端調(diào)節(jié)性能，避免過熱（4）推行地板采暖的低溫采暖方式，從而降低供熱熱源溫度（5）采用集中供暖方式，發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)計要點：必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季放熱2024/8/277夏熱冬冷地區(qū)夏熱冬冷地區(qū)典型城市：重慶、上海，南京、長沙、福州原來不考慮采暖和空調(diào)，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，采暖空調(diào)以不可擋之勢進入長江流域的尋常百姓家。長江中下游城鎮(zhèn)用蜂窩煤、電暖器或煤氣紅外輻射爐，而一些大城市，熱泵型冷暖兩用空調(diào)逐漸普及。住宅用于采暖空調(diào)的比例不斷上升設(shè)計要點：首先保證夏季隔熱，兼顧冬季防寒2024/8/278夏季隔熱設(shè)計：由于夏季太陽輻射強，持續(xù)時間久。因此要特別強調(diào)外窗遮陽、外墻和屋頂隔熱設(shè)計。優(yōu)化屋頂和東、西墻的保溫隔熱效果。2024/8/279窗墻比：部分地區(qū)室外風(fēng)小，陰天多，所以要從提高住宅日照，促進通風(fēng)，增加太陽輻射，可以適當(dāng)提高窗墻比。但是對于夏熱冬冷氣候條件不同的地區(qū)，不有當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)的室外平均風(fēng)速不同，因此在進行窗墻比優(yōu)化設(shè)計時要注意靈活調(diào)整。例如：上海、南京、合肥等，冬季風(fēng)速2.5m/s，北向窗墻比不能很大，不超多0.25。重慶、成都，冬季風(fēng)速1.5m/s，且冬季氣溫要高一些，所以北向窗墻比不超過0.3冬季防寒設(shè)計2024/8/2710夏熱冬暖地區(qū)典型城市：廣州、?？?、香港冬季：暖和不需要供暖夏季：太陽輻射強烈，室外平均溫度高設(shè)計要點：隔熱、遮陽、通風(fēng)設(shè)計非常重要在過去：廣州地區(qū)傳統(tǒng)建筑沒有降溫手段，比較重視通風(fēng)和遮陽。室內(nèi)層高較高，外墻厚度370mm，屋面采用一定形式的隔熱。現(xiàn)在：空調(diào)已經(jīng)成為居民住宅降溫的主要手段。2024/8/2711但是對于夏熱冬冷氣候條件不同的地區(qū)，不有當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)的室外平均風(fēng)速不同，因此在進行窗墻比優(yōu)化設(shè)計時要注意靈活調(diào)整。（1）建筑門窗和建筑幕墻周邊高性能密封技術(shù)所以就直接與建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖期室外平均溫度掛鉤。4）實行供冷暖的分戶熱計量必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱5建筑物耗熱量指標(biāo)最上面一條線：是各地區(qū)1980-1981年住宅通用設(shè)計，4個單元樓6層樓，體型系數(shù)0.所以就直接與建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖期室外平均溫度掛鉤。我國幅員遼闊，氣候類型多樣，但受東亞季風(fēng)影響，大部分地區(qū)冬冷夏熱地面溫度高于地下土壤時，熱流便由室內(nèi)傳入土壤中去，房間下部的溫度變大并不大，但是受室外空氣影響的房屋周圍土壤溫度變化大，會大大影響地面?zhèn)鳠?。原來不考慮采暖和空調(diào)，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，采暖空調(diào)以不可擋之勢進入長江流域的尋常百姓家。（3）改善采暖的末端調(diào)節(jié)性能，避免過熱4）實行供冷暖的分戶熱計量部分地區(qū)應(yīng)注意冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱可以實現(xiàn)的采暖節(jié)能的技術(shù)途徑：6建筑物耗熱量指標(biāo)計算建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖設(shè)計熱負(fù)荷指標(biāo)——空氣比熱容，取2.采暖居住建筑節(jié)能基本原理（1）改進圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能；我國幅員遼闊，氣候類型多樣，但受東亞季風(fēng)影響，大部分地區(qū)冬冷夏熱日平均溫度《5℃的天數(shù)0~90d5次/h，耗熱量指標(biāo)可降低10%左右。是評價建筑物能耗水平的一個重要指標(biāo)。（3）鋁合金專用型材及鍍鋅彩板專用異型材料的絕熱技術(shù)?，F(xiàn)在：空調(diào)已經(jīng)成為居民住宅降溫的主要手段。最熱月平均溫度25~30℃6）建筑物分布式能源系統(tǒng)——折合到單位建筑面積通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量（W/m2）——空氣密度（kg/m3）2024/8/2712溫和地區(qū)典型城市：昆明、貴陽氣候特點：四季如春2024/8/2713采暖空調(diào)能耗的幾個方面1）圍護結(jié)構(gòu)的保溫（2.3、2.4節(jié)要講）2）冷熱源設(shè)備的選用3）實現(xiàn)經(jīng)濟運行4）實行供冷暖的分戶熱計量5）發(fā)展建筑物蓄冷空調(diào)和蓄熱空調(diào)6）建筑物分布式能源系統(tǒng)2.3、2.4導(dǎo)論采暖空調(diào)節(jié)能設(shè)計2024/8/27142）冷熱源設(shè)備的選用2024/8/27152024/8/2716Cop=2.6-3.4cop=4-8冷源設(shè)備2024/8/2717熱源設(shè)備2024/8/2718熱用戶燃煤、燃?xì)忮仩t集中供熱直接電采暖（蓄熱鍋爐、地板輻射、電熱膜）熱泵（空氣源、水源）2024/8/2719熱泵的能量利用系數(shù)高直接電100%電廠發(fā)電33%損失67%房間33%鍋爐100%鍋爐效率70%房間70%損失30%熱泵熱泵100%電廠發(fā)電33%損失67%99%房間130%COP=42）廣泛采用熱泵技術(shù)2024/8/27203）實現(xiàn)經(jīng)濟運行設(shè)計和運行兩方向著手，另外加強運行人員的培訓(xùn)與管理設(shè)計的機組不要太大風(fēng)機盤管清理過濾等、過渡季節(jié)盡量不運行2024/8/27214）實行供冷暖的分戶熱計量1、提高節(jié)省意識2、同一戶型供熱量不一定一樣2024/8/27225）發(fā)展建筑物蓄冷空調(diào)和蓄熱空調(diào)避開高峰電價，利用低谷廉價電制冷或制熱冰蓄冷中央空調(diào)可以減緩用電高峰緊張，比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)每年節(jié)約運行費用10%-30%2024/8/27236）建筑物分布式能源系統(tǒng)2024/8/27242.3采暖居住建筑節(jié)能基本原理和節(jié)能途徑采暖居住建筑的主要特點1）大部分為住宅建筑，具有連續(xù)使用的特點2）對室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣質(zhì)量的要求高3）由于建筑設(shè)計的多樣化，新建居住建筑的體型系數(shù)逐漸增大。由原理的0.3-0.35左右。體形系數(shù)：定義為建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積之比，即單位建筑體積所占有的外表面積，其中外表面積中不包括地面面積2024/8/2725體形系數(shù)越大，越不利于節(jié)能2024/8/2726采暖居住建筑的能耗構(gòu)成1）建筑耗熱量主要由通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量構(gòu)成，73%-77%；①外墻約23%-34%；②窗戶23%-25%；③樓梯間隔墻6%-10%；④屋頂7%-8%；⑤陽臺門下部2%-3%；⑥戶門2%-3%；⑦地面2%2）通過門窗縫隙的空氣滲透耗熱量，23%-27%；2024/8/2727窗的傳熱耗熱量和滲透耗熱量占建筑全部耗熱量的50%，由此可見窗是耗熱量較大的構(gòu)建，是節(jié)能的重點部位。

一方面：改善建筑物窗戶的保溫性能和加強窗戶的氣密性是節(jié)能的關(guān)鍵措施。

另一方面：對室內(nèi)的換氣次數(shù)有明顯標(biāo)準(zhǔn)，加強窗戶的氣密性的同時要兼顧換氣次數(shù)。適當(dāng)使用機械排風(fēng)裝置。其次是外墻的保溫設(shè)計也是關(guān)鍵采暖居住建筑的能耗構(gòu)成2024/8/2728建筑節(jié)能的基本原理是：最大限度爭取得熱，最低限度的向外散熱。以嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)住宅建筑為例（降低采暖能耗）：1）保證圍護結(jié)構(gòu)熱工性能滿足冬季保溫要求，兼顧夏季隔熱。2）降低建筑體型系數(shù)3）采取合理的窗墻比4）提高外墻及屋頂和外窗的保溫性能5）盡可能利用太陽的熱采暖居住建筑節(jié)能基本原理2024/8/2729具體冬季保暖措施：1）建筑群的規(guī)劃設(shè)計，單體建筑的平面、立面設(shè)計和門窗的設(shè)計應(yīng)保證在冬季有效地日照并避開主導(dǎo)風(fēng)向。2）盡量減小體型系數(shù)，平面、立面不宜出現(xiàn)過多的凹凸面3）建筑北側(cè)布置次要房間，北向窗戶的面積要盡量小，同時適當(dāng)控制東西朝向的窗墻比和單窗尺寸。4）加強維護結(jié)構(gòu)保溫能力，以減少傳熱耗熱量，提高門窗的氣密性，減少空氣滲透耗熱量。5）改善采暖供熱系統(tǒng)的設(shè)計和運行管理，提高鍋爐運行效率，加強供熱管線保溫，加強熱網(wǎng)供熱的調(diào)控能力。2024/8/27302.4空調(diào)建筑節(jié)能原理影響空調(diào)負(fù)荷的主要因素1）圍護結(jié)構(gòu)的熱阻和蓄熱性能應(yīng)采用熱阻較大，蓄熱能力較小的輕質(zhì)圍護結(jié)構(gòu)，以及內(nèi)保溫的構(gòu)造有利于節(jié)能。2）房間朝向和蓄熱能力無論圍護結(jié)構(gòu)熱阻和蓄熱能力如何，頂層及東西向房間的空調(diào)負(fù)荷都大于南北向房間。因此將空調(diào)房間避開頂層設(shè)置以及減少東西向空調(diào)房的設(shè)計。3）窗墻比，窗戶遮陽和空氣滲透情況提高窗戶的遮陽性能，加強氣密性。2024/8/2731空調(diào)建筑節(jié)能基本原理空調(diào)建筑得熱三種途徑：1）太陽輻射通過窗戶進入室內(nèi)構(gòu)成太陽輻射得熱2）圍護結(jié)構(gòu)傳熱得熱3）門窗縫隙空氣滲透得熱設(shè)計日負(fù)荷：專指在空調(diào)室內(nèi)外設(shè)計條件下，空調(diào)逐小時冷負(fù)荷的峰值。運行負(fù)荷：夏季空調(diào)運行期間為了維持室內(nèi)恒定的設(shè)計溫度，需要由空調(diào)設(shè)備從室內(nèi)除去的熱量。2024/8/2732根據(jù)空調(diào)建筑物夏季得熱途徑，總結(jié)出以下節(jié)能設(shè)計要點：1）空調(diào)建筑應(yīng)盡量避免東西朝向或東西向窗戶，以減少太陽直射得熱2）空調(diào)房應(yīng)集中布置，上下對齊。溫濕度要求相近的空調(diào)房間宜相鄰布置3）空調(diào)房間應(yīng)避免布置在轉(zhuǎn)角處，有伸縮縫處及頂層。必須布置在頂層時應(yīng)有良好的隔熱措施4）在滿足功能要求的前提下，空調(diào)建筑外表面積宜盡可能小，表面宜采用淺色，房間凈高宜降低。5）外窗面積應(yīng)盡量減小，向陽或東西向窗戶，宜采用熱反射玻璃、反射陽光鍍膜和有效的遮陽構(gòu)建。6）外窗氣密性等級不應(yīng)低于《建筑外窗空氣滲透性能分級及其檢測方法》中規(guī)定的3及水平7）圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求8）間歇使用的空調(diào)建筑，其外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)和內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)宜采用厚重材料。2024/8/2733建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能是指減少圍護結(jié)構(gòu)各部位（屋頂、墻壁、地面、門窗）與外界的熱傳遞，從而提高居住環(huán)境質(zhì)量。1）屋頂?shù)慕^熱屋頂絕熱就是設(shè)法力求減少混凝土受太陽輻射后的蓄熱量。2024/8/2734（1）墻體受太陽輻射的影響，產(chǎn)生蓄熱（2）墻體也會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，如果墻體外側(cè)不采取絕熱，混凝土墻體就可能產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力。2）墻壁的絕熱2024/8/27353）地面的絕熱地面溫度高于地下土壤時，熱流便由室內(nèi)傳入土壤中去，房間下部的溫度變大并不大，但是受室外空氣影響的房屋周圍土壤溫度變化大，會大大影響地面?zhèn)鳠帷?024/8/2736我國建筑門窗行業(yè)應(yīng)重點開發(fā)推廣的八項技術(shù)：（1）建筑門窗和建筑幕墻周邊高性能密封技術(shù)4）門窗的絕熱2024/8/2737（2）高性能中空玻璃和經(jīng)濟型雙玻系列傳品工藝技術(shù)。所謂的雙層玻璃，就是將傳統(tǒng)門窗上的單片玻璃換成了雙片玻璃，由于兩片玻璃之間的空氣層沒有采用有效的密封材料，可能會導(dǎo)致灰塵、水等進入兩片玻璃之間。結(jié)晶態(tài)鋁硅酸鹽礦物球粒2024/8/2738（3）鋁合金專用型材及鍍鋅彩板專用異型材料的絕熱技術(shù)。（4）復(fù)合型門窗專用材料開發(fā)和推廣應(yīng)用技術(shù)2024/8/2739（5）門窗窗型及幕墻保溫隔熱技術(shù)。（6）門窗和幕墻成套技術(shù)。（7）可再生能源開發(fā)及利用技術(shù)。2024/8/2740采暖居住建筑的能耗構(gòu)成所以就直接與建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖期室外平均溫度掛鉤?！鈮ζ骄鶄鳠嵯禂?shù)W/(m2﹒K)室內(nèi)層高較高，外墻厚度370mm，屋面采用一定形式的隔熱。設(shè)計要點：首先保證夏季隔熱，兼顧冬季防寒風(fēng)機盤管清理過濾等、過渡季節(jié)盡量不運行在窗墻比不變的條件下：耗熱量指標(biāo)隨著傳熱系數(shù)下降而降低。設(shè)計和運行兩方向著手，另外加強運行人員的培訓(xùn)與管理另一方面：對室內(nèi)的換氣次數(shù)有明顯標(biāo)準(zhǔn)，加強窗戶的氣密性的同時要兼顧換氣次數(shù)。建筑物耗熱量與建筑物耗熱量指標(biāo)2024/8/27412.5建筑物耗熱量指標(biāo)建筑耗熱量：指采暖建筑在一個采暖期內(nèi)，為了保持室內(nèi)計算溫度由室內(nèi)采暖設(shè)備供給建筑物的熱量，單位是KW·h/a。建筑物耗熱量指標(biāo)：指在采暖期室內(nèi)外平均溫度條件下，采暖建筑為了保持室內(nèi)計算溫度，單位建筑面積在單位時間內(nèi)消耗的由采暖設(shè)備供給的熱量，單位是W/m2。是評價建筑物能耗水平的一個重要指標(biāo)。也是評價采暖居住建筑節(jié)能設(shè)計的一個綜合指標(biāo)。建筑物耗熱量與建筑物耗熱量指標(biāo)2024/8/2742供熱系統(tǒng)提供的熱量=建筑物耗熱量指標(biāo)×面積×?xí)r間建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖期室外平均溫度有關(guān)，而與采暖期天數(shù)無關(guān)。所以就直接與建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖期室外平均溫度掛鉤。最上面一條線：是各地區(qū)1980-1981年住宅通用設(shè)計，4個單元樓6層樓，體型系數(shù)0.3左右，即基準(zhǔn)建筑。耗能為100%。中間一條線：1986年，節(jié)能30%最下面一條線：1995年，節(jié)能50%65標(biāo)準(zhǔn)：節(jié)能65%進行建筑設(shè)計時，建筑物耗熱量指標(biāo)是一個非常重要的衡量節(jié)能效果的指標(biāo)。2024/8/2743建筑物耗熱量指標(biāo)與采暖設(shè)計熱負(fù)荷指標(biāo)采暖設(shè)計熱負(fù)荷指標(biāo)：指在采暖室外計算溫度條件下，為了保持室內(nèi)計算溫度，單位建筑面積在單位時間內(nèi)需有鍋爐房或其他供熱設(shè)施供給的熱量。單位是W/m2。這個指標(biāo)是在冬季最不利氣象條件下設(shè)計確定采暖設(shè)備容量的一個重要指標(biāo)。分析比較兩指標(biāo)：耗熱量指標(biāo)：建筑物在一個采暖季節(jié)中好熱強度的平均值。熱負(fù)荷指標(biāo)：建筑物在一個采暖季節(jié)耗熱強度的最大極限設(shè)計值。2024/8/2744影響建筑物耗熱量指標(biāo)的幾個因素（1）體型系數(shù)能耗隨著體型系數(shù)的增大而增大，低層和小單元住宅對節(jié)能不利，它們的建筑物耗熱量指標(biāo)要相對大一些。（2）圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)在窗墻比不變的條件下：耗熱量指標(biāo)隨著傳熱系數(shù)下降而降低。（3）窗墻面積比窗墻比越大越不節(jié)能（4）樓梯間設(shè)計形式多層住宅樓梯間采用敞開式的有門窗的樓梯間，其耗熱量指標(biāo)上升10%-20%2024/8/2745（5）換氣次數(shù)提高門窗的氣密性，換氣次數(shù)由0.8次/h降至0.5次/h，耗熱量指標(biāo)可降低10%左右。（6）朝向多層住宅東西朝向時比南北朝向時，其耗熱量指標(biāo)約增加5.5%（7）高層住宅層數(shù)在10層以上的住宅耗熱量指標(biāo)趨于穩(wěn)定。影響建筑物耗熱量指標(biāo)的幾個因素2024/8/27462.6建筑物耗熱量指標(biāo)計算建筑物耗熱量指標(biāo)計算公式——建筑物耗熱量指標(biāo)（W/m2）——折合到單位建筑面積通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量（W/m2）——折合到單位建筑面積的空氣滲透耗熱量（W/m2）——折合到單位建筑面積的內(nèi)部得熱量（W/m2）（炊事、照明、家電、人體散熱等）2024/8/2747計算公式——折合到單位建筑面積上單位時間通過墻的傳熱量（W/m2）——折合到單位建筑面積上通過屋頂?shù)膫鳠岷臒崃浚╓/m2）——折合到單位建筑面積上的通過地面的傳熱量（W/m2）——折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過門、窗的傳熱量（W/m2）折合到單位建筑面積上通過建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量——折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)非采暖封閉陽臺的傳熱量（W/m2）2024/8/2748——折合到單位建筑面積上單位時間通過墻的傳熱量（W/m2）——室內(nèi)計算溫度，取18℃——采暖期室外平均溫度，℃——外墻傳熱系數(shù)修正系數(shù)——外墻平均傳熱系數(shù)W/(m2﹒K)——外墻的面積m2——建筑面積m22024/8/2749

單位面積墻傳熱量單位面積屋頂傳熱量單位面積地面?zhèn)鳠崃繂挝幻娣e門窗傳熱量單位面積封閉陽臺傳熱量2024/8/2750計算公式——空氣比熱容，取2.8（W·h/kg·K）——空氣密度（kg/m3）——換氣次數(shù)——換氣體積（m3）折合到單位建筑面積上的空氣滲透耗熱量2024/8/2751ThankYou!

2024/8/27524）實行供冷暖的分戶熱計量1、提高節(jié)省意識2、同一戶型供熱量不一定一樣2024/8/2753窗的傳熱耗熱量和滲透耗熱量占建筑全部耗熱量的50%，由此可見窗是耗熱量較大的構(gòu)建，是節(jié)能的重點部位。

一方面：改善建筑物窗戶的保溫