建筑節(jié)能設計原理

建筑節(jié)能設計原理第1頁/共52頁2023/4/42第二章主要內容2.1建筑熱工設計分區(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空調建筑節(jié)能原理2.5建筑物耗熱量指標2.6建筑物耗熱量指標計算2.7建筑節(jié)能評價計算第2頁/共52頁2023/4/43氣候我國幅員遼闊，氣候類型多樣，但受東亞季風影響，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建筑熱工設計分區(qū)與建筑能耗2.1.1建筑熱工設計分區(qū)第3頁/共52頁2023/4/44建筑熱工設計分區(qū)嚴寒地區(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)嚴寒地區(qū)寒冷地區(qū)嚴寒地區(qū)第4頁/共52頁2023/4/45分區(qū)名稱嚴寒地區(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

主要指標最冷月平均溫度《﹣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℃輔助指標日平均溫度《5℃的天數》145d日平均溫度《5℃的天數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100~200d日平均溫度《5℃的天數0~90d

設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)應注意冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱第5頁/共52頁2023/4/462.2不同熱工分區(qū)下的建筑節(jié)能設計原理2.2.1嚴寒與寒冷地區(qū)嚴寒與寒冷地區(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?？梢詫崿F的采暖節(jié)能的技術途徑：（1）改進圍護結構的保溫性能；（2）推廣各類通風換氣窗，實現可控的通風換氣，減少熱量損失（3）改善采暖的末端調節(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)展熱電聯產設計要點：必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季放熱第6頁/共52頁2023/4/472.2.2夏熱冬冷地區(qū)2.2.2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，隨著經濟的發(fā)展和生活水平的提高，采暖空調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逐漸普及。住宅用于采暖空調的比例不斷上升設計要點：首先保證夏季隔熱，兼顧冬季防寒第7頁/共52頁2023/4/48夏季隔熱設計：由于夏季太陽輻射強，持續(xù)時間久。因此要特別強調外窗遮陽、外墻和屋頂隔熱設計。優(yōu)化屋頂和東、西墻的保溫隔熱效果。第8頁/共52頁2023/4/49窗墻比：部分地區(qū)室外風小，陰天多，所以要從提高住宅日照，促進通風，增加太陽輻射，可以適當提高窗墻比。但是對于夏熱冬冷氣候條件不同的地區(qū)，不有當地不同季節(jié)的室外平均風速不同，因此在進行窗墻比優(yōu)化設計時要注意靈活調整。例如：上海、南京、合肥等，冬季風速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冬季防寒設計第9頁/共52頁2023/4/4102.2.3夏熱冬暖地區(qū)典型城市：廣州、?？凇⑾愀鄱荆号筒恍枰┡募荆禾栞椛鋸娏?，室外平均溫度高設計要點：隔熱、遮陽、通風設計非常重要在過去：廣州地區(qū)傳統(tǒng)建筑沒有降溫手段，比較重視通風和遮陽。室內層高較高，外墻厚度370mm，屋面采用一定形式的隔熱?，F在：空調已經成為居民住宅降溫的主要手段。第10頁/共52頁2023/4/411第11頁/共52頁2023/4/4122.2.4溫和地區(qū)典型城市：昆明、貴陽氣候特點：四季如春第12頁/共52頁2023/4/413采暖空調能耗的幾個方面1）圍護結構的保溫（2.3、2.4節(jié)要講）2）冷熱源設備的選用3）實現經濟運行4）實行供冷暖的分戶熱計量5）發(fā)展建筑物蓄冷空調和蓄熱空調6）建筑物分布式能源系統(tǒng)2.3、2.4導論采暖空調節(jié)能設計第13頁/共52頁2023/4/4142）冷熱源設備的選用第14頁/共52頁2023/4/415第15頁/共52頁2023/4/416Cop=2.6-3.4cop=4-8冷源設備第16頁/共52頁2023/4/417熱源設備第17頁/共52頁2023/4/418熱用戶燃煤、燃氣鍋爐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）第18頁/共52頁2023/4/419熱泵的能量利用系數高直接電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）廣泛采用熱泵技術第19頁/共52頁2023/4/4203）實現經濟運行設計和運行兩方向著手，另外加強運行人員的培訓與管理設計的機組不要太大風機盤管清理過濾等、過渡季節(jié)盡量不運行第20頁/共52頁2023/4/4214）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第21頁/共52頁2023/4/4225）發(fā)展建筑物蓄冷空調和蓄熱空調避開高峰電價，利用低谷廉價電制冷或制熱冰蓄冷中央空調可以減緩用電高峰緊張，比常規(guī)空調系統(tǒng)每年節(jié)約運行費用10%-30%第22頁/共52頁2023/4/4236）建筑物分布式能源系統(tǒng)第23頁/共52頁2023/4/4242.3采暖居住建筑節(jié)能基本原理和節(jié)能途徑2.3.1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）對室內的熱環(huán)境和空氣質量的要求高3）由于建筑設計的多樣化，新建居住建筑的體型系數逐漸增大。由原理的0.3-0.35左右。體形系數：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第24頁/共52頁2023/4/425體形系數越大，越不利于節(jié)能第25頁/共52頁2023/4/4262.3.2采暖居住建筑的能耗構成1）建筑耗熱量主要由通過圍護結構的傳熱耗熱量構成，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%；第26頁/共52頁2023/4/427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)能的關鍵措施。

另一方面：對室內的換氣次數有明顯標準，加強窗戶的氣密性的同時要兼顧換氣次數。適當使用機械排風裝置。其次是外墻的保溫設計也是關鍵2.3.2采暖居住建筑的能耗構成第27頁/共52頁2023/4/428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）保證圍護結構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2.3.3采暖居住建筑節(jié)能基本原理第28頁/共52頁2023/4/429具體冬季保暖措施：1）建筑群的規(guī)劃設計，單體建筑的平面、立面設計和門窗的設計應保證在冬季有效地日照并避開主導風向。2）盡量減小體型系數，平面、立面不宜出現過多的凹凸面3）建筑北側布置次要房間，北向窗戶的面積要盡量小，同時適當控制東西朝向的窗墻比和單窗尺寸。4）加強維護結構保溫能力，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，加強熱網供熱的調控能力。第29頁/共52頁2023/4/4302.4空調建筑節(jié)能原理2.4.1影響空調負荷的主要因素1）圍護結構的熱阻和蓄熱性能應采用熱阻較大，蓄熱能力較小的輕質圍護結構，以及內保溫的構造有利于節(jié)能。2）房間朝向和蓄熱能力無論圍護結構熱阻和蓄熱能力如何，頂層及東西向房間的空調負荷都大于南北向房間。因此將空調房間避開頂層設置以及減少東西向空調房的設計。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。第30頁/共52頁2023/4/4312.4.2空調建筑節(jié)能基本原理空調建筑得熱三種途徑：1）太陽輻射通過窗戶進入室內構成太陽輻射得熱2）圍護結構傳熱得熱3）門窗縫隙空氣滲透得熱設計日負荷：專指在空調室內外設計條件下，空調逐小時冷負荷的峰值。運行負荷：夏季空調運行期間為了維持室內恒定的設計溫度，需要由空調設備從室內除去的熱量。第31頁/共52頁2023/4/432根據空調建筑物夏季得熱途徑，總結出以下節(jié)能設計要點：1）空調建筑應盡量避免東西朝向或東西向窗戶，以減少太陽直射得熱2）空調房應集中布置，上下對齊。溫濕度要求相近的空調房間宜相鄰布置3）空調房間應避免布置在轉角處，有伸縮縫處及頂層。必須布置在頂層時應有良好的隔熱措施4）在滿足功能要求的前提下，空調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建。6）外窗氣密性等級不應低于《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）圍護結構的傳熱系數應符合節(jié)能標準中規(guī)定的要求8）間歇使用的空調建筑，其外圍護結構內側和內圍護結構宜采用厚重材料。第32頁/共52頁2023/4/433建筑圍護結構節(jié)能圍護結構的節(jié)能是指減少圍護結構各部位（屋頂、墻壁、地面、門窗）與外界的熱傳遞，從而提高居住環(huán)境質量。1）屋頂的絕熱屋頂絕熱就是設法力求減少混凝土受太陽輻射后的蓄熱量。第33頁/共52頁2023/4/434（1）墻體受太陽輻射的影響，產生蓄熱（2）墻體也會產生很大的熱應力，如果墻體外側不采取絕熱，混凝土墻體就可能產生很大的彎曲應力。2）墻壁的絕熱第34頁/共52頁2023/4/4353）地面的絕熱地面溫度高于地下土壤時，熱流便由室內傳入土壤中去，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?。?5頁/共52頁2023/4/436我國建筑門窗行業(yè)應重點開發(fā)推廣的八項技術：（1）建筑門窗和建筑幕墻周邊高性能密封技術4）門窗的絕熱第36頁/共52頁2023/4/437（2）高性能中空玻璃和經濟型雙玻系列傳品工藝技術。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，可能會導致灰塵、水等進入兩片玻璃之間。結晶態(tài)鋁硅酸鹽礦物球粒第37頁/共52頁2023/4/438（3）鋁合金專用型材及鍍鋅彩板專用異型材料的絕熱技術。（4）復合型門窗專用材料開發(fā)和推廣應用技術第38頁/共52頁2023/4/439（5）門窗窗型及幕墻保溫隔熱技術。（6）門窗和幕墻成套技術。（7）可再生能源開發(fā)及利用技術。第39頁/共52頁2023/4/440第40頁/共52頁2023/4/4412.5建筑物耗熱量指標建筑耗熱量：指采暖建筑在一個采暖期內，為了保持室內計算溫度由室內采暖設備供給建筑物的熱量，單位是KW·h/a。建筑物耗熱量指標：指在采暖期室內外平均溫度條件下，采暖建筑為了保持室內計算溫度，單位建筑面積在單位時間內消耗的由采暖設備供給的熱量，單位是W/m2。是評價建筑物能耗水平的一個重要指標。也是評價采暖居住建筑節(jié)能設計的一個綜合指標。2.5.1建筑物耗熱量與建筑物耗熱量指標第41頁/共52頁2023/4/442供熱系統(tǒng)提供的熱量=建筑物耗熱量指標×面積×時間建筑物耗熱量指標與采暖期室外平均溫度有關，而與采暖期天數無關。所以就直接與建筑物耗熱量指標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年住宅通用設計，4個單元樓6層樓，體型系數0.3左右，即基準建筑。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標準：節(jié)能65%進行建筑設計時，建筑物耗熱量指標是一個非常重要的衡量節(jié)能效果的指標。第42頁/共52頁2023/4/4432.5.2建筑物耗熱量指標與采暖設計熱負荷指標采暖設計熱負荷指標：指在采暖室外計算溫度條件下，為了保持室內計算溫度，單位建筑面積在單位時間內需有鍋爐房或其他供熱設施供給的熱量。單位是W/m2。這個指標是在冬季最不利氣象條件下設計確定采暖設備容量的一個重要指標。分析比較兩指標：耗熱量指標：建筑物在一個采暖季節(jié)中好熱強度的平均值。熱負荷指標：建筑物在一個采暖季節(jié)耗熱強度的最大極限設計值。第43頁/共52頁2023/4/4442.5.3影響建筑物耗熱量指標的幾個因素（1）體型系數能耗隨著體型系數的增大而增大，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要相對大一些。（2）圍護結構的傳熱系數在窗墻比不變的條件下：耗熱量指標隨著傳熱系數下降而降低。（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，其耗熱量指標上升10%-20%第44頁/共52頁2023/4/445（5）換氣次數提高門窗的氣密性，換氣次數由0.8次/h降至0.5次/h，耗熱量指標可降低10%左右。（6）朝向多層住宅東西朝向時比南北朝向時，其耗熱量指標約增加5.5%（7）高層住宅層數在10層以上的住宅耗熱量指標趨于穩(wěn)定。2.5.3影響建筑物耗熱量指標的幾個因素第45頁/共52頁2023/4/4462.6建筑物耗熱量指標計算2.6.1建筑物耗熱量指標計算公式——建筑物耗熱量指標（W/m2）——折合到單位建筑面積通過圍護結構的傳熱耗熱量（W/m2）——