民用建筑节能检测技术应用研究

民用建筑节能检测技术应用研究Application Research on Energy Efficiency Testing Technology in Civil Buildings天津大学环境科学与工程学院二零一零年八月中文摘要随着我国经济总量的持续稳步增长，能源供需矛盾日益凸显，现已演变成为制约我国经济持续健康发展的瓶颈。1978 年开始，建筑业尤其是居住建筑业，便迅速发展成为我国经济发展的支柱产业之一。目前我国建筑用能已经超过全国能源消费总量的 1/4，并将随着人民生活水平的提高逐步增加到 1/3，这将势必严重影响我国经济和社会发展战略目标的实现。因此，本课题研究的目的是，建立建筑节能检测标准和节能建筑评价方法，并通过对建筑物围护结构的热工性能、气密性检测、分析与评价，逐步完善建筑节能技术，促进居住建筑的合理设计和施工，确保建筑节能质量，维护投资、设计、施工和产权人(或使用人)的合法权益。本文以应用研究为主，通过建筑节能检测技术对实际工程进行测试，总结验证了现有建筑节能检测技术的有效性和适用性，阐述了其检测流程和步骤；从理论上建立了围护结构传热的数学模型，分别研究了传热系数的测试方法，热流计法和热箱法，以及如何利用动态法，分析围护结构的动态性能；结合工程实例分析研究了居住建筑和公共建筑室内平均温度、湿度的检测方法、原则和注意事项，外围护结构热工缺陷检测方法、流程及热工缺陷合格判定原则，外围护结构隔热性能检测方法、原则及判定原则，外窗窗口气密性能检测步骤、检测要求以及如何利用鼓风门法检测建筑围护结构整体气密性能，外围护结构热桥部位内表面温度检测方法和要求；以现场测试为基础，通过分析现场测量传热系数的原理、方法和步骤，证明了采用热流计法检测建筑物围护结构传热系数在秋、冬和春季的可行性，并总结出该方法的限定条件；阐述了建筑节能评价的重要性并建立了评价方法，并从节能角度出发，对建筑物围护结构的形式和材料提出要求；采用热流计法和红外热像仪相结合的方法，判断被测建筑物的耗能水平、节能情况，总结研究了红外热像仪的使用事项。关键词：建筑节能，检测技术，评价方法ABSTRACTAs economic output keeping growing steadily in China, energy shortage becomes more and more obvious, which has evolved as a constraint to sustainable and healthy development. As of 1978, construction, especially residential construction industry, has quickly become one of pillar industries for economic development. However, energy consumption of construction has been more than 1/4 of total energy consumption in China, and would been up to 1/3 with the improvement of living standard, which seriously affects Chinas economic and social development. Therefore, the objective of research is to establish testing standard of building energy efficiency and evaluation methodology, and through analysis of building envelope thermal performance and gas tightness detection, to perfect technology of building energy efficiency and promote rational design and construction of building, thus ensuring building energy efficiency quality, maintenance, investment and construction.Mainly in application study, this paper verifies the validity and applicability of existing detection technology of building energy efficiency through testing on actual project, and presents testing processe and procedure; from the view of theory, Establishs mathematical model of building envelope heat transfer and testing method of heat trasnsfer coefficient; researchs how to analyze dynamic property of building envelop using dynamic method, indoor temperature and humidity testing method, principle and consideration respectively in residential and public buildings; introduces detection methods and processes of building thermal defect; illustrates detection methods of thermal insulation performance of external envelope and shows its judging principle; studies gas tightness detection process, requirement of outer window, and how to use blast method to detect tightness performance of the overall building envelope; introduces testing method and requirement of inner surface temperature of thermal bridge; on the basis of field test, by analyzing method and process of field testing heat transfer coefficient, proves feasibility of heat flow meter method in fall, winter and spring, and summarizes limited conditions of the method; describes the importance of building energy efficiency evaluation and Establishs evaluation methodology, and from view of energy, explains the requirements to building structure and meterial; by the method of combining heat flow meter and thermal infrared imager, determines the level of building energy consumption and energy conservation, and summarizes attention items of thermal infrared imager.KEY WORDS: Building Energy Efficiency, Testing Technique, Evaluation Methodology 目 录第一章 绪论 .11.1 我国能源结构现状 .11.2 我国建筑节能技术研究现状 .41.3 主要研究内容 .7第二章 建筑节能检测技术 .82.1 围护结构传热性能检测 .82.1.1 围护结构传热数学模型 .82.1.2 围护结构传热系数测试方法 .102.2 室内平均温度、湿度检测 .252.2.1 居住建筑室内平均温度检测方法 .262.2.2 公共建筑室内平均温度、湿度检测方法 .272.3 外围护结构热工缺陷 .312.3.1 外围护结构热工缺陷检测方法 .312.3.2 围护结构热工缺陷合格判定 .362.3.3 工程案例 .362.4 外围护结构隔热性能 .382.4.1 外围护结构隔热性能检测方法 .382.4.2 围护结构隔热性能判定 .402.5 建筑外围护结构气密性能 .402.5.1 外窗窗口气密性能检测方法 .412.5.2 建筑外围护结构整体气密性能检测方法 .462.6 外围护结构热桥部位内表面温度 .492.6.1 外围护结构热桥部位内表面温度检测方法 .492.6.2 工程案例 .502.7 本章小结 .51第三章 天津地区住宅建筑节能检测与评价研究 .523.1 研究目的 .523.2 非采暖季节现场检测方法的分析研究 .533.2.1 现场检测方法 .533.2.2 建筑物围护结构热工性能检测和检查 .583.2.3 建筑物围护结构热工性能评价 .603.3 本章小结 .64第四章 建筑物围护结构保温性能分析判断法研究 .654.1 研究背景、方法和意义 .654.1.1 研究背景 .654.1.2 研究方法 .664.1.3 研究意义 .664.2 华厦津典项目节能检测 .664.2.1 项目概况 .664.2.2 围护结构热工性能检测与评价 .674.2.3 室内外参数检测 .674.2.4 采暖期耗热量指标 .684.2.5 热桥部位内表面温度检测 .694.2.6 建筑物热工缺陷检测 .704.2.7 华厦津典项目热图像分析 .714.3 第六田园项目节能检测 .724.3.1 项目概况 .724.3.2 围护结构热工性能检测与评价 .724.3.3 室内外参数检测 .754.3.4 采暖期耗热量指标 .754.3.5 热桥部位内表面温度检测 .764.3.6 建筑物热工缺陷检测 .774.3.7 建筑物外部红外热图像分析 .774.3.8 第六田园项目热图像分析 .774.4 其它检测结果 .784.4.1 外墙传热系数、外表面温度及室外温度检测 .784.4.2 热桥部位对外墙热工性能影响分析 .804.5 本章小结 .80第五章 结论和展望 .825.1 结论 .825.2 展望 .83参考文献 .85发表论文和参加科研情况说明 .87致 谢 .88第一章 绪论1第一章 绪论1.1 我国能源结构现状中国正处在工业化的加速阶段，面临着能源安全和环境保护的双重压力。1980-2000 年，中国 GDP 年均增长率高达 8%-10%，同时中国能源消费规模急剧扩大，2000 年已达到了 13.03 亿吨标准煤，中国目前已经成为继美国之后的第二大能源消费国。长期来看，国内人均能源资源占有不足，煤炭、石油、天然气的人均占有量分别是世界平均水平的 55%、11%和 4%。由于人口基数大、起点低，随着人均收入水平的提高，能源的需求将对国内供应能力形成巨大的压力。表 1.1-1 为世界能源署对中国的一次能源需求总量的预测 1，表 1.1-2 为美国能源信息署对 2002-2025 年中国能源消费及结构的预测。另一方面，由能源消耗所导致得环境污染严重、生态破坏加剧的趋势尚未得到有效控制。提高能源利用效率，是减少资源消耗、保护环境的最有效途径之一，也是走新型工业化道路的重要内容，是保障国家经济安全和长远发展的重大战略措施。燃料的大量使用所带来的环境问题在中国也已经变的越来越严重。与能源有关的硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物和颗粒物的排放污染已使城市的空气质量严重下降。工业活动的扩大也使农村的空气质量下降。目前，我国SO2 排放量居世界第一位，酸雨的覆盖面积已超国土面积的 30%，CO 2 的排放量占全球总排放量的 13%，居世界第二。燃煤造成的 SO2、CO 2、NO 及 TSP 的排放量分别约占 85%、60%和 70%，这对我们赖以生存的环境造成了极大的威胁。其中，煤炭燃烧是环境和室内空气污染物的主要来源，因为煤炭属于非清洁能源，是形成环境污染的一个极为不利的因素，所以煤炭消费在一次能源消费结构中所占的比例高势必对环境造成越来越大的压力，在我国目前主要的大气环境污染物中，一半以上来自煤炭 2。表 1.1-1 中国的一次能源需求总量(百万吨油当量)名称 1971 年 2000 年 2010 年 2030 年煤炭 192 659 854 1278石油 43 236 336 578天然气 3 30 57 151核电 0 4 23 63第一章 绪论2水电 3 19 29 54其它可再生能源 0 1 4 9一次能源需求总量 241 950 1302 2133资料来源：国际能源署“世界能源展望” ，中国石化出版社。表 1.1-2 2002-2025 年中国能源消费及结构(能源消费量 1015 Btu)名称 2002 年 2010 年 2015 年 2020 年 2025 年石油 10.6 18.9 21.9 25.3 29.2天然气 1.3 3.1 4.0 4.9 7.6煤炭 27.9 45.1 53.0 59.6 63.6核能 0.2 0.7 1.4 1.7 2.1可再生能源 3.1 5.2 5.7 6.2 6.7总量 43.1 73.0 86.0 97.7 109.2能源消费结构（% ）石油 24.5 25.8 25.4 25.9 26.7天然气 3.0 4.2 4.6 5.0 7.0煤炭 64.6 61.7 61.6 61.0 58.2核能 0.5 1.0 1.6 1.7 1.9可再生能源 7.2 7.1 6.6 6.3 6.1资料来源：美国能源信息署编著“国际能源展望” ，中国科学出版社。注：Btu 为英热单位，1Btu=1055J在进行能源统计时，一般按照四个部门分别统计：即工业、交通、商用和居民。一般可以把商用和居民两项作为建筑能耗看待。在我国建筑总能耗中，北方城镇建筑采暖和农村生活用煤约为 1.6 亿吨标煤/ 年，占我国煤产量的14；建筑用电和其它类型的建筑用能(炊事、照明、家电、生活热水等)折合为电力，总计约为 5500 亿度/年，占全国社会终端电耗的 2729。因此，降低建筑能耗是节能工作中最重要的任务之一。总的来说，我国建筑能耗状况可以概括为：北方建筑采暖能耗高，占能耗总量大；住宅与一般公共建筑与发达国家相比能耗尚处在较低水平，但目前呈增长趋势；大型公共建筑能耗浪费严重，节能潜力大。我国建筑节能的重点应为：建筑本体的节能、采暖系统节能、提高照明和其它电器的效率、大型公共建筑的节能。通过这四方面的努力，有可能使我国单位建筑面积平均能耗降低3040，这意味着建筑节能有可能使我国总的能源需求量相对降低 10 3。第一章 绪论3一