建筑节能理论

1、第二讲第二讲 建筑节能理论建筑节能理论 案例分析案例分析1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 严寒、寒冷地区主要包括东北、华北和西北地区，累严寒、寒冷地区主要包括东北、华北和西北地区，累年日平均温度低于或等于年日平均温度低于或等于55的天数，一般都在的天数，一般都在9090天以上天以上，最长的满洲里达到，最长的满洲里达到211211天，面积占国土面积天，面积占国土面积70%70%。 1.1 1.1 城镇供暖居住建筑城镇供暖居住建筑范围范围和基本特点和基本特点 包括城镇住宅（包括城镇住宅（92%92%）+ +集体宿舍、招待所、宾馆、托集体宿舍、招待所、宾馆、托幼建筑等（幼建

2、筑等（8%8%） 供暖特指集中供暖，由分散锅炉房、小区锅炉房和城供暖特指集中供暖，由分散锅炉房、小区锅炉房和城市热网等热源，通过管道向建筑物供热的供暖方式。市热网等热源，通过管道向建筑物供热的供暖方式。 对暂时没有条件设置供暖的居住建筑，围护结构也应对暂时没有条件设置供暖的居住建筑，围护结构也应参照节能建筑的理论进行。参照节能建筑的理论进行。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.1 1.1 城镇供暖居住建筑范围和城镇供暖居住建筑范围和基本特点基本特点 昼夜连续使用；昼夜连续使用； 对室内热环境和空气品质有较高要求，都设计安装对室内热环境和空气品质有较高要求，都设计安装

3、有供暖设备及通风换气装置；有供暖设备及通风换气装置； 冬季，住宅室温控制在冬季，住宅室温控制在1616 1818，旅馆、招待所，旅馆、招待所客房在客房在2020 2222； 体型系数多在体型系数多在0.30.350.30.351、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.2 1.2 城镇供暖居住建筑的城镇供暖居住建筑的供暖能耗供暖能耗组成组成 供暖能耗：供暖能耗：是指在一个供暖期内，为维持室内热是指在一个供暖期内，为维持室内热湿环境所需要的，并由供暖设备系统提供的能量。湿环境所需要的，并由供暖设备系统提供的能量。 供暖能耗供暖能耗 = = 室内供暖设备供给的热量（建筑本身室内

4、供暖设备供给的热量（建筑本身的能耗）的能耗）+ + 设备和管网的耗热量设备和管网的耗热量 + + 余热、废热及自余热、废热及自然体的得热然体的得热（注：供（采）暖期指室外日均气温低于（注：供（采）暖期指室外日均气温低于5、需由室内、需由室内采暖设备提供热量以保证室内热环境要求的时期。）采暖设备提供热量以保证室内热环境要求的时期。）1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 （1 1） 建筑本身的耗热量组成建筑本身的耗热量组成 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑外围护结构传热耗热量外围护结构传热耗热量（70%80%） 外墙：外墙： 23%34%23%34%

5、 窗户：窗户： 23%25%23%25% 楼梯间隔墙：楼梯间隔墙： 6%11%6%11% 屋顶：屋顶： 7%8%7%8% 阳台门下部：阳台门下部： 2%3%2%3% 户门：户门： 2%3%2%3% 地面：地面： 2%2%缝隙空气渗透耗热量缝隙空气渗透耗热量（20%30%）建筑物耗热量建筑物耗热量组成组成 窗户加空气渗透，约占总耗热量的窗户加空气渗透，约占总耗热量的50%，因此窗户是建筑节能的重点。，因此窗户是建筑节能的重点。 （2 2）供暖设备和管网耗热量组成）供暖设备和管网耗热量组成 锅炉及附属设备的运行效率：锅炉及附属设备的运行效率：0.550.770.550.77 室外管网的输送效率为室

6、外管网的输送效率为0.850.900.850.90 剩余的有效热能供给建筑物，成为供暖热量。剩余的有效热能供给建筑物，成为供暖热量。（3 3）其他热量组成：室内人体、家电设施；太阳）其他热量组成：室内人体、家电设施；太阳辐射得热辐射得热 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 【讨论讨论】 影响供暖居住建筑耗热量的因素有哪些？影响供暖居住建筑耗热量的因素有哪些？ 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3 1.3 供暖居住建筑节能设计的供暖居住建筑节能设计的基本原理基本原理和途径和途径 供暖居住建筑在冬季为了获得适于居住生活的室供暖居住建筑在冬季为了

7、获得适于居住生活的室内温度，必须有持续稳定的得热途径。当建筑物的内温度，必须有持续稳定的得热途径。当建筑物的总得热量与总失热量达到平衡时，室内温度才是稳总得热量与总失热量达到平衡时，室内温度才是稳定的。定的。 节能的基本原理是：节能的基本原理是： 最大限度地争取得热，最低限度地向外散热最大限度地争取得热，最低限度地向外散热1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3 1.3 供暖居住建筑节能设计的基本原理和供暖居住建筑节能设计的基本原理和途径途径 途径：途径： 通过有效的组团规划、单体设计，在通过有效的组团规划、单体设计，在朝向、朝向、间距、体形间距、体形上保证建筑物接受

8、太阳辐射面积最大；上保证建筑物接受太阳辐射面积最大； 减少建筑物的减少建筑物的体形系数及外表面积体形系数及外表面积，加强，加强围围护结构保温护结构保温，以减少传热耗热量；，以减少传热耗热量； 提高门窗的气密性和保温性，减少其传热耗提高门窗的气密性和保温性，减少其传热耗热量；热量； 改善供暖供热系统的设计和运行管理，提高锅炉的运行效率，加强供热管线的保温，和供热调控能力。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑通过对阴影显示帮助通过对阴影显示帮助了解建筑之间的遮挡了解建筑之间的遮挡情况。情况。 1.3.1 1.3.1 争

9、取日照争取日照 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.1 1.3.1 争取日照争取日照 “太阳窗太阳窗”的概念的概念1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.1 1.3.1 争取日照争取日照 冬至日，从早上冬至日，从早上9 9点到下午点到下午3 3点，太阳光照射的点，太阳光照射的轨迹构成了一个圆锥面，这个锥面称为轨迹构成了一个圆锥面，这个锥面称为太阳能采集太阳能采集边界边界。在这个边界范围内的任何物体，在冬天都会。在这个边界范围内的任何物体，在冬天都会阻挡照向房屋的阳光。阻挡照向房屋的阳光。 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区

10、供暖居住建筑 1.3.1 1.3.1 争取日照争取日照 如果只有屋顶需要阳光照射，就把太阳能采如果只有屋顶需要阳光照射，就把太阳能采集边界的起点提高到屋顶的高度。集边界的起点提高到屋顶的高度。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.1 1.3.1 争取日照争取日照 如果房屋南向种植落如果房屋南向种植落叶树木，冬天落叶，夏天叶树木，冬天落叶，夏天遮荫，那就要好好斟酌太遮荫，那就要好好斟酌太阳能采集器的位置。阳能采集器的位置。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.2 1.3.2 保温体形保温体形 从保温方面考虑体形，通常采取扩大受热面、整从

11、保温方面考虑体形，通常采取扩大受热面、整合体块和减少体形系数等方法，以最大获取太阳合体块和减少体形系数等方法，以最大获取太阳能，同时减少热损失。能，同时减少热损失。 从太阳能利用角度考虑，如果吸收的太阳辐射热从太阳能利用角度考虑，如果吸收的太阳辐射热量大于向外散失的热量，则这部分量大于向外散失的热量，则这部分“盈余盈余”热量热量能够补偿其他外界面的热损失。能够补偿其他外界面的热损失。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.2 1.3.2 保温体形保温体形 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.2 1.3.2 保温体形保温体形 年采暖能耗

12、年采暖能耗3491kWh/a3491kWh/a年采暖能耗年采暖能耗597kWh/a597kWh/a年采暖能耗年采暖能耗409kWh/a409kWh/a 利用太阳能住宅取暖的建筑体形不是以外表面面积越小越好来评利用太阳能住宅取暖的建筑体形不是以外表面面积越小越好来评价，而是以南墙面足够大，其他外表面尽可能小为标准来评价。价，而是以南墙面足够大，其他外表面尽可能小为标准来评价。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.3 1.3.3 有利避风的建筑形态有利避风的建筑形态 如图：不同体形建筑周围风环境分析如图：不同体形建筑周围风环境分析（1 1）风在条形建筑背面边缘形成涡流

13、）风在条形建筑背面边缘形成涡流（2 2）在）在L L形建筑中，形建筑中，c c、d d两种布局形式对防风有利。两种布局形式对防风有利。（3 3）在半封闭的）在半封闭的U U形建筑中，形建筑中，e e的布局形式对防风有利的布局形式对防风有利（4 4）在全封闭建筑中有开口时，开口不宜朝向冬季主导风向，）在全封闭建筑中有开口时，开口不宜朝向冬季主导风向，且开口不宜过大且开口不宜过大（5 5）当建筑物外墙转角由直角改成圆角时，有利于消除风涡）当建筑物外墙转角由直角改成圆角时，有利于消除风涡流。流。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.4 1.3.4 温度分区温度分区 人们

14、对各种房间的使用要求及在室内活动情况不人们对各种房间的使用要求及在室内活动情况不同，因而对各房间室内热环境的需求也各异。在同，因而对各房间室内热环境的需求也各异。在设计中针对热环境的需求，提出设计中针对热环境的需求，提出“温度分区法温度分区法”概念。即将主要空间设置在南面或东南面，充分概念。即将主要空间设置在南面或东南面，充分利用太阳能，保持室内较高的温度，把热环境要利用太阳能，保持室内较高的温度，把热环境要求较低的辅助房间如厨房、过厅等布置在较易散求较低的辅助房间如厨房、过厅等布置在较易散失能源的北面，并适当减少北墙的开窗面积。失能源的北面，并适当减少北墙的开窗面积。实践证明这一种有效的、又

15、不会增加投资的节能实践证明这一种有效的、又不会增加投资的节能设计方法。设计方法。1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.4 1.3.4 温度分区温度分区 对建筑物平面进行温度分区的方式主要有以下几对建筑物平面进行温度分区的方式主要有以下几种：种： 围合法围合法 半封闭法半封闭法 “三明治法三明治法” 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.5 1.3.5 增加门窗气密性增加门窗气密性 窗框、窗扇等部位采取密封处理；窗框、窗扇等部位采取密封处理； 减少开启窗扇，采用固定窗，以缩短开窗的缝长；减少开启窗扇，采用固定窗，以缩短开窗的缝长；平开窗

16、好于推拉窗；平开窗好于推拉窗； 将窗户的换气功能分离，采用专门的通风器，通将窗户的换气功能分离，采用专门的通风器，通过有组织、可控制的通风方式来保证室内新风量过有组织、可控制的通风方式来保证室内新风量的要求。的要求。 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.3.5 1.3.5 增加门窗气密性增加门窗气密性 1.4 1.4 供暖居住建筑供暖居住建筑耗热量指标耗热量指标的计算的计算 耗耗热热量指标：量指标： 按照冬季或采暖期室内热环境设计标准和设定的室外按照冬季或采暖期室内热环境设计标准和设定的室外计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需计算条件，计算出的单位建筑

17、面积在单位时间内消耗的需由室内采暖设备提供的热量由室内采暖设备提供的热量q qH H，单位，单位W/mW/m2 2. . q qH H 建筑物耗热量指标（建筑物耗热量指标（ W/mW/m2 2 ） q qH.TH.T 单位建筑面积的通过建筑外围护结构的传热单位建筑面积的通过建筑外围护结构的传热耗热量（耗热量（ W/mW/m2 2 ） q qINFINF 单位建筑面积的空气渗透耗热量（单位建筑面积的空气渗透耗热量（ W/mW/m2 2 ） q qI.HI.H 单位建筑面积的建筑物内部得热量单位建筑面积的建筑物内部得热量（ W/mW/m2 2 ），住宅取），住宅取3.8 W/m3.8 W/m2 2

18、 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.4 1.4 供暖居住建筑供暖居住建筑耗热量指标耗热量指标的计算的计算 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑算；包线围成面积的总和计建筑面积，按各层外墙围护结构面积；围护结构传热系数；定选取；节能设计标准有关规正系数，按民用建筑围护结构传热系数的修可查下表；采暖期室外平均温度，筑取温度，采暖地区住宅建全部房间平均室内计算0001TH,F.C16/ )(qAKttAFKttiiieimiiiiei地名北京呼和浩特沈阳长春哈尔滨西安兰州乌鲁木齐te-1.6-6.2-5.7-8.3-10.00.9-2.8-8.5部

19、分城市采暖期室外平均温度（部分城市采暖期室外平均温度（） 1.4 1.4 供暖居住建筑供暖居住建筑耗热量指标耗热量指标的计算的计算 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑2I.H330INF/8 . 3qV/5 . 0/)/(28. 0/ )(qmWmNtmkgKkgJCAVNCtteei验数据选取，为的计算：按实测所得经计标准规定选取。按民用建筑节能设换气体积，小时；次换气次数，住宅建筑取条件下的数值；，取空气密度，；空气比热容，取 1.4 1.4 供暖居住建筑供暖居住建筑耗热量指标耗热量指标的计算的计算 耗耗煤煤量指标：量指标： 供暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算

20、温度，供暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个供暖期内消耗的标准煤量，单位建筑面积在一个供暖期内消耗的标准煤量，kg/mkg/m2 2. . qC 建筑物耗量指标（ kg/m2 ） qH - 建筑物耗热量指标（ W/m2 ） Z 供暖天数（d）,按标准选取 HC 标准煤热值 8.14x103 J/kg1 室外管网运行效率，0.85（节能前），0.9（节能后） 2 锅炉运行效率， 0.9（节能前），0.68（节能后） 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑21Hc/q24qcHZ 1.4 1.4 供暖居住建筑供暖居住建筑耗热量指标耗热量指标的计算的计算

21、 耗热量、耗煤量指标允许值耗热量、耗煤量指标允许值 【q qH H】、【q qC C】 供暖居住建筑的节能控制：供暖居住建筑的节能控制： q qH H 【q qH H】 q qC C 【q qC C】 1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑 1.5 1.5 节能设计标准节能设计标准1、严寒、寒冷地区供暖居住建筑、严寒、寒冷地区供暖居住建筑2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 夏热冬冷地区包括重庆、上海两个直辖市；湖北、湖夏热冬冷地区包括重庆、上海两个直辖市；湖北、湖南、安徽、浙江、江西五省；四川、贵州两省的东北部；南、安徽、浙江、江西五省；四川、贵州两省的

22、东北部；江苏、河南两省的南半部；福建省北半部；陕西、甘肃两江苏、河南两省的南半部；福建省北半部；陕西、甘肃两省南端；广西、广东两省北端等地区。省南端；广西、广东两省北端等地区。2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 2.1 2.1 夏热冬冷地区建筑热过程的特点夏热冬冷地区建筑热过程的特点 该地区不同于北方供暖建筑只考该地区不同于北方供暖建筑只考虑单向稳态传热，并将围护结构的虑单向稳态传热，并将围护结构的保温作为唯一的控制指标。保温作为唯一的控制指标。 该地区的建筑热过程应同时考虑该地区的建筑热过程应同时考虑冬、夏两季不同方向的热传递，以冬、夏两季不同方向的热传递，以及在自然通风

23、条件下建筑热湿过程及在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递。的双向传递。 因此，不能简单地采用降低传热因此，不能简单地采用降低传热系数，增加保温材料来达到节约能系数，增加保温材料来达到节约能耗的目的。耗的目的。2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 2.2 2.2 冬季建筑节能应注意的问题冬季建筑节能应注意的问题 同严寒、寒冷地区同严寒、寒冷地区 2.3 2.3 夏季建筑节能应注意的问题夏季建筑节能应注意的问题朝向、布局朝向、布局屋面、外墙是隔热重点屋面、外墙是隔热重点自然通风自然通风遮阳遮阳防潮防潮 2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 2.3.1 2.3.

24、1 部分城市夏季气侯状况及建筑形式部分城市夏季气侯状况及建筑形式 2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 2.3.2 2.3.2 隔热的措施与途径隔热的措施与途径 q 促使建筑物 散热4、通风降温 5、蒸发散热 6、夜间长波辐射散热 q 控制建筑物 得热1、防止太阳辐射得热 2、控制导热传热 3、控制对流传热 2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑（1 1）控制辐射得热）控制辐射得热 正确选择建筑物的朝向、布局，避免主要房间东、西晒。变换开口部位的方位、高度和朝向，消除西向日照。 改变整个建筑物形状。2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑南侧设置

25、高大的树木西侧宜密植树丛来遮阳屋顶遮阳控制地面反射来遮阳2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑屋顶设置太阳能集热装置雨蓬设置太阳能光电板建筑立面上的竖向遮阳格栅2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑（2 2）控制导热得热）控制导热得热 外墙表面的热平衡n反射隔热原理 采用太阳辐射吸收系数较小的外表面材料（如浅色表皮）。n吸收隔热原理 使围护结构吸收太阳辐射的得热量在围护结构外层消耗或者散失。热流量进入围护结构外表面的essIeeeIesqItq)(2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 由此，夏季隔热构造形式和特点： 围护结构表面在太阳辐射条件下

26、的升温速度和大小反映出围护结构的隔热功能。对于采用轻质材料（木材、空心砌体等结构）的围护结构而言，蓄热系数小，外表面升温快、温度高，向空气中散发的热量多，从而传入和透过围护结构进入室内的热量少。 适用于昼夜温差小的湿热性气候区。 屋顶外侧绝热受太阳辐射温度的变化 屋顶内侧绝热受太阳辐射温度的变化2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑 对于昼夜温差大的干热性气候区，则要利用重质材料（如混凝土结构、覆土结构等）本身具有较大的热阻和热惰性，白天加大了对温度波的阻尼，提高衰减倍数和延迟时间，有效降低内表面平均温度和最高温度，达到隔热

27、目的；夜间，由于室外气温下降，则通过向室外的长波辐射热来散失热量。 干热性气候区混凝土外墙两侧室内外热流的传递情况2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑（3 3）利用自然通风降温）利用自然通风降温 n适用于自然通风的空间分区 利用烟囱效应组织热压通风的房间布置利用烟囱效应组织热压通风的房间布置利用太阳能集热促进烟囱通风利用太阳能集热促进烟囱通风2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑（3 3）利用自然通风降温）利用自然通风降温 n架空通风屋面 通风屋面的工作原理: 一种是利用屋顶受太阳辐射产生的对空气的加热作用，形成热压通风降温，适用于风速较小的地区； 一种是利用夏季主导风向的风压，导入屋顶通风间层，将屋顶吸收的太阳辐射热带走，适用于风速较大的地区。2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑（3 3）利用自然通风降温）利用自然通风降温 n通风隔热墙面 利用太阳能集热墙可调装置 将南墙做成集热墙，外侧另加一层宽阔的、能够上下翻动的铝百叶板，针对各种气温情况转动百叶成不同角度。2、夏热冬冷地区城镇居住建筑、夏热冬冷地区城镇居住建筑（3 3）利用自然通风降温