建筑节能技术-概述

1、Building energy efficiency建筑节能技术福州大学建筑学院主要教材、参考书目福州大学建筑学院2建筑节能技术龙惟定、武涌建筑创作中的节能设计刘加平福建省居住建筑节能设计标准实施细则福建省建筑科学研究院公共建筑节能设计标准中国建筑科学研究院Autodesk Ecotect Analysis 2011 绿色建筑分析实例详解柏慕培训内 容福州大学建筑学院3一二三四五一、建筑节能概述1.1 能源概论1.1.1 世界能源统计1.1.2 能源与环境1.2 建筑节能概论1.2.1 建筑能耗1.2.2 建筑节能与国家战略1.2.3 节能建筑与绿色建筑1.3 建筑热环境1.3.1 建筑物理环

2、境1.3.2 热环境要素1.3.3 热舒适指标1.4 国内外建筑节能的发展状况1.4.1 我国建筑节能发展状况1.4.1 国外建筑节能发展状况福州大学建筑学院4能源：可以直接获取能量或经过加工转换获取能量的自然资源。一次能源：是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。二次能源：由一次能源经过加工转换以后得到的能源。例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。一次能源可以进一步分为可再生能源和非再生能源两大类。可再生能源：是指在自然界中可以

3、不断再生、永续利用的能源。主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。非再生能源：不能再生的能源。如煤、原油、天然气、油页岩、核能等。1.1 能源概论能源、一次能源与二次能源福州大学建筑学院5排名公司标志中文常用名称总部所在地主要业务营业收入百万美元1皇家壳牌石油荷兰炼油484,4892埃克森美孚美国炼油452,9263沃尔玛美国一般商品零售446,9504英国石油英国炼油386,4635中国石化中国炼油375,2146中国石油天然气中国炼油352,3387国家电网中国公用事业259,1428雪佛龙美国炼油245,6219康菲美国炼油237,27210丰田汽车日本汽车235,364

4、福州大学建筑学院61.1 能源概论世界500强公司名单(2012年度001-010名)1.1.1 世界能源统计世界石油探明储量分布BP世界能源统计年鉴2012年6月截至2011年底，世界石油探明储量约为1.6526万亿桶，仅能满足54.2年的全球生产需求。福州大学建筑学院7世界石油储产比分布中南美洲的储产比达到100多年。在中东地区，尽管探明储量有所上升，但产量的大幅提升拉低了该地区的储产比；中东地区占世界探明储量的48.1%。BP世界能源统计年鉴2012年6月福州大学建筑学院8世界煤炭探明储量分布BP世界能源统计年鉴2012年6月福州大学建筑学院92011年，世界煤炭探明储量足以满足112年

5、的全球生产需求，亚太地区的煤炭储量规模位列全球第二。世界煤炭储藏比分布BP世界能源统计年鉴2012年6月福州大学建筑学院10欧洲及欧亚大陆拥有最高的储产比，北美地区则拥有全球第二高的储产比。世界能源消费量BP世界能源统计年鉴2012年6月2011年，石油仍然是世界主导燃料，占全球能源消费量的33.1，煤炭的份额为30.3，达到1969年以来最高的水平。福州大学建筑学院11亚太地区是世界能源消费量最大的区域。欧洲及欧亚大陆是天然气、核电和可再生能源的主要消费地区。煤炭是亚太地区的主导燃料，天然气是欧洲及欧亚大陆的主导燃料，石油则是其余地区的主导燃料。世界能源区域消费格局BP世界能源统计年鉴201

6、2年6月福州大学建筑学院12能源消费仍然侧重于化石燃料，而化石燃料在能源消费中的份额高达87%。可再生能源的份额继续有所提高，但目前仅占全球能源消费量的2%。同时，化石燃料消费结构也在发生变化。尽管石油仍是主导性燃料，其所占份额已连续12年出现下降。煤炭再次成为增长最快的化石燃料， 这对碳排放会产生可以预料的不利影响。BP世界能源统计年鉴2012年6月福州大学建筑学院13能源统计总结2009年美国能源信息署（EIA）报告显示：在美国，大部分发电使用的是蒸汽发电机。美国化石燃料发电仍是主体。煤炭是美国最常用的发电用的燃料。 2009年，该国68%的电力来自煤炭发电。1%的电力来自是油发电。 20

7、%的电力来自于核能发电。水力发电占发电量的7%。生物质发电约占1%。风力发电占1%。地热发电量占不到1%。太阳能发电少于1%。中国电力来源中国电力企业联合会，中经网整理美国电力来源福州大学建筑学院14火力发电为主体！20012011年上半年中国社会用电量及其增速中国电力企业联合会，中经网整理福州大学建筑学院15 化石燃料的燃烧，排放的SO2、NOx、CO、碳氢化合物和烟尘等直接污染大气。 污染物在大气中经过物理过程和光化学反应形成酸雨和光化学烟雾影响涉及更广的范围，除大气之外，还包括水体和土壤。 能源工业产生的大量固体废物也污染大气、水和土壤。 放射性污染主要来自核电站。能源消耗引起的环境污染

8、1.1.2 能源与环境福州大学建筑学院161.1 能源概论是长期大气状态变化的一种反映，主要表现为不同时间尺度的冷暖和干湿变化近百年来全球年平均气温的变化1.地质历史时期（一万年-几十亿年）冷暖交替，波动中变暖2.近现代时期（一两百年）福州大学建筑学院17能源消耗引起的全球气候变暖1.1.2 能源与环境1.1 能源概论政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估结果表明：全球气候正在变暖，而导致变暖的原因主要是人类燃烧化石能源和毁林开荒等行为向大气排放大量温室气体，导致大气温室气体浓度升高，加剧温室效应的结果。据美国国家大气和海洋管理局（NOAA）最新报告，全球大气中二氧化碳平均浓度已由工业革命前

9、的280ppm（ppm：百万分之一）左右升高到了2010年的389ppm。福州大学建筑学院18气候变暖的主要原因1.1.2 能源与环境1.1 能源概论1.海平面上升全球气候变暖冰川融化海水热膨胀海平面上升沿海低地被淹海岸线改变2.影响农业生产全球气候变暖积温增加，生长期延长提高农作物产量干旱加重，供水不足农作物减产(高纬度国家)(低纬度国家)3.影响水循环过程全球气候变暖蒸发量加大改变降水分布格局加剧旱涝灾害和水资源的不稳定性福州大学建筑学院19气候变暖的影响1.1.2 能源与环境1.1 能源概论海平面上升北极北极北美洲北美洲亚洲欧洲欧洲亚洲北极冰川覆盖范围1979年2005年26年如果南北极

10、冰川全部融化，会怎样？福州大学建筑学院20全球变暖导致北极冰川融化，范围缩小。1.1.2 能源与环境1.1 能源概论21近25年，全世界发生的7000多次自然灾害，共造成近200万人死亡和1万多亿美元的经济损失。 人类该做点什么了！福州大学建筑学院22自然灾害频发1.1.2 能源与环境1.1 能源概论 1992年，联合国气候变化框架公约，1994年正式生效。 1997年，京都议定书。1998年，中国签署京都议定书。2001年，布什政府宣布拒绝执行京都议定书。2004年，俄罗斯签署了京都议定书。2005年2月16日，京都议定书终于开始生效。 2007年12月15日，180多个国家和地区代表在印尼

11、通过了“巴厘岛路线图”。 2009年12月19日，达成不具法律约束力的哥本哈根协议。 2010年12月11日，坎昆会议大会通过了具有广泛共识的坎昆协议。气候谈判很难！福州大学建筑学院23气候变化谈判历程1.1.2 能源与环境1.1 能源概论 从国别看，到2000年，美国、中国、欧盟、印度、俄罗斯合计约占全球总排放量的60%。中国在1992年的碳排放量约占全球的11%，2008年则占全球的23%，位居世界第一。 从排放趋势看，发达国家历史排放量多，当前和未来排放量总体呈下降趋势；发展中国家历史排放量少、当前和未来呈增加趋势。 全球排放格局的变化，在很大程度上导致了发达国家和发展中国家在谁先减排、

12、减多少、怎样减，以及如何提供资金等问题上，展开了激烈争论，短期内很难达成一致。中国是碳排放的超级大国！福州大学建筑学院24全球温室气体排放格局1.1.2 能源与环境1.1 能源概论 中国政府决定到2020 年单位GDP的二氧化碳排放比2005 年下降40%-45%，非化石能源占比达到15%，森林面积增加4000 万公顷； 按照我国政府碳强度目标来看，到2020年中国的总排放量仍然可以较2005年增长90%以上，在承担国际责任的同时保证了发展空间与权利。在控制排放的前提下，碳排放量在未来依然会大幅增长！福州大学建筑学院252020年我国控制温室气体排放目标1.1.2 能源与环境1.1 能源概论改

13、变能源结构提高能源效率控制水田、垃圾场甲烷排放培育新品种调整农业结构建防护堤坝节能技术生物能技术固碳技术植树造林固碳直接控制经济手段公众参与控制温室气体排放增加温室气体吸收适应气候变化技术手段政策手段福州大学建筑学院26气候变化的适应对策1.1.2 能源与环境1.1 能源概论建筑节能是一种责任1.2.1 建筑能耗 广义建筑能耗 是指从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全过程能耗。 狭义的建筑能耗 即建筑的运行能耗，就是人们日常用能，如采暖、空调、热水、照明、电梯、通风等的能耗。 建筑能耗成为中国最大的能耗构成，占社会总能耗的30%以上，我国单位建筑能耗是发达国家的3倍，每年我国新建建筑竣

14、工约20亿平方米，在已建成的近400亿平米的建筑中，95%以上为高能耗建筑，用电高峰期相当于10个三峡电站满负荷输出。而热水、空调和采暖能耗占建筑能耗的65%左右。（2011年）建筑能耗由什么组成？福州大学建筑学院281.2 建筑节能概论1.2 建筑节能概论 建筑采暖能耗在冬季，为保持室内舒适温度需要不断向房间提供热量，以弥补通过围护结构从室内传到室外的热量。 建筑空调能耗在夏季，为保持室内舒适温度需要不断向房间提供冷量，以抵消太阳辐射得热、围护结构传热和内部得热的热量。建筑能耗怎么产生的？福州大学建筑学院291.2.1 建筑能耗1.2 建筑节能概论一、国际能源危机加剧1.能源储量有限。 2.

15、能源需求不断增加。 3.美国企图掌控全球石油供给，强力遏制我国、欧洲的发展。二、我国所面临的能源挑战1.人均储量少，能耗效率低。2.我国成为能源消耗大国，进口依赖度提高。3.能源成为我国经济命脉所在，威胁国家稳定安全。三、建筑节能要求十分紧迫1.建筑能耗约占社会总能耗的1/3。2.高耗能建筑比例大。3.我国建筑节能状况落后，亟待改善。我国正面临一场真正的能源危机，建筑节能迫在眉睫。能源用完了，会怎样？福州大学建筑学院301.2.2 建筑节能与国家战略1.2 建筑节能概论 国家“十二五”科学和技术发展规划 规划提出推进重点领域核心关键技术突破，大力加强民生科技，强化绿色城镇关键技术创新，促进城市

16、和城镇化可持续发展：加强城镇区域规划与动态监测、城市功能提升与空间节约利用、城市生态居住环境质量保障和城市信息平台等技术研发，大力推动建筑节能与绿色建筑技术研发与示范应用。重点开发绿色建材、可再生能源材料及其与建筑一体化的应用技术，形成我国绿色建造技术体系和管理模式。发展低碳城镇规划、绿色建筑设计、建筑节能等技术。优化绿色施工控制指标体系与标准，开发大型建筑施工过程动态管理与资源配置优化仿真平台。 福建省建筑节能“十二五”专项规划 规划中提出“十二五”期间的主要任务包括：（一）抓好新建建筑严格执行节能强制性标准，推进建筑节能工作深入发展。（二）加快以公共建筑为重点的既有建筑节能改造工作步伐，有

17、效降低政府办公建筑和大型公共建筑能耗；（三）继续推进可再生能源建筑一体化应用，扩大规模化应用范围。（四）推进绿色建筑和建筑节能技术、标准体系创新。建立福建省绿色建筑与建筑节能公共技术创新平台。建设“福建省绿色建筑技术重点实验室”，建设“福建省海峡绿色建筑发展中心”，开展绿色建筑技术咨询、星级评价和建筑能效测评，促进绿色建筑推广。福州大学建筑学院311.2.2 建筑节能与国家战略1.2 建筑节能概论提高建密闭性、隔热性能；杜绝室内外通风，从而可能带来空气污染。联合国世界卫生组织于1990年提出了健康建筑的概念。西方国家纷纷对传统的封闭型节能建筑进行第二次改造。绿色建筑是以节约能源、有效利用资源的

18、方式来建造低环境负荷下安全、健康、高效、舒适的环境空间，是四节二环保的建筑。32节能建筑健康建筑绿色建筑福州大学建筑学院321.2.3 建筑节能与绿色建筑1.2 建筑节能概论建筑节能指在建筑材料生产、房屋建筑和构筑物施工及使用过程中，满足同等需要或达到相同目的的条件下，尽可能降低能耗。建筑节能具体指在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗。绿色建筑是指

19、在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。 绿色建筑技术导则（建设部，科技部印发）福州大学建筑学院331.2.3 建筑节能与绿色建筑1.2 建筑节能概论绿色建筑评价标准（GB/T503782006）福州大学建筑学院34绿色建筑指标体系1.2.3 建筑节能与绿色建筑1.2 建筑节能概论福州大学建筑学院351.2.3 建筑节能与绿色建筑建筑物理环境：指建筑热环境、光环境和声环境。设计建筑物的物理环境就是设计生活在建筑里的人的生活环境，使得生活在里面的人舒适、健康，从而改善人们的生存质量。图 建

20、筑物理环境在建筑设计中的位置福州大学建筑学院361.3 建筑热环境1.3.1 建筑物理环境建筑物理是建筑学的重要组成部分，它体现着建筑设计学科的科学属性，同时也体现着建筑设计的以人为本的宗旨创造健康舒适的人类生活环境。福州大学建筑学院37建筑物理环境控制的内容任务1.3 建筑热环境1.3.1 建筑物理环境室内热环境由室内气温、湿度、气流速度和平均辐射温度4要素综合形成, 以人的热舒适程度作为评价标准。室内热环境质量的高低对人们的身体健康、生活水平、工作学习效率将产生重大影响。研究室内热环境旨在创造健康舒适的室内热环境，以保证人的正常生活、工作及学习，维护人体的健康。影响室内热环境的因素包括室内

21、外热作用、建筑围护结构热工性能以及暖通空调设备措施等等。福州大学建筑学院381.3 建筑热环境1.3.2 热环境要素室内气温是表征室内热环境的主要指标，它直接影响人体通过对流和辐射的显热交换, 是影响人体热舒适的主要因素。根据调查研究表明：空气温度在25 左右时，脑力劳动的工作效率最高；低于18 或高于28 ，工作效率急剧下降。如以25 时的工作效率为100% ，则35 时只有50% ，10 时只有30%。卫生学将12 作为建筑热环境的下限。空气湿度直接影响人体皮肤表面的蒸发散热，从而影响人体的舒适感。湿度过低，人体皮肤因缺少水分而变得粗糙甚至开裂，人体的免疫系统也会受到伤害导致对疾病的抵抗力

22、大大降低甚至丧失。室内湿度过大时, 人体皮肤周围的水蒸汽分压力比较大, 从而抑制了汗液的分泌, 导致人体内部热量不能及时散发出去, 从而引起人体的不舒适。室内湿度过高，还为室内环境中的细菌、霉菌及其他微生物创造了良好的生长繁殖条件，加剧室内微生物的污染，这些微生物容易导致患上呼吸道或消化道疾病。室内空气的流动在一定程度上加快人体的对流散热和蒸发散热, 提供冷却效果, 同时也促进室内空气的更新。化学性污染物和有害微生物共同作用, 将损害人体健康。风速大有利于人体散热、散湿，提高热舒适度。但风速过大, 会导致有吹风感的危险。平均辐射温度是室内热辐射指标, 它取决于空间周围表面温度。若建筑外围护结构

23、内表面的温度过低或过高, 将对人体产生冷、热辐射, 使人感觉不适, 因此可以通过改善围护结构热工性能来提高热舒适水平。福州大学建筑学院391.3 建筑热环境1.3.2 热环境要素将影响人体冷热感觉的各种因素所构成的环境称为热环境。而热舒适是指人们对所处的微小气候产生的不冷不热的主观感觉。研究热环境的目的在于为人类的生活、工作、学习提供最佳热舒适条件。福州大学建筑学院401.3 建筑热环境1.3.3 热舒适指标要使人们真正处于舒适的室内环境中, 应使人体按正常比例散热, 即辐射散热应占总人体散热量的45% 50%, 对流散热约占25% 30% , 而呼吸和无感觉蒸发散热约占25% 30% 。福州

24、大学建筑学院41为什么开空调也感觉热？1.3 建筑热环境1.3.3 热舒适指标 美国供暖、制冷与空调工程师协会的ASHRAE 55-2004 标准： Thermal environmental conditions for human occupancy。在1996 年开始使用7 级热感觉指标：冷、凉、微凉、中性、微暖、暖、热。 国际标准化组织（ISO）制定的ISO 7730 标准： Ergonomics of the thermal environment Analytical determination and interpretation of thermal comfort using

25、 calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria （适中的热环境 PMV 与PPD 指标的确定及热舒适条件的确定）。最新版本为ISO 7730 :2005。 中国的国标：中等热环境 PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定GB/T 18049-2000相等于ISO 7730:1994。 在这些标准中以PMV-PPD 指标来描述和评价热环境。PMV(Predicted Mean Vote )即预测平均投票数。PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied）即为

26、预测不满意百分数。该指标综合考虑了人体活动程度、衣服热阻（衣着情况）、空气温度、空气湿度、平均辐射温度、空气流动速度等6 个因素，以满足人体热平衡方程为条件，通过主观感觉试验确定出的绝大多数人的冷暖感觉等级。上述研究成果及相应的标准形成了以后舒适性热环境设计的依据。ISO 7730 对PMV-PPD 指标的推荐值为：PPD 10%，即PMV 值在-0.5+0.5 之间。热环境标准和指标福州大学建筑学院421.3 建筑热环境1.3.3 热舒适指标1.4.1 我国建筑节能发展状况近年来，国家陆续发布了：民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) JGJ26-95 、夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准

27、JGJ134-2010 、夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 JGJ 75-2003 、公共建筑节能设计标准 GB50189-2005、既有采暖居住建筑节能改造技术规程 JGJ129-2000等国家标准，自2005年开始，全国强制全面推行建筑节能。1.4 国内外建筑节能的发展状况我国建筑节能政策及技术标准的发展福州大学建筑学院43寒冷 Severe Cold夏热冬冷温和夏热冬暖严寒严寒寒冷 民用建筑节能设计标准（JGJ 26-95）夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 134-2001）夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（JGJ 75-2003 ）旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准采暖居住

28、建筑节能检验标准（JGJ 132 - 2001）既有采暖居住建筑节能改造技术规程（JGJ 129 - 2000）公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）我国建筑节能设计标准福州大学建筑学院44 1986年建设部颁布了中国第一部民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ 26-86，其节能目标是在1980/1981年当地通用设计的基础上节能30% 1995年建设部颁布了修订的民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ 26-95，节能率50%，1996年7月1日起施行 主编单位：中国建筑科学研究院民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ 26 - 95福州大学建筑学院45

29、2000年3月成立编制组，2001年4月通过标准审查会；主编单位：中国建筑科学研究院、重庆建筑大学 得到美国能源基金会、中国可持续能源项目资助；也得到美国Lawrence Berkeley国家研究所与自然资源保护委员会技术帮助 建设部于2001年7月5日发文建标2001139号，批准为行业标准，自2001年10月1日起施行夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ 134 - 2001福州大学建筑学院46 主编单位：中国建筑科学研究院、广东省建筑科学研究院 2001年7月18 - 19日在广州从化市召开编制组成立会 美国能源基金会中国可持续能源计划项目资助标准的编制工作 美国劳伦斯伯克力国家研究所

30、（LBNL），自然资源保护委员会（NRDC）给予技术支持 于2002年年底完成，2003年10月1日起实施夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 JGJ 75-2003 福州大学建筑学院47 主编单位: 中国建筑科学研究院中国建筑业协会建筑节能专业委员 支持单位: 美国能源基金会、LBNL、NRDC 2002年9月18-19日成立编制组， 2004年12月完成， 2005年7月1日起实施公共建筑节能设计标准 GB50189-2005福州大学建筑学院48目前，建筑业与交通业、工业并称为我国三大“耗能产业”。到目前为止，城乡建筑中仅有5%为节能建筑，其余均属于高耗能建筑。新建的房屋建筑九成以上还是高耗能

31、建筑。目前，我国每年新增住房面积18亿m2 ，比所有发达国家一年建成的房屋建筑面积的总和还要多。在未来30年，我国还需建造400亿m2的新建筑，建筑数量和建设速度都属于世界发展史上罕见。但是与发达国家相比，我国的建筑节能起步比较晚，发展缓慢。高耗能建筑比例大，建设速度快，建筑节能状况落后福州大学建筑学院491.4.1 我国建筑节能发展状况1.4 国内外建筑节能的发展状况发达国家建筑节能技术发展历程发达国家建筑节能技术发展历程大约经历了四个发展阶段：第一阶段为上世纪七十年代初期，发达国家经历了严重的石油危机，发达国家不得不严格限制用能。学者们开始在舒适健康与节能之间寻找新的平衡。第二阶段为上世纪八十年代初期，美国人发现，上世纪七十年代的限制建筑用能政策带来了一系列后遗症，长时间在新风量不足的办公楼工作的白领们患上了“建筑综合症” 。为保证智能大楼脑力劳动的高生产率，智能大楼必须满足舒适、健康、安全的室内热环境。学者们又在生产率与节能之间寻找新的平衡。第三阶段：进入上世纪九十年代，全球化温暖问题成为世人瞩目的焦点，人们又开始研究既追求舒适与效益又节制地消耗地球资源的可持续发展理论，这理论成为许多国家的基本