建筑节能设计原理

建筑节能设计原理第1页/共52页2023/4/42第二章主要内容2.1建筑热工设计分区与建筑能耗2.2不同热工分区下的建筑节能设计原理2.3采暖居住建筑节能基本原理的节能途径2.4空调建筑节能原理2.5建筑物耗热量指标2.6建筑物耗热量指标计算2.7建筑节能评价计算第2页/共52页2023/4/43气候我国幅员辽阔，气候类型多样，但受东亚季风影响，大部分地区冬冷夏热我国年平均温度分布图我国1月平均温度分布图我国7月平均温度分布图2.1建筑热工设计分区与建筑能耗2.1.1建筑热工设计分区第3页/共52页2023/4/44建筑热工设计分区严寒地区寒冷地区夏热冬冷区夏热冬暖区温和地区寒冷地区严寒地区寒冷地区严寒地区第4页/共52页2023/4/45分区名称严寒地区寒冷地区夏热冬冷地区夏热冬暖地区温和地区分区指标

主要指标最冷月平均温度《﹣10℃最冷月平均温度-10℃~0℃最冷月平均温度0~10℃最热月平均温度25~30℃最冷月平均温度>10℃最热月平均温25~29℃最冷月平均温度0~13℃最热月平均温度18~25℃辅助指标日平均温度《5℃的天数》145d日平均温度《5℃的天数90~145d日平均温度《5℃（0~90d）日平均温度》25℃（40~110d）日平均温度》25℃的天数100~200d日平均温度《5℃的天数0~90d

设计要求必须充分满足冬季保温要求，一般可不考虑夏季防热应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热必须满足夏季防热要求，兼顾冬季保温必须充分满足夏季防热要求，一般可以不考虑冬季保温部分地区应注意冬季保温，一般可不考虑夏季防热第5页/共52页2023/4/462.2不同热工分区下的建筑节能设计原理2.2.1严寒与寒冷地区严寒与寒冷地区建筑的采暖能耗占全国建筑总能耗比重很大，严寒和寒冷地区采暖节能潜力均为我国各类建筑能耗中最大的。可以实现的采暖节能的技术途径：（1）改进围护结构的保温性能；（2）推广各类通风换气窗，实现可控的通风换气，减少热量损失（3）改善采暖的末端调节性能，避免过热（4）推行地板采暖的低温采暖方式，从而降低供热热源温度（5）采用集中供暖方式，发展热电联产设计要点：必须充分满足冬季保温要求，一般可不考虑夏季放热第6页/共52页2023/4/472.2.2夏热冬冷地区2.2.2夏热冬冷地区典型城市：重庆、上海，南京、长沙、福州原来不考虑采暖和空调，随着经济的发展和生活水平的提高，采暖空调以不可挡之势进入长江流域的寻常百姓家。长江中下游城镇用蜂窝煤、电暖器或煤气红外辐射炉，而一些大城市，热泵型冷暖两用空调逐渐普及。住宅用于采暖空调的比例不断上升设计要点：首先保证夏季隔热，兼顾冬季防寒第7页/共52页2023/4/48夏季隔热设计：由于夏季太阳辐射强，持续时间久。因此要特别强调外窗遮阳、外墙和屋顶隔热设计。优化屋顶和东、西墙的保温隔热效果。第8页/共52页2023/4/49窗墙比：部分地区室外风小，阴天多，所以要从提高住宅日照，促进通风，增加太阳辐射，可以适当提高窗墙比。但是对于夏热冬冷气候条件不同的地区，不有当地不同季节的室外平均风速不同，因此在进行窗墙比优化设计时要注意灵活调整。例如：上海、南京、合肥等，冬季风速2.5m/s，北向窗墙比不能很大，不超多0.25。重庆、成都，冬季风速1.5m/s，且冬季气温要高一些，所以北向窗墙比不超过0.3冬季防寒设计第9页/共52页2023/4/4102.2.3夏热冬暖地区典型城市：广州、海口、香港冬季：暖和不需要供暖夏季：太阳辐射强烈，室外平均温度高设计要点：隔热、遮阳、通风设计非常重要在过去：广州地区传统建筑没有降温手段，比较重视通风和遮阳。室内层高较高，外墙厚度370mm，屋面采用一定形式的隔热。现在：空调已经成为居民住宅降温的主要手段。第10页/共52页2023/4/411第11页/共52页2023/4/4122.2.4温和地区典型城市：昆明、贵阳气候特点：四季如春第12页/共52页2023/4/413采暖空调能耗的几个方面1）围护结构的保温（2.3、2.4节要讲）2）冷热源设备的选用3）实现经济运行4）实行供冷暖的分户热计量5）发展建筑物蓄冷空调和蓄热空调6）建筑物分布式能源系统2.3、2.4导论采暖空调节能设计第13页/共52页2023/4/4142）冷热源设备的选用第14页/共52页2023/4/415第15页/共52页2023/4/416Cop=2.6-3.4cop=4-8冷源设备第16页/共52页2023/4/417热源设备第17页/共52页2023/4/418热用户燃煤、燃气锅炉集中供热直接电采暖（蓄热锅炉、地板辐射、电热膜）热泵（空气源、水源）第18页/共52页2023/4/419热泵的能量利用系数高直接电100%电厂发电33%损失67%房间33%锅炉100%锅炉效率70%房间70%损失30%热泵热泵100%电厂发电33%损失67%99%房间130%COP=42）广泛采用热泵技术第19页/共52页2023/4/4203）实现经济运行设计和运行两方向着手，另外加强运行人员的培训与管理设计的机组不要太大风机盘管清理过滤等、过渡季节尽量不运行第20页/共52页2023/4/4214）实行供冷暖的分户热计量1、提高节省意识2、同一户型供热量不一定一样第21页/共52页2023/4/4225）发展建筑物蓄冷空调和蓄热空调避开高峰电价，利用低谷廉价电制冷或制热冰蓄冷中央空调可以减缓用电高峰紧张，比常规空调系统每年节约运行费用10%-30%第22页/共52页2023/4/4236）建筑物分布式能源系统第23页/共52页2023/4/4242.3采暖居住建筑节能基本原理和节能途径2.3.1采暖居住建筑的主要特点1）大部分为住宅建筑，具有连续使用的特点2）对室内的热环境和空气质量的要求高3）由于建筑设计的多样化，新建居住建筑的体型系数逐渐增大。由原理的0.3-0.35左右。体形系数：定义为建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比，即单位建筑体积所占有的外表面积，其中外表面积中不包括地面面积第24页/共52页2023/4/425体形系数越大，越不利于节能第25页/共52页2023/4/4262.3.2采暖居住建筑的能耗构成1）建筑耗热量主要由通过围护结构的传热耗热量构成，73%-77%；①外墙约23%-34%；②窗户23%-25%；③楼梯间隔墙6%-10%；④屋顶7%-8%；⑤阳台门下部2%-3%；⑥户门2%-3%；⑦地面2%2）通过门窗缝隙的空气渗透耗热量，23%-27%；第26页/共52页2023/4/427窗的传热耗热量和渗透耗热量占建筑全部耗热量的50%，由此可见窗是耗热量较大的构建，是节能的重点部位。

一方面：改善建筑物窗户的保温性能和加强窗户的气密性是节能的关键措施。

另一方面：对室内的换气次数有明显标准，加强窗户的气密性的同时要兼顾换气次数。适当使用机械排风装置。其次是外墙的保温设计也是关键2.3.2采暖居住建筑的能耗构成第27页/共52页2023/4/428建筑节能的基本原理是：最大限度争取得热，最低限度的向外散热。以严寒和寒冷地区住宅建筑为例（降低采暖能耗）：1）保证围护结构热工性能满足冬季保温要求，兼顾夏季隔热。2）降低建筑体型系数3）采取合理的窗墙比4）提高外墙及屋顶和外窗的保温性能5）尽可能利用太阳的热2.3.3采暖居住建筑节能基本原理第28页/共52页2023/4/429具体冬季保暖措施：1）建筑群的规划设计，单体建筑的平面、立面设计和门窗的设计应保证在冬季有效地日照并避开主导风向。2）尽量减小体型系数，平面、立面不宜出现过多的凹凸面3）建筑北侧布置次要房间，北向窗户的面积要尽量小，同时适当控制东西朝向的窗墙比和单窗尺寸。4）加强维护结构保温能力，以减少传热耗热量，提高门窗的气密性，减少空气渗透耗热量。5）改善采暖供热系统的设计和运行管理，提高锅炉运行效率，加强供热管线保温，加强热网供热的调控能力。第29页/共52页2023/4/4302.4空调建筑节能原理2.4.1影响空调负荷的主要因素1）围护结构的热阻和蓄热性能应采用热阻较大，蓄热能力较小的轻质围护结构，以及内保温的构造有利于节能。2）房间朝向和蓄热能力无论围护结构热阻和蓄热能力如何，顶层及东西向房间的空调负荷都大于南北向房间。因此将空调房间避开顶层设置以及减少东西向空调房的设计。3）窗墙比，窗户遮阳和空气渗透情况提高窗户的遮阳性能，加强气密性。第30页/共52页2023/4/4312.4.2空调建筑节能基本原理空调建筑得热三种途径：1）太阳辐射通过窗户进入室内构成太阳辐射得热2）围护结构传热得热3）门窗缝隙空气渗透得热设计日负荷：专指在空调室内外设计条件下，空调逐小时冷负荷的峰值。运行负荷：夏季空调运行期间为了维持室内恒定的设计温度，需要由空调设备从室内除去的热量。第31页/共52页2023/4/432根据空调建筑物夏季得热途径，总结出以下节能设计要点：1）空调建筑应尽量避免东西朝向或东西向窗户，以减少太阳直射得热2）空调房应集中布置，上下对齐。温湿度要求相近的空调房间宜相邻布置3）空调房间应避免布置在转角处，有伸缩缝处及顶层。必须布置在顶层时应有良好的隔热措施4）在满足功能要求的前提下，空调建筑外表面积宜尽可能小，表面宜采用浅色，房间净高宜降低。5）外窗面积应尽量减小，向阳或东西向窗户，宜采用热反射玻璃、反射阳光镀膜和有效的遮阳构建。6）外窗气密性等级不应低于《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》中规定的3及水平7）围护结构的传热系数应符合节能标准中规定的要求8）间歇使用的空调建筑，其外围护结构内侧和内围护结构宜采用厚重材料。第32页/共52页2023/4/433建筑围护结构节能围护结构的节能是指减少围护结构各部位（屋顶、墙壁、地面、门窗）与外界的热传递，从而提高居住环境质量。1）屋顶的绝热屋顶绝热就是设法力求减少混凝土受太阳辐射后的蓄热量。第33页/共52页2023/4/434（1）墙体受太阳辐射的影响，产生蓄热（2）墙体也会产生很大的热应力，如果墙体外侧不采取绝热，混凝土墙体就可能产生很大的弯曲应力。2）墙壁的绝热第34页/共52页2023/4/4353）地面的绝热地面温度高于地下土壤时，热流便由室内传入土壤中去，房间下部的温度变大并不大，但是受室外空气影响的房屋周围土壤温度变化大，会大大影响地面传热。第35页/共52页2023/4/436我国建筑门窗行业应重点开发推广的八项技术：（1）建筑门窗和建筑幕墙周边高性能密封技术4）门窗的绝热第36页/共52页2023/4/437（2）高性能中空玻璃和经济型双玻系列传品工艺技术。所谓的双层玻璃，就是将传统门窗上的单片玻璃换成了双片玻璃，由于两片玻璃之间的空气层没有采用有效的密封材料，可能会导致灰尘、水等进入两片玻璃之间。结晶态铝硅酸盐矿物球粒第37页/共52页2023/4/438（3）铝合金专用型材及镀锌彩板专用异型材料的绝热技术。（4）复合型门窗专用材料开发和推广应用技术第38页/共52页2023/4/439（5）门窗窗型及幕墙保温隔热技术。（6）门窗和幕墙成套技术。（7）可再生能源开发及利用技术。第39页/共52页2023/4/440第40页/共52页2023/4/4412.5建筑物耗热量指标建筑耗热量：指采暖建筑在一个采暖期内，为了保持室内计算温度由室内采暖设备供给建筑物的热量，单位是KW·h/a。建筑物耗热量指标：指在采暖期室内外平均温度条件下，采暖建筑为了保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的由采暖设备供给的热量，单位是W/m2。是评价建筑物能耗水平的一个重要指标。也是评价采暖居住建筑节能设计的一个综合指标。2.5.1建筑物耗热量与建筑物耗热量指标第41页/共52页2023/4/442供热系统提供的热量=建筑物耗热量指标×面积×时间建筑物耗热量指标与采暖期室外平均温度有关，而与采暖期天数无关。所以就直接与建筑物耗热量指标与采暖期室外平均温度挂钩。最上面一条线：是各地区1980-1981年住宅通用设计，4个单元楼6层楼，体型系数0.3左右，即基准建筑。耗能为100%。中间一条线：1986年，节能30%最下面一条线：1995年，节能50%65标准：节能65%进行建筑设计时，建筑物耗热量指标是一个非常重要的衡量节能效果的指标。第42页/共52页2023/4/4432.5.2建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标采暖设计热负荷指标：指在采暖室外计算温度条件下，为了保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需有锅炉房或其他供热设施供给的热量。单位是W/m2。这个指标是在冬季最不利气象条件下设计确定采暖设备容量的一个重要指标。分析比较两指标：耗热量指标：建筑物在一个采暖季节中好热强度的平均值。热负荷指标：建筑物在一个采暖季节耗热强度的最大极限设计值。第43页/共52页2023/4/4442.5.3影响建筑物耗热量指标的几个因素（1）体型系数能耗随着体型系数的增大而增大，低层和小单元住宅对节能不利，它们的建筑物耗热量指标要相对大一些。（2）围护结构的传热系数在窗墙比不变的条件下：耗热量指标随着传热系数下降而降低。（3）窗墙面积比窗墙比越大越不节能（4）楼梯间设计形式多层住宅楼梯间采用敞开式的有门窗的楼梯间，其耗热量指标上升10%-20%第44页/共52页2023/4/445（5）换气次数提高门窗的气密性，换气次数由0.8次/h降至0.5次/h，耗热量指标可降低10%左右。（6）朝向多层住宅东西朝向时比南北朝向时，其耗热量指标约增加5.5%（7）高层住宅层数在10层以上的住宅耗热量指标趋于稳定。2.5.3影响建筑物耗热量指标的几个因素第45页/共52页2023/4/4462.6建筑物耗热量指标计算2.6.1建筑物耗热量指标计算公式——建筑物耗热量指标（W/m2）——折合到单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量（W/m2）——