建筑节能基础知识

第一章建筑节能基本知识1.1建筑节能的重要意义1.2国外建筑节能概况1.3我国建筑能耗概况和节能任务1.4建筑节能领域中常用的名词术语1.5与建筑节能相关的规范与标准1.1建筑节能的重要意义建设资源节约型社会，是我们国家为实现可持续发展目标而作出的战略决定。节约能源是资源节约型社会的重要组成部分。能源在建筑中的应用建筑节能的途径建筑节能的途径建筑设计合理新建筑材料建筑使用者节能新能源利用新仪器设备管理技术其中，通过合理的设计，使建筑物的结构能够达到节能效果。1、外围护结构形式：采用高效保温材料与加强面材组成复合墙体。2、采暖调控系统技术进步：各采暖房间、各单位采暖温度按需要自动调控，精确高效，按热量计量收费，利于节能。3、建筑构件产品的进步、建筑机构的完善：采用大量的新保温材料、密封材料、保温门窗、高热效换热器、保温管道、新型计量仪表等。出现各具技术专长的建筑安装公司和供热计量等服务性公司。建筑节能的意义1、节能是经济可持续性发展的需要建筑节能可减低城市、国家能源的供应压力，以保障充足的能源供国民经济发展。2、节能是环保的需要减少污染物的排放，优化人类生活环境，降低对地区和区域环境的影响。3、是宜人的建筑热环境的需要如减少热岛效应。4、是降低建筑能耗费用、提高室内环境质量的需要，其投资回报率高。1.2国外建筑节能概况外围护结构传热系数1973年世界性石油危机20世纪70年年代节能标准第四个节能标准RT2005规范热工性能提高15%英国丹麦德国参见表1-1国家外墙外窗屋顶中国北京0.600.452.50.500.45哈尔滨0.500.452.50.400.30瑞典0.172.00.12德国柏林0.501.50.22法国（RT2005）0.452.60.28日本（北海道）0.422.330.23国外围护结构传热系数[W/m2.k]西方发达国家住宅能耗占全国总能耗比例较高，一般为25~35%之间。但由于发达国家推进建筑节能较好，在新建建筑采用节能规范建设的同时，大力推进已有建筑的节能改造工作，取得良好节能效果。部分国家（如丹麦）在建筑面积年年增加的同时，整个国家建筑能耗却大幅下降。当然，这是节能建筑、新型供热设备、保温管道、新保温材料的综合作用结果。建筑能耗50.3546.6225.6925.4913.2921.836.980102030405060美国日本经合欧洲俄罗斯中国中国城镇印度建筑能耗现状目前美国社会能耗比例当前世界能耗比例全球温室效应的发展趋势1.3我国建筑能耗概况和节能任务我国建筑能耗状况2004年建筑总面积389亿m2，其中城镇150亿m2，城镇中建筑面积104亿m2。能耗5.1亿t标准煤，占社会总能耗25.5%，其中建筑总耗电量5020亿kw·h，占我国当年总用电量的23%。我国能源消耗分布图34%35%28%3%交通工业建筑其他建筑能耗的比例美国能源消耗分布图25%34%6%35%交通工业建筑其他我国的建筑能耗总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10％，上升到近年的30％，这种增速越来越快；美国的建筑能耗在能源总消费量中所占的比例已经达到了34％。中国一次能源能源消费比例中国能源构成：煤60％美国消耗世界能源的25％中国要步美国后尘吗？大量耗能＝污染环境建筑能源消耗的性质分类北方地区供暖能耗约占我国建筑总能耗的24.6%除供暖外的住宅用电，约占我国建筑总能耗的15.1%除供暖外的一般性非住宅民用建筑能耗，约占我国建筑总能耗的18.3%大型公共建筑能耗约占我国建筑总能耗的3.5%长江流域住宅采暖能耗占我国建筑总能耗的1.4%农村生活用能约占我国建筑总能耗的37.1%我国目前建筑能耗的特点北方建筑采暖能耗高、比例大；住宅及一般公共建筑与发达国家相比能耗尚处于较低水平，但有明显的增长趋势；大型公共建筑能耗浪费严重，节能压力大，新建建筑中此类建筑的比例呈增长趋势；农村建筑能耗低，非商品能源仍占较大部分，目前有逐渐被商品能源替代的趋势；长江流域大面积居住建筑新增采暖需求。建筑节能发展的基本目标根据建设部节能工作协调组颁布的《建筑节能“九五”计划和2010年规划》，提出以下节能基本目标：新建采暖居住建筑1996年以前在1980—1987年当地通用住宅设计能耗水平基础上普遍降低30％，为第一阶段节能目标；1996年起在达到第一阶段要求的基础上再节能30％。即这时采暖居住建筑采暖能耗从1980—1981年住宅通用设计的基础上节能50％，为第二阶段节能目标；2005年起在达到第二阶段要求的基础上再节能30％为第三阶段节能目标。建筑节能发展的基本目标对采暖热环境差或能耗大的既有建筑的节能改造工作，2000年起重点城市成片开始，2005年起各城市普遍开始，2010年重点城市普遍推行。对集中供暖的民用建筑安装热表及有关调节设备并按表计量收费的工作，通过试点取得成效，开始推广，2000年在重点城市成片推行，2010年基本完成。建筑节能发展的基本目标新建采暖公共建筑2000年前做到节能50％，为第一阶段；2010年在第一阶段基础上再节能30％，为第二阶段。夏热冬冷地区民用建筑2000年开始执行建筑热环境及节能标准，其中居住建筑按该地区建筑传统的建筑围护结构，在保证主要居室冬天18℃，夏天26℃的条件下，建筑全年采暖，空调能耗降低50％为节能目标。2005年重点城镇开始成片进行建筑热环境及节能改造。建筑节能发展的基本目标在村镇中推广太阳能建筑，到2000年累计建成1000万m2，至2010年累计建成5000万m2。按上述目标开展节能工作，至2005年可累计节能7400万t标准煤，至2010年可累计节能1.7亿t标准煤。在建筑面积持续增加的同时，通过建筑节能使采暖产生的大气污染得到控制，使采暖期城市大气质量日益恶化的趋势得到扭转，并且逐步有所改善。随着建筑节能技术的进步，通过新建和技术改造，到2005年初步形成建筑保温、密封、热量表、采暖调节控制等新兴建筑节能产业部门，使建筑工业产业结构趋于合理，以满足建筑节能事业大发展的需要。我国建筑节能的任务在“十一五”期间要实现节能20%即1亿t标准煤新建建筑节能严寒、寒冷地区2100万t标准煤；夏热冬冷地区2400万t标准煤；夏热冬暖地区220万t标准煤；全国新建建筑实现2280万t标准煤，共实现节能7000万t标准煤。我国建筑节能的任务既有建筑节能改造实现节能3000万t标准煤。可再生能源在建筑中规模化应用“十一五”期间，太阳能应用面积1.6亿m2、浅层地热能2.4亿m2，可实现替代常规能源960万t标准煤。1.4建筑节能领域中常用的名词术语导热系数(入)CoefficientOfthermalconductivity稳态条件下，lm厚的物体，两侧表面温差为1K时，单位时间内通过单位面积传递的热量，单位：W／(m·K)通常把导热系数较低材料称为保温材料，把导热系数在0.05W/m·K以下材料称为高效保温材料。静止的空气是导热系数最小的一种材料，λ=0.017w/（m·k）。蓄热系数(S)CoefficientOfthermalstorage当某一足够厚度的单一材料层一侧受到谐波热作用时，表面温度将按同一周期波动。通过表面的热流振幅与表面温度振幅的比值即为蓄热系数，单位：W／(m2·K)。比热容(c)Specificheat1kg物质，温度升高1K吸收或放出的热量，单位：kJ／(kg·K)。表面换热系数(a)Surfaceheattransfercoefficient表面与附近空气之间的温差为1K，1h内通过lm2表面传递的热量。在内表面，称为内表面换热系数；在外表面，称为外表面换热系数，单位：W／(m：·K)。这种换热过程包括辐射、对流，两者能单独变化而影响总的换热系数。表面换热系数为该表面对流换热系数与该表面辐射换热系数之和。实际上是形式地把计算的辐射换热折合成对流换热，用表面换热系数兼顾对流与辐射换热的影响，以利于简化复杂传热的解剖。表面换热阻(R)Surfaceheattransferresistance表面换热系数的倒数，在内表面，称为内表面换热阻；在外表面，称为外表面换热阻，单位：m2·K／W。围护结构Buildingenvelope建筑物及房间各面的围挡物，如墙体、屋顶、地板、地面和门窗等，分内外围护结构两类。R12n12n12nRRRR热桥(也称作冷桥)Thermalbridge围护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、柱、肋等部位，在室内外温差作用下，形成热流密集、内表面温度较低的部位。这些部位形成传热的桥梁，故称热桥。常见的热桥有处在外墙周边的钢筋混凝土抗震柱、圈梁、门窗过梁，钢筋混凝土或钢框架梁、柱，钢筋混凝土或金属屋面板中边肋或小肋，以及金属玻璃窗幕墙中和金属窗中的金属框和框料等。围护结构传热系数(K)OverallheattransfercoefficientOfbuildingenvelope围护结构两侧空气温差为1K，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，单位：（W/m2·K)围护结构传热阻(Ro)ThermalresistanceOfbuildingenvelope传热系数的倒数，表征围护结构对热量的阻隔作用，单位：m2·K／W。R0=Ri+ΣR+Re0iR+Re11R+KR围护结构传热系数的修正系数不同地区、不同朝向的围护结构，因受太阳辐射和向天空辐射的影响，使其在两侧空气温差同样为1K情况下，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量要改变。这个改变后的传热量与未受太阳辐射和向天空辐射影响的原有传热量的比值，即为围护结构传热系数的修正系数。围护结构温差修正系数根据围护结构与室外空气接触的状况，对室内外温差采取的修正系数。热惰性指标(D)IndexOfthermalinertia表征围护结构反抗温度波动和热流波动能力的无量纲指标，其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积。窗墙面积比ArearatioOfwindowtowall窗户洞口面积与房间立面单元面积(即建筑层高与开间定位线围成的面积)的比值用外窗综合遮阳系数（Sn）考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数。建筑物体形系数(S)ShapecoefficientOfbuilding建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。换气体积(y)VolumeOfaircirculation需要通风换气的房间体积。换气次数RateOfaircirculation单位时间内，室内空气的更换次数。采暖期天数(Z)DaysOfheatingperiod累年日平均温度低于或等于5℃的天数。这一采暖期仅供建筑热工和节能设计计算采用。采暖期室外平均温度(te)在采暖期起止日期内，室外逐日平均温度的平均值。采暖度日数(HDD18)室内基准温度18℃与采暖期室外平均温度之间的温差，乘以采暖期天数的数值，单位：d。空调度日数(CDD26)CoolingdegreedaybasedOn26℃一年中，当某天室外日平均温度高于26℃时，将高于26℃的度数乘以1天，并将此乘积累加。典型气象年(TMY)TypicalMeteorologicalYear以近30年的月平均值为依据，从近10年的资料中选取一年各月接近30年的平均值作为典型气象年。由于选取的月平均值在不同的年份，资料不连续，还需要进行月间平滑处理。采暖能耗(Q)Energyconsumedforheating用于建筑物采暖所消耗的能量，其中包括采暖系统运行过程中消耗的热量和电能，以及建筑物耗热量。建筑物耗热量指标(qH)IndexOfheatlossOfbuilding在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的，需由室内采暖设备供给的热量，单位：W／m2。采暖设计热负荷指