居住建筑节能设计程序开发

河北工业大学硕士学位论文居住建筑节能设计程序开发姓名：张鹏申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：田稳苓20061201河北工业大学硕士学位论文i居住建筑节能设计程序开发摘要世界建筑发展的大潮流中，建筑节能是一个极为重要的热点问题，是建筑技术进步的一个重大标志，也是建筑界实施可持续发展战略的一个关键环节。目前国内只有少数建筑节能分析软件，尚没有专门针对河北省建筑节能分析的软件工具。因此，新建居住建筑节能设计的程序开发工作对于推动建筑节能工作的开展具有非常重要的意义。本论文结合《河北省建筑节能2020年规划》的编写工作，采用VisualBasic语言，依据成熟理论开发了居住建筑节能分析系统（AEEAS2.0）软件，以帮助建筑师和设计者高效、准确地完成建筑节能相关工作。在开发软件过程中，研究了居住建筑围护结构节能设计的方法，探讨了建筑节能理论。所开发软件的主要功能有：1.运用数理统计知识，以Excel为工具，进行数据录入和处理。2.依据建筑热工学和有效传热系数法实现建筑能耗分析、经济和社会效益分析。3.针对某一栋新建居住节能建筑进行工程质量检验和工程竣工验收。关键词：建筑节能，节能设计，VisualBasic，AEEAS软件居住建筑节能设计程序开发iiSOFTWEARDEVELOPMENTOFENERGYEFFICIENCYINRESIDENTIALBUILDINGSABSTRACTAmongtheworldconstructiondevelopingtideenergyefficiencyinbuildingshasgrownintooneofthegreatimportanthotspotsandmainmarkofbuildingtechnicianadvancementandcrucialtacheinsustainabledevelopmentstratagem.ThereisfewsoftwareofenergyefficiencyinbuildingsinChinaatpresent,yetnoneforHebeiprovince.Thusit'sofgreatimportancetostudyondesignofenergyefficiencyinnewresidentialbulidingsforimpellingthedevelopmentofenergyefficiencyinbuildingsworking.Accordingtothecaseof“PlanningofEnergyEfficiencyinBuildingsofHeBeiProvincein2020”,softwarenamedArchitectureEnergyEfficiencyAnalysisSystem(AEEAS2.0)hasbeenempolderedadoptingVisualBasicsoftware,whichcanhelparchitectsanddevisersaccomplishtheworkofenergyefficiencyreconstructioninresidentialbuildingsefficientlyandaccurately.Researchintomethodofsurroundingstructuredeviseofenergyefficiencyinresidentialbuildings,discusstheoryofenergyefficiency.Thesoftwarehasmainlyfounctionasfollows:1.CarrythroughdataimportionanddisposalinthetoolofMicrosoft“Excel”withappropriateknowledgeofmathematicsstatistic.2.Achievedanalysisofenergywastinginbuildings,economyandsocietybenefitaccordingtobuildingpyrologyandmethodofheattransfercoefficient.3.Doengineeringinspection,checkandacceptinallusiontoenergyefficiencyinnewresidentialbuilding.KEYWORDS:energyefficiencyinbuildings,designofenergyefficiency,VisualBasic，AEEASsoftware河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1引言二十世纪，人类社会在房屋建筑科学领域有了突飞猛进的发展，在能源危机的影响下，各发达国家建筑围护结构的保温隔热和气密性大有提高，采暖、空调和照明的设备与技术日益进步，人类在建筑文明上取得了前所未有的成就。然而，这种文明和进步相伴而来的是一系列严重的负面影响。——建筑材料、家具、办公用具中释放的各种挥发性有机物，对人体器官构成了威胁。——每年新建和改造的几千万栋建筑，要消耗几十亿吨林木、矿石和矿物材料，造成森林的过度砍伐，材料资源的大量开采，带来土地的破坏，植被的退化，物种的减少和自然环境的恶化。——住宅与公用建筑的采暖、空调、照明和家用电器等设施消耗了全球约1/3的能源，主要是化石能源（是地球经历了亿万年形成的宝贵财产，即将消耗殆尽）。——我们的建筑物在使用能源中排放出大量的SO2、NO3、悬浮颗粒物和其他污染物，影响人体的健康和动植物的生存。面对着上述与人类前途命运攸关的全球性问题，21世纪全世界的建筑节能事业必须全面推进建筑节能。为此，我们要做好各类气候区、各个国家、各种建筑的节能工作，要全方位、多科学地，综合而又交叉地研究和解决一系列经济、技术和社会问题，在进一步提高生活质量的基础上，在建筑中尽力节约能源和自然资源，大幅度地降低污染，减少温室气体的排放，减轻环境负荷，并从多个方面作出世界性的努力[1]。§1-2居住建筑节能1-2-1建筑节能20世纪70年代石油大幅度涨价使世界经济遭受到沉重打击，世界各国开始重视能源问题。由于能源资源条件的限制，新能源的开发在短期内难以缓解能源供应的紧张局面，许多国家都把注意力集中在常规能源的节约上，“节能”被称为煤炭、石油、天然气、核能之外的第五大能源。建筑节能的研究与开发从上世纪七十年代至今已经历了三个阶段。第一阶段，二十世纪七十年代提出的建筑节能（EnergySavinginBuildings），其内涵仅仅着重于通过能源节约以降低资金投入，是昀浅层次的建筑节能概念。第二阶段，二十世纪八十年代中后期，以资源有限论为基础提出的建筑节能（EnergyConservationinBuildings），已经升华至节约资源的高度，把建筑耗能同人类赖以生存的自然资源密切结合起来。第三阶段，二十世纪九十年代的建筑节能（EnergyEfficiencyinBuildings），则把建筑耗能与自然生态和人类社会的可持续发展结合起来，是昀具有积极意义的节能概念。这种昀具科学意义的建筑节能概念并非不要消耗能源，而是需要大大提高能源的利用效率，大幅度减少对环境的污染，减少温室气体的排放。居住建筑节能设计程序开发2在我国，现在仍然统称为建筑节能，但其含义应该上升到第三层意思。即在保证和提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率[2-7]。1-2-2建筑节能的范围建筑节能的范围有广义和狭义之分。广义节能要求考虑建筑物整个寿命周期内的能源流动情况，即一栋建筑物从昀初的设想，到原材料的采集、生产、运输、构部件的组合、加工、建造和使用，直至昀后复原、回收或废物管理等一系列过程。狭义的建筑节能通常对构部件的组合、加工、建造及建筑的使用过程中的能耗。一般的人们对使用能耗关注较多，日常使用能耗与建造能耗之比，约为8:2~9:1[2]。可见，使用过程能耗，特别是采暖和空调能耗为主，故应将采暖和降温能耗作为建筑节能的重点。建筑使用能耗包括：采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯等方面的能耗。1-2-3居住建筑节能对于河北省地区而言，当其主要城镇采暖期居住建筑耗热量和采暖耗煤量指标不超过河北省工程建设标准《民用建筑节能设计规程》（DB13（J）24-2000）附录A所规定要求的居住建筑亦称为节能居住建筑，此居住建筑和传统的居住建筑相比，可达到节能50%要求。要满足此项要求，那就必须要对建筑物外围护结构各部位(如屋顶、墙体、门窗、地面等)的热损失进行严格控制。但外围护结构各部位的热损失是与各部位的传热系数大小有关，而传热系数限值又与建筑物的体形系数有关[8]。§1-3建筑节能的意义建筑节能就是要在保证和提高建筑舒适的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。建筑用能系是指建筑使用能耗，包括建筑采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能耗，其中以采暖和空调能耗为主，建筑节能主要是节约采暖、空调的能耗[9]。我国已全面进入建设小康社会，开始实施第三步战略目标、执行国民经济和社会发展第十一个五年计划、加快推进社会主义现代化建设新的发展阶段。保持能源、经济和环境的可持续发展是我们面临的一个重大战略问题。人口膨胀、环境污染和能源短缺是当今和未来世界面临的三大问题，也是人类为了可持续发展必须寻求正常途径予以解决的重大课题。近二十年来，世界建筑发展的大潮流中，建筑节能是一个极为重要的热点问题，是建筑技术进步的一个重大标志，也是建筑界实施可持续发展战略的一个关键环节。进行建筑节能设计的研究工作对于推动建筑节能工作的开展显得非常重要。在我国，由于历史和近现代发展中的种种不正常因素，这三大问题尤为突出，已成为影响和阻碍我国国民经济、生态环境、科学技术、社会文化等各个领域持续发展的重要因素。由于建筑用能数量巨大，以及其对环境的重大影响，建筑节能事业就在世界上蓬勃兴起，成为大家共同关注的热点问题。在我国，建筑是用能大户，1996年全国能源消费总量为13.88亿吨标准煤，而建筑使用能耗为3.54亿吨标准煤，占全国商品能源消费总量的25.5％。如果将全国建筑能耗加上农村生活用生物能源消耗2.03亿吨标准煤，则我国生活用能消耗共5.57亿吨标准煤，占全国商品能源和生物质能源消费总量的35.0％。仅以城镇采暖来说，采暖区城镇人口只占全国人口的13.6％，而1996年采暖用能即要占到全国商品能源总消耗的9.9％。1999年建筑用商品能源消耗共计3.76亿吨标河北工业大学硕士学位论文3准煤，当年全国能源消费总量为13.6亿吨标准煤，亦即建筑用能占全社会终端能源消费量的比重已经达到27.6％。2003年有新闻报道提到，未来20年，交通和建筑两个部门的用能增长明显加快，交通用能所占比例将比2000年提高5个百分点，建筑用能比例将比2000年提高近10个百分点。也就是说，随着人民生活质量的改善，这个比例将上升，以至达到35～40％。我国的建筑节能工作从1986年正式开始启动，但是截止到2002年，我国节能建筑的总面积还只有2.3亿平方米，在每年近20亿平方米的竣工面积当中，只有五六千万平方米是节能建筑，只占3％左右，也就是说有97％属于高耗能建筑。总之，我国目前的现状是：人均常规能源资源少，建筑能源利用率低，建筑耗能所占比例将继续增加，如果高耗能建筑不断大量兴建，建筑用能继续急剧增长，势必会限制国家经济的发展。为了国民经济持续、快速、健康的发展，就必须搞好建筑节能。建筑节能是贯彻可持续性发展战略和科教兴国的重大举措。积极推进建筑节能，有利于改善人民生活和工作环境，减轻大气污染，减少温室气体排放，对于节约能源，保护环境，实现国民经济可持续性发展具有十分重要的意义[9]。§1-4国内外建筑节能概述1-4-1国外建筑节能的现状与趋势建筑节能是当今世界昀突出的科研课题之一[10]。据统计，人类每年所消耗的能量，其中建筑能耗昀大。各国的建筑节能措施方面尽管各异，但总的来说都存在着几个共同的特