建筑节能与环境

建筑节能与环境提纲一、绪论二、建筑能耗的影响因素三、如何降低建筑能耗四、建筑节能技术五、常见问题和案例分析一、绪论全球温升预测纽约市二氧化碳的排放量动画模拟演示深圳气象频道科普专题片——温室效应柴静雾霾调查：穹顶之下全球的资源：能源：40%水资源：42%原材料：50%耕地：48%全球的污染：空气污染：50%温室效应：42%水污染：50%固体废物：48%氟氯化物：50%建筑全过程建筑全过程的物质与能源消耗因此，建筑节能很大程度上制约着“可持续发展”战略的实施19.8%23.7%24.8%22.9%20.9%20.4%19.6%19.4%20%20.5%20.8%050100150200250300350400450500012345678200020022004200620082010建筑面积亿m2建筑能耗亿tce总能耗建筑面积注:不包括农村使用的生物质能目前中国建筑能耗状况超过2倍40%面积(亿m2)年能耗状况（每年）农村居住建筑农村生活用能2401.9亿吨标煤，2.6亿吨标煤的生物质能城镇民用建筑北方城镇采暖641.27亿吨标煤城镇建筑(除采暖外)住宅用能(含炊事)960.78亿吨标煤一般公共建筑490.94亿吨标煤大型公共建筑40.18亿吨标煤长江流域住宅采暖400.074亿吨标煤总计建筑能耗建筑总面积：389亿平米，总商品能源消耗5.1亿吨标煤，占社会总能耗的25.5%农村38%城镇住宅（不包括采暖）15%北方城镇采暖25%一般公共建筑18%大型公共建筑3%长江流域住宅采暖1%人均建筑能耗状况•2008年，世界用能总量为177.3亿tce美国,35.8,20.2%日本,8.0,4.5%OECD国家,29.2,16.5%俄罗斯,10.9,6.2%中国,30.6,17.3%印度,7.2,4.1%其他国家,55.5,31.3%2008年世界能源消耗分布(亿tce)法国,132荷兰,37美国,1431日本,245希腊,27中国城镇,453德国,143英国,227加拿大,155韩国,81中国农村,204澳大利亚,240204060800100020003000400050006000单位面积建筑能耗:kgce/(m2.a)人均建筑能耗:kgce/(ca.a)世界各国的建筑能耗巨大的碳减排压力•2010年，世界能源使用碳排放总量为304.9亿吨建筑运行碳排放约占总排放的28%美国,58.33,19.1%日本,12.15,4.0%OECD国家,43.33,14.2%俄罗斯,16.98,5.6%印度,14.74,4.8%中国,68.04,22.3%其他国家,91.36,30.0%2008年世界碳排放分布(亿吨)地球表面平均温度升高应控制在2℃以内!（IPCCIntergovernmentalPanelonClimateChangeAR4）•为实现这一目标，应逐步控制碳排放总量：1)到2020年，CO2排放总量达到峰值400亿吨，能源使用排放约为320亿吨，在现有能源结构下，约为200亿tce一次能源;2)到2050年，CO2排放总量应减少到2000年的48%~72%。•全球建筑能耗不可能超过60亿tce,除非调整能源结构，大量使用可再生能源或核能。•世界人口将达到80亿，人均建筑能耗为0.75tce。我国能源供应能力•到2015年，我国可获得全部一次能源供应能力为43亿吨标煤，消耗上限为41亿吨标煤！•考察我国煤炭、石油、天然气、水电、核电、风能、太阳能、生物质能和其他可再生能源的供应能力，加上进口石油、天然气等能源：国内生产煤炭/亿吨天然气/亿m³石油/亿吨水电/亿kWh核电/亿kWh风电/亿kWh太阳能发电/亿kWh太阳能热/亿tce生物质/亿tce较大可能302000210560525020001500.31加强开发2200~25002.1~2.3600030003001.45进口能源石油天然气31000中国建筑用能的“红线”•我国目前用能分布：工业65%，交通10%，建筑25%•维持工业用能在目前基础上增长不超过20％，交通用能在目前基础上增长不超过30％，剩下的建筑用能只能在10亿吨以内，如果能做到8亿吨，可以更好地支持工业和经济发展。•从全球人均建筑用能看，中国建筑用能上限为：11亿tce；•从我国可以得到的能源看，中国建筑用能上限：10亿tce；•从中国社会和经济发展看，建筑用能努力目标：8亿tce。零能耗建筑零能耗建筑(zeroenergyconsumptionbuildings)，是不消耗常规能源建筑，完全依靠太阳能或者其它可再生能源。1.全智能控制;2.不用或少用外界能源;3.24小时生活热水即开即用;4.室内空气保持清新,温度、湿度、含氧量适宜。IKAROSHouse（德国）ChuckanutRidgeHouse（华盛顿）自然之屋（俄罗斯）Ecomo（皮埃特罗拉索）HomeforLife（丹麦）HoverHouse（加州洛杉矶）CrookedHouse（瑞士）RoblesArquitectos（哥斯达加）Fincube（意大利）CasaNoGere（葡萄牙）国际新能源市场光热馆世博中国馆德州太阳谷微排大厦杭州低碳科技馆清华大学节能楼中国第一座零能耗功能型生态建筑——尚德研发中心比利时牌世界首座“零排放”极地考察站被风引擎的迪拜旋转摩天大楼世界首座“零碳城”——马斯达尔太阳指引Google搜索环保的空中楼阁——伦敦通天塔世界上最环保的建筑——美国加州科学院大楼世界上最环保的OFFICE建筑——法国零能源办公大楼太阳能方舟——日本三洋大楼中国首座太阳能传媒墙——北京辉煌净雅大酒店二、建筑能耗的影响因素结合气候设计的五大要素：1.太阳辐射2.空气温度3.气压与风4.大气湿度5.凝结与降水气候环境61中东大部分地处干旱和半干旱荒漠地区，地处炎热的沙漠气候与地中海型气候的过渡地带，伊拉克的夏季炎热干燥，冬季却寒冷多雨。62封闭的厚重的建筑63紧凑的封闭的建筑646566安纳沙兹人的“悬崖宫殿”沼泽阿拉伯人的芦苇屋伊拉克69屋顶和自然通风拱顶和穹顶的优点在于：室内高度有所增加，人们头顶富裕的空间，可以保证热空气的上升和聚集在远离人体的位置；屋顶的表面积有所增加，太阳辐射作用在扩大的面积上，平均的辐射强度相对降低，屋顶吸收的平均热量下降，因此对室内的辐射强度有所减少；在一天的多数时间内，一部分屋顶处于阴影区，可以吸收室内和相对较热的屋顶部分的热量，将其辐射到阴影区内温度较低的空气中。极地气候圆顶雪屋-爱斯基摩小屋热带雨林气候萨摩亚人的“伞”形草屋疏松的开敞的轻盈的建筑形式：物理环境因素对建筑的形式有着重要作用。大陆性气候山西绥德靠山窑75中国传统民居形式——陕西窑洞7677圆顶毡房蒙古包地中海气候突利石屋意大利海洋性西海岸气候印第安人的“长屋”夏洛特女王岛“长屋”山地气候卡帕多西亚地区的岩居严寒地区主要指新疆大部、甘肃北部、内蒙西部、东北、西藏等地区。1）冬季严寒：大部分地区冬季漫长严寒、南疆盆地冬季寒冷，部分地区冻土较深，山地积雪较厚；2）夏季干热：大部分地区夏季干热，吐鲁番盆地酷热，山地较凉；3）气温年较差和日较差均大；4）气候干燥：大部分地区雨量稀少，风沙大；5）太阳能资源丰富：日照丰富，太阳辐射强烈。严寒地区高窗的形式以减弱地面阳光的反射房屋常常是围绕着一个内院来布置，所有门、窗都朝向内院，外围是厚重的实墙。寒冷地区夏热冬冷地区夏热冬暖地区温和地区建筑围护结构改建项目住宅建筑公共建筑工业建筑新建项目建筑物分类----从节能角度•高能耗房屋1.独户住宅单位居住面积年采暖能耗≥140kWh/(㎡.a)2.多户住宅单位居住面积年采暖能耗≥110kWh/(㎡.a)3.其他情况单位居住面积年采暖能耗≥120kWh/(㎡.a)•低能耗房屋1.独户住宅单位居住面积年采暖能耗≤70kWh/(㎡.a)2.多户住宅单位居住面积年采暖能耗≤55kWh/(㎡.a)3.其他情况单位居住面积年采暖能耗≤60kWh/(㎡.a)•近零能耗房屋基本理念是将建筑使用的总能源消耗量降低到一个理想的水平，既不偏重于某一措施，也不偏重于某一种能耗的降低，而是鼓励设计者和建造者根据项目的具体特点和条件，创造性地努力，达到节能，利于生态、安全舒适的目的。具备的要求：1）通过精心而富有创造性的设计和施工，单位居住/使用面积的年采暖耗能量≤15kWh/(㎡.a)。2）合理选用节能产品，使总的初始能源耗能量（包括采暖、热水、通风、照明、做饭和家务）≤120kWh/(㎡.a)。1.围护结构的定义围护结构是指建筑物及房间各面的围护物。2.围护结构的分类•按是否采光分为透明和不透明两种类型：不透明围护结构有墙、屋面、地板、顶棚等；透明围护结构有窗户、天窗、阳台门、玻璃隔断等。•按是否与室外空气直接接触，又可以分外围护结构和内围护结构两种类型。对于节能来说：在不需特别加以指明的情况下，围护结构通常是指外围护结构，包括外墙、屋面、窗户、阳台门、外门，以及不采暖楼梯间的隔墙和户门等。建筑围护结构分类中国馆采用节能技术（自遮阳体型、自然通风、再生能源利用）自遮阳体型中国馆设计强调利用自遮阳体实现夏季最大限度遮阳，冬季最大限度透光的效果。自然通风架空层架空层公共活动空间在过渡季节利用室外风压形成良好的通风效果，获得良好的热舒适环境。架空层太阳能利用中国馆屋面遮阳板与太阳能光伏电池板方阵结合，形成光电遮阳板，每平方米光伏电池板可转换120W电能。设备三、如何降低建筑能耗门窗窗户传热及其空气渗透耗热量最大,各地区约占建筑物总耗热量的50%~60%不等！外墙传热耗热量所占的比例也较大,约为30%~45%左右！地面25%窗户30—50%屋面25%墙面15%建筑的热损失10%30%建筑的热散失地面：10%墙面：30%屋面：25%门窗：30-50%25%50%-60%节能门窗在我国的使用率只有0.4%，远远低于欧洲高档节能门窗使用率占门窗总量67%的水平。建筑门窗已成为现阶段我国建筑节能的“盲点”和能量流失的“漏斗”。节能门窗设计的重点是改善材料的保温隔热性能和提高门窗的密闭性能。（1）节能玻璃—中空玻璃中空玻璃的空气间层厚度分别为6、9、12、15mm等规格。中空玻璃最大的特点：•传热系数小；•具有良好的隔热、保温性能；•具有防结露、隔音和降噪等功能。②镀膜玻璃—反射玻璃镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。能够明显减少太阳光的辐射热能向室内的传递，保持室内温度的稳定，从而达到节能的效果。热反射玻璃—阳光控制玻璃幕墙是一种悬挂在建筑物结构框架外侧的外墙围护结构。结构功能:承受风、地震、自重等荷载作用并将这些荷载传递至建筑物主体结构。建筑功能:是抵抗气候、雨、光、声等环境力量对建筑物的影响，还可增加整体建筑物的美观感。幕墙①是完整的结构体系，直接承受荷载，并传递至主体结构。②包封主体结构，不使主体结构外露。③幕墙悬挂于主体结构之上，并且相对于主体结构可以活动。幕墙特点：1851，伦敦水晶宫北京长城饭店1985年建筑幕墙的发展趋势①第一代“准幕墙”（1850-1950）具有现代幕墙雏形，做法是将幕墙板材直接固定在立柱上而无横梁过度。缺点：渗水、噪声、保温问题无法解决。②第二代幕墙（1950-1980）解决了渗水问题；大量应用反射及low-e玻璃，提高保温性能；单元式幕墙开始应用，提高工厂化程度，减少现场作业量。③第三代幕墙（1985至今）•结构密封材料应用广泛(隐框幕墙)；•发明工厂预制板式拼装体系(确保水密性)；•不透光但能换气的窗间墙(冬天保温，夏天换气)；•采用新材料新方法(钢索桁架点支式幕墙)；•可视的外表面。④正在发展中的第四代幕墙—主动墙a、热通道幕墙：预制幕墙的外层利用双层玻璃形成温室效应。夏天，将暖风送至顶部并通过空气总管加热生活用水；冬天，利用室内形成的温室效应，并通过一个装置把暖空气送入室内。b、水流管网热通道幕墙：预制幕墙外层利用竖框或横梁的管腔作为水或其他液体的通道。太阳辐射热通过玻璃积蓄在