建筑节能计算

一、节能率的含义二、节能控制参数三、关于节能设计方法四、建筑节能设计文件的深度一、节能率的含义•同样一幢建筑，分别于八十年代初期建设（对比建筑）和现在建设（现有建筑），在保证同样的室内环境要求条件下，现有建筑的全年能耗与参照建筑全年能耗的比值。比较参数对比建筑现有建筑朝向及面积相同相同功能相同相同体形系数相同相同窗墙比相同相同室内环境相同相同围护结构材料不同不同设备系统不同不同（续）节能率的含义•对比建筑标准•节能建筑：现有建筑其节能率至少达到50%（续）节能率的含义特点1节能率是理论计算值，非实际能源消耗的百分比2节能的检测.难以直接检测能耗，而间接以强制性指标的检测替代。只要强制性指标满足，即予认可。节能是系统工程，需要各专业、各环节共同努力。对公共建筑,从北方至南方:围护结构分担节能率约25%--13%；空调采暖系统分担节能率约20%--16%；照明设备分担节能率约7%--18%。现阶段总目标达到50%,已开始65%的试点.（续）节能率的含义（续）节能率的含义节能的落实•设计•设计质量控制－－施工图审查•监理•检测•验收备案二、节能控制参数•参数主要包括：•1)体形系数、2)窗墙比、•3)遮阳率、4)热阻R、•5)热惰性指标D•6)采暖耗热量指标7)空调耗冷量指标•设备的节能：•采暖与空调的效率•热水供应的效率•照明的效率三建筑节能有关参数的计算3.1体形系数（Shapecoefficientofbuilding）建筑物与室外大气接触的外表面积建筑物所包围的体积外表面积不包括地面、不采暖空调楼梯间隔墙和户门的面积；包括飘窗的外表面积与体积。对封闭阳台，计算其内隔墙面积。若无内隔墙，则按封闭阳台的外表面计算面积和体积。对有人坡屋顶,按三棱柱计算.室内室内外墙飘窗立面卧室或客厅封闭阳台平面住人坡屋顶建筑体型:体形系数: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F/V体形系数:大小体形系数越小越节能以1.5mx1.2mx0.4的飘窗为例,其外表面积为:3.96m2,体积为0.72m3.自身的体形系数为5.5.对整体建筑的影响:例：某建筑共六层,两个楼梯.每层四户.原有外表面积为2113m2,原有体积为6572m3,体形系数为0.322.如每户有一扇窗改为上述飘窗,则体形系数变为0.335.增加0.013.如每户有二扇窗改为上述飘窗,则体形系数变为0.348.增加0.0263.2窗墙比(Arearatioofwindowtowall)某朝向上的窗户窗洞总面积该朝向立面总面积注：1)以整个朝向为单位计算，不以房间为单位。2)对飘窗只计算其窗洞的面积。3)对玻璃门应按窗户计算.4)关于朝向的确定-----North建筑平面之一建筑平面之二建筑平面之三3.3遮阳率/遮阳系数省标规定：80%遮阳率—窗户洞口面积范围内，遮阳设施在夏至日阻止直射阳光进入室内的辐射能与该范围内直射阳光总辐射能的比。Σ逐时阴影面积*逐时太阳辐射强度窗户面积*全天太阳辐射之和•夏季,遮阳率越大越好.•夏至日全天-----应逐时计算.•遮阳设施应在建筑设计中考虑，并不得影响通风和正常采光。南向：要求九时至十五时满窗遮阳西向：要求十二时至十八时满窗遮阳南向/北向:可采用固定遮阳东向/西向:可采用挡板遮阳或活动遮阳.建议：水平遮阳板长度0.4m，水平延伸长度0.8m或垂直遮阳板长度0.33m。或采用有遮阳功能的窗户。建筑构件(阳台,搁板等)及建筑物自身也能形成遮阳.水平遮阳垂直遮阳LHN窗户分层遮阳•由建筑方位角形成的遮阳S墙面方位角SN南京地区:北纬32004’夏至日南京太阳位置参数及遮阳计算（窗户宽1.2m，高1.5m，至顶板0.2m）时间午前9101112午后151413太阳高度角h49033’62012’74012’81023’太阳方位角A89022’79033’60042’00建筑正南向布置水平遮阳板长度0.010.180.240.26水平遮阳板水平延伸长度1.450.880.420.00垂直遮阳板长度0.0150.220.67极大建筑南偏东150布置（午前）水平遮阳板长度0.390.380.340.25水平遮阳板水平延伸长度1.40.80.350.06垂直遮阳板长度0.330.571.74.47建筑南偏西150布置（午后）水平遮阳板长度0.390.380.340.25水平遮阳板水平延伸长度1.40.80.350.06垂直遮阳板长度0.330.571.74.47玻璃窗的遮阳系数SCGB50189－公共建筑节能标准遮阳系数SC的定义:通过玻璃窗的太阳辐射得热率相同入射条件下3mm标准玻璃窗的太阳辐射得热率.玻璃窗的遮阳系数SC的计算公式：SC=SC’×SD•SC’为玻璃本身的遮阳系数，SD为外遮阳设施的遮阳系数。SD按照GB50189附录A提出的方法确定。当无外遮阳时，SD=1。SC’是玻璃对阳光的遮蔽系数与窗框面积的修正系数的乘积,与玻璃材料、窗框面积大小有关。SC’由建筑师确定,供应商按此提供产品.注意：玻璃对可见光的透射率不小于0.4SC较小有利.太阳光谱与辐射特性波长μm0.150.380.76100紫外线占太阳辐射总量7%可见光占太阳辐射总量50%红外线占太阳辐射总量43%常温物体的辐射0.764.525.0100波长微米Low-E的反射范围,反射率80%常温物体的辐射范围玻璃的选择•兼顾夏季遮阳与冬季得热要求.包括对外遮阳形式的选择亦是如此.•选择玻璃要考虑其特性----对阳光不同频率光波的反射与透射特性希望能将红外反射而具有一定的可见光透过率.----辐射的方向性常用中空玻璃材料•白玻•吸热玻璃增大吸热量,由室外空气带走,减少进入室内热量,但对于温差传热量无减少.•阳光控制玻璃(热反射)在玻璃表面涂上金属化合物膜,可以改变玻璃的反射率和对可见光的透射率.通过膜的组合实现.对远红外反射效果低.•Low-E玻璃对远红外有较高反射率的镀膜玻璃玻璃种类中空组合中空K值透过率%透明玻璃6白玻+12+6白玻2.772吸热玻璃6蓝玻+12+6白玻2.743热反射玻6反射+12+6白玻2.643Low-E6白玻+12+6L-w1.966Sun-E6Sun+12+6白玻1.838几种中空玻璃的性能3.5热阻•导热热阻Rd：m2.k/W材料厚度(δ)(m)材料导热系数(λ)(w/m.k)•对流热阻Rα:1/αα:对流换热系数W/m2.k墙体内外表面热阻共0.15m2.k/W总热阻=各部分热阻之和室外对流热阻室内对流热阻材料导热热阻材料导热热阻材料导热热阻R=1/αi+Σσ/λ+1/αo坡屋面•波型瓦10mm•空气间隙层•混合砂浆25•防水水泥砂浆15•挤塑聚苯板35（公建５０）聚氨酯•水泥砂浆20•混凝土板100•纸筋石灰砂浆10••R=1.47m2K/W,D=2.64•寒冷公建R=1.９7m2K/W不住人的坡屋顶不计算空气层的热阻?热惰性指标D•D=R*S热阻与蓄热系数的乘积S:蓄热系数.由材料的热容量(容重与比热的乘积)决定.D:综合反映了材料抵抗热流大小和温度波动的能力.多层材料:D=Σ(R*S)注:空气层的蓄热系数为0.住宅的墙体热阻限值与D有关系.D越大,R可以小.冬季室外采暖计算温度亦与D有关.3.6建筑物耗热量指标（Indexofheatlossofbuilding）按照冬季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需要由采暖设备提供的热量。3.7建筑物耗冷量指标（Indexofcoollossofbuilding）按照夏季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需要由空调设备提供的冷量。3.6：耗热量指标的计算qH=qH..T+qinf–qI.H其中：qH－采暖期耗热量指标w/m2qH..T－单位建筑面积通过外围护结构传热耗热量指标w/m2qinf-－-单位建筑面积的换气（包括门窗缝隙，外门开启换气扇）耗热量w/m2qI.H－单位建筑面积的建筑物内部得热量w/m2取3.8w/m23.7：耗冷量指标的计算qR=(∑qc)/24式中：qR－空调期耗冷量指标w/m2qc---空调期内,某一时刻建筑物单位建筑面积的冷负荷w/m2qc=(qc.t+qc.s+qinf)/A0+qc.Iqc.t:该时刻温差作用下通过外围护结构传入建筑物的热量,w/m2qc.s:该时刻透过外窗进入建筑物的太阳辐射热量,w/m2qinf:该时刻由渗透空气带入室内的热量,w/m2qc.I:该时刻由内部得热所带来的热量,取3.8w/m2三、节能设计方法符合规定性指标要求：满足在标准的全部硬性规定符合性能性指标要求：不一定满足全部硬性规定，但必须证明传热损失（或由此而引起的采暖空调负荷）被控制在某个规定的范围内。围护结构热工性能达标的两种途径围护结构符合不同朝向、不同窗墙面积比的外墙K限值，和外窗K，Sw等限值暖通空调符合采暖空调和通风节能设计中规定节能标准的达标途径规定性指标性能性指标计算参考建筑的能耗Er参考建筑：形状、大小与所设计的建筑完全相同，但K，SC值、HVAC设备EER等值符合相应规定值计算所设计建筑的能耗EdEr≥EdYesNo达标途径调整建筑围护结构各组成部分的热工性能参数对住宅Er已给出围护结构热工性能达标的两种途径规定性指标达标的途径优点：简单缺点：死板性能性指标达标的途径优点：灵活缺点：复杂GB50189第4.3节“建筑围护结构热工性能权衡判断”就是性能性指标达标的途径公共建筑围护结构热工性能权衡判断权衡判断不拘泥于建筑围护结构各个局部的热工性能，而是着眼于总体热工性能是否满足节能标准的要求。围护结构热工性能的优与劣，直接反映在建筑在规定条件下全年的采暖和空气调节能耗的多少上。因此，围护结构热工性能的权衡判断也落实在比较参照建筑和所设计建筑的采暖和空调能耗上。所谓参照建筑就是一栋与所设计的建筑基本一致的虚拟建筑，但是它的围护结构完全满足GB50189第4章条款的要求。公建围护结构热工性能权衡判断参照建筑的形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能应与所设计建筑完全一致。在严寒和寒冷地区，当所设计建筑的体形系数大于GB50189第4.1.2条的规定时，参照建筑的每面外墙均应按比例缩小，使参照建筑的体形系数符合GB50189第4.1.2条的规定。当所设计建筑的窗墙面积比大于GB50189第4.2.4条的规定时，参照建筑的每个窗户（透明幕墙）均应按比例缩小，使参照建筑的窗墙面积比符合GB50189第4.2.4条的规定。……………………围护结构热工性能权衡判断1、参照建筑围护结构的各组成部分的传热系数、热阻等很容易设定成满足第4.2节各条款的规定。2、如果参照建筑在体形系数和窗墙比两个方面没有限制，则谈不上降低采暖和空调能耗了，因此参照建筑的体形系数和窗墙面积比必须分别符合第4.1.2条和第4.2.4条的规定。围护结构热工性能权衡判断在严寒和寒冷地区，当所设计建筑的体形系数大于第4.1.2条的规定时，必须调整参照建筑的体形系数。本条规定并不真正去调整所设计建筑的体形系数，而是缩小参照建筑每面外墙尺寸，使得参照建筑的形状仍然与所设计建筑保持一致，但外墙面面积减小了。这只是一种计算措施，如果画在图上，就是参照建筑每个房间的外墙都是“部分绝热”的。采取这种措施的实际意义是，所设计建筑外墙面的面积比参照建筑大，但通过两者的热损失是一样的。围护结构热工性能权衡判断窗（包括透明幕墙）墙面积比的大小对建筑采暖和空调能耗影响最大，必须严格控制。当所设计建筑的窗墙面积比大于第4.2.4条的规定时，采取处理过大的体形系数相类似的措施，按比例缩小参照建筑每个窗户（透明幕墙）的，使参照建筑的窗墙面积比符合本标准第4.2.4条的规定。当所设计建筑的窗墙面积比小于第4.2.4条的规定时，参照建筑也不做窗墙面积比的调整。围护结构热工性能权衡判断所设计建筑和参照建筑全年采暖和空气调节能耗的计算必须按照GB50189附录B的规定进行。现有节能计算软件•EVBuilder1.0节能计算南京工业大学暖通空调研究所已通过