第二章建筑节能设计原理

第二章建筑节能设计原理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与节能途径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建筑节能评价计算建筑热工设计分区：严寒地区（简称Ⅰ区）：累年最冷月平均温度低于或等于－10℃的地区。寒冷地区（简称Ⅱ区）：累年最冷月平均温度高于－10℃、低于或等于0℃的地区。夏热冬冷地区（简称Ⅲ区）：最冷月平均温度高于0℃～10℃，最热月平均温度低于25℃～30℃的地区。夏热冬暖地区（简称Ⅳ区）：最冷月平均温度高于10℃，最热月平均温度25℃～9℃的地区。温和地区（简称Ⅴ区）：最冷月平均温度高于0℃～13℃，最热月平均温度18℃～25℃的地区。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严寒与寒冷地区改进建筑物围护结构保温性能，进一步减低采暖需热量推广各类专门的通风换气窗，实现可控制的通风换气，避免为了通风换气而开窗，造成过大的热损失改善采暖的末端调节性能，避免过热推行地板采暖等低温采暖方式，从而降低供热热源温度，提高热源效率积极挖掘利用目前的集中供热网，发展以热电联产为主的高效节能热源夏热冬冷地区保证夏季隔热，并兼顾冬季防寒体形系数要和住宅采光、日照等结合起来，不要过分追求小提高住宅日照、促进自然通风角度，综合确定窗墙比夏热冬冷地区气候条件下的不同地区，要根据不同季节室外风速，优化设计窗墙比要特别强调外窗遮阳、外墙和屋顶的隔热设计夏热冬暖地区隔热、遮阳、通风设计非常重要首先考虑的因素是如何有效防止夏季的太阳辐射同时，在围护结构的外表面要采取浅色粉刷或光滑的饰面材料，以减少外墙表面对太阳辐射的吸收遮阳设计的形式和构造的选择，要考虑建筑朝向对遮光的要求合理组织住宅的自然通风2.3采暖居住建筑节能基本原理和节能途径几个概念：体形系数：建筑物与室外大气直接接触的外表面面积与其所包围体积的比值。体形系数越小，节能效果越好。窗墙面积比：窗户洞口面积与其所在外立面面积的比值。普通窗户的保温隔热性能比外墙差很多，而且夏季白天太阳辐射还可以通过窗户直接进入室内。一般说来，窗墙面积比越大，建筑物的能耗也越大。好。采暖居住建筑的能耗构成围护结构73%～77%门窗23%～27%外墙23%～34%窗户23%～25%楼梯间隔墙6%～11%屋顶7%～8%阳台门下部2%～3%地面2%一、我国采暖居住建筑的主要特点1、住宅占居住建筑的的92%，其中相当部分安采暖和通风换气装置；2、冬季室内温度要求达到16~18℃，高级别达到20~22℃；3、层高一般为2.7~3.0m，开间为3.3~4.5m；4、人均占有居住面积为7~8m2，占有居住容积18.2~20.8m2；5、城镇居住建筑以多层为主，大城市有部分高层。二、采暖居住建筑的节能基本原理两部分：由通过围护结构的传热耗热量和通过门窗缝隙的空气渗透耗热量组成。其中，前者占主要部分。窗户传热系数较高，应该在保证采光要求前提下，选择适当的窗墙比和改善窗户的保温性能。一般，双层玻璃比单层玻璃传热系数可降低一半。塑料窗和塑钢窗较钢窗保温性能有较大改善。提高窗户气密性，减少冷风渗透。选用新型墙体材料，如加气混凝土砖、保温复合墙、外墙表面抹膨胀珍珠岩砂浆等。注意采暖建筑屋顶保温，可采用加气混凝土块或加气混凝土块架空设置在架空层中充填岩棉、矿棉或膨胀珍珠岩，或敷设其它保温层。建筑物体形、朝向、间距与建筑物能耗关系很大，通过良好的总平面规划设计，使建筑物在冬季最大限度地利用日照，多获得热量，避开主导风向，减少建筑物和场地外表面热损失。减少建筑物的体形系数及外表面积。改善采暖供热系统的设计和运行管理，提高设备运行效率，加强管线保温。采用热量按户计量收费的办法。2.4空调建筑节能原理概念：围护结构传热阻（R0）是围护结构阻抗传热能力的物理量。为结构热阻（R）与内、外侧表面换热阻（Ri、Re）之和。R0=Ri+ΣR+Re一、影响空调负荷的主要因素围护结构的热阻和蓄热性能：从降低空调负荷效果上看，热阻作用大于蓄热能力的作用；房屋朝向状况，蓄热能力：顶层和东西向房屋空调负荷大于南北向房屋；窗墙面积比，窗户遮阳与空气渗透情况：窗户越大，空调负荷越大。二、空调建筑节能基本原理得热三途径：1、通过外窗的太阳辐射得热；2、围护结构传热得热；3、门窗缝隙空气渗透得热。空调建筑节能设计要点建筑避免东西朝向或东西向窗户减少辐射得热；空调房间集中布置，上下对齐；空调房间应避免布置在拐角处、有伸缩缝处或顶层；空调建筑外表面尽量小，表面浅色，房间净高宜低；外窗面积尽量小，窗墙比不超过0.30(单层窗）0.4(双层窗）。东西向外窗，宜采用热反射玻璃、反射阳光镀膜和有效遮阳构件；外窗气密等级不应低于GB7107-2002中3级水平；围护结构传热系数应符合GBJ19-87规定要求；间歇使用的空调建筑，外围护结构内侧和内围护结构宜采用轻质材料，连续使用的空调建筑，外围护结构内侧和内围护结构宜采用厚重材料。2.5建筑物采暖耗热量指标和采暖耗煤量指标一、建筑物耗热量和建筑物耗热量指标建筑物耗热量：采暖建筑在一个采暖期内，为保持室内计算温度，由采暖设备供给建筑物的热量，单位：kW/y。建筑物耗热量指标: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。二、建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标1、采暖设计热负荷指标：在采暖室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由锅炉房或其他供热设施供给的热量；单位：W／m2。是用来确定采暖设备容量的一个重要指标。2、采暖室外计算温度：以日平均温度为基础，按历年平均不保证5天，通过统计气象资料确定的用于采暖设计的室外空气计算参数。3、建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标关系：由于采暖室外计算温度低于采暖期室外平均温度，所以建筑物耗热量指标小于采暖设计热负荷指标。三、采暖耗煤量指标1、定义：在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期内消耗的标准煤量，单位：kg／m2。2、采暖耗煤量指标大小随建筑物耗热量指标和采暖期长短增长而增长，随锅炉运行效率和室外管网输送效率提高而降低。3、建筑物能否达到节能标准的要求，用采暖耗煤量指标来衡量。四、影响建筑物耗热量指标的几个因素1、体形系数：体形系数的大小对建筑能耗的影响非常显著，体形系数越小，单位建筑面积对应的外表面积越小，外围护结构的传热损失就越小。从降低建筑能耗的角度出发，应该将体形系数控制在一个较低的水平。但体形系数限值规定过小，将制约建筑师们的创造性，造成建筑造型呆板，平面布局困难，甚至损害建筑功能。国标(JCJ26---95)中规定：建筑物的体形系数宜控制在0．30及0．30以下；若体形系数大于0．30，则屋顶和外墙应加强保温，以便将建筑物耗热量指标控制在规定水平。控制体形系数大小的方法：（1）减少建筑的面宽，加大建筑的进深。面宽与进深之比不宜过大，长宽比应适宜。（2）增加建筑的层数，多分摊屋面或架空楼板面积。（3）建筑体型不宜变化过多，立面不宜太复杂，造型宜简练。2、围护结构传热系数：在建筑物整体尺寸和窗墙面积比不变情况下，耗热量指标随围护结构的传热系数的下降而降低。3、窗墙面积比：在寒冷地区采用单层窗、严寒地区采用双层窗或双玻窗条件下，加大窗墙面积比对节能不利。4、楼梯间开敞与否：多层住宅楼梯间采用开敞式楼梯间比采用有门窗的楼梯间，其耗热量指标约上升10％—20％。5、换气次数：提高门窗的气密性，换气次数由0.8次／小时降至0.5次／小时，耗热量指标可降低10％左右。6、朝向：建筑物朝向对太阳辐射得热量和空气渗透耗热量都有影响；多层住宅东西朝向时与南北朝向相比，耗热量指标约增加5.5％。7、高层住宅：层数在10层以上时，耗热量指标趋于稳定。高层住宅中，带北向封闭式交通廊的板式住宅（板式住宅的特点是：面宽较大，南向房间多，采光好；进深较小，一般为南北通透格局，通风好。）其耗热量指标比多层板式住宅低6％。在建筑面积近似的条件下高层塔式住宅的耗热量指标比高层板式住宅高10％—14％。体形复杂，凹凸面过多的塔式住宅，对节能不利。8、避风设施：建筑物入口处设置门斗或采取其它避风设施，有利于节能。一．建筑物耗热量指标计算公式2.6建筑热工设计计算二．单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量计算公式三、单位建筑面积的空气渗透耗热量应计算公式四、采暖耗煤量指标应计算公式不同地区采暖往宅建筑耗热量指标和采暖耗煤量指标不应超过规定的数值。集体宿舍、招待所、旅馆、托幼建筑等采暖居住建筑围护结构的保温应达到当地住宅建筑相同的水平。建筑热工设计规定一、对建筑物朝向的规定标准规定：建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房间宜避开冬季主导风向。二、对建筑物体形系数的规定从有利于节能出发，体形系数应尽可能地小。标准规定：建筑物的体形系数宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，则屋顶和外墙应加强保温，以便将建筑物耗热量指标控制在规定水平，总体上实现节能50％的目标。2.7建筑节能评价计算三、对采暖居住建筑楼梯间、外廊和出入口的规定标准规定：采暖居住建筑的楼梯间和外廊应设置门窗；在采暖期室外平均温度为-6℃~-0.1℃的地区，楼梯间不采暖时，楼梯间隔墙和户门应采取保温措施；-6℃以下地区，楼梯间应采暖，入口处应设置门斗等避风设施。四、对不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限值的规定标准规定：不同地区采暖居住建筑各部分围护结构的传热系数不应超过《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中规定的限值。表中各部分围护结构传热系数限值，是分别针对体形系数等于0．30和0．35的住宅建筑，其耗热量指标均满足新标准规定要求，并按新标准规定的计算方法确定的。这项规定的基本出发点是保证占绝大多数的采暖住宅建筑，其耗热量指标小于或等于新标准规定的数值；允许占极少数的采暖住宅建筑，其耗热量指标大于新标准规定的数值。这样，就能从总体上保证实现节能50％这一目标。五、对外墙传热系数应考虑周边热桥影响的规定标准规定：围护结构的热桥部位应采取保温措施，以保证其内表面温度不低于室内空气露点。我国在计算上采用以下做法:外墙因受周边热桥影响，其平均传热系数按面积加权平均法求得。即:Kp——外墙主体部位的传热系数(平均传热系数)KB1、KB2、KB3——外墙周边热桥部位的传热系数Fp——外墙主体部位的面积（m2）Fp=房间开间×层高－梁、板、柱和外门窗面积FB1、FB2、FB3——外墙周边热桥部位的面积（m2）FB1、FB2、FB3=钢筋砼梁、板、柱各自的面积。计算出来的传热系数应小于或等于《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中规定的外墙传热系数限值。112233123PPBBBBBBmPBBBKFKFKFKFKFFFF六、关于窗墙面积比的规定标准规定：北向为0.25，东西向为0.30，南向为0.35。如窗墙面积比超过上述规定值，节能设计中应调整外墙和屋顶等围护结构的传热系数，使建筑物的耗热量指标达到规定的要求。七、关于在严寒地区，建筑物周边直接接触土壤的外墙和地面应采取保温措施的规定标准规定：采暖期室外平均温度低于-5.0℃的地区，建筑物外墙在室内地坪以下的垂直墙面以及周边直接接触土壤的地面应采取保温措施。在室内地坪以下的垂直墙面，其传热系数不应超过规定的周边地面传热系数限值。在外墙周边从外墙内侧算起2.0m范围内，地面传热系数不应超过0．30W／(m2·K)。执行本条规定，相当于在垂直墙面外侧或内侧加50-70mm厚，以及从外墙内侧算起2.0m范围内，地面下部加铺70mm厚聚苯乙烯泡沫塑料等具有一定抗压强度、吸湿性较小的保温层。一、计算建筑物体形系数例题试计算三栋十层30m高，每层建筑面积同为600m2，不同平面形状建筑的体形系数。建筑节能计算评价实例计算结