节能建筑概述

宋德萱同济大学建筑城规学院教授博士生导师节能建筑概述一绿色节能建筑评估系统二节能建筑的前提三节能建筑设计的三要素四满足夏季节能致凉的节能设计五节能建筑与太阳能应用六建筑的自然通风七建筑遮阳八案例分析九小师实践录目录目录一绿色节能建筑评估系统一绿色节能建筑评估系统1、英国BREEAM评估体系（1990）（1）针对不同类型建筑五种适用版本；（2）主要根据：地球环境问题与资源利用、当地环境问题和室内环境问题；（3）四阶段：PASSGOODVERYGOODEXCELLENT2、加拿大GBTool系统（1998-2002）逐步发展和完善：三大必要评估领域和四大选项评估领域3、美国LEED系统（1996）（1）目的：提供建筑环保性能之标准化查核工具（2）52分以上白金级；39-52分黄金级；33-38分银级；26-32分符合级别4、日本CASBEE评估法（2003）（1）建筑环境设计品质和环境负荷（2）五等级：EXCELLENT、VERYGOOD、GOOD、FAIR、POOR5、中国绿色建筑评估标准（2006）（1）2001年《中国生态住宅技术评估手册》；2003年《绿色奥运建筑评估系统》（2）2006年，“四节一环保“：节地、节能、节水、节材、环境保护（3）《绿色建筑评价标准》：控制项（否决项）、六种一般项与优选项6、台湾地区的EEWH（2003）（1）生态（Ecology）、节能(EnergySaving)、减废(WasteReduction)、健康(Health)（2）五个等级：钻石、金、银、铜、合格（3）独立于欧美体系，发展于热带、亚热带气候的绿色建筑系统节能建筑研究现状（国内）《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》(JGJ26-86)《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》(GB50189-93)《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-95)《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2003)《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)《绿色建筑评价标准》(GB/T50378-2006)《上海市建筑节能条例》《北京公共建筑节能设计标准》（DBJ01—621—2005）《浙江省居住建筑节能设计标准》（DB33/1015-2003）《深圳市居住建筑节能设计规范》（SJG10－2003）《广西壮族自治区居住建筑节能设计标准》（DB45/221-2007）二节能建筑成功的前提二节能建筑成功前提1绝热的外壳:保温、隔热、密闭遮阳2足够的集热面：向阳、间距、无遮挡、南广场、南水面3尽量多储热物：数量、位置、材料、直接得热4良好的自然通风：穿堂风、诱导通风、流线与通风率5有效的致凉蓄冷体系：地面层蓄放热、相变材料、掩土三节能建筑设计三要素三节能建筑设计三要素1采集南向敞开度：无不良遮挡加大日照面积：增加日照面积和采热量墙面平直：避免不必要的凹凸建筑朝向正确：争取好朝向被动式太阳能集热方式：直接受益式、蓄热墙式、对流环路式、附加日光间外墙吸热性能：材料和位置调整窗墙比：根据使用情况和立面需要外墙面色彩与质地、浅深色的季节对应策略加强间接日照：反射阳光有组织的天窗：位置、遮阳，顶部是阳光辐射最大立面内容：采集、保存、利用三节能建筑设计三要素2保存延长流失时间：尽量延缓能量流失速度保持条件稳定：舒适环境要求温度在一定时段的相对稳定或呈渐变过程。多次分级利用：能量方式、流失途径、多次反复应用提高能量质量：温度分布均匀、热辐射均匀①温度分区法围合法半封闭法“三明治”法立体划分法②体型控制外墙长度体型系数：被围合的建筑物室内单位体积所需建筑围护结构的表面面积。温度分区示意图三节能建筑设计三要素③散热体的几何中心：采暖构件的部位居中④余热利用制：换气仍保存能量（双向对流吸热法）⑤窗的控制：热渗透的主要途径，热量损失是墙体的三倍窗墙比：尽量少开不吸热的窗窗位置：低窗满足视线高度、避免高窗窗构造：处理窗的密闭性，如保温玻璃或者双层窗⑥围护结构保温构造墙体保温：增加墙体热阻屋面保温：防水层下设保温层利用“热过渡空间”：门斗或门廊的形式楼梯间保温：封闭、保温双向对流吸热法三节能建筑设计三要素3利用热滞后散热应用：与材料的热容量、导热性及厚度有关。公式：散热时效(h)=42X厚度(m)X热容度/导热性辐射源位置和数量：辐射源居中，室内无遮挡。方向性与指引问题：热释放的流径应指向使用空间可控制系统：应对使用者的不确定性，通过被动控制使流径可以调控。时滞四满足夏季节能致凉的节能设计四满足夏季节能致凉的节能设计1原则夜间降温：炎热夏季，白天隔绝空气流通，夜间通过天空辐射降温，同时“蓄冷”。白天少得热：通过遮阳、墙体隔热构造，减少吸热。蒸发散热：可以利用绿化，水体蒸发散热，降低室外空气温度。但须考虑室内湿度的变化。四满足夏季节能致凉的节能设计2致凉节能设计①通风致凉洞口朝向：夏季主导风、引风入室，通过构筑物、绿化导风。洞口面积与比例：通风优劣取决于出风口的面积大小。穿堂风：“覆盖”室内平面，流经人体高度，低进高出。吸风口位置：越低越好。烟囱效应：热压作用，空气上升速度和拔风井高度差成正比。烟囱效应图四满足夏季节能致凉的节能设计②夜间辐射天空面：尽量大的天空可见空间遮阳板：做到可调控、夜间不遮挡夜间辐射减少遮挡：慎用常绿树城市斗状空间：建筑单体毫“无序化”地层层向外挑出“都市峡谷”批判：始于21世纪初的城市设计倾向，对于城市环境的严重破坏，“肥了开发商、会了城市环境”。③遮阳体系四满足夏季节能致凉的节能设计④综合技术墙体面色彩与质地：光洁、色彩淡雅，反射阳光，减少吸热。隔热构造：隔热屋面、隔热保温墙。绿化降温：蒸发散热并遮阳。水面利用：蒸发降温、引入室内。喷淋屋面：效果好、成本高、复杂。蓄水屋面：效果好、防水构造复杂。蓄水屋面的“调节器”作用五节能建筑与太阳能应用五节能建筑与太阳能应用太阳能光热转换太阳能光伏转换被动式太阳能建筑（非用能，全依赖建筑方法，有作为）难点：太阳能与建筑一体化——太阳能应用技术条件五节能建筑与太阳能应用1.量化指标2.建筑要求3.建筑平面平面朝向：东西±15°斜面倾角：纬度＋（10~15）°（冬寒夏热综合考虑)开敞无遮挡落叶乔木平直避风五节能建筑与太阳能应用——太阳能应用技术条件五节能建筑与太阳能应用1太阳能光热转换•系统图1.自然循环直接系统2.自然循环间接系统3.强制循环直接系统4.强制循环间接系统5.集中供热水系统•集热器位置1.坡屋面集热器布置2.平屋面集热器布置3.墙面集热器布置4.阳台集热器布置5.凸窗间集热器布置太阳能热水系统整合设计太阳能热水系统整合设计坡屋顶南京亚太花园与太阳能热水一体化工程（左），住宅光电一体化系统与传统坡屋面几乎没有分别（右）云南昆明红塔金典园住宅区（左），浙江长岛绿园CPC真空管太阳能集热器（右）某住宅阶梯嵌入式做法示意图平屋顶问题：高层建筑屋面集热面积不够，可设于外墙、重檐、屋面、地面；太阳能集热器的清洗，清洁水回路等；平屋顶外墙布置太阳能采集器的方式立面阵列支架方式示意（上左）、墙体支架实例（中）、构造图（右）栏板式分体承压式台壁式太阳能工程（中图和右图为济南干校二所）住宅平面中热水管网太长，太长的管网造成能源浪费。阳台一体化阳台一体化遮阳板一体化广东中山盛景花苑瓷壁挂集热工程（图上左右）常州“中意宝第”小区高层住宅平板式太阳能热水器工程（图下左右）高层住宅墙面外式—倾角安装冷热水循环管道示意图五节能建筑与太阳能应用2太阳能光伏转换原理：太阳能→电能→化学能→电能→光能。设备：太阳能电池方阵蓄电池组充放电控制器逆变器交流配电柜五节能建筑与太阳能应用2太阳能光伏转换太阳能跟踪系统这种系统能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。五节能建筑与太阳能应用3被动式太阳能建筑①直接受益式系统太阳得热—采热面尽量正南—选用高透射玻璃—尽量使阳光直射储热体储热体—与室外隔绝—数量—材料：高热容活动保温装置—手动于可控系统—珠墙方式五节能建筑与太阳能应用②对流环路式系统热虹吸空气集热器集热面风口控制：防逆装置隔热体系五节能建筑与太阳能应用五节能建筑与太阳能应用③隔热蓄热墙式系统特隆布墙水墙致凉方式五节能建筑与太阳能应用④附加日光间南向缓冲区透明的围合体温度保持五节能建筑与太阳能应用直接受益式蓄热墙式附加日光间五节能建筑与太阳能应用⑤住宅生态系统六建筑的自然通风六建筑的自然通风1建筑风环境⑴风的形成高空对流温差局地疾风海陆风山谷风后院风街巷风中庭风⑵地形风六建筑的自然通风⑶自然通风要素热压作用风压作用⑷通风评估气流路径评估法通风量评估法通风率评估法六建筑的自然通风2单体建筑与风环境控制⑴建筑外形体量与风的组织高与风长与风宽与风形体与风组合与风绿化配置与风⑵建筑层数、构筑物与风六建筑的自然通风3恶性风流的形式⑴角落效应⑵尾流效应⑶通道效应⑷漏斗效应⑸屏障效应（1）（2）（3）（4）（5）六建筑的自然通风4高层形体组合的风环境控制5建筑诱导通风设计技术⑴设计原理热压——温差、温度分层分布位差——负压区、伯努利方程六建筑的自然通风⑵烟囱效应纯开放空间：空间比超过3:1竖井共享空间楼梯结合空间：竖向贯通六建筑的自然通风⑵烟囱效应双墙空间：超过600mm的夹层ⅠⅠ玻璃玻璃计算机控制格栅玻璃可移动铁栅自动除湿器六建筑的自然通风⑵烟囱效应“烟囱空间”：突出屋面的拔风井七建筑遮阳1遮阳形式和效果定义：遮阳是通过建筑手段，运用相应的材料和构成，与日照光线成某一有利角度，遮挡或通过影响室内热性的日照并不减弱采光的手段和措施。遮阳目的：将夏季灾难性的阳光遮挡住而不致影响冬季的日照。主要类型窗口遮阳、表皮遮阳、绿化遮阳、互遮阳和自遮阳七建筑遮阳（1）窗口遮阳A.水平遮阳遮挡高角度太阳辐射，适用于南向立面，可获得7-16%的节能效果。B.垂直遮阳遮挡方位角斜射之日射，适用于东西向立面，可获得6-13%的节能效果。（1）窗口遮阳C.隔栅遮阳兼具水平和垂直遮阳的优缺点，各方位效果差异不大，可获得13-24%的节能效果，遮阳效果较理想。（1）窗口遮阳“漂浮屋顶”可以在整栋建筑上运用，达到遮阳效果。它可以保护建筑的核心部分免受热辐射，并使凉爽的微风从底下吹过。（2）表皮遮阳（3）绿化遮阳（4）建筑互遮阳与自遮阳传统材料：混凝土板，木材；流行材料：织物、膜、金属板（轻质铝板），穿孔金属板，高性能隔热玻璃和热反射玻璃、结合光电板的遮阳板等。（5）遮阳板材料（6）遮阳结合其它功能水平滑动屏风式、天窗式遮阳棚、曲臂遮阳棚和可调节式外遮阳百叶等。（7）可调节与自动控制遮阳构件3遮阳的现状与发展七建筑遮阳（1）建筑工业化要求建筑物简洁，构件少，尤其是居住建筑为了加快施工速度、降低造价，遮阳装置被取消。（3）遮阳设置不当而造成通风差，夜间辐射少，影响冬季日照等问题。（2）专业工作者对遮阳降温的认识不足，重视不够，在建筑方案评估和优化中普遍忽略建筑的日照控制问题。3遮阳的现状与发展七建筑遮阳（1）云南地区的“干阑式”建筑（2）南方常用的“冷巷”布置手手法（3）沿街而设的“骑楼”方式（4）“双层”屋面整体式遮阳系统（5）“大进深”民居形式（6）窗洞的“深遮阳”方式方向：1、与建筑密切结合的设计方向2、功能性配件的设计方向可控遮阳、百叶遮阳、自然遮阳、延伸遮阳、挡板遮阳4遮阳的适用性七建筑遮阳（1）建筑类型的适用性（2）建筑采光面的特征（3）建筑方位的决定性（4）建筑高度的制约性公共建筑的遮阳措施宜整体考虑，可以引进阳光追踪、温控—光控调节等高新技术。居住建筑适用于百叶、自然和延伸等构件的遮阳方式，以利各单元按各自对热的感觉和需求调整遮阳。与幕墙协调，应考虑金属板的百叶遮阳或可控性遮阳不同方位立面要求不同的遮阳形式，应全面讨论不同方位的立面设计对室内热环境的影响。由于受风力影响，居住建筑多以有孔洞的挡板遮阳为主，造价低、效果好、抗风性强；办公建筑以“可