建筑设计与节能技术.ppt

建筑设计与 节能技术,宋桂杰 扬州大学 建筑科学与工程学院,2009年3月,现代建筑设计技术,绿色建筑、生态建筑、智能建筑和节能建筑几种新型建筑类型的概念、设计理念以及在国内外的发展概况。 其中重点是几种新型建筑类型的基本概念和基本设计理念，其他内容作一般了解。,绿色建筑 生态建筑 智能建筑 节能建筑,现代建筑设计技术,所谓绿色建筑，是一种象征，象征着节能的、环保的、健康的、高效的人居环境，它是现代建筑为满足人类生存与发展要求的必然产物。 绿色建筑基于建筑必须考虑与外部环境的协调、共生，必须基于建筑与环境的整体系统观，充分考虑环境与建筑之间的关系，以尊重生态、尊重环境为基本出发点，结合生态设计原理创造出理想的人居环境。,绿色建筑的概念,绿色建筑与生态建筑之间既有区别又有联系，一般认为生态建筑的意义更加广泛，因此比较合适的隶属关系应为：绿色建筑生态建筑。 绿色建筑强调的节能包括提高能效和能源的综合利用两大部分；它强调的资源和材料的有效利用，包括自然能（如太阳能）的利用，日光、地热的应用以及无公害“绿色”材料的综合利用等。,绿色建筑是以人、建筑和自然环境的协调发展为目标，在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏，充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。,1.2 绿色建筑的特征及理念,第一，尽可能节约对自然环境的占用，如对木材资源、水资源、土地资源的节约等。 第二，尽可能充分利用各种自然资源，如风能、太阳能等。 第三，尽可能减少对自然生态平衡的影响，坚持人、建筑与环境的共生。,1.2.1 绿色建筑的特征,绿色建筑所代表的是高效率、环境好而又可持续发展的建筑，能适应生态而又不破坏生态的建筑，它所寻求的是一种可持续发展的建筑模式。 其理念如下： （1）绿色建筑的能源观节能与环保 （2）绿色建筑的设计观建筑与气候 （3）绿色建筑的技术观技术与形式,1.2.2 绿色建筑的理念,（1）美国 植物建筑 芝加哥建成了一座雄伟壮观的生态楼，楼内没有砖墙，也没有板壁，而是在原来应该设置墙壁的地方种植植物，把每个房间隔开。人们称这种墙为“绿色墙”，称这种建筑为植物建筑。 新型太阳能建筑 在美国，太阳能住宅被称为建筑物一体化设计，即不再在屋顶上安装一个笨重的装置来收集太阳能，而是把阳光转换成电能的半导体太阳能电池直接嵌入墙壁和屋顶内。 资源保护屋 美国一家建筑公司为保护环境、节省地球资源，用回收的垃圾建造房屋。这种化腐朽为神奇的房屋被命名为“资源保护屋”，俗称“垃圾屋”。,1. 3国外绿色建筑发展动向,实例：,（2）德国 生态楼 柏林建造了第一座生态办公楼。大楼的正面安装太阳能电池来代替玻璃幕墙。屋顶的太阳能电池供应热水。大楼的屋顶设储水设备，用于收集和储存雨水，储存的雨水用来浇灌屋顶上的草地，从草地渗透下去的水又回到储水器，然后流到大楼的各个厕所冲洗马桶。楼顶的草地和储水器能局部改善大楼周围的气候，减少楼内温度的波动。 太阳能房屋 建筑师塞多特霍尔斯建造了一座能在基座上转动的跟踪阳光的太阳房，房屋安装在一个圆盘的底座上，由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮转动。它跟踪太阳所消耗的电力仅为该房屋太阳能发电功率的1%，而该房所获太阳能量相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。 零能量住宅 零能量住宅100%靠太阳能供给的住宅，不需要电、煤气、木材或煤，空气中没有有害的废气，周围环境空气清新。这种房屋向南开放的平面是扇形平面，这样可以获得很高的太阳辐射能。其墙面采用储热能力较好的灰砂砖、隔热材料及装饰材料。,（3）英国 英国科学家研制出一种生态住宅。其室内空气中的二氧化碳由于自我通风结构而大大减少，并不再使用排放破坏臭氧层的氯氟碳的空调设备。所使用的硬木来自能维持生长的欧洲和美洲的温带森林；不使用有害人体健康的石棉和含铅油漆等材料；热水只在需要时才供应，免去了储水塔；照明使用轻巧的荧光高能效和不闪烁光源。,（4）日本 健康建筑 1997年夏天，日本在兵库县建成了一栋试验型“健康住宅”，整个住宅不采用有害人体健康的建筑材料。其墙体为双重结构，每个房间建有通风口，整个房屋的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用，其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃。这种住宅能够抑制霉菌等生物的繁殖。其建筑费用比普通住宅增加2成左右。 首栋环境生态高层住宅 九州市新建了一幢环境生态高层住宅，其电力由风车提供，温热水由太阳能供给。这种太阳能收集器，晴天可使储水箱中的水加热到沸腾，雨天也能使水加热到约55。每户家庭的阳台上都装有垃圾处理机，将各家的生活垃圾进行处理变成肥料。公寓外停车场的地面混凝土具有良好的透水性能，使雨水存留于地下，与停车场的树林形成一种供水循环系统。分隔房间的墙壁上留有通风口，并配置有通风设备，使每个住房形成良好的通风效果。,所谓生态建筑，是根据当地的自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的基本原理和现代科学技术手段等，合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系，使建筑和环境之间成为一个有机的结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，以满足人们居住生活的环境舒适，使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性循环系统。,生态建筑的概念,生态建筑具有节地、节水、节能、改善生态环境、减少环境污染、延长建筑物寿命等诸多特点，可以使经济效益、环境效益、社会效益得到较好的统一。 生态建筑将人类社会与自然界之间的平衡互动作为发展的基点，将人作为自然的一员来认识和界定自己及其人为环境在世界中的位置。,2. 1生态建筑的特点,生态建筑期望运用生态学原理，通过高科技构建自然通风系统，追求贴近自然，建造出舒适宜人的建筑和生活环境。 生态建筑将古代建筑技术和现代应用技术相结合，采用综合设计的方式，把工程师、建筑师、科学家和居住者的种种考虑和要求结合起来，考虑自然生态和社会生态的需要，注重节省能源，减少污染，降低造价和居住费用，注意居住者对自然空间和人际交往的需求等。,生态建筑是古老的建筑学与年轻的生态学有机结合的产物。目前，越来越多国家的城市和建筑部门正在朝着这个方向努力，并取得了令人瞩目的成果。 新加坡从1971年以来，每年都要举行声势浩大的植树活动，种树100万棵以上。最初，新加坡种植桉树一类的速生树种，因为它们长得快，能提供大量的遮荫面积，易栽易活。,2. 2生态建筑的发展,日本是世界上人均收入最高的国家之一，各种现代化的生活设施一应俱全。然而，人们回归自然的意识日渐强烈，希望自己的生活环境以“联想自然、表现自然”为基调，追求的是“植物生态建筑”。 德国汉诺威市的建筑人员和生态学专家携手合作，共同规划设计、建造了一个与众不同的住宅区“莱尔草场”，69套院落式的两层楼房，错落有致地分布在整个住宅区里，每套楼房的外表各有特色，内部结构亦不尽相同，布局不一。,生态建筑实例马来西亚米那亚大,1. 建筑师：杨经文,主要（生态）设计特征： 1. 空中花园从一个三层高的植物绿化护堤开始，沿建筑表面螺旋上升。 2. 中庭 使凉空气能通过建筑的过度空间。 3. 绿化种植为建筑提供阴影和富氧环境空间 4. 曲面玻璃墙在南北两面为建筑调整日辐射得热量。浅绿色的玻璃成为通风滤过器，室内不至于完全被封闭 5. 办公室都设有外阳台和通高的推拉玻璃门，控制自然通风的程度 6. 所有楼 电梯和卫生间都是自然采光和通风 7. 屋顶露台由钢和铝的支架结构所覆盖，它同时为屋顶游泳池及顶层体育馆的曲屋顶（远期有安装太阳能电池的可能性）提供遮阳 和自然采光 8. 房间形成一个核心桶，通过交流空间的设置消除了黑暗空间 9. 一套自动检测系统被用于减少设备和空调系统的能耗,实例：,所谓“智能建筑”，是指综合计算机、信息通讯等方面最先进的技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、远程通讯和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。,智能建筑的概念,由于智能建筑具有高效、节能、舒适等突出优点，在欧、美、日及世界各地迅速发展，引起普遍重视。 智能建筑的含义是随着科学技术的进步而不断完善的，它之所以至今在国内外尚无统一的定义，其重要原因之一是当今科学技术正处于高速发展阶段，其中很多高科技成果应用于智能建筑，它的内容与形式都在不断变化。,美国智能建筑学会（AIBI）定义“智能建筑”是：将结构、系统、服务和管理等四项基本要求，以及它们之间的内在关系，进行优化组合，来提供一个投资合理、高效、节能、舒适、便利的建筑物。这个定义比较概括而且有些抽象。 日本智能建筑研究会认为，“智能建筑”是指具备现代化信息与通讯设备，并采用楼宇自动化技术，具有高度综合管理功能的建筑物。,新加坡规定“智能建筑”必须具备三个条件： 一是具有保安、消防与环境控制等先进的自动控制系统，自动调节大楼内温度、湿度、灯光等参数的功能； 二是具有良好的通讯网络和通讯设施，使各种数据能在大楼内进行运输和交换； 三是能为客户提供足够的通讯设备与良好服务。,3.1 智能建筑的条件,智能建筑是利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通讯技术、信息技术与建筑技术有机结合，通过对设备的自动监控、信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。 ,楼宇自动化系统BA,集散型控制系统：分散控制、集中监视与管理的计算机控制系统,智能建筑应包括下列功能和相应的系统： （1）具有高度的信息通讯处理功能，可获得由数字式电话交换机提供的先进的通讯服务； （2）信息通讯不仅在建筑物内部，而且可与外部通讯系统联网； （3）所具有的信息通讯处理功能，应适应技术进步的要求，满足社会发展的需要； （4）由局部网络支持的高水平办公自动化系统； （5）将电力、空调、防灾、防盗、运输设备等构成综合系统，同时实现集中控制，因此，一方面要实现以建筑物最佳控制为中心的过程自动化，另一方面还要通过管理系统实现设备管理自动化； （6）智能系统在建筑物中的安装与管理具有良好的适应性。,由此可见，智能建筑通过使用高科技来满足用户的各种要求，具有安全、高效、舒适、节能和便利等特点，可归结为综合信息工程开发的一种类型。,（1）专用办公楼类 包括政府机关办公楼、集团公司或大型企业办公楼、金融大厦（银行、证券、保险、期货等）、商业楼、科教楼（科研院所、医院、学校等）。 （2）出租办公楼类 通常由房地产开发商投资兴建，对外连同大楼内的公用设施出租、出售。出租或出售的楼层，房间由用户根据自己的需要进行二次装修。 （3）综合楼类 集办公、金融、商业、娱乐、生活为一体，为多功能建筑。 （4）住宅楼 多以生活起居为目的而兴建的多层、高层建筑，或建筑群（生活小区）。 ,3.2 智能建筑的类型,一是从建筑物内部工作环境方面考虑的功能，二是从居住人员接受服务方面考虑的功能，三是从建筑物设备方面考虑的功能。现从建筑物设备方面加以讨论。为 使智能建筑做到舒适、高效、方便、适应、安全和可靠，建筑物应配置必要的机械设备。 这些设备的功能如下： （1）自动化功能 自动运行控制。包括空调设备、照明设备、电力设备、备用电源等最佳运行控制，还包括卫生设备在内的各系统的节省劳力、节约能源和资源、高效运行自动控制。 安全性。设置火灾、地震等检测和报警系统，避难疏散诱导系统，防排烟系统，灭火系统、防盗系统、入住管理系统、防窃听系统等等。 检测与计量。包括对电力、供水、供热等设施的检测、计量和计费等。 运输设施的高效运行功能。,3.3 智能建筑的功能,（2）远程通讯功能 随着计算机、数字交换机等信息交换技术和光缆、微波通讯技术的发展，智能建筑应有高度的信息处理功能，还应与外部通讯系统联网，具有高度的信息通讯能力。 外部通讯处理。 大楼内的信息通讯。 终端设施。 （3）办公自动化功能 办公自动化主要功能如下： 中央处理室。设置主计算机，建立起各种数据处理、语言处理、图像处理、电子档案、信息检索等功能。 工作站。通过数字处理机、个人计算机、文字处理机和其他办公自动化机器，实现终端工作功能。,（4）支持系统 为了确保上述功能的有效，还应有以下必要的支持系统： 确保对办公自动化设备、通讯设备的供电，应使供电系统有足够的容量。保证电源质量、线路可靠，并设置备用电源。 确保机器相互之间的信息传递线路畅通无阻。信息传递线路要与信息量相符。 确保办公环境舒适。照明要满足办公的要求；设置空调设备；采取防止噪声和振动的措施；选用舒适的室内装修和家具，合理的平面布置；具备必要的休闲娱乐设施等。 确保安全。对防灾、防盗、抗震要采取必要的措施。要防止楼板超载。 要为将来的发展留有余地。,3.4 智能建筑的发展,由于经济和社会信息化的发展，我国的楼宇建设正流行一股“智能化”的热潮。许多房地产商在进行广告宣传时，将其冠以“智能化”或“5A甲级智能大厦”。然而，大厦的“智能化”并不仅仅是一个简单的综合布线系统的问题，这一时髦的头衔不能随便自封。我们必须对智能大厦有一个全面、综合、深入的认识，这对于设计者、使用者乃至房地产开发商都是非常重要的。,智能大厦是通过对建筑物的四个基本要素结构、系统、服务和管理及其系统进行优化，从而提供一个投资合理、高效率的舒适、温馨、便利的工作环境。一座完整的智能大厦通常由BA（建筑自动化）、CA（通讯自动化）、OA（办公自动化）和SA（安全保卫自动化）组成。 BA（建筑自动化）是主要是对现代化大厦中的所有机电和能源实现智能化管理。BA采用计算机软件对大厦的水、电、热力、空调及通气等系统进行检测、控制和管理，以达到舒适、安全、高效和节能的目的,CA（通讯自动化）是指利用电信网络、电视网络、计算机网络提供大厦内外的一切语言和数据通信，并使大厦内各用户之间根据各自需要相互传递信息。 OA（办公自动化）是指利用计算机实现的办公自动化，按照需要加上相应软件、应用软件等，来完成文字处理、文档管理、电子票据、电子邮件、电子数据交换（EDI）等基本功能。,SA（安全保卫自动化）通常是指利用机电一体化的设备（诸如电子门锁、电视监控、门窗安全防盗系统等），通过各种摄像头或光感探测器将所需讯号进行采集，经过图像处理器和显示系统处理后，通过中央控制系统进行识别，最后实施相应的操作。,节能建筑,节能建筑亦称适应气候条件的建筑，是指采取相应的措施利用当地有利的气象条件，避免不利的气象条件设计的低能耗的建筑。或者说，使设计的建筑在少使用或不使用采暖、制冷设备的前提下，让一年四季的室内气温尽可能地维持或接近在舒适的范围内。 事实上，我们所使用的采暖和制冷设备的主要任务就是辅助调整室内自然温度使之达到舒适的范围之内。,4.1 节能建筑的概念,（1）提高对建筑物的保温要求，确立经济合理的保温指标； （2）提高对建筑物外墙气密性的要求； （3）开发推广节能供暖技术和设备； （4）设计技能型住宅； （5）开发和应用高效的保温隔热材料。,4.2 国外节能建筑的节能途径,一、少消耗资源。设计、建造、使用要减少资源消耗； 二、高性能品质。结构用材要足够强度、耐久性、围护结构、保温、防水 三、减少环境污染。采用低污染材料，利用清洁能源； 四、长生命用期； 五、多回收利用。,4.3节能建筑的特征有五方面：,建筑的环境问题，包括地形、地貌利用问题，绿化问题，水体问题，环境小品问题。 建筑的朝向问题。 建筑体型问题，包括体型系数，空间利用，构架与飘板等。 建筑的面积问题，应倡导适度的消费观念。 建筑的物理环境问题，声、光、热、日照与通风等问题，应尽量采用自然采光与通风。 建筑的节水问题，应选择节水型器具，还有中水利用问题。 建筑的节地问题，尽可能加大住宅进深，缩小面宽；尽可能采用条形住宅；选择合适的建筑层数。 建筑的太阳能利用问题，主动式太阳能住宅，被动式太阳能住宅。 建筑的装修问题，以简约为主，能够体现家的感觉,4.4节能建筑应考虑的九大问题,休息,主要内容,一、我国的建筑节能工作 二、建筑节能的基础知识 三、建筑节能的相关规范,一、我国的建筑节能工作,1.1 我国建筑节能的形势,1.2 建筑节能工作中存在的问题,1.3 建设部提出的下一步工作措施,1.1 我国建筑节能的形势,一方面，建筑业已成为国民经济的支柱产业之一。建筑节能和建筑业的可持续发展，不仅涉及老百姓的生活质量，而且也是关系国计民生的大事业。 另一方面，我国正处于城镇化和工业化快速发展时期，每年20亿平米，接近全球年建筑总量的一半。 我国新建建筑以及原有400亿平方米存量建筑是否节能，不仅关系到能否缓解我国能源紧张，而且还关系到全球的气候变化与可持续发展。,中国的建筑节能与绿色建筑事业从来也没有像现在这样受到国内外、业内外以及普通群众的普遍关注。,1.1 我国建筑节能的形势,一是建筑节能的组织领导机构建设有所加强； 二是积极出台了地方政策法规和管理制度； 三是重视了技术标准制定工作； 四是强化了节能培训和宣传工作； 五是节能技术推广应用取得进展； 六是认真做好本地区的建筑节能执法监督检查工作。,各地普遍加大了建筑节能相关工作的力度，形成了较好的工作局面，也取得了一定的成效。,1.2 建筑节能工作中存在的问题,建筑节能是技术性和政策性很强的系统工程，我国全面实施的时间不长，整体发展水平不高，存在着不少问题，具体表现在：,1）新建建筑执行节能标准的比例较低，北方快、南方慢。大城市工作好一些，中小城市依然薄弱；既有建筑节能改造和可再生能源建筑规模化应用等尚未启动。 2）建筑节能标准执行监管不严格，疏漏面较大。 首先主管部门对违反节能强制性标准处罚不力，审查机构对存在问题的施工图发合格证的情况时有发生。 其次，施工监管环节缺乏较为明确的节能检测和验收标准，基本处于未监管状态。 第三，节能技术的推广应用缺乏科学的引导和必要的监管 。,1.2 建筑节能工作中存在的问题,3）建筑节能还缺乏足够技术支撑。一是从业人员技术水平有待提高。设计人员对节能标准不熟悉；二是节能技术和产品可选性不足。少数地方对新技术、新产品存在垄断；三是技术标准还需完善，施工验收和检测工作尚没有国家强制性标准规范。 4）尚未形成良好的建筑节能的工作氛围。一是一些省市主管部门领导对节能的紧迫性和重要性缺乏认识，部分省市仍未建立建筑节能管理机构；二是对节能宣传推广力度不够。 5）建筑节能政策法规政策不健全。一是目前国家尚无专门针对建筑节能的法律法规，各地也只有少数出台了地方性法规；二是建筑节能经济激励政策缺失，市场机制难以发挥作用，相关配套政策不足。,1.2 建筑节能工作中存在的问题,结论1：建筑节能工作作为一个系统工程，在我国全面实施只能算刚刚开始，但时不我待，我们必须按照中央的要求，加大力度，加快推进。,结论2：应加强宣传教育工作。提高社会各界对建筑节能和绿色建筑重要性、紧迫性的认识，并通过发动群众来督促地方政府加强对此项工作的组织领导。,二、建筑节能的基础知识,关于建筑节能的1、2、3、4、5、6,1 个基本概念 2 个设计方法 3 个影响建筑节能的主要因素 4 个基本原则 5 个标准 6 个术语,社会能耗组成：工业、交通、建筑 建筑能耗：建筑物使用过程中所消耗的能量,例如用于空调、采暖、照明、热水供应、电气、炊事等方面的能耗。 建筑施工过程中的能耗，以及建筑材料生产能耗属于工业能耗。,2.1 建筑节能的含义1个基本概念,建筑能耗的比例,我国的建筑能耗总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10，上升到近年的27.45 ，这种增速越来越快；美国的建筑能耗在能源总消费量中所占的比例已经达到了34。,2.1 建筑节能的含义1个基本概念,建筑节能:在确保室内热舒适环境的前提下,提高采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等的能源利用效率。 重点：提高采暖、空调系统的能源利用效率 误区：节能就是少用能 节能不能简单地认为只是少用能，而是在确保室内热舒适环境的前提下的节能 。 节能的核心是提高能源利用效率，前提是满足人们越来越高的舒适度要求。,2.1 建筑节能的含义1个基本概念,建筑节能设计的前提条件： 不能以降低热环境质量来换取节能效果（提高空调房间温度，是不可取的） 不能以牺牲室内空气质量为代价获取节能效果（减少新风量供应也是不可取的） 不能以建筑节能为由，影响和妨碍其它功能的实现 （如景观、消防、使用等） 建筑节能标准应依靠科学技术进步，提高建筑热工性能和空调设备的能源利用效率，不断提高建筑热环境质量，降低单位建筑面积能耗（先进的设计手段，新产品，新技术，新思路，新方法）,2.2 建筑节能设计的2个方法 规定性设计与性能化设计,规定性指标,性能性指标,各项设计指标限值 如：遮阳系数、体形系数、窗墙比、围护结构K值（外墙、外窗、屋面）等的限值等。,对比评定法,是否达到 标准要求,是,如有任何一 条达不到要求,修改设计指标,是否达到 标准要求,是,否,修改原设计,所设计建筑是节能建筑,所设计建筑是节能建筑,2.2 建筑节能设计的2个方法 规定性设计与性能化设计,2 个设计方法的优缺点： 规定性设计方法【简单的建筑节能设计】 优点： 直接按照规范条文执行，设计简单易行。使设计人员摆脱了复杂高深的计算分析，节省了大量时间 。 缺点： 按规定性指标很难进行优化设计 规定性指标阻碍新技术的应用 压抑设计人员的创造性,2.2 建筑节能设计的2个方法 规定性设计与性能化设计,性能化设计方法【高级的建筑节能设计】 优点： 当今国际工程设计的发展方向，更高水平的设计 直接联系工程设计的根本目标 充分的灵活性和创造空间 综合工程各方面具体条件优化方案 有利于科学技术的发展和新成果的应用 缺点： 分析计算复杂，需要计算机数字模拟，进行辅助设计,2.2 建筑节能设计的2个方法 规定性设计与性能化