农业示范区生态科技楼设计方案.doc

济南大学毕业设计 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 济南市吴家铺农业示范区 生态科技楼设计方案 摘 要 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 生态建筑从早期仅停留于对气候 生物反应的关注到今天运用替代能源 注重 建筑生态高技术的研究 人们对建筑有了更新的认识 在此基础上 提出了建筑生 态化问题 它是将建筑融入大的生态循环圈 从整体的角度考虑能源和资源流动 将建筑建造 建筑设计 建筑使用过程中的消耗 产生纳入整个生态系统来考虑 从而改变资源与能源单向流动的方式 趋向良性循环的模式 关键词 生态建筑 建筑生态化 可持续发展 建筑设计 济南大学毕业设计 I ABSTRACT Times New Roman 三号 加粗 三号 加粗 So called ecological building it is based on the local natural environment and ecology using of the basic principle of architectural and science technique modern science and technology means reasonably organizing and building the other related factors And it will make an organic combination between the buildings and environment It is a good indoor weather conditions and the creatures climate regulation ability to meet the people living environment of comfort people buildings and natural eco environment of the formation of a benign between Ecological construction in early stop living on climate its concern about the use of alternative energy sources today Now it care for the ecological high technology research makeing people for building a more new acquaintance come up with ecological construction of the problem It will be integrated into the large building the ecological to consider energy from the angle of overall resource flows and will be building construction construction construction the losses arising in the ecological system is concerned thus one way flow of resources and energy tend to the virtuous circulation model 济南大学毕业设计 II Key words ecological construction sustainable development architectural design 目 录 摘要 I ABSTRACT II 1 前言 1 1 1 背景 1 1 2 生态建筑的设计特征 1 1 3 生态建筑的技术选择 2 2 用地规划分析 3 2 1 区位分析 3 2 2 基地分析 5 3 建筑篇 5 3 1 建筑单体介绍 5 3 2 基地分析 5 3 2 1 建筑选址 5 济南大学毕业设计 III 3 2 2 总平面介绍 6 3 3 建筑单体设计 7 3 4 建筑防火介绍 8 4 地热技术 9 4 1 地热供热技术 9 4 2 地热采暖系统的历史 10 4 3 地热采暖形式 11 4 4 地热辐射供暖的优点 12 4 5 防腐问题 13 4 6 地热尾水利用 14 5 太阳能 15 5 1 太阳能电池发电原理 15 5 2 太阳能的分类 15 5 2 1 太阳能光伏 15 5 2 2 太阳热能 16 5 3 太阳墙 光伏组件与建筑墙体一体化 16 5 4 光伏组件与市政供电系统并网 17 6 屋面绿化 18 6 1 屋面绿化的保温隔热性能 18 6 2 屋面绿化对周围环境的影响 18 6 3 绿化屋面的防水 19 6 4 绿化屋面的荷重及植被 19 结论 21 参考文献 21 致谢 21 济南大学毕业设计 0 1 1 前言 1 1 背景 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 当今世界 人口剧增 资源锐减 生态失衡 境遭到严重破坏 人类生存和发 展与全球的环境问题愈演愈烈 生态危机几乎到了一触即发的程度 在严峻的现实 面前 许多有识之士逐渐认识到人类本身是自然系统的一部分 它与其支撑的环境 休戚相关 在城市发展和建设过程中 必须优先考虑生态问题 并将其置于与经济 和社会发展同等重要的地位上 同时 还要进一步高瞻远瞩 通盘考虑有限资源的 合理利用问题 即我们今天的发展应该是 满足当前的需要又不削弱子孙后代满足 其需要能力的发展 这就是 1992 年联合国环境和发展大会 里约热内卢宣言 提 出的可持续发展思想的基本内涵 它是人类社会的共同选择 也是我们一切行为的 准则 建筑及其建成环境在人类对自然环境的影响方面扮演着重要角色 因此 符 合可持续发展原理的设计需要对资源和能源的使用效率 对健康的影响 对材料的 选择等方面进行综合思考 从而使其满足可持续发展原则的要求 近几年提出的生 态建筑及生态城市的建设理论 就是以自然生态原则为依据 探索人 建筑 自然 三者之间的关系 为人类塑造一个最为舒适合理且可持续发展的环境的理论 生态 建筑是 21 世纪建筑设计发展的方向 在建筑设计中 本着追求生态节能绿色建筑的目标 充分的利用园林美景及景 观湖湖岸美景 及湖水的生态效应设计出融入环境 与环境和谐对话的生态科技馆 主要服务于参观游览园博园的游客提供住宿 休闲 度假 娱乐 会议等功能 整个设计历时近 3 个月 可以较好的按照步骤进行设计 但由于个人能力等原 因 设计某些方面出现问题在所难免 望评阅老师不吝赐教 我会及时更改 并在 以后的设计中尽量完善 1 2 生态建筑主要的设计特征 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 平面中 每三层凹进一次 设置空中花园 直至建筑屋顶 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 构造细部使浅绿色的玻璃 济南大学毕业设计 1 成为通风滤过器 从而使室内不至于完全被封闭 5 每层办公室都设有外阳台和通高的推拉玻璃门以便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 被围和的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 1 3 生态建筑的技术选择 生态建筑要实现它的基本目标 必须要有现代技术的支持 从国内外来讲 对 什么是生态技术 有什么样的定义 哪些内容 认识上还很不一致 日本建筑中心 在 建筑要项 一书中提出生态技术有 55 种 环境共生的建筑与技术 77 种 1978 年在加拿大召开绿色挑战会议上提出的生态技术更是五花八门 到现在为止大家对 生态环境包含的内容并不统一 从比较宽泛的角度说节约资源 保护环境 目前来 讲都认为是生态技术 对生态建筑和使用技术的要求可以用三点来判断 首先技术本身的功能与生态 环保功能是一致 第二要求采用的技术和制造的产品有利于资源能源的节约 第三 个采用的技术和产品有利于人的健康 从这个意义上来讲 在生态建筑目前技术上 应该说还是非常广的 包括门窗节能技术 屋顶节能技术等等 所谓生态技术 包括两种情况 一种情况在传统的技术基础上 按照资源和环 境两个要求 共同改造重组所做成的新技术 第二种把其它领域的新技术 包括信 息技术 电子技术等 按照生态要求移植过来 从技术层次性来讲 可以把生态技 术分为简单技术 常规技术 高新技术 一般来讲简单技术和常规技术属于普及推 广型技术 高新技术属于研究开发型技术 从我国实践来看 应该以常规技术为主 体 应用生态建筑技术过程当中 技术选择是非常重要的问题 一个是经济性 由 于生态建筑采用哪个层次的技术 不是一个单纯的技术问题 要受到经济的制约 在我们国家普遍采用高新技术是非常困难的 我们经常碰到环保和生态利益和经济 利益不完全一致 在这个取舍当中 经济性就是非常关键的 目前在欧洲 特别是 在德国 英国 法国 在所建立的生态建筑上 它是以高新技术为主体 在 2000 年 健康建筑住宅会议曾提出过高生态就是高技术的口号 所以这是在战略基础上建造 生态的建筑 目前在我们国内把整个生态技术发展建立在高新技术的基础上比较困 难 一个是经济发展水平 另外一个是技术和材料不太完善 第二要因地制宜的原则 各个地方的气候不一样 自然资源不一样 在选择生 态建筑 选择什么样的技术 应该根据自己的条件和特点来进行 我国北方地区主 要冬季采暖 能源消耗非常大 对自然环境污染非常严重 首先要解决采暖问题 济南大学毕业设计 2 我国南方比较炎热 潮湿 通风 降温是夏季的主要问题 在南方生态建筑设计当 中注重遮阳和自然通风 降低夏天的空调的能源消耗 在这次生态科技馆的设计中运用了多种生态技术 1 热水由吴家铺的温泉提供 通过热泵技术供给各个区域 冬季的室内供暖则 采用地板辐射采暖 2 中部的遮阳走道 植物荫凉提供遮阳 凉爽 通风的区域 3 遮阳架和种植屋顶为为屋顶平台提供遮阳 4 屋檐和顶棚下的通风口给屋顶和楼板通风降温 木格屏遮阳 5 中庭流通空间获得自然通风对流 6 房间的上部和底部设有通风口 室内外空间设计用以强化室内和室外的对流 通风 7 在近水地区 将空气引导通过吸湿材料的管道过滤 然后通过水托盘进行降 温 8 利用内院水池和景观湖及其周围植物来促进蒸发降温 利用植物来除尘 减 少眩光和收集雨水 9 利用铺装来减少尘土 减少地面太阳辐射反光 渗透性地面促进雨水就地渗 透 利用植物防沙 10 雨水收集用于景观湖湖水的循环利用 浇灌植物 建立景观植物灌溉系统 11 利用餐馆区的中心花园提供休息娱乐空间 济南大学毕业设计 3 2 用地规划分析 2 1 区位分析 济南又称 泉城 是中国东部沿海经济大省 山东省的省会 是国务院公布 的国家历史文化名城之一 是全省政治 文化 经济 金融 教育中心 也是国家批 准的沿海开放城市和十五个副省级城市之一 中国七大军区之一的济南军区本部 中国 16 个铁路局之一的济南铁路局本部 济南位于山东省中西部 具有 2000 多年 的历史 是中华文明的重要发祥地之一 是闻名世界的史前文化 龙山文化的发祥 地 区域内新石器时代的遗址城子崖 有先于秦长城的齐长城 有被誉为 海内第 一名塑 的灵岩寺宋代彩塑罗汉等 中国首部诗歌总集 诗经 中有谭人所作讽刺 诗 大东 是现存最早的有关济南的文献 济南孝堂山郭氏墓石祠 是我国现存最 早的地面房屋建筑 隋建四门塔为全国现存最古老的石塔 均为全国重点文物保护 单位 中国原始部落的首领 舜 约公元前 22 世纪 就诞生与生活在济南一带 济 南 济 指济水 即俗称大清河 南 指在南边 作为词汇意思是济水的南边 是地理方位形成的地名 古济水 音己 三声 发源于现河南省济源市 流域大致 相当于现在的黄河山东段 后因黄河改道被其夺取河床 成为了黄河下游的干流河 道 而济南地名还是保存了下来 济南位于山东省的中西部 是京沪铁路 胶济铁 路与邯济铁路的交汇点 南面与列入 世界自然文化遗产 清单的泰山毗邻 北与 被称为 中华民族母亲河 的黄河相依 济南有着悠久的而历史 济南是中华文明 的重要发祥地之一 中国有一位原始部落的首领 舜 约公元前 22 世纪 就诞生与 生活在济南一带 舜曾在历山耕作 而历山即现在的千佛山 千佛山现有舜祠 站 在千佛山四望 其南是舜所祭祀的岱宗 其北就是趵突泉边的娥皇 女英祠 约创 建于 2000 年前 又有祀尧 舜 禹的三圣宫 泉水流经之护城河 即是北魏时期 的娥英河 河水东流 经过舜井街的南端 北为舜井 再越过趵突泉可望到大明湖 大明湖北有曾巩建筑的北渚亭 现正在重建中 令我们联想起 楚辞 九歌 咏娥 皇女英的诗句 帝子降兮北渚 的名句 如果再往东北远眺 便可以指向城子崖 龙 山文化遗址 也令人想起了制陶能手大舜了 济南的名胜古迹都是在舜文化之中的 济南新建的优美的园林式宾馆就名为舜耕山庄 它就在舜耕田地的原址之上 并铸 有大舜的铜像 另外 济南还有以舜耕命名的中学和小学 有一条大路也叫舜耕路 济南具有 2000 多年的历史 是闻名世界的史前文化 龙山文化的发祥地 区 域内新石器时代的遗址城子崖 有先于秦长城的齐长城 有被誉为 海内第一名塑 的灵岩寺宋代彩塑罗汉 隋代大佛 为了历城区大佛村 凿山而成 建于隋代 为 济南大学毕业设计 4 山东第一大佛 中国首部诗歌总集 诗经 中有谭人所作讽刺诗 大东 是现存最 早的有关济南的文献 济南孝堂山郭氏墓石祠 是我国现存最早的地面房屋建筑 隋建四门塔为全国现存最古老的石塔 均为全国重点文物保护单位 济南诞生了许多中国历史上的著名人物 像中医科学的奠基人扁鹊 阴阳五行 学派大师邹衍 唐代 公元 618 907 年 开国元勋秦琼 唐朝第一名相房玄龄 著 名词人李清照 辛弃疾 张养浩 李开先 中国公共图书馆的首倡者周永年 著名 建筑师魏祥等 另外 李白 杜甫 苏轼 曾巩等历代杰出的作家学者 都先后在 济南生活游历 故有 济南名士多 的佳誉 济南是山东的政治中心 也是经济文化中心 这里有国家教育部 985 工程 211 工程的重点大学山东大学 以及山东师范大学等一系列大专院校 每年为国家输送大 量人才 吴家堡镇地处济南市西部 属城乡结合部 距市中心五公里 北靠黄河 南临 京沪高铁济南客运中心 26 平方公里新城区 京福高速公路穿越辖区 济齐路横贯东 西 交通四通八达 镇内地势平坦 属典型平原 全镇自然风景优美 空气清新宜 人 地面标高 25 29 米 年平均气温 13 5 C 平均降水量 700mm 左右 年相对湿 度 58 平均风速 3m s 水资源丰富 是有名的鱼米之乡 素有 齐鲁小江南 的 美称 同时 该镇是济南市重要的鱼 米 藕供应基地 发展农业及观光旅游农业 有着天然优势 吴家铺的温泉位置是在一九九七年四月至一九九八年二月 山东省地热勘察设 计院在吴家堡镇三教堂地区进行野外普查 物探 钻探 取样等工作是发现的 工 作人员发现该地区地下藏有丰富的地热资源 该地距济南市西外环路 7 公里 距济 德高速公路徐庄出入口 9 公里 济齐公路穿过该地 地热范围在东经 116 47 54 116 51 58 北纬 36 41 20 36 44 01 面积 5 3k 温泉热储量 该地热储层顶板埋深 300 650m 顶温 34 C 热水区水温大于 45 C 热储量 2 17 10 的 13 次方千卡或 9 11 10 的 16 次方焦耳 按回收率 15 计算 热储量为 1 36 10 的 16 次方焦耳 相当于 47 万吨标准煤的产热量 按日实 际开采热水 3640 立方米计算 日采热量 3 12 10 的 11 次方焦耳 年采热量 1 14 10 的 14 次方焦耳 预计可开采 120 年 2 2 基地分析 这次的基地位于吴家铺 景观湖南侧 地理位置优越 基地为长方形 在景观 湖的西侧有一自然形成的小山 其景观优美 在基地的北侧是一个小广场 人流量 很大 在基地的南侧的规划为园林 内设置小品 在基地的东侧为规划的道路 因 此在建筑设计中为了是住宿的人员获得更佳的景观我把建筑的设计成半圆形 且主 体放在北侧 南北向会有更好的光线 我把餐饮放在基地的西侧 使得人在吃饭的 时候 一边享受美味可口的食物也可使人享受美景 这样使得就餐的人的心情更加 济南大学毕业设计 5 舒畅 更加使人有一种宾至如归的感觉 感觉就像在自己的家中 贵宾的入口放在 建筑的东侧 停车场在南侧和北侧 流线顺畅 贵宾更应享受这样服务 为了使景 观更好进入建筑内 建筑对已有的建筑环境进行了围合 如在餐饮和餐厅之间有几 个围合的景观 就餐人员可以欣赏美景 餐饮和主体建筑中间也设置了一个围合的 庭院 这是一个 3 6 米宽的水景观 水池清澈 使的建筑喻周围的环境有更好的渗 透 还可以改善小气候使人在那里不仅可以品茶也可以享受景观上的视觉的享受 在建筑的的周围为了满足消防的需要 在基地内设置了一个环形消防车道 4 米的 消防车道围绕建筑 济南大学毕业设计 6 3 建筑篇 3 1 建筑技术经济指标 占地面积 18960 平方米 建筑面积 16000 平方米 容积率 0 84 绿化率 35 建筑密度 29 建筑层数 7 层 餐饮面积 900 平方米 娱乐面积 1000 平方米 客房面积 1000 平方米 会议面积 850 平方米 3 2 总平面设计 3 2 1 建筑选址 基地选择在景观湖东侧 这里风景优美 交通方便 如图 3 1 济南大学毕业设计 7 图 3 1 基地位置 3 2 2 总平面介绍 基地总平面占地面积约 18960 平米 周围地块灵活掌握 靠近景观湖 湖岸 略微曲折 湖岸对面是园博园的标志塔 水滴塔 对岸景致美妙 湖水烟波浩渺 建筑东部是公共空间 主要是会议中心和娱乐健身中心 是人流较大的功能区 近水的西部是餐饮区 西部是服务餐饮及客房的办公和厨房服务区 由于位于环境优美的景观湖畔 其有利的地理位置将是新兴城市旅游的消费热 点之一 当然生态科技楼也是重要的配套服务设施之一 其优质的设计质量将很好 的服务于旅客 图 3 2 总平面图 3 3 建筑单体设计 生态科技楼位于济南市吴家铺内 济南有着深厚的文化历史底蕴 而且基地周 围有温泉 有着浓厚的文化氛围 而科技楼选址在此 更增加了本地的文化氛围 因此在建筑设计中更多的考虑济南本地的特殊的的文化符号在建筑中的应用 济南因泉和荷花而闻名中国 且基地的西侧紧邻景观湖 所以在建筑设计中 考虑到曲线在建筑中的应用 不仅是多周围地形的一种呼应 增加居住在建筑中的 人的视觉观察角度 使景观更多的引入建筑中 也是对济南深厚文化底蕴的一种回 应 建筑的平面以弧为主题 其余的功能以第一个弧的圆心为圆心 向外延伸 这 样使的建筑呈现生长的一种趋势 使的建筑更加体现生态可持续发展的核心思想 济南大学毕业设计 8 在餐饮的部分为了使建筑更加体现一种向心的作用 在立面的处理上采用体块处理 使单体的块向里倾斜不仅显示了一种向心 也丰富了建筑的立面 使的建筑的立面 更加有层次 有趣味 建筑设计功能分区明确 餐饮和住宿 娱乐和会议 贵宾和办公人员都有自己单 独的入口 且贵宾入口更是考虑了车辆的进入 而旅馆则放在了南侧 7 层的旅馆 视觉上为了是景观更好进入建筑内 建筑对已有的建筑环境进行了围合 如在餐饮 之间设置了一个和主体建筑中间设置了一个围合的庭院 在会议和主体建筑之间也 设置了一个 3 6 米宽的水景观等 使的建筑喻周围的环境有更好的渗透 在建筑的 的周围为了满足消防的需要 在基地内设置了一个环形消防车道 并且还在基地内 为人创造了一个休闲的小茶室 使人在那里不仅可以品茶也可以享受景观上的视觉 的享受 1 餐饮娱乐康体部分 为了是餐馆有更好的视觉享受把餐馆的主要视角放在景观湖一侧 一层西部主 要为餐饮 娱乐部分 入口处为大堂 堂吧 与商务中心 餐饮部分包括大餐厅 15 个包间 东部主要被分为两大功能区 分为会议区和贵宾接待区 各分区都有自 己独立的出入口 避免了各种流线穿插 易于管理 一层西部为员工休息及办公用 房 方便管理整个建筑 客流的竖向交通主要由大堂北侧和南侧的电梯和楼梯组织 而大堂吧朝向西面 通长玻璃窗 客人们不论是置身于建筑外中还是随自动扶梯升降 都会处于 赏风 景 与 被当作风景赏 的有趣的身份转换中 沿湖的餐饮与娱乐室有很好的景观 这样即使功能分区明确 又使各部分联系紧密 2 会议接待中心 包括 多功能厅 500 平方米 中会议室 200 平米 小会议 150 平方米 将会议 室定位在豪华 舒适 现代的档次上 要使来举行商务活动的人感受到上帝的感觉 贵宾接待室在建筑的东侧 停车方便 可以方便接待贵宾 3 客房 客房均在楼上 包括 100 间标准客房 10 间套房均南向 还有 1 套总统套房 总统套房位于顶层最东端 漂浮于水上 临风而立 还拥有独立的屋顶花园 3 4 建筑防火的介绍 疏散用的楼梯间应符合下列要求 一 防烟楼梯间前室和封闭楼梯间的内墙上 除在同层开设通向公共走道的疏 散门外 不应开设其他的房间门窗 二 楼梯间及其前室内不应附设烧水间 可燃材料储藏室 非封闭的电梯井 可燃气体管道 甲 乙 丙类液体管道等 三 楼梯间内宜有天然采光 并不应有影响疏散的凸出物 济南大学毕业设计 9 四 在住宅内 可燃气体管道如必须局部水平穿过楼梯间时 应采取可靠的保 护设施 五 需设防烟楼梯间的建筑 其室外楼梯可为辅助防烟楼梯 但其净宽不应小 于 90cm 倾斜度不应大于 45 栏杆扶手的高度不应小于 1 1m 其他建筑的室外 疏散楼梯 其倾斜角可不大于 60 净宽可不小于 80cm 室外疏散楼梯和每层出口处平台 均应采取非燃烧材料制作 平台的耐火极限 不应低于 1h 楼梯段的耐火极限应不低于 0 25h 在楼梯周围 2m 内的墙面上 除疏 散门外 不应设其他门窗洞口 疏散门不应正对楼梯段 消防车道 超过 3000 个座位的体育馆 超过 2000 个座位的会堂和占地面积超 过 3000m2 的展览馆等公共建筑 宜设环形消防车道 建筑物的封闭内院 如其短边长度超过 24m 时 宜设有进入内院的消防车道 供消防车取水的天然水源和消防水池 应设置消防车道 消防车道的宽度不应小于 3 5m 道路上空遇有管架 栈桥等障碍物时 其净高 不应小于 4m 环形消防车道至少应有两处与其他车道连通 尽头式消防车道应设回车道或面 积不小于 12m 12m 的回车场 供大型消防车使用的回车场面积不应小于 15m 15m 消防车道下的管道和暗沟应能承受大型消防车的压力 消防车道可利用交通道 路 消防车道应尽量短捷 并宜避免与铁路平交 如必须平交 应设备用车道 两 车道之间的间距不应小于一列火车的长度 济南大学毕业设计 10 4 地热技术 4 1 地热供热技术 地热能是来自地球深处的可再生热能 它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质 的衰变 地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后 把热量从地下深处 带至近表层 在有些地方 热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面 自古以来它 们就被用于洗浴和蒸煮 通过钻井 这些热能可以从地下的储层引入水池 房间 温室和电站 目前地热能的直接利用发展十分迅速 已广泛地应用于工业加工 民用采暖和 空调 洗浴 医疗 农业温室 农田灌溉 土壤加温 水产养殖 畜禽饲养等各个 方面 收到了良好的经济技术效益 节约了能源 在直接利用地热的系统中 尽管 有时因地热流中的盐和泥沙的含量很低而可以对地热加以直接利用 但通常都是用 泵将地热流抽上来 通过热交换器变成热气和热液后再使用 总结上述 地热能的直接利用可在以下三方面起重要作用 1 地热供暖 将地热能直接用于采暖 供热和供热水是地热利用的一种重要方式 因为这种 利用方式简单 经济性好 倍受各国重视 特别是位于高寒地区的西方国家 其中 冰岛开发利用得最好 该国早在 1928 年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地 热供热系统 每小时可从地下抽取 7740 吨 80 的热水 供全市 11 万居民使用 由 于没有高耸的烟囱 冰岛首都已被誉为 世界上最清洁无烟的城市 此外利用地热 给工厂供热 如用作干燥谷物和食品的热源 目前世界上最大两家地热应用工厂就 是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂 我国利用地热供暖和供热水发展也非常 迅速 2 地热温室 地热在农业中的应用范围十分广阔 如利用温度适宜的地热水灌溉农田 可使 农作物早熟增产 利用地热水养鱼 在 28 水温下可加速鱼的育肥 提高鱼的出产 率 利用地热建造温室 育秧 种菜和养花 利用地热给沼气池加温 提高沼气的 产量等 将地热能直接用于农业在我国日益广泛 北京 天津 西藏和云南等地都 建有面积大小不等的地热温室 各地还利用地热大力发展养殖业 如培养菌种 养 殖非洲鲫鱼 鳗鱼 罗非鱼 罗氏沼虾等 3 温泉疗养 济南大学毕业设计 11 地热在医疗领域的应用有诱人的前景 目前热矿水就被视为一种宝贵的资源 世界各国都很珍惜 由于地热水从很深的地下提取到地面 除温度较高外 常含有 一些特殊的化学元素 从而使它具有一定的医疗效果 如含碳酸的矿泉水供饮用 可调节胃酸 平衡人体酸碱度 含铁矿泉水饮用后 可治疗缺铁贫血症 氢泉 硫 化氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎 皮肤病等 由于温泉的医疗作用及伴随温泉 出现的特殊的地质 地貌条件 使温泉常常成为旅游胜地 吸引大批疗养者和旅游 者 在日本就有 1500 多个温泉疗养院 每年吸引 1 亿人到这些疗养院休养 我国利 用地热治疗疾病历史悠久 含有各种矿物元素的温泉众多 因此充分发挥地热的行 医作用 发展温泉疗养行业是大有可为的 4 2 地热采暖系统的历史 地热采史 它是起源于中国北方地区的土炕 由日本和韩国吸收改良了这一传 统的采暖方式 我们暖系统历现在叫地面采暖 在日本 韩国地热采暖的历史已有 40 多年了 在日本 1965 年就生产出了电的地面采暖系统 70 年代由日本东京煤 气公司开发出温水式的地热采暖系统 这种取暖方式一经出现就受到广泛的欢迎 是因它的采暖方式热传导好 热效率高 更符合人体对温度梯次分布的需要 脚暖 全身暖 这是因为心脏离脚和手的距离最远 在冬季我们人体最先感觉到寒冷的部 分 地暖市场在上海现状 在上海随着人们对这一采暖方式的接受和了解 这种新 颖的取暖 因其科学性和热效率高等优点正日益受到上海消费者的欢迎 在中国的 建筑史上 上海在建筑规范里是非供暖地区 这是在过去社会和国民经济都不发达 情况下制定的标准 和现代社会经济的发展及人民生活水平的提高已不相适应 众 所周知在上海的冬天室内温度是非常湿冷的 在冬季 上海家庭都有使用取暖器 空调 电取暖器和煤气取暖的习惯 采用的方法非常之多 但效果都不理想 而且 热效率底 地面采暖一经在上海出现就受到大家的关注和欢迎 地暖在上海的未来发展趋势 地热采暖在上海发展的前景十分广阔 以后还有 非常大的发展空间 理由 1 上海在经济上 GDP 每年以 2 位数的速度增长 人均收 入超过 4500 美元 已达到中等发达国家的经济水平 一个好的产品是需要有经济购 买力去支撑它的发展 这在购买力上为地采暖的发展提供了经济的保证 2 上海每 年商品房竣工面积达到 2000 万平方米 这为地采暖市场的发展提供了广大的市场保 证 3 新建商品房精装修率越来越高 国家最新规定居住建筑必须采用节能和保温 材料的新的标准 这对地采暖的发展在政策和法规上提供了保证 4 房地产行业发 展的突飞猛进 市区环线内的房屋销售价格已经达到均价 15 000 M2 元以上 这在 价格方面又为地采暖系统的发展预留了市场空间 随着国家对房地产的宏观调控 各种高档楼盘的地产商纷纷增加地暖设施以增加楼盘的卖点 这为地暖发展创造了 新的商机 济南大学毕业设计 12 随着住宅产业化的发展和人民生活水平及经济能力的提高 人们对自己生活的 舒适度的要求也在相应的提高 地热系统又迎合了这一要求 这种科学的采暖方式 正日益受到广大消费者的欢迎 另外国家在今年又制定了住宅保温节能新标准 公 共建筑节能设计标准 和 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 对节能产品提出 了更高的要求 这对地采暖行业发展是一大好消息 我们深信会有越来越多的人选 择地暖 4 3 地热采暖形式 就建筑物的采暖而言 目前主要有四种形式 一是对流或辐射散热器采暖 二是风机盘管形式 三是地板辐射采暖形式 四是热泵供暖形式 此次设计中主要采用的是地板辐射采暖 地板采暖是一种符合人体舒适要求的 新型节能采暖形式 地板辐射散热的比例占总散热量的约 5 5 平均辐射温度的提 高较好地满足了人体热舒适的要求 以前由于埋管管材的制约和建筑基础负荷较大 未被普遍采用 现在随着各种性能较好的塑料管材的出现 以及节能建筑的逐步推 广 地板采暖已被广泛使用 由于地板与人体直接接触 为保证卫生要求 地板表 面温度有一最高限值 一般为不超过 30 相应地 地板采暖的供水温度也有一限 制 一般为 40 65 从一定意义上讲 地板采暖兼有散热器非机力循环没有空 气侧循环的动力消耗与风机盘管可利用低温热源的优点 表 4 1 不同采暖方式对应的供水温度限值 2030405060708090100 热泵供热 地板辐射 风机盘管 对流散热 辐射散热 低温地热水地板辐射供暖 是以低温地热水 35 40 为热媒 通过埋设于地 板内的交联聚乙烯把地板加热 均匀地向室内辐射热量 是对房间热微气候进行调 节的节能采暖系统 具有热感舒适 热量均衡稳定 节能 免维修 方便管理等特 点 是一种极为理想的供暖方式 地板辐射采暖技术发源于西欧和北美 后传到日本 韩国 我国只是最近几年 才开始推广使用 它是一种通过被埋设在地板内的加热管加热的地表面 放射出来 8 13 m 的远红外线 热辐射的波长主要分布在 0 1 m 100 m 可见光的波长约 济南大学毕业设计 13 为 0 3 m 0 7 m 投射到人体皮肤下 2mm 处的 热点 传感器上对它产生刺激 使人感到温暖的采暖型式 人体对热的感受和人们所处周围环境及人体的散热方式 有关 当人体和周围环境介质的热交换处于平衡状态时 人体通过皮肤以辐射 对 流 蒸发和肺部呼吸等方式向外的散热量和人体自身的产热量相等 体温一般可维 持在 37 左右 人体换热量中大约有 50 是以辐射方式进行的 因此围护结构 墙 窗 地面等 内表面温度的高低直接影响到人体的热舒适感觉 图 4 1 人体热舒适图 地板辐射采暖可利用地热 太阳能或各种低温余热作为热源 与常规以对流散 热为主的散热器采暖相比 具有室温分布均匀 热舒适性好 与建筑有机结合 不 占地面有效空间 节约能源等优点 特别是近几年来各种新型非金属加热管材的开 发引进和推广使用 为实现低温地板辐射采暖创造了条件 同时也促进此项技术日 益完善和迅速发展 辐射采暖用于节能建筑的采暖 更显示出其优越性 是一种具 有发展前途和推广价值的采暖方式 4 4 地面辐射供暖的优点 1 舒适 保健 地面辐射供暖是最舒适的供暖方式 据有关资料显示 通常 人们感觉适宜的脚部温度为 24 头部温度为 20 用地面辐射供暖时 室 内地表温度均匀 室温由下而上逐渐递减 给人以脚温头凉的良好感觉 与人体的 生理需求最接近 从而改善血液循环 促进新陈代谢 2 卫生 益于健康 不易造成污浊空气对流 室内空气洁净 由于上海地区 传统的采暖方式为空调采暖 而空调机会使空气的对流速度加快 室内灰尘大量漂 移 细菌易被吸入人体 且空调机有一定的噪音 易引起室内空气干燥等缺点 所 以 地面辐射采暖以其无噪音 无污染 不干燥 不闷热 节能而被称为 绿色采 济南大学毕业设计 14 暖 3 高效节能 辐射供暖方式较对流供暖方式热效率高 热量集中在人体受益 的高度内 传送过程中热量损失小 低温地面辐射供暖可实行分户分室控制 用户 可根据情况进行调控 有效节约能源 并且在采用传统的空调或散热器取暖时 室 内天花板处温度高 地面温度低 其温差约有 10 左右 这样就把相当一部分的 热量浪费在无人活动的房间上半部分 而采用地面采暖时 就很好地解决了这个问 题 4 节约空间 美化居室 地面辐射采暖采用地下埋管的方式 室内取消了暖 气片及其支管 增加了房间的使用面积 便于装修和家居布置 5 热稳定性好 地面供暖地面层及混凝土层蓄热量大 热稳定性好 在间歇 供暖的条件下 室内温度不会有明显波动 6 使用寿命长 低温地面供暖中塑料管材埋入地下 不结垢 不腐蚀 无人 为破坏 使用寿命与建筑物同步 较对流供热节约维护和更换费用 4 5 防腐问题 地热对金属腐蚀是普遍存在的而且往往很严重 地热水中最常出现起主要作用 的腐蚀成分是氯 cl 和溶解氧 O2 氯离子半径小 穿透能力强 因此容易穿过金 属表面已有的保护层造成对碳钢 不锈钢及其他合金强烈的缝隙腐蚀 孔蚀与应力 腐蚀等 氯离子对金属的腐蚀作用还与温度有关 60 的地热水氯离子含量仅只 200mg l 时 也会使不锈钢产生局部腐蚀 温度越高腐蚀作用越强 在地下深层地 热水自然状态下通常不含氧 流出地面后空气中的氧会溶入地热水 溶解氧也是地 热水中最常见最重要的腐蚀性物质 地热地板安装注意事项与施工现场管理办法地热地板安装注意事项 与一般的 复合地板相比 地热地板的安装有着相对严格的规定 如果安装工人没有经过培训 铺设方法不当 即使是选用专门的地热地板同样会出现翘曲 变形的问题 在铺设 地热地板之前 必须进行地热加温试验 进水温度至少达 50 度 以确保采暖运行正 常 并要保温 24 小时以上 使地面干透 如果无法进行地热加温试验原则上不给施 工 而且地上绝对不允许电锤打眼和锤钉 防止破坏加热盘管 由于地热采暖释放 的潮气量大 因此施工就要在防潮处理上下功夫 铺装时要先在地面上铺一层塑料 布 以隔绝潮气 使潮气从四周的踢脚板释放出去 然后再铺设现在强化地板普遍 使用的防潮垫 地板四周要留出足够的伸缩缝 并使用比现在一般地板厚一些的踢 脚板 而且铺装地面与安装踢脚板要分两次施工 在铺设完地板后 48 小时 待胶完 全干透 取掉紧固器后再做踢脚板 而且在安装完 24 小时后地板才能加温 另外在 使用地热地板时注意 由于地热地板的板面是散热面 因此地板尽量不做固定装饰 件或安放无腿的家具 以免影响热空气流动导致热效应减弱 在第一次升温或长久 未开启使用地热采暖时 应先设定在最低温度 然后缓慢升温 不能操之过急 最 济南大学毕业设计 15 好一小时升温一度左右 在升温前要保持地面干净干燥 以防地板因升温过快发生 开裂扭曲 图 4 2 地板铺设图 4 6 地热尾水利用 在人们日益关注全球气候变暖和矿物燃料利用带来的各种环境污染的今天 地 热能作为一种清洁 无污染的能源而倍受各国重视 我国的地热资源非常丰富 由 于环保问题日益受到重视 能源的需求又日益增大 地热资源的研究 开发与利用 在我国受到前所未有的重视 尤其在我国北方的供暖中越来越被关注 余热利用 经济节能 采用高温水源热泵机组可直接回收利用低温地热水 地 热尾水 含油污水及其它各种温度在 30 60 之间的中低品位余热资源 从根本上 解决了此类余热资源不能被热泵机组直接回收利用的现状 机组制热工况出水温度 可根据用户需求调节 最高出水温度可达 90 可满足不同用户的空调 供暖 制 备生活热水的需求 低温地热水 高温水源热泵取代燃煤锅炉进行冬季供暖无须改造 供暖末端及现有供暖管网 从而使现有资源得到了最合理的利用 济南大学毕业设计 16 5 太阳能 太阳能 Solar 一般是指太阳光的辐射能量 在现代一般用作发电 自地球 形成生物就主要以太阳提供的热和光生存 而自古人类也懂得以阳光晒干物件 并 作为保存食物的方法 如制盐和晒咸鱼等 但在化石燃料减少下 才有意把太阳能 进一步发展 太阳能的利用有被动式利用 光热转换 和光电转换两种方式 太阳 能发电一种新兴的可再生能源 广义上的太阳能是地球上许多能量的来源 如风能 化学能 水的势能等等 5 1 太阳能电池发电原理 太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件 能产生光伏效应的材 料有许多种 如 单晶硅 多晶硅 非晶硅 砷化镓 硒铟铜等 它们的发电原理 基本相同 现以晶体为例描述光发电过程 P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N 型硅 形 成 P N 结 当光线照射太阳电池表面时 一部分光子被硅材料吸收 光子的能量传递给了 硅原子 使电子发生了跃迁 成为自由电子在 P N 结两侧集聚形成了电位差 当外 部接通电路时 在该电压的作用下 将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率 这个过程的的实质是 光子能量转换成电能的过程 5 2 太阳能的分类 5 2 1 太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置 由几乎全部以半 导体物料 例如硅 制成的薄身固体光伏电池组成 由于没有活动的部分 故可以长 时间操作而不会导致任何损耗 简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源 较复 杂的光伏系统可为房屋提供照明 并为电网供电 光伏板组件可以制成不同形状 而组件又可连接 以产生更多电力 近年 天台及建筑物表面均会使用光伏板组件 甚至被用作窗户 天窗或遮蔽装置的一部分 这些光伏设施通常被称为附设于建筑 物的光伏系统 为了是建筑的太阳能板设置的更合理 在建筑中采用了太阳能模板 使太阳能板的应用更加的灵活 太阳能不仅可以为建筑提供电力照明 也可为建筑 提供热水 利用联集管式太阳能空气集热器 日集热效率可达到 50 集热器单片 面积为 2 2 3m 超低能耗楼空气集热器总面积约 260m2 峰值产热量为 140 kW 通过太阳能获取的热风在夏季用作溶液除湿系统再生器的热源 而冬季则作为空调 济南大学毕业设计 17 送风可直接送入室内 在基地的庭院中也采用了太阳能庭院灯 为大楼入口处提供 夜间照明 蓄电池容量通过优化后能够满足夜晚照明并把白天太阳能电池组件的能 量尽量存储下来 同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能 光源则 选用 LED 光源 图 5 1 光伏电池组件图 5 2 2 太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合 并运用其能量产生热水 蒸气和电力 除了 运用适当的科技来收集太阳能外 建筑物亦可利用太阳的光和热能 方法是在设计 时加入合适的装备 例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑 材料 5 3 太阳墙 光伏组件与建筑墙体一体化 在南向及东西向等接受太阳能较好的墙面上采用主动式与被动式相结合 集发 电 采暖 通风与建筑护围结构有机结合的太阳能系统 如图所示 墙体的最外层 是光电幕墙 安装在多孔的波状金属板上 空气在金属板下的空腔内受热 在风机 的动力作用下空腔内的热空气从墙体的顶部通过风道进入空调的新风系统或者直接 排出室外 9 与传统的墙面相比太阳能设备取代了传统的护围结构 照射在墙面上 的太阳能不但被有效的利用起来而且显著改善了护围结构的隔热保温性能 光电幕 墙对太阳光的反射率约为 15 光电幕墙的光电转化率在 17 35 之间 在冬季被光 电幕墙浪费的那部分太阳能又被集热板吸收用于空调机组新风的预加热 使新风空 济南大学毕业设计 18 气预热到 30 左右 热效率在 50 60 之间 相当于每平方米能产生多于 500W 的热 量 同时使通过墙体向外界扩散的热量随管道内的热空气重新进入空调的新风系统 降低了墙体与室外空气的热交换 在夏季 风机停止运转 被加热的热空气在自然 对流的作用下从波状金属板与墙体组成空腔的上部流出 一方面使外界的热量不能 直接通过墙体的传热进入室内 减少了空调的负荷 另一方面空气在空腔内的流通 降低了光电幕墙的温度 能使光电幕墙的光电转换率提升 10 这样以来从经济上 分析这种采用复合的太阳能采集技术的墙体的初期投资回收速度比单纯采用光电板 回收速度提高了 3 4 倍 光电玻璃 是一种最新颖的建筑用高科技玻璃产品 采用光伏电池 光电板技 术 把太阳光转化为能被人们利用的电能 玻璃面板可采用单晶硅 多晶硅和非晶 硅材料进行复合 其中单晶硅材料的光电转换效率最高 多晶硅材料其次 非晶硅 材料最低 光伏玻璃峰值发电功率为 100 200W m 设计光电转换率 10 20 输 出频率为 50 0 5Hz 电压 220V 通过逆变器可与城市供电系统连接 使用状态时 为建筑提供电力 晚间或阴雨天自动切离 立面装有约 30m 的单晶硅光电玻璃 设计峰值发电能力为 5kW 位于结构夹层 外侧 不影响采光 同时与单元式双层皮幕墙结合组成光电幕墙 作为集合太阳能 光伏发电技术与幕墙技术的新型功能性建筑幕墙示范 光电幕墙的电能是一种净能 源 发电过程中不消耗宝贵的自然能源 也无废气 无噪声 不会污染环境 是一 种 绿色幕墙 既能满足装饰 围护的功能 同时又产生电能 达到环保 节能的 目的 图 5 2 太阳墙原理示意图 济南大学毕业设计 19 图 5 3 附于钢结构或砖体结构示意图 5 4 光伏组件与市政供电系统并网 太阳能发电系统所发的电能通过逆变器把直流电转换为交流电 再由控制器对 所发的电能进行调节和控制 在白天一方面把整压整流后的电能送往建筑内的用电 负载 另一方面白天日照充足时在满足建筑自身用电负荷的同时把多余的电能进行 并网向市政电网系统进行供电 而当晚上或阴天时所发的电能不能满足建筑自身负 载需要时 控制器又并网市政供电系统 保证用户的正常用电 这样在白天的太阳 能光伏发电的发电量充足且电价较高的时候并网市政电网把多余的电能向外供电出 售电能 而在晚上太阳能发电装置不能发电且电价较低的时候又从市政电网中取电 买入电能 这样的光伏一体化墙面较传统的墙面在节能上面优势是显而易见而且比 早期的光伏发电系统减少了多余电能储存系统有效降低了光伏发电系统的整体成本 而且在白天的用电高峰时段在满足建筑自身用电的同时能向市政电网供应电能在一 定程度上缓解电力紧张 况且这时的电价比较高而在夜间用电低峰时段电价相对较 低又从市政电网获取电能这样就能更好的降低建筑的运行成本 使初期投资回收速 度进一步提高 济南大学毕业设计 20 6 屋面绿化 随着我国城市化进程的高速发展和建筑面积的急剧增加 建筑能耗将更加巨大 城市热岛 现象将更为严重 城市建筑实行屋面绿化 可以大幅度降低建筑能耗 减少温室气体的排放 同时可增加城市绿地面积 美化城市 改善