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1 建筑节能课件 2 第一章绪论 3 随着科学技术的发展和进步 特别是近三 四十年以来 随着工 农业生产和科学技术的现代化 人们的生活也渐趋现代化 使能量消耗的增长趋势十分明显 4 几个概念 什么叫能源像煤 天然气 汽油 水流 风 电 太阳光等能够提供能量的物质资源 我们把它们都叫做能源 人们的生活 生产 科研都离不开能源 5 一次能源和二次能源所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源 它包括 原煤 原油 天然气 油页岩 核能 太阳能 水力 风力 波浪能 潮汐能 地热 生物质能和海洋温差能等等 由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品 称为二次能源 例如 电力 蒸汽 煤气 汽油 柴油 重油 液化石油气 酒精 沼气 氢气和焦炭等等 6 再生能源和非再生能源一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类 再生能源包括太阳能 水力 风力 生物质能 波浪能 潮汐能 海洋温差能等等 它们在自然界可以循环再生 而非再生能源包括 原煤 原油 天然气 油页岩 核能等 它们是不能再生的 用掉一点 便少一点 7 世界能源危机根据经济学家和科学家的普遍估计 到本世纪中叶 也即2050年左右 石油资源将会开采殆尽 其价格升到很高 不适于大众化普及应用的时候 如果新的能源体系尚未建立 能源危机将席卷全球 尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重 最严重的状态 莫过于工业大幅度萎缩 或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争 8 40年 51年 200年 建筑保温 节能 全球的自然资源储备是有限的 可共使用的燃料资源储备按当今的消耗量计算 石油 天然气 煤 9 能源战争 伊拉克战争 10 能源战争 入侵科威特 11 为了避免能源危机 目前美国 加拿大 日本 欧盟等都在积极开发如太阳能 风能 海洋能 包括潮汐能和波浪能 等可再生新能源 我国也不例外 12 我国能源现状我们的国家地大物博 物产丰富 可是 我们同时拥有庞大的人口 各种常规能源资源人均占有量远低于世界水平 我国能源总地质贮量居世界第三 但从人均占有量看 只有世界平均人占有量的1 2 是美国的1 10 是原苏联的1 7 我国是煤炭大国 却是石油贫国 总贮量仅占世界的2 4 当前 我国是世界上惟一以煤炭为基本能源的大国 13 人均能源资源占有量 2000年我国人均石油可采储量只有4 7吨 人均天然气可采储量1262立方米 人均煤炭可采储量140吨 我国主要产品单位耗能指标比国际先进水平高30 90 每创造1美元工业产值 我国能耗相当于发达国家的4 5倍 是印度的1 64倍 近年来 中国石油消费高速增长 2007年我国共进口原油1 63亿吨 同比前年增长12 4 进口成品油3380万吨 同比前年下跌7 1 我国石油依存度已近50 14 节约能源资源是落实科学发展观 转变经济增长方式 从根本上缓解资源约束 减轻环境压力 实现全面建设小康社会目标和经济可持续发展的必然选择 15 京都议定书 年 月 联合国气候变化框架公约 第 次缔约方大会在日本京都召开 个国家和地区的代表通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的 京都议定书 中国于 年 月签署并于 年 月核准了该议定书 欧盟及其成员国于 年 月 日正式批准了 京都议定书 目前已有 多个国家批准加入了该议定书 16 常见发电方式分析 1 火力发电 对水 大气 土地环境污染严重 造成环境酸化 17 18 19 2 风力发电 发电量不大 不稳定 应用受环境限制 20 3 水力发电 对自然环境影响大 水库淹没面积大 容易泥沙淤积 并可能造成库区地震 滑坡等 另外 工程量大 21 22 三峡库区重庆巫山县滑坡 23 24 4 太阳能发电 通过大阳电池进行光电变换来实现 清洁可再生能源 一般容量不大 25 5 核能发电 清洁能源 但原料靠进口 有核泄露危险 26 切尔诺贝利核事故7万人成为残疾 30多万人受放射伤害死去 27 其它方式 沼气发电 垃圾发电 潮汐发电 甚至有人设想从闪电中取电 28 第一章建筑节能基本知识 29 第一节建筑节能是现代建筑设计的趋势一 概念建筑节能概言之 建筑节能就是节约建筑物的能源消耗 减少能源损失 提高能源利用率 三个基本层次 建筑节能的三个阶段 1 简单的建筑节能 降低指标 节约能量 2 在建筑中保持能量 减少能量散失 3 提高建筑中能源利用率 积极地节省能源消耗 提高能源利用效率 这也是现在建筑节能的内涵 31 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 建筑能耗建筑物使用过程中所消耗的能量 建筑能耗包括建材生产能耗 建筑施工能耗和建筑使用能耗 其中建筑使用能耗占80 90 建筑使用能耗包括用于空调 采暖 通风 照明 热水供应 家用电器 电梯 炊事等方面的能耗 其中 空调 采暖 通风的能耗约占其2 3 32 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30 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 33 中国建筑能效的背景1 中国建筑保有量的95 以上是高耗能建筑 每年新增的大量不节能的建筑在未来几十年里将无节制地消耗大量能源 每年多消耗若干亿吨能源 2 到2000年末 我国建筑年消耗商品能源共计3 76亿吨标准煤 占全社会终端能耗总量的27 6 其中采暖空调能耗约占建筑能耗65 左右 3 建筑用能正在持续快速上升 其所占全社会能耗的比重不断增大 将从目前的27 左右上升到2020年的35 左右 4 公共建筑单位面积能耗约为住宅建筑的5 10倍 34 二 我国建筑能耗发展情况建筑规模巨大 目前总建筑面积达400 500亿m2 其中城市约150亿m2 每年新建建筑16 19亿m2 其中公共建筑面3 4亿m2 至今节能建筑只占2 1 采暖区向南推进 空调范围逐步扩大 农村居民生活逐渐电气化 城市居民生活热舒适性要求越来越高 35 三 建筑节能的途径 建筑节能的途径 建筑设计合理 新建筑材料 建筑使用者节能 新能源利用 新仪器设备 管理技术 36 其中 通过合理的设计 使建筑物的结构能够达到节能效果 1 外围护结构形式 采用高效保温材料与加强面材组成复合墙体 37 2 采暖调控系统技术进步 各采暖房间 各单位采暖温度按需要自动调控 精确高效 按热量计量收费 利于节能 38 3 建筑构件产品的进步 建筑机构的完善 采用大量的新保温材料 密封材料 保温门窗 高热效换热器 保温管道 新型计量仪表等 出现各具技术专长的建筑安装公司和供热计量等服务性公司 39 建筑节能的原因1 节能是经济可持续性发展的需要建筑节能可减低城市 国家能源的供应压力 以保障充足的能源供国民经济发展 2 节能是环保的需要减少污染物的排放 优化人类生活环境 降低对地区和区域环境的影响 3 是宜人的建筑热环境的需要如减少热岛效应 4 是降低建筑能耗费用 提高室内环境质量的需要 其投资回报率高 40 能源在建筑中的应用 41 第二节国外建筑节能概况一 外围护结构传热系数传热系数概念 在稳态条件下 围护结构两侧空气温度差为1 单位时间内通过1m2面积传递的热量 单位 W m2 它是表征围护结构传递热量能力的指标 该值越小 围护结构的传热能力越低 其保温隔热性能越好 节能效果越显著 英国 加拿大 德国等西方国家都制订了较高的建筑节能标准 并得到认真遵守 我国建筑外围护结构保温水平与气候接近的发达国家相比 差距较大 并且 气窗的气密性差距也在3 6倍之间 42 二 国外建筑能耗西方发达国家住宅能耗占全国总能耗比例较高 一般为25 35 之间 但由于发达国家推进建筑节能较好 在新建建筑采用节能规范建设的同时 大力推进已有建筑的节能改造工作 取得良好节能效果 部分国家 如丹麦 在建筑面积年年增加的同时 整个国家建筑能耗却大幅下降 当然 这是节能建筑 新型供热设备 保温管道 新保温材料的综合作用结果 43 第三节采暖居住建筑节能基本原理和节能途径几个概念 1 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 44 2 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 45 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 46 二 采暖居住建筑的能耗构成及节能措施1 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 2 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 3 提高窗户气密性 减少冷风渗透 4 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 47 5 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 6 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 7 减少建筑物的体形系数及外表面积 8 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 9 采用热量按户计量收费的办法 48 第五节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 R Re一 影响空调负荷的主要因素1 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 2 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 3 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 49 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1 建筑避免东西朝向或东西向窗户减少辐射得热 2 空调房间集中布置 上下对齐 3 空调房间应避免布置在拐角处 有伸缩缝处或顶层 4 空调建筑外表面尽量小 表面浅色 房间净高宜低 5 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 6 外窗气密等级不应低于GB7107 2002中3级水平 7 围护结构传热系数应符合GBJ19 87规定要求 8 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 50 第六节我国建筑节能的目标和任务一 建筑节能发展的主要目标1 新建建筑全面执行节能50 的设计标准 建立四个直辖市和北方地区节能65 的国家标准体系和技术支撑体系 完成低能耗和绿色建筑的示范工程 形成相关标准和技术体系 引导 十二五 建筑发展方向 新型墙材生产满足要求 2 既有公共建筑节能改造取得突破性进展 深化北方地区供热体制改革 推动北方居住建筑节能改造 3 可再生资源在建筑中规模化应用取得实质性进展 4 形成国家推动建筑节能的关键能力 51 二 工作思路充分调动中央和地方的积极性 主要责任在地方 国家提出总体要求并给予资金 政策和技术等方面支持 建筑节能工程的实施应充分发挥市场机制的作用 在中央引导下 以企业投资为主 受益居民为辅 并积极鼓励社会资金和国外资金的进入 三 重庆市建筑节能工作的开展及目标2008年元旦 是 重庆市建筑节能条例 颁布实施的日子 从即日起 主城核心区初步设计审批的居住建筑执行65 建筑节能标准 10月1日起 主城核心区的公共建筑也将执行节能65 标准 52 执行建筑节能65 的标准 即在冬天不低于18摄氏度 夏天不高于26摄氏度的 舒适度 标准中 通过建筑节能改进 选用节能灯具等措施 少消耗65 的能量 建筑工程项目未经建筑能效测评 或建筑能效测评不合格的 不得组织竣工验收 不得交付使用 不得办理竣工验收手续 节能信息须写进购房合同 重庆市将对验收达到节能65 技术要求的 且在项目实施过程中采用了淡水源热泵和太阳能等可再生能源利用技术 并确有示范作用的工程项目 给予相应的税收减 相关资料 重庆市建筑节能条例 53 第二章名词术语及相关规范 54 第一节建筑节能领域中常用的名词术语1 导热系数 导热系数是指在稳定传热条件下 1m厚的材料 两侧表面的温差为1K 在单位时间内 通过单位面积传递的热量 单位W m K 通常把导热系数较低材料称为保温材料 把导热系数在0 05W m K以下材料称为高效保温材料 静止的空气是导热系数最小的一种材料 0 017w m k 2 蓄热系数 S 当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时 表面温度将按同一周期波动 通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值 单位W m2 K 55 3 比热容 c 单位质量的物质温度升高 或降低 1k吸收 或放出 的热量叫做这种物质的比热容 简称 比热 单位kJ kg K 物质的比热容与所进行的过程有关 在工程应用上常用的有定压比热容CD和定容比热Cp两种 定压比热容Cp是单位质量的物质在压力不变的条件下 单位温度变化时所吸收或放出的能量 定容比热容Cv是单位质量的物质在比容不变的条件下 单位温度变化时吸收或放出的内能水比热较大 非金属较小 金属的比热更小 56 4 表面换热系数 表面与附近空气之间的温差为1K 1h内通过1m2表面传递的热量 在内表面 称为内表面换热系数 在外表面 称为外表面换热系数 单位W m2 K 这种换热过程包括辐射 对流 两者能单独变化而影响总的换热系数 表面换热系数为该表面对流换热系数与该表面辐射换热系数之和 实际上是形式地把计算的辐射换热折合成对流换热 用表面换热系数兼顾对流与辐射换热的影响 以利于简化复杂传热的解剖 57 5 表面换热阻 R 表面换热系数的倒数 在内表面 称为内表面换热阻 在外表面称为外表面换热阻 单位 m2 K W R 1 热阻是表征围护结构本身或其中某层材料阻抗传热的物理量 单一材料层的导热热阻多层围护结构导热热阻6 围护结构 建筑物及房间各面的围挡物 如墙体 屋顶 地板 地面和门窗等 按是否同室外空气直接接触以及建筑物中的位置 又可分为外围护结构和内围护结构 58 7 热桥 冷桥 是指处在外墙和屋面等围护结构中的钢筋混凝土或金属梁 柱 肋等部位 因这些部位传热能力强 热流较密集 内表面温度较低 形成热量传递的桥梁 故称为热桥 常见的热桥有处在外墙周边的钢筋混凝土抗震柱 圈梁 门窗过梁 钢筋混凝土或钢框架梁 柱 钢筋混凝土或金属屋面板中边肋或小肋 以及金属玻璃窗幕墙中和金属窗中的金属框和框料等 59 8 围护结构传热系数 K 在稳态条件下 围护结构两侧空气温度差为1K 单位时间内通过单位围护结构面积传递的热量 单位 W M2 K 围护结构传热系数 9 围护结构传热阻 R0 围护结构传热系数的倒数 表征围护结构 包括两侧空气边界层 阻抗传热能力的物理量 单位 M2 K W R0 Ri R Re 60 10 围护结构传热系数的修正系数 i 不同地区 不同朝向的围护结构 因受太阳辐射和天空辐射的影响 使得其在两侧空气温差同样为1K情况下 在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量要改变 这个改变后的传热量与未受太阳辐射和天空辐射影响的原有传热量的比值 即为围护结构传热系数的修正系数 11 围护结构温差修正系数 n 根据围护结构与室外空气接触的状况对室内外温差采取的修正系数 12 建筑物体形系数 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 外表面积中 不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积 61 13 窗墙面积比 窗户洞口面积与房间立面单元面积 即房间层高与开间定位线围成的面积 的比值 14 换气体积 V 需要通风换气的房间体积 15 换气次数 单位时间内室内空气的更换次数 换气次数 单位时间内室房间送风量 房间体积16 采暖期天数 Z 累年日平均温度低于5 的天数 这一天数仅供建筑热工和节能设计计算时采用 17 采暖期室外平均温度 te 在采暖期起止日期内 室外逐日平均温度的平均值 18 采暖期度日数 Ddi 室内基准温度18 与采暖期室外平均温度之间的温差 乘以采暖期天数的数值 单位 d 在热工设计计算应用 62 19 采暖能耗 Q 用于建筑物采暖所消耗的能量 包括采暖系统运行中消耗的热能和电能 以及建筑物耗热量 标准中的采暖能耗主要指建筑物耗热量和采暖耗煤量 20 建筑物耗热量指标 qH 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 21 建筑物耗煤量指标 qc 在采暖期室外平均温度条件下 为保持室内计算温度 例如18 单位建筑物面积在一个采暖期内需要消耗的标准煤量 单位 kg 是用来评价建筑物采暖能耗水平的一个重要指标 63 22 采暖供热系统 由供热锅炉 泵 室外管网和散热器及其它设备 材料组成的系统 23 锅炉机组容量 又称额定出力 锅炉铭牌表示的生产能力 单位 MW 24 锅炉效率 锅炉热媒携带的 可供采暖系统有效利用的热量与锅炉燃料燃烧发热量的比值 25 锅炉铭牌效率 又称额定效率 锅炉在设计额定工况下的效率 26 锅炉运行效率 锅炉在实际工况下的效率 27 室外管网输送效率 2 管网输出总热量 输入总热量减去各段热损失 与管网输入总热量的比值 28 建筑物耗冷量指标 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 64 29 空调年耗电量 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空调设备每年所要消耗的电能 30 采暖年耗电量 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采暖设备每年所要消耗的电能 31 空调 采暖设备能效比 EER 在额定工况下 空调 采暖设备提供的冷量或热量与设备本身所消耗的能量之比 32 热惰性指标 D 表征围护结构反抗温度波动和热流波动能力的无量纲指标 其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积 65 34 水力平衡度 HB 采暖居住建筑物热力入口处循环水量 质量流量 的测定值与设计值之比 35 供热系统补水率 Rmu 供热系统在正常运行条件下 检测持续时间内系统的补水量与设计循环水量之比 36 热象图 用红外摄像仪拍摄的表示物体表面表观辐射温度的图片 66 第二节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1 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 2 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 67 68 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 69 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 70 71 四 影响建筑物耗热量指标的几个因素1 体形系数 在围护结构各部分围护结构传热系数和窗墙面积比等不变条件下 建筑物耗热量指标随体形系数的增长而上升 低层 低层房屋是指高度低于或等于10米的建筑物 一般是1 3层建筑物 4 6层为多层 7 9层为中高层 10层以上为高层 和小单元住宅对节能不利 如图本书P16图2 2所示 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 72 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 73 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 74 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 连接 重庆节能建筑验收上海节能建筑验收 75 第三节围护结构传热系数的修正系数一 围护结构传热系数修正系数的意义1 数值 i ki eff kiki eff i Ki其中ki eff 有效传热系数Ki 围护结构传热系数2 i实质上是考虑到太阳辐射和天空辐射对围护结构传热的影响而进行传热系数修正 一般小于1 西墙和屋顶可能大于1 76 二 围护结构传热系数与围护结构有效传热系数的区别1 围护结构热损失三部分 两侧温差引起的热损失qaa 太阳辐射得热qsol 向天空辐射失热qs围护结构净热损失qnet qaa qs qsol从而ki eff qnet ti te 2 有效传热系数定义 在稳态条件下 围护结构两侧空气温度差为1K 单位时间内通过单位围护结构面积传递的净热损失 也就是在受太阳辐射和天空辐射的影响下改变后的传热量 三 有效传热系数的计算1 窗户 2 外墙 3 屋顶 77 四 建筑物耗热量指标计算中 i的取值规定1 JGJ26 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 中给出了部分地区 i值 其它地区可根据采暖室外平均温度就近采用 也可采用计算方法确定 实际上 建设部标准定额司已经给出了严寒和寒冷地区围护结构传热系数的修正系数 i值 可查阅 2 东 南 西 北四个朝向及水平面 i取值 参阅JGJ26 95中附录B 本书附录四 而东南 西南可按南向采用 东北 西北可按北向采用 其它朝向按就近朝向采用 3 不采暖楼梯间隔墙和户门 及不采暖地下室上面的楼板等的 i应以温差修正系数n代替 温差修正系数实际上是根据围护结构同室外空气接触状况 在设计计算中对室内外计算温差采取的修正系数 取值见P19表2 1 4 封闭阳台内的窗户和阳台门上部按双层窗考虑 封闭阳台内的外墙和阳台门下部 南向阳台 i取0 5 北向阳台 i取0 9 东 西向阳台 i取0 7 其它朝向阳台按就近朝向采用 5 接触土壤的地面 取 i 1 78 第四节与建筑节能相关的规范与标准 预备知识 建筑热工设计分区 严寒地区 简称 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 区 累年最冷月平均温度高于 10 低于或等于0 的地区 温暖地区 简称 区 累年最冷月平均温度高于0 最热月平均温度低于 28 的地区 炎热地区 简称 区 累年最热月平均温度高于或等于 28 的地区 79 80 第五节与建筑节能相关的规范与标准一 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ26 2010 该标准是2010年颁布施行的 适用于严寒和寒冷地区设置集中采暖的新建和扩建居住建筑热工与采暖节能设计 新节能标准中 包含以下三部分 1 规定了建筑热环境设计参数 2 建筑热工设计的一般规定及围护结构设计 包括全国不同采暖地区居住建筑各部分围护结构传热系数限值 标准对采暖居住建筑的朝向 宜南北向或接近南北向 体形系数 宜控制在0 3或0 3以下 不同地区采暖居住建筑围护结构各部分围护结构传热系数限值 标准中表4 2 1 窗户气密性等级 地面传热系数等都作了数字上的规定 81 3 采暖 通风和空气调节设计的一般规定 采暖供热系统要求 管道敷设与保温 标准对住宅区采暖热源 采暖锅炉房容量 台数 供热方式 锅炉效率 计量 供热管道保温厚度 敷设方式等都作了规定 82 二 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 JGJl34 2001 该标准于2001年10月1日起施行 该标准适用于夏热冬冷地区新建 改建和扩建居住建筑的建筑节能设计 夏热冬冷地区是指长江中下游及其周围地区 夏热冬冷地区气候特点 冬季最冷月平均气温为2 7 多在2 5 之间 该地区1月份平均气温比世界上同纬度其他地区低8 10 是世界上同纬度冬季最寒冷的地区 夏季最热月平均气温为25 30 而且28 30 居多 多数地区高于35 酷热天气 有半个月甚至一个月之多 年平均相对湿度高 都在80 左右 四季相差不大 83 1 室内热环境和建筑节能设计指标 冬季采暖室内热环境应符合下列要求 1 卧室 起居室室内设计温度取16 18 2 换气次数取1 0次 h 夏季空调室内热环境设计指标 应符合下列要求 1 卧室 起居室室内设计温度取26 28 2 换气次数取1 0次 h 居住建筑通过采用增强建筑围护结构保温隔热性能和提高采暖 空调设备能效比的节能措施 在保证相同的室内热环境指标的前提下 与未采取节能措施前相比 采暖 空调能耗应节约50 该标准包括以下4部分 84 2 建筑和建筑热工节能设计建筑群规划布置 建筑物的平面布置应有利于自然通风 建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向 条式建筑物的体形系数不应超过0 35 点式建筑物的体形系数不应超过0 40 外窗 包括阳台门的透明部分 面积不应过大 不同朝向 不同窗墙面积比的外窗 其传热系数应符合表4 0 4的规定 多层住宅外窗宜采用平开窗 外窗宜设置活动外遮阳 建筑物1 6层的外窗及阳台门的气密性等级 不应低于现行国家标准 建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法 GB7107规定的 级 7层及7层以上的外窗及阳台门的气密性等级 不应低于该标准规定的 级 围护结构各部分的传热系数和热惰性指标应符合标准的规定 其中外墙的传热系数应考虑结构性冷桥的影响 取平均传热系数 其计算方法应符合标准的规定 85 3 建筑物的节能综合指标 标准采用建筑物耗热量 耗冷量指标和采暖 空调全年用电量为建筑物的节能综合指标 建筑物的节能综合指标应采用动态方法计算 建筑节能综合指标应按下列计算条件计算 1 居室室内计算温度 冬季全天为18 夏季全天为26 2 室外气象计算参数采用典型气象年 3 采暖和空调时 换气次数为1 0次 h 4 采暖 空调设备为家用气源热泵空调器 空调额定能效比取2 3 采暖额定能效比取1 9 5 室内照明得热为每平方米每天0 0141kWh 室内其他得热平均强度为4 3W m2 6 建筑面积和体积应按标准中附录B计算 4 采暖 空调和通风节能设计 86 三 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 JGJ75 2003 该标准于2003年10月1日起施行 该标准适用于夏热冬暖地区新建 扩建和改建居住建筑的建筑节能设计 标准将这一地区划分为南北两个区 北区内建筑节能设计应主要考虑夏季空调 兼顾冬季采暖 南区内建筑节能设计应考虑夏季空调 可不考虑冬季采暖 该标准内容主要为以下4部分 1 建筑节能设计计算指标夏季空调室内设计计算指标 居住空间室内设计计算温度为26 换气次数为1 0次几 北区冬季采暖室内设计计算指标 居住空间室内设计计算温度为16C 换气次数为1 0次 h 对窗的遮阳做出规定 2 建筑和建筑热工节能设计对北区住宅的体形系数作了建议性规定 规定了建筑各朝向的窗墙面积比 同时针对外墙的不同传热系数和热惰性指标 规定了外窗的平均窗墙面积比与传热系数的对应关系 3 建筑节能设计的综合评价4 空调采暖和通风节能设计 87 四 既有采暖居住建筑节能改造技术规程 JGJ129 2000 该规程于2001年1月1日起施行 规程适用于我国严寒及寒冷地区设置集中采暖的既有居住建筑的节能改造 无集中采暖的既有居住建筑 其围护结构及采暖系统宜按该规程的有关规定执行 该规程的主要技术内容是 1 建筑节能改造的判定原则及方法 2 墙体外保温技术 以纤维增强聚苯板外保温技术为重点 3 墙体内保温技术 4 改善门窗的气密性及提高门窗的保温性能 5 屋面和地面的保温改造 6 采暖供热系统的节能改造 88 五 采暖居住建筑节能检验标准 JGJl32 2001 该标准于2001年6月1日起施行 编制这个标准就是为了通过实施对采暖居住建筑节能效果的检验 保证新 节能设计标准 提出的各项指标真正落实在居住建筑的设计 施工和运行管理全过程中 标准中的主要技术内容有三部分 1 一般规定 2 检测方法包括 建筑物单位采暖耗热量 小区单位采暖耗热量 建筑室内平均温度 建筑围护结构传热系数 建筑物围护结构热桥部位内表面温度 建筑物围护结构热工缺陷 室外管网水力平衡度 供热系统补水率 室外管网输送效率等检测方法 3 检验规则 包括检验对象的确定 合格判据两部分 89 六 民用建筑热工设计规范 GB50176 93 该规范是民用建筑热工设计的基本依据 规范适用于新建扩建和改建的民用建筑热工设计 规范为强制性国家标准 于1993年10月1日起施行 规范由六章内容及相关附录组成 第一章为总则 第二章规定了室外气候计算参数 第三章为建筑热工设计要求 包括 建筑热工设计分区及设计要求求 冬季保温设计要求 夏季防热设计要求 空调建筑设计要求 第四章为围护结构保温设计 包括 围护结构最小总热阻确定 围护结构保温措施 热桥部位内表面温度验算及保温措施 窗户保温性能的规定 采暖建筑地面热工要求等 第五章是围护结构隔热设计要求及措施 第六章是采暖建筑围护结构防潮措施附录一是相关名词解释 附录二是建筑热工设计计算公式及参数 90 七 公共建筑节能设计标准 GB50189 2005八 民用建筑热工设计规范 GB50176 93 91 节能标准与热工规范的区别及联系1 民用建筑节能设计标准 采暖居住建筑部分 主要目的在于保证建筑物使用功能和室内热环境质量条件下 将采暖能耗控制在规定水平 节能标准适用于严寒和寒冷地区设置集中采暖的新建和扩建居住建筑的节能设计 2 民用建筑热工设计规范 对建筑热工设计分区 民用建筑冬季保温 夏季防热设计要求 围护结构保温 隔热 防潮设计等提出了规定 其重要目的在于保证室内基本的热环境质量 并使围护结构满足最低限度的保温 隔热要求 热工规范适用于全国各类地区 包括严寒 寒冷 夏热冬冷 夏热冬暖和温和地区 的各类民用建筑的建筑热工设计 3 在严寒和寒冷地区 采暖居住建筑应按节能标准执行 其他民用建筑应按热工规范执行 在夏热冬冷 夏热冬暖和温和地区 各类民用建筑应按热工规范执行 92 第三章新节能标准 93 第一节适用范围的规定1 严寒和寒冷地区居住建筑建筑节能设计标准 JCJ26 2010 中规范适用于严寒和寒冷地区 主要包括东北 华北和西北地区 简称三北地区 等年日平均温度低于或等于5 的天数 一般都在90天以上 最长的满洲里达211天 2 标准适用于集中采暖的新建和扩建居住建筑的热工与采暖节能设计 94 第二节相关的热工指标计算方法的规定一 建筑物耗热量指标计算公式 95 二 单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量计算公式 96 三 单位建筑面积的空气渗透耗热量应按下式计算 97 四 采暖耗煤量指标应按下式计算 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 98 第三节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 99 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 100 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 本书表3 1中数值 101 六 关于窗墙面积比的规定标准规定 窗墙面积比严寒地区北 0 25东 西 0 30南 0 45寒冷地区北 0 30东 西 0 35南 0 50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 102 第四章建筑热工设计计算 103 建筑节能计算评价是采暖建筑节能设计中的重要内容 本章主要是通过几个建筑热工设计计算的实例 加深对前两章内容的理解和认识 104 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 105 计算结果比较 106 若改为六层18m高时的结果比较 107 结论 平面外形越紧凑 体形系数越小 层数越少 体形系数越大 增设架空层 体形系数随之扩大 108 二 已知建筑布局 尺寸 朝向和构造 求建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标例题一本题中 采暖建筑物没有采用节能措施 本题涉及到 1 建筑物耗热量指标计算 包括 1 通过围护结构的传热耗热量指标计算i 围护结构传热系数的修正系数 温差修正系数 取用 JCJ26 95附录B ii 建筑体积和换气体积的应用2 空气渗透耗热量指标计算2 计算采暖耗煤量指标并通过计算进一步了解 不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限制值 JCJ26 95P8 和 全国主要城镇采暖期建筑物建筑物耗热量 采暖耗煤量指标 JCJ26 95附录A 109 结果分析 由于建筑物没有采用节能措施 传热耗热量指标和采暖耗煤量指标均超过了P134附录二标准 qH 31 82W m2 20 6W m2不能满足传热耗热量指标要求 qc 25 09kg m2 12 4kg m2不能满足采暖耗煤量指标要求由于建筑物没有采用节能措施 传热耗热量指标和采暖耗煤量指标均超过了P134附录二标准 改进措施 加强外墙 屋顶的保温结构 采用双层窗 增强门窗的气密性等 110 例二屋顶构造按 KG卷材 涂膜建筑防水构造图 赣03ZJ20755 24 上人有保温倒置式屋面 111 1 屋顶构造 隔离层 防水层 粘结层不计入 1 面层 25厚地缸砖 2 结合层 25厚水泥砂浆 3 保温层 30厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板 XPS板 4 找平层 20厚水泥砂浆 5 找坡层 80厚 平均 水泥膨胀珍珠岩 6 结构层 100厚现浇钢筋混凝土板 7 粉刷层 20厚水泥石灰砂浆 112 2 热工计算参数 113 3 热工计算 R0 Ri R Re 1 单一材料热阻 热惰性指标计算 地缸砖 水泥砂浆 挤塑聚苯板 114 水泥砂浆 水泥膨胀珍珠岩 钢筋混凝土板 水泥石灰砂浆 115 2 多层围护结构热阻计算 R 0 0166 0 0269 0 758 0 0215 0 333 0 0575 0 023 1 237 3 传热阻计算 R0 Ri R Re 0 11 1 237 0 04 1 387 4 传热系数计算 0 721 0 8w m2 k 满足规定性指标要求 116 例题三 P35 计算外墙平均传热系数 117 1 外墙平均传热系数 Km 计算 Kp 外墙主体部位的传热系数 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 FB1 FB2 FB3 外墙周边热桥部位的面积 m2 118 2 主体部位 墙体 传热系数计算 3 周边热桥 钢筋砼梁 板 柱 传热系数计算 119 4 主体部分面积 Fp 房间开间 层高 梁 板 柱和外门窗面积 5 周边热桥部分面积 FB1 FB2 FB3 钢筋砼梁 板 柱各自的面积 120 第五章围护结构节能设计 121 建筑物传热损失 门窗 门窗 45 外墙 外墙 25 屋顶 屋顶 15 楼梯间 楼梯间 15 122 第一节墙体节能概述1 围护结构传热耗量约占建筑物总耗热量73 77 2 在传热耗热量中 外墙约占25 左右 楼梯间隔墙的传热耗热量约占15 左右 改善墙体的传热耗热将明显提高建筑的节能效果 3 提高外墙热工性能的技术措施 大致有两种 单一材料外墙 即选用保温 隔热性能较好的满足建筑节能设计标准的墙体材料作外墙 第二种是采用复合墙体 即在主体外墙上增加保温材料 形成复合墙体 又分为外保温 内保温 和夹芯保温3种 4 外墙按其主体结构所用材料分类 目前主要有 加气混凝土外墙 黏土空心砖外墙 黏土 实心 砖外墙 混凝土空心砌砖外墙 钢筋混凝土外墙 其他非黏土砖外墙等 123 第二节外墙外保温技术一 外保温墙体的主要特点 外保温系统由粘贴层 保温层 防护层和饰面层组成 优点 1 基本消除了热桥的影响 2 外保温作法室内能蓄存更多的热量 室温较稳定 热环境较好 生活较舒适 3 由于采用外保温使内部的主体墙冬季保温性能提高 避免了室外温度和太阳辐射剧烈波动对主体结构的影响而产生裂缝 使墙体的耐久性得以加强 外保温 124 主要缺点1 冬期和雨期施工受到一定限制 2 对材料和施工的质量要求严格 否则面层容易产生裂缝 3 造价相对较高 4 内保温的墙面上难以吊挂物件 外保温则可以避免这些问题发生 并且保温材料贴在外侧 每户使用面积可增加1 5 左右 5 外保温有利于加快施工进度 室内装修不致破坏保温层 并且保温材料可节约40 60 故保温节能效果显著 技术造价较低 6 便于旧建筑物进行节能改造 住户无须临时搬迁 125 二 对保温材料体系的要求1 耐冻融 耐暴晒 抗风化 抗降解 抗老化 总之有良好的耐候性 2 基层变形的适应性强 各层材料逐层渐变 能够及时传送和释放变形应力 3 导热系数低 室内热稳定性好 4 憎水性好 透气性好 能有效地避免水蒸气迁移过程中出现墙体内部结露现象 5 耐火等级高 在明火状态下不应产生大量有害气体 6 柔性 强度相适应 耐冲击能力强 126 现场施工照片 127 现场施工照片 128 三 外保温体系的组成1 保温层 主要采用导热系数小的高效轻质保温材料 其导热系数一般小于0 05W m K 129 1 保温层具有一定厚度 以满足节能标准对该地区墙体的保温要求 2 保温材料应具有较低的吸湿率及较好的粘结性能 3 保温材料收缩率小 4 保温材料在控制其尺度变动时产生的应力要小 2 保温板的固定方法 1 保温板粘结或钉固在基底上 或两者结合i 临时固定 塑料钉钉固 ii 永久固定 膨胀螺栓或预埋筋 2 超轻保温浆可直接涂抹在外墙外表面上 130 3 面层 1 面层具有保护保温层和外装饰作用 2 做法 i 薄面层的一般为聚合物水泥胶浆抹面 厚度一般在10mm以内 加强材料一般为玻璃纤维网格布 有的则为纤维或钢丝网 ii 厚面层则仍采用普通水泥砂浆抹面 厚度为25 30mm 加强网为孔50mmX50mm 用 2钢丝焊接的网片 iii 在龙骨上吊挂板材或瓷砖覆面 131 四 外墙外保温板1 纤维增强聚苯外保温饰面体系 专威特系统 具有良好的保温节能 防水和装饰效果 能防裂 抗渗性好 并还可便于利用聚苯板 导热系数小于0 041W m K 做出各种凹凸装饰线 饰以各色涂料 丰富建筑的造型和色彩 132 1 专威特系统中聚苯板固定方式