建筑物理热环境的优化与设计 PPT课件

0 建筑热环境优化设计 1 目录经典热环境节能案例分析让 努维尔阿拉伯世界文化中心 ArabWorldInstitute 巴黎布拉利河岸博物馆 QuaiBranlyMuseum 清华大学超低能耗楼大学生活动中心节能优化设计 1 2 建筑大师的热环境节能案例分析案例一 阿拉伯世界文化中心 ArabWorldInstitute 让 努维尔法国建筑师 玩弄材料的建筑大师 将建筑设计比喻为电影拍摄 将光运用到极致的大师 努维尔擅长用钢 玻璃以及光创造新颖的 符合建筑基地环境 文脉要求的建筑形象 他认为建筑设计的过程更多的是适用外部自然 城市 社会条件的结果 他在建筑中大量地使用高科技 先进材料 但在概念上则异常贴近历史和文化 2 让 努维尔 3 3 努维尔通过利用材料表现建筑物的无形的透明性来表达建筑同它的基地以及时代的联系 他以含糊表示含糊 以复杂性来表达复杂性 4 让 努维尔将阿拉伯世界文化中心设计成一个精密的科学产品 建筑的南立面整齐地排列了近百个光圈般构造的窗格 灰蓝色的玻璃窗格之后是整齐划一的金属构件 具有强烈的图案表现性和科学幻想效果 让 努维尔说 建筑设计灵感源自于阿拉伯文化 是对一种精巧 神秘 蕴含宗教氛围的东方文化的赞美 我对清真寺建筑的雕刻窗很感兴趣 光透过它洒在地上形成了几何形 精确的 波动旋转的深浅阴影 所以我采用了如同照相机光圈般的几何孔洞 材料是铝 通过内部机械驱动光圈开阖 根据天气阴晴调节进入室内的光线量 在建筑落成的1987年 阿拉伯世界文化中心被评为当年最佳建筑设计 获得银角尺奖 4 建筑热环境节能设计特点 5 墙面外部是玻璃幕墙 幕墙后面是不锈钢的方格构架 构架上有数百个一米见方的金属图案 组合起来 好像是阿拉伯清真寺的图案 其实全部是光敏 镜头 帘 作为遮光的窗帘用的 细细看每个构架图案 是一个金属镜头结构 上面有非常精巧的电子设备 通过光敏传导器来控制 镜头 的开合 可控制阳光的进入量 既能在温度升高时保证内部的凉爽 又能在晴天为房间注入充足的光线 建筑热环境节能设计特点 6 案例二 巴黎布拉利河岸博物馆 QuaiBranlyMuseum 2006年落成的巴黎布拉利河岸博物馆离艾菲尔铁塔数百米 属于历史老街区 但努维尔却将传统与现代调和得恰如其分 建筑几乎混杂各种设计元素 7 两个有着绿色植被墙的主体通过一块玻璃板连接 北立面多彩的盒状物 铁锈色百叶窗构成历史街区的新兴奋点 神秘 疯狂 古怪 这不是一件让人轻易就能喜欢的作品 建筑热环境节能设计特点 8 案例三 清华大学超低能耗楼 清华大学超低能耗楼位于清华大学校园东区 紧贴建筑馆南楼的东墙 建筑地下1层 地上4层 总建筑面积约2930m2 地下1层为试验及设备用房 地上4层均为开放式的展示和办公用房 作为清华大学绿色建筑的科研基地 开放式实验室及高新技术 产品的示范展台 超低能耗楼汇集了多种国内外最新的科研成果 使这一建筑尽可能少地消耗不可再生资源 尽可能利用可再生资源 降低对外界环境的污染 并为使用者提供健康 舒适 与自然和谐的工作及生活空间 在此基础上 将开展各项与绿色建筑相关的科学研究 示范世界上各种先进的绿色建筑技术 展示各种绿色建筑的相关产品 并进行有关绿色建筑技术的培训和宣传工作 在超低能耗楼的围护结构 环境控制 能源系统 自控测量等方面使用了多种新的建筑技术 通过这些技术方案措施 将使得整个建筑物照明 空调 采暖的总能耗控制在常规建筑物能耗的1 3以下 9 总平面图 首层平面图 10 案例分析提要 一 二 三 四 11 一 围护结构方案设计分析1 智能化的围护结构从建筑全生命周期的观点出发 超低能耗楼采用了钢结构和高性能玻璃幕墙 使地面以上建筑材料的可再生利用率超过80 利用各层的结构高度形成1 2m高的架空楼面 并将其作为设备夹层 在其中布置设备和管道 建筑物内部为灵活隔断 空调和强弱电系统为模块化结构 从而可根据不同使用要求极其方便地改变空间布局 在外立面的设计上 使用了可调节外遮阳百叶 双层皮幕墙 中空玻璃幕墙 高效保温隔热墙体等多种具有不同针对性的技术来满足高标准的节能要求 东立面采用3种幕墙方案设计 其南侧采用中空玻璃幕墙加可调节的水平百叶外遮阳方案设计 遮阳百叶叶片宽60cm 根据需要可自动及手动控制 夏季能遮挡90 以上的太阳总辐射 冬季白天可充分让阳光进入室内 夜间可完全关闭以减少室内的热量散失 12 其它部分的1到3层为双层皮幕墙 内外玻璃墙体之间使用内遮阳百叶和反光板 各层内遮阳百叶下部固定 向上打开 反光板可调角度 能在一定程度上将自然光反射到房间深处 双层皮幕墙内侧玻璃墙体上设开启扇 在过渡季需要自然通风时开启 外侧玻璃墙体上设通风口 过渡季时全部开启 冬季全部关闭 夏季一半开启从而形成双层皮幕墙中的热压通风 带走热量 第4层则采用中空玻璃幕墙加可调节的垂直百叶外遮阳方案设计 南立面采用两种幕墙方案设计 其一是双层皮幕墙中间加内百叶遮阳方案 双层皮内外玻璃墙体之间的净空与东立面双层皮幕墙相同 但是其中不设反光板 外侧玻璃墙体的通风口可根据季节调节开启 其二是中空玻璃幕墙加可调节的水平百叶外遮阳方案 这样的方案设计可以为今后的研究 比较两种遮阳方案提供实验基础 西 北立面主要采用轻质保温复合墙体方案 外饰面为铝幕墙 并采用双层中空玻璃窗 外设保温卷帘 在冬季夜间 放下卷帘 可阻挡室外冷辐射 提高窗的保温效果 13 14 15 2 双层皮幕墙示意图 1 宽通道外循环式双层皮幕墙 16 玻璃幕墙 水平外遮阳 水平外百叶玻璃幕墙结构示意 17 2 植被屋面设计屋顶主要部分为植被屋面 可以提高屋顶的夏季隔热冬季保温性能 吸收二氧化碳 释放氧气 吸收射线 并可以蓄存雨水 减少对周边环境的排水压力 根据北京当地的气候特征以及屋顶所具有的光照时间长 强度大 温度变化大 风力大 土层薄 湿度小 易干旱 易受冻害和日灼 生态环境比地面差等特点 选择喜光 耐干燥气候 耐旱 耐贫瘠 根系浅 水平根系发达 生长缓慢 能抗风 耐寒的杂生草类 这样可以减少屋面的覆土厚度 也减少一年中对植被维护的次数 18 3 生态舱设计在建筑l层北部设置生态舱 将绿色植物引入室内 创造与自然接触的人性化空间 还可以在一定程度上改善室内的空气质量 在生态舱的斜玻璃屋顶内安装卷帘式内遮阳 根据夏季与冬季 白天与夜间的不同环境特征 调节开启扇和卷帘的状态 以满足不同的保温隔热和通风的要求 生态舱剖面图 4 相变蓄热地板超低能耗楼的围护结构主要由热容较小的玻璃幕墙 轻质保温外墙 轻质楼板等组成 其较小的热惯性会使建筑物的室温波动特别大 为增加建筑的热惯性 采用了相变蓄热地板的方案设计 将相变温度为20 22 的定型相变材料放置于常规地板下侧作为蓄热体 减小室内的温差变化 19 二 环境控制方案设计分析1 空调系统设计空调系统设计贯彻节能 舒适 模块化的理念 为满足节能的要求 在建筑中采用热湿独立处理的方式 将室内热湿负荷分别处理 新风通过液体除湿设备的处理 提供干燥新风 用来消除室内的湿负荷 同时满足室内人员的新风要求 室内显热负荷用18 的冷水消除 常规空调采用7 的冷冻水 空调系统节能效果显著 同时 热湿独立控制的空调系统通过送干燥新风降低室内湿度 在较高温度下也可以实现同样的热舒适水平 并彻底改变了高湿度带来的空气质量问题 基于多种使用功能及其今后使用过程中的功能变化 在建筑中采用了模块化的空调方案设计 提供灵活的空调末端组合方式 既使建筑内各个区域的使用功能发生变化 也能够满足空调的要求 具体空调末端形式根据房间功能要求采用地板置换通风或个性化送风 地板置换通风的方式可以在地板附近形成新鲜空气区域 人体周围空气质量好 空气温度还可以在室内沿高度分层 仅需控制人员活动区温度 降低了能耗 个性化送风设计可以直接将新风送至人员主要活动区域 保证了空气质量 人员舒适性好 还可以分别调节送风量 实现个性化控制 新风承担了室内的全部湿负荷及其部分显热负荷 其余的显热负荷由温度较高的18 冷水来承担 建筑内的活动隔墙中布置细水管形成冷辐射隔墙 利用辐射和对流双重换热效果 在室内形成均匀的室内空气温度分布 人体舒适性好 满足节能要求 20 2 自然通风设计室内环境控制系统设计包括自然通风设计和空调系统设计 从节能舒适考虑 优先采用被动方式 用自然手段维持室内热舒适环境 大换气量的自然通风 可带走室内的余热 保证室内较为舒适的热环境 从而缩短空调系统运行时间 通过合理的建筑设计 可以优化自然通风效果 自然通风主要驱动力是风压和热压 风压通风具有通风量大 冷却效果好的特点 但由于室外自然风的不确定性 风压具有不确定性 与风压通风相比 热压通风换气量比较小 但却更为稳定 根据建筑本身以及周围环境的特点 建筑2 3 4层北侧利用风压进行通风 建筑2 3 4层的南侧及1层全部利用热压进行自然通风 在热压通风系统的设计中 结合楼梯间和走廊设置3个通风竖井 分别负责不同楼层的热压通风 保证每个楼层的换气次数达到设计值 并在热压通风竖井顶端设计玻璃的集热顶 利用太阳能强化通风 风压通风的设计比较简单 在建筑物表面正压区和负压区的适当部位设置通风开口 使室外空气可以顺畅地贯穿流过建筑内部 21 22 23 三 能源系统方案设计1 除湿新风系统超低能耗示范楼共设置4台4000m3 h新风机组 通过溶液除湿设备的处理 可提供干燥的新风 用来消除室内的湿负荷 同时满足室内人员的新风要求 而且还能降低空调能耗 新风机组同时可实现全热回收效率超过80 的高效热回收 可充分利用排风中的全热同时又保证新风不被排风污染2 地下水冷能利用示范楼所在地地表浅层水温基本稳定在15 单口井出水量可达70m3 h 完全能够满足供冷要求 地下水通过板式换热器换热后全部回灌 仅利用土壤中蓄存的冷量 不会造成地下水资源的流失3 太阳能利用太阳能在示范楼中的应用主要有四种方式 真空管太阳能集热器 为溶液再生器提供能源 太阳能光伏电池板 用于窄通道双层皮玻璃幕墙通道内为微型排风机提供动力 太阳光收集传输系统 为地下室提供自然照明 生态舱 是被动式太阳房与空中花园的结合 其中采用了3种阳光传导技术 结合楼梯间利用聚光传导设备把自然光传导到地下层 利用光导纤维把自然光传导1 3层 利用光导管把自然光传导到4层和生态舱夹层 24 25 四 自控测量方案设计1 智能化的控制系统控制系统可以自动采集各室外测点的日照情况 根据不同的朝向方位调节遮阳百叶的状态 减少建筑负荷 也可以采集室外气象参数 决定外窗的开启状态和热压通风竖井的开启状态 另外 还可以控制建筑中采光系统 能源输配管理系统 智能新风系统等的工作状态 2 适时的测量系统测量系统在屋顶布置气象参数测点 测量室外温度 湿度 风速 太阳辐射强度 太阳高度角和方位角等 在建筑的围护结构内布置测点 测量各种围护结构的表面温度 热流 气流等参数 在建