建筑节能原理

1、建筑节能原理与技术重庆大学 付祥钊.3.1/65申明 本课程讲是： 发展中理论 争议中观点 请务必独立思索，不要死记硬背。2/65什么是建筑节能？建筑节能就是降低建筑能耗或提升建筑能源系统利用效率吗？建筑节能就是在建筑中经过加大可再生能源利用率降低传统能源消耗吗？建筑节能最终目标是什么？3/65怎样把握建筑节能？从能源属性分析节能概念形成及发展；从建筑属性分析建筑领域节能特征；从科学、工程和技术关联分析建筑节能科学内涵；从学科形成角度分析建筑节能知识体系；经过综合集成形成对建筑节能全方面认识。4/65第一章 总 论1.1 建筑节能含义和意义1.2 我国建筑节能特征1.3 建筑节能基本原理5/6

2、51.1 建筑节能含义和意义能源定义。世界能源大会(WEC)：“能源是使系统能够产生对外部活动能力”。大英百科全书：“能源是一个包含全部燃料、流水、阳光和风术语，人类用适当转换伎俩便可让它为自己提供所需能量” 。我国能源百科全书：“能源是能够直接或经转换提供人类所需光、热、动力等任一形式能量载能体资源。”科学技术百科全书：“能源是可从其取得热、光和动力之类能量资源”。中华人民共和国节约能源法：能源是指煤炭、石油、天然气、生物质能和电力、热力以及其它直接或者经过加工、转换而取得有用能各种资源。6/651.1 建筑节能含义和意义能源服务含义从能源工程整个过程观察，消耗能源目标是为了取得一个服务，即

3、“能源服务”，如对一个物体进行加热或制冷，把物体从一个地方移到另一个地方，将一个房间照亮等等。这些能源服务都需要经过技术设备对终端使用能源转换来得到。按服务种类，可将能源分为三类：移动力、热力和电力。7/65一次能源二次能源终端使用能源技术设备能源服务有用能源移动力热力电力8/651.1 建筑节能含义和意义能源消耗按能源服务对象不一样,能源消耗通常分成工业、建筑和交通三大能源消耗领域。在这三大领域中，能源消耗技术设备、使用环境、操作方式及运行主体不一样，对能耗形成规律影响就不一样。9/651.1 建筑节能含义和意义节能（节约能源）含义能源工程实践中提出概念，在不一样时期有不一样内涵。我国10月

4、28日修订经过节约能源法所称节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会能够承受办法，从能源生产到消费各个步骤，降低消耗、降低损失和污染物排放、阻止浪费，有效、合理地利用能源。10/651.1 建筑节能含义和意义节能关键是提升能源效率。能源效率含义是为终端用户提供能源服务与所消耗能源量之比。 加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理及环境和社会能够承受办法，降低能源从生产到消费各个步骤中损失和浪费，愈加有效、合理地利用能源。 节能不能简单等于少用能。(冬河南有城市为了实现节能目标，竟然停顿居民供暖！)11/651.1 建筑节能含义和意义 建筑节能 含义建筑节能是指在确保建筑

5、物使用功效和室内热环境前提下，在建筑物规划、设计、建造和使用过程中采取节能型建筑技术和材料，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源活动。12/651.1 建筑节能含义和意义本课程重点研究保障室内舒适降低建筑冷热耗损，提升建筑使用过程中能源效率，主要包含采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供给等能源效率理论和技术。13/651.1 建筑节能含义和意义不一样观点： 应从建筑全寿命周期评价能耗，在建筑建造和撤除过程中，甚至建筑材料生产运输过程中所消耗能源都应计入建筑能耗，并提出广义建筑节能观点。14/651.1 建筑节能含义和意义 点评：建筑建造和撤除过程中能耗、建筑材料生产过程中能耗，其成

6、因与规律、节约原理与技术等都含有显著生产能耗特质。与本课程分析讨论提升建筑使用过程中能源利用效率原理和技术相去甚远，故本课程未采纳这一观点。交通能耗也不包含交通工具-车、船、火车、飞机生产能耗。15/651.1 建筑节能含义和意义 人类能源消耗组成 当前人类社会对能源消耗主要发生在物质生产过程、交通运输过程和民用建筑(不包含物质生产厂房)使用过程,它们分别称为生产能耗、交通能耗和建筑能耗。在发达国家中，这三大能耗大约各占社会总能耗1/3。 当前，我国生产能耗所占百分比大于交通能耗和建筑能耗，但交通能耗和建筑能耗百分比正在快速上升。16/65生产能耗形成特点其大小不但取决于所生产过程物质产品种类

7、和数量，还取决于生产工艺和生产过程中管理水平，即取决于“生产什么”、“生产多少”和“怎样生产”。生产（“生产什么”、“生产多少”和“怎样生产”）是由专门人员（经营人员、生产人员）按规程进行。17/65交通能耗形成特点能耗大小主要取决于交经过程中运输量和交通条件。（数量和距离、道路、航道、航线、交通工具情况性能和交经过程管理水平）（即运输什么？运输多少、多远？怎样运输？）。产生能耗交经过程是由经过专门训练人员（经营人员和驾驶人员）按规则进行。18/65建筑能耗形成特点能耗大小主要取决于： 使用建筑室内空间量；使用要求建筑室内环境状态；建筑本体性能和建筑设备性能；建筑使用过程中管理水平。全民都在使

8、用建筑，多数没有经过专门训练，也没有专门规则、规程。19/65比较内容能耗领域能源服务类型能耗载体实施主体主要属性计量方式影响能耗主要原因建筑能耗（狭义上）热力、电力民用建筑全社会人自然、经济、社会单位建筑面积能耗或人均能耗地域气候、建筑类型及本体节能设计施工水平、使用者行为模式、运行管理水平、能耗计量方式生产能耗热力、电力生产工艺及设备培训上岗生产人员经济单位产值能耗产品生产工艺先进性及设备效率水平交通能耗移动力交通工具持证上岗驾驶员经济、社会单位里程能耗交通工具及运输路况不一样能源服务领域能耗特征比较20/651.1 建筑节能含义和意义建筑能耗特殊性：建筑能耗主体是全社会人员，大多不具备建

9、筑节能理论知识，也未经过专门培训就能成为建筑使用者，其行为方式对建筑能耗影响显著；建筑基本属性决定了建筑环境营造必须以人为本，人需求存在个体差异和群体差异，要求建筑能源服务水平因人而异；建筑能耗受地域气候条件影响很大，不一样地域、不一样功效建筑，提供不一样服务水平建筑能耗水平也不一样。 这些表明：建筑能耗不能用简单指标进行约束；建筑节能不是简单依靠技术伎俩或经济杠杆就能实现。21/651.1 建筑节能含义和意义建筑节能是为了应对面临能源环境危机所开展社会行动。 本课程所述建筑节能不只是一个技术，也不只是一个工程。 建筑节能是人类社会可连续发展主要组成。 对建筑节能了解与把握，需要冲破纯技术界限

10、和狭隘工程观，在更为宽广、更为高远领域展开观察和思索。22/651.1 建筑节能含义和意义意义 能源危机：20世纪70年代，石油危机对石油进口国经济发展和社会生活产生极大冲击，给发达国家敲响了能源供给警钟，全世界都开始认识到节约能源主要性。石油危机过去了，但国际战略能源供给担心局势并没有缓解。23/651.1 建筑节能含义和意义环境危机： 从斯德哥尔摩到哥本哈根。19世纪末，瑞典科学家万特阿尔赫尼斯（Svante Arrhenius）提出了温室效应概念并作了描述。但各国科学家对气候改变问题仍缺乏系统研究。1972年召开斯德哥尔摩人类环境会议，加强了对气候改变问题研究。科学家们开始把气候改变看作

11、一个潜在严重问题。哥本哈根会议，国际社会把气候改变看作人类生存发展威胁。24/651.1 建筑节能含义和意义环境危机：在过去1中，全球平均地表气温上升了0.30.6，全球海平面上升了1025。，联合国环境规划署宣告全球气候变暖已经是不争事实，其原因90来自于人类活动。若对温室气体不采取减排办法，未来几十年内全球平均气温每将升高0.2，到21全球平均气温将升高13.5，这将危及人类生存和发展。25/651.1 建筑节能含义和意义共同而有区分责任： 发达国家对大气中温室气体浓度大幅度增加负有不可推卸历史和现实责任。发展中国家生存发展是第一位，但应采取可连续发展模式。 伴随我国经济快速发展，能源消费

12、急剧上升，二氧化碳总排放量已是世界第一；人均排放超出世界平均水平。26/651.1 建筑节能含义和意义传统发展模式普遍性规律：影响二氧化碳排放量主要原因有：人口、经济结构及发展水平、能源结构及消费水平、技术进步等。各国都要经历对能源依赖程度较高工业化阶段，而且伴随经济发展，城市化进程加紧和人民生活水平提升，对能源需求量更大。27/651.1 建筑节能含义和意义可连续发展观：在1992年里约热内卢联合国环境发展大会上，可连续发展观念被全世界各国认同。可连续发展成为各国发展重大指导方针和基本战略；成为诊疗区域开发合理程度及其是否健康发展标准。 可连续发展观念形成，堪称人类发展史上划时代进步。28/

13、651.1 建筑节能含义和意义可连续发展思想关键在于正确规范两大基本关系： 一是“人与自然”之间关系，人类应以高度科学认知与道德责任感，自觉地规范自己行为，创造一个友好世界。人与自然之间相互适应和协同进化是人类文明得以可连续发展“外部条件”。 二是“人与人”之间关系，人与人之间相互尊重、平等互利、互助互信、自律互律、共建共享以及当代发展不以危及后代生存与发展为代价等，则是人类文明得以延续“内部依据性条件”。29/651.1 建筑节能含义和意义 可连续发展最终目标：其一，不停满足当代和后代人生产、生活和发展对于物质、能量、信息、文化需求，强调是“发展”。其二，代际之间应表达公平标准去使用和管理属

14、于全人类资源和环境，每代人都要以公正标准担负起各自责任，当代人发展不能以牺牲后代人发展为代价，强调是“公平”。其三，国际和区际之间应表达均富、合作、互补、平等标准，去缩短空间范围内同代人之间差距，不应造成物质上、能量上、信息上乃至心理上鸿沟，以此去实现“资源生产市场”之间内部协调和统一，强调是“合作”。其四，创造“自然社会经济”支持系统适宜外部条件，使得人类生活在一个更严格、更有序、更健康、更愉悦环境之中，使系统组织结构和运行机制不停地被优化，强调是“协调”。30/651.1 建筑节能含义和意义气候条约：联合国大会于1988年12月经过了一项关于为人类现在这一代和未来子孙后代保护气候决议。19

15、92年5月9日在纽约经过了联合国气候改变框架条约，简称气候条约，并在里约热内卢环境发展大会期间供与会各国签署，条约于1994年3月21日生效。31/651.1 建筑节能含义和意义巴厘会议：12月在印尼巴厘岛，联合国气候大会上签署了巴厘岛路线图，约定了年京都议定书到期后各国在降低碳排放上责任和义务。路线图把全部国家都纳入其中，负有“共同而有区分责任”，即发达国家负担起量化减排责任，发展中国家即使无须负担量化减排，但也要主动采取办法控制排放，乃至减排。32/651.1 建筑节能含义和意义重大影响：限制和降低化石燃料燃烧产生二氧化碳等温室气体排放已经成为国际社会减缓全球气候改变主要对策，将严格制约全

16、球能源生产和消费： 低碳和无碳能源结构； 节约能源。33/65-3-101.2 我国建筑节能特征 1.2.1 政府强行推进 建设行政部门推进（1980）第一时期（1980-1987）：建设部组织，技术研究与技术标准研究制订阶段第二时期（1988-1994）：建设部组织，开展建筑节能工程试验试点和扩大示范阶段第三时期（1994-1996）：建设部组织，制订建筑节能政策并组织实施开展建筑节能工作阶段；第四时期（1996-）：建设部组织，全方面实施节能50%第二步目标工作阶段。2134/651.2我国建筑节能特征国家推进行动：（2004）胡锦涛同志在中央经济工作会议上明确提出要大力发展节能省地型住宅

17、温家宝总理在2007、20政府工作汇报中都明确强调建筑节能。国务院2008.10.1.开始施行民用建筑节能条例和公共机构节能条例。35/651.2我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点我国是一个发展中国家，实现经济和社会发展、消除贫困是首要和压倒一切优先目标。在未来相当长时期内经济仍将保持快速增加，人民生活水平必将有一个较大幅度提升，建筑能源需求和二氧化碳排放量还将增加，作为温室气体排放大国形象将愈加突出。国际压力越来越大。36/65-3-101.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点背景材料：中国城市化当代化趋势及今后建筑用能情景分析中国城市化趋势中国住宅建设规划经济与人民生活水平提

18、升，造成对用能大幅度增加建筑用能增加趋势及CO2排放情景分析3237/65-3-101.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点背景材料：中国城市化进程与趋势1999年底，中国城市人口3.89亿人，城市化水平30.9%;底，中国城市人口4.65亿人，城市化水平35.3%；（原规划到年城市化水平35%左右，城市人口到达4.6亿人。）到20，城市化水平到达40%，城市人口到达4.65亿，设市城市800个，建制镇19000个中国城镇化在提速，平均每年有1500万农民进入城市，而每个城市人口能源为乡村人口3.5倍3338/65-3-101.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点 中国住宅建设

19、规划“九五”期间，平均每年完成城镇住宅4.4亿平方米，大大高于“九五”规划每年2.4亿平方米计划；城市人均建筑面积20平方米；“十五”期间，全国城镇住宅累计完工57亿平方米。其中：城镇住宅建设27亿平方米；农村住宅30亿平方米； 20城市人均建筑面积26平方米；到年，全国城镇住宅累计完工58亿平方米。其中：城镇住宅28亿平方米；农村30亿平方米；2005-，十年全国累计建设住宅115平方米。其中：城镇55亿平方米；农村60亿平方米。3439/65-3-101.2 我国建筑节能特征 1.2.2 我国国情特点人们对居住和工作环境健康舒适性要求越来越高。采暖地域住宅冬季室内温度舒适性标准不停提升，并

20、将广泛使用空调；夏热冬冷地域住宅普遍使用空调采暖设施；生活热水普及；广大农村居民开始安装采暖与空调降温设施；机械通风系统逐步被采取；各类家用电器普及与应用；3540/65-3-101.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点中国自然与能源资源情况中国自然资源总量排世界第七位；中国能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位。其中：煤炭保有储量1万亿吨，可采储量894亿吨。按照当前开采强度， 储采比不到1（世界煤炭储量最大国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非、波兰。美国储量比中国大一倍以上；除中国外，其余6国储采比均在2以上）。石油资源量78.7亿吨，可采储量56亿吨，剩下可采储量

21、22.7亿吨，储采比约； 天然气资源量为38万亿立方米，可采储量8500亿立方米，剩下可采储量6310亿立方米，储采比约为32年； 煤层气资源为35万亿立方米，相当于450亿吨标准煤，排世界第三位，但未成规摸开发利用；3641/65-3-101.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点背景材料：中国能源及消费分析中国已探明煤炭储量占世界储量11%，原油占2.4%，天然气占1.2%；均能源资源占有量不到世界平均水平二分之一，石油仅十分之一； 我国已成为世界第二大能源消费国，能源进口大国。3742/651.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点减排符合我国久远利益：当前国际社会提出减缓二

22、氧化碳排放政策和办法主要集中在提升能源利用效率、发展可再生能源，这不但符合我国经济增加方式从粗放型向集约型根本转变需要，而且促进高效能源技术和节能产品全球扩展与传输，有利于促进我国能源利用效率提升和能源结构优化。43/651.2 我国建筑节能特征建筑节能，不但提升了建筑物在使用期间能源利用效率，降低了大气污染，降低了二氧化碳排放，而且是改进建筑室内热环境， 建筑节能是提升居住水平必由之路。 以人为本-宜居是建筑节能之本。44/651.2 我国建筑节能特征建筑节能目标社会经济发展水平差异引发目标差异发达国家建筑节能目标：提升采暖空调能源利用效率，减排CO2 ，保护环境。中国建筑节能负担着双重担务

23、，含有双重目标： 其一，改进建筑热环境，提升人民生活水平； 其二，提升采暖空调能源利用效率，减排CO2 ，保护环境。45/651.2 我国建筑节能特征在国际上发达国家开展建筑节能时，人民居住条件已经稳定地到达了建康、舒适水平。建筑节能目标主要是提升建筑使用过程中能源效率（能效），降低能耗，减排CO2。中国开展建筑节能时，除北方采暖地域室内热环境质量很好，能耗很高外，非采暖地域建筑能耗甚少，但建筑整年可居住性都不具备。我国提升居住水平要求很强烈。所以，我国建筑节能负担着双重担务：其一，改进建筑环境，提升居住水平；其二，提升建筑能源利用效率，节能减排。这是可连续发展观在我国建筑节能节能中心详细表达

24、。在中国，假如不提升人民居住水平，建筑节能将失去其社会价值，失去广大人民群众支持；假如不提升建筑使用中能效，能源环境都难以承受，没有足够能源来满足人民提升居住水平要求。46/651.2 我国建筑节能特征 在国内，不一样地域建筑节能详细目标也存在显著差异。采暖地域已经形成很高采暖能耗，国家一直把建筑节能重点放在采暖地域，努力降低采暖能耗。非采暖地域夏季空调和冬季采暖能耗从无到有，急剧增加。在相当长时间内还将连续大幅度增加。这些地域气候恶劣，建筑围护结构热工性能很差；需要空调和采暖时间长达六个月左右。因为这些原因，要到达热舒适居住条件，单位建筑面积能耗将比严寒地域更高。这些地域空调制冷和采暖所用能

25、源主要是电能，成为城市冬夏电力高峰负荷主要原因。47/651.2 我国建筑节能特征1.2.2 我国国情特点采暖地域建筑节能属于亡羊补牢性。非采暖地域建筑节能是预防性、前瞻性。其意义和结果往往被低估。评价建筑节能，不一样地域不能简单地直接比较，需采取不一样标准、不一样指标。48/651.3建筑节能基本原理1.3.1 环境层次建筑和城市出现将原来单纯一统地球自然环境分割为三个不一样层次：第一层次为自然环境，自然环境性状和改变由自然力量决定；第二层次为城市环境，城市环境性状和改变由自然力量和人类行为共同决定；第三层次为建筑环境，建筑环境性状和改变由人行为决定。49/651.3.1 环境层次城市环境被

26、自然环境所包围，二者没有确切分界，存在一个过渡空间。自然力量对城市环境决定性作用是由包围城市环境自然环境来实现。尽管人们越来越多感叹，城市正在失去个性，趋于相同。这仅是城市外观趋同，每个城市仍有它独特自然环境和自然资源。因为包围各城市自然环境有它独特性状，各城市环境之间必定保持着自然属性方面区分，如山城重庆和平原城市北京，沙漠城市拉斯维加斯和海岛城市澳门。50/651.3.1 环境层次城市环境中，表现出物质文化活动高效益，人们越来越多地聚集到城市。发达国家城市人口达70%及以上，我国城市人口即将超出50%。城市面积由几十平方公里扩展到几百平方公里。城市环境与包围它自然环境差异越来越显著。最值得

27、建筑节能关注是与自然气候有紧密关系，但又有显著不一样城市气候。伴随城市数量增加和每个城市规模扩大，城市对自然环境影响日益显著，而且其影响通常是负面。环境学科非常关注这个方面，并已取得许多使人睡不安稳研究结论。但比散居负面影响小。51/651.3.1 环境层次城市建筑被城市环境所包围，农村建筑被自然环境所包围，移动建筑（交通工具）改变着自己在自然环境、城市环境中位置。52/651.3.1 环境层次 建筑环境与城市环境之间第一个区分是建筑环境与包围它外部环境之间有显著界面。不论哪类建筑空间，都与包围它外部空间，有明确分界。房屋外围护结构，交通工具外壳就是建筑空间与其外部空间分界。第二个区分由明确界面包围建筑环境形状和改变规律是完全能够由人来控制和调整。53/651.3.1 环境层次自然力量恪守自然规律，人类行为充满着人类欲望。城市必须协调好自然规律和人类欲望。54/651.3.2 建筑能耗成因按人类活动要求调控建筑环境是产生建筑能耗基本原因。 1 为了居住者舒适与健康，必须在各种室外气象条件下保持室内热环境处于舒适区以内。这必定造成室内外热环境参数出现差异。其中，室内外