第三讲 建筑单体设计与节能

建筑单体设计与节能宁波工程学院建工学院王波[e-mail]zahn•Assmann,SalomonundScheidt,Berlin建筑形式：建筑（85米长度和高度20米），优化太阳能利用点：到南部，提高辐射增益的外墙是弯曲的镰刀形的，它有一个约75％的窗口区域中的热量，隔热玻璃;上游阳台带夏天的太阳保护。然而，北立面的开口被减少到最低限度的技术日光。•Livingandchildrenaswellaskitchenswithahigherlightandheatrequirementsaredirectlybehindthesouth-facingwindowfacade,utilityroomssuchasbathrooms,storageroomsandboardswereplacedinthecorezone.4个季节中建筑操作Thesolarenergyisstoredinthesolidcomponents(exteriorwalls,roof,basementceiling,partitionwallsbetweenWEandstaircase,betweenandwithintheWE),equippedwithahighheatinsulation,theheatisreleasedwhentheoutsidetemperaturedropstotheroomsagain.一幢建筑的节能•平面形状•建筑体型•外墙保温•窗的节能•自然通风•平面形状•建筑体型•外墙保温•窗的节能•自然通风•9建筑平面尺寸与节能的关系从节能角度看：围护结构表面积与建筑体积之比（A/V）应尽可能小，以减少表面的散热量。建筑平面形状平面形状正方形长方形细长方形L形回字形U形A/V0.160.170.180.1950.210.25热耗（%）100106114124136163•平面形状越接近方形，表面积越小，越节能。•体积相同•11建筑平面尺寸与节能的关系建筑长度与节能在其他条件相同的情况下，增加居住建筑的长度对节能有利。室外计算温度（ºC）住宅建筑长度（m）2550100150200-3011910910098.396.5-4011710810098.396.7•长度变大，热耗A/V相对↓（比例%不是绝对值）•同高、同宽•12建筑平面尺寸与节能的关系建筑宽度与节能在其他条件相同的情况下，增加居住建筑的宽度对节能有利。室外计算温度（ºC）住宅建筑宽度（m）1112131415161718-2010095.79288.786.283.681.680-3010095.293.190.388.386.684.683.1-4010096.793.791.989.087.184.384.2•宽度变大（表面积、体积一起大）热耗相对↓•联排别墅•单栋别墅•平面形状•建筑体型•外墙保温•窗的节能•自然通风围护结构面积与节能的关系•体积V相同，围护结构面积A越小越节能•建筑体形系数00FS=V•与室外大气接触的外表面积和外表面所包围的体积之比值规定性指标：建筑类别条式建筑点式建筑居住建筑≤0.35≤0.4公共建筑严寒、寒冷地区≤0.4。其他地区无要求。•浙标《公共建筑节能设计标准》DB33/1036-2007•4.1.3建筑物的体形宜避免过多的凹凸与错落，体形系数不宜大于0.40。•建筑物外表面积应按墙面面积、屋顶面积和下表面直接接触室外空气的楼板（外挑楼板、架空层顶板）面积的总面积计算。不包括地面面积，不扣除外门窗面积。•课后作业：住宅小区的地下车库需要做节能设计吗？•地下车库顶板算不算外表面面积？•（二）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。计算结果比较：栋号架空外围护面积F0（m2）体积V0（m3）体形系数S=F0/V0A无98m×30m+600m2=354025m×24m×30m=180003540/18000=0.197有98m×30m+600m2×2=4140180004140/18000=0.23B无110m×30m+600m2=390040m×15m×30m=180003900/18000=0.217有110m×30m+600m2×2=4500180004500/18000=0.25C无140m×30m+600m2=4800(30m×10m+10m×15m×2）×30m=180004800/18000=0.267有140m×30m+600m2×2=5400180005400/18000=0.30体形系数的结论•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。•21表面面积系数建筑物其他外表面积之和A1与南墙面积A2之比。反映建筑表面散热与建筑利用太阳能而得热的综合热工情况。•南墙面积越大越好•22从表面面积系数评价节能建筑对于长方形节能建筑，最好的体形是长轴朝向东西的长方形，正方形次之，长轴南北向的长方形最差；增加建筑长度对节能建筑有利，但长度增加到50m后，长度的增加给节能建筑带来的好处趋于不明显；增加建筑的层数对节能建筑有利，层数增加到8层以上后，层数的增加给节能建筑带来的好处趋于不明显；•平面形状•建筑体型•外墙保温•窗的节能•自然通风WINTERSUMMERBUBBLEWRAPALUMINUMFOIL(LOWEMISSIONANDREFLECTANT)ROCKWOOLWOODFIBREOSBVENTILATEDZONEEXTERIORPROTECTIONWATERPROOFINGALUMINUMFOIL(LOWEMISSIONANDREFLECTANT)SECTIONG选择外保温方案•为什么一般不选内保温方案呢？外墙外保温的优越性：1、外保温可以避免产生热桥；2、外保温有利于保障室内的热稳定性：•outside•inside•outside•inside•Thermal•mass•Thermal•mass•TTC=43.8•TTC=7.83、外保温有利于提高建筑结构的耐久性：4、外保温可以减少墙体内部冷凝现象：5、有利于既有建筑节能改造：6.一旦安装较少维护合理选择外保温方案•传热系数修正系数：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，使得其通过围护结构的传热量要改变。•相同的保温构造放在北向外墙更有利些。•Lowmaintenanceplants•Ecosoil•Absorbentfelt•Insulatingceramicfilter•Adjustableplots•Waterproofing合理选择屋顶保温方案•平面形状•建筑体型•外墙保温•窗的节能•自然通风窗的采光和遮阳•VENTILATEDSLOPEDROOF•BLINDS•CANTILEVERS玻璃的隔热保温•玻璃的厚度•玻璃的种类•（2）变色玻璃•根据致变色材料的不同，有光致变色玻璃，电致变色玻璃和热致变色玻璃。•2.2窗用玻璃•银座-Chanel••设计师：彼得·马里诺••CHENAL银座店，电致变色玻璃白天透明典雅，到了晚上，整个立面变成了一个超大LED屏•（3）复合玻璃•如吸热中空玻璃、热反射中空玻璃，低辐射中空玻璃，低辐射热反射中空玻璃，硅气凝胶特种玻璃等。•2.2窗用玻璃•西伯利亚猛犸博物馆•Leeser事务所•为了防止辐射光影响到地下的冻土，6.5万平方英尺的博物馆将抬升在20英尺高的支柱上。透明的外层用双层玻璃建造，添加了气凝胶，一种能产生雾状效果的超级绝缘物质。窗的层数WINTERDAY-PLANWINTERNIGHT-SECTIONFWINTERNIGHT-PLANEXTERIORAIRENTRYPOSSIBILITYWINTERDAY-SECTIONF1.Directsolarradiationontheceramicflooring2.HeatlossesofthePVwall3.Householdappliances4.People(125W)5.GreenhouseheatWINTERDAY-PLANWINTERNIGHT-SECTIONF窗的得热2.PASSIVEHEATING:SolargreenhousesTHERMALBUFFEREFFECTINSULATIONNIGHTDAYDAYRECEPTIONThermalMass蓄热体4Peltierscondenseanddrainanyexcesswaterintheair.储热器储热系统•Airmovedbyfans•Metalplots•AlcalaGreshollowsteelcontainerfullofmeltinggels•PCGcapsule•特隆布墙•特隆布墙是一种太阳能集热蓄热墙体。主要利用了被动式热压通风原理。图5蓄热壁住宅外观蓄热壁住宅(1986)南向设计成阳光室；北向利用土坡作为隔热层。蓄热壁住宅室蓄热壁住宅太阳能系统分析图窗的开口大小•窗墙比：•单一朝向外窗面积和墙面积(含窗面积)的比值一般称窗墙面积比•南方夏季：窗墙面积比越大，采光越好•但是，白天通过窗户进入室内的太阳幅射热多，空调的能耗也越大。•冬季：窗户损失的热量多，但也得到了一定的太阳幅射热。•所以要控制合适的窗墙面积比。•平面形状•建筑体型•外墙保温•窗的节能•自然通风SUMMERNIGHT-SECTIONFRADIATION(Wh/m2)MARCH3186JUNE2445SEPTEMBER3400DECEMBER2656RADIATION(Wh/m2)JUNE3533SEPTEMBER2554DECEMBER1232RADIATION(Wh/m2)MARCH1138JUNE2027SEPTEMBER1210DECEMBER752RADIATION(Wh/m2)MARCH2190JUNE3533SEPTEMBER2554DECEMBER1232WINDSROSESUMMERSUNPATHSPRINGANDAUTUNSUNPATHWINTERSUNPATHJUNE21st4:36amDEC21st7:22amMARCH21st6amPREVAILINGWINDSWESTNORTHDEC21st7:22am121?JUNE21st5:24pmSEPT21st6pm90?SOUTH90?121?EASTENERGYLAYOUT•Low-gainspaces•Medium-gainspaces•High-gainspaces•EnergygainregulatorSUMMERNIGHT-SECTIONF1.PASSIVECOOLING:Crossventilation•Summernight(foldedpatio)SUMMERNIGHT-SECTIOND•Summernight(unfoldedpatio)1.PASSIVECOOLING:Crossventilation•Summerday(foldedpatio)SUMMERDAY-SECTIONFSUMMERDAY-PLANCOMPLETEVENTILATIONCONTROLLEDVENTILATIONSHADINGNIGHTNIGHTDAY通风系统EXTERIORINCOMINGAIRGREENHOUSE/EXTERIOROUTGOINGAIRAIRMOVEMENTTHROUGHTECHNICALFLOORAIRCURRENT:AUTOMATICALLYCONTROLLEDVENTILATIONDEVICES(GRILLES,LOCKGATESANDTRAPDOORS)CONDUCTFORCEDVENTILATION:12LOW-ENERGYCOMSUMPTION35WFANS热压：太阳能“烟囱”住宅(1984)木构建筑临街底层为牙科诊所，楼上是家庭的居住空间。被动式太阳能系统包括：太阳能“烟囱”、热流循环系统、碎石槽、阳光室、隔热材料。图4太阳能“烟囱”住