建筑节能基础知识

第二章建筑节能基础知识2.1建筑热工设计分区与建筑能耗2.2建筑节能术语2.3不同热工分区下的建筑节能设计原理2.3采暖居住建筑节能基本原理与节能途径2.4空调建筑节能原理2.5居住建筑建筑物耗热量指标2.6居住建筑建筑物耗热量指标计算2.7建筑节能计算初步2.1建筑热工设计分区与建筑能耗建筑气候分区2.2建筑节能领域中常用的名词术语导热系数(入)CoefficientOfthermalconductivity稳态条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1K时，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，λ=0.017w/（m·k）。蓄热系数(S)CoefficientOfthermalstorage当某一足够厚度的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。通过表面的热流振幅与表面温度振幅的比值即为蓄热系数，单位：W／(m2·K)。比热容(c)Specificheat1kg物质，温度升高1K吸收或放出的热量，单位：kJ／(kg·K)。热桥(也称作冷桥)Thermalbridge围护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、柱、肋等部位，在室内外温差作用下，形成热流密集、内表面温度较低的部位。这些部位形成传热的桥梁，故称热桥。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。围护结构传热系数(K)OverallheattransfercoefficientOfbuildingenvelope围护结构两侧空气温差为1K，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，单位：（W/m2·K)围护结构传热阻(Ro)ThermalresistanceOfbuildingenvelope传热系数的倒数，表征围护结构对热量的阻隔作用，单位：m2·K／W。R0=Ri+ΣR+Re窗墙面积比ArearatioOfwindowtowall窗户洞口面积与其所在外立面面积的比值。窗墙面积比越大，能耗就越大。遮阳系数实际透过窗玻璃的太阳辐射热与透过3毫米厚透明玻璃的太阳辐射热的比值。越小，遮阳性能越好。建筑物体形系数(S)ShapecoefficientOfbuilding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。换气体积(y)VolumeOfaircirculation需要通风换气的房间体积。采暖度日数(HDD18)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。空调度日数(CDD26)CoolingdegreedaybasedOn26℃一年中，当某天室外日平均温度高于26℃时，将高于26℃的度数乘以1天，并将此乘积累加。典型气象年(TMY)TypicalMeteorologicalYear以近30年的月平均值为依据，从近10年的资料中选取一年各月接近30年的平均值作为典型气象年。由于选取的月平均值在不同的年份，资料不连续，还需要进行月间平滑处理。采暖能耗(Q)Energyconsumedforheating用于建筑物采暖所消耗的能量，其中包括采暖系统运行过程中消耗的热量和电能，以及建筑物耗热量。建筑物耗热量指标(qH)IndexOfheatlossOfbuilding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。采暖设计热负荷指标(qHl)IndexOfdesignloadforheatingOfbuilding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消耗的需由采暖设备供给的热量。由于采暖室外计算温度低于采暖期室外平均温度，因此在数值上，采暖设计热负荷指标大于建筑物耗热量指标。单位：W／m2。建筑物耗冷量指标IndexOfcoollossOfbuilding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。K空调采暖年耗电量Annualheatingelectricityconsumption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。采暖供热系统Heatingsystem由锅炉机组、室外管网、室内管网和散热器等组成的系统。2.3不同热工分区下的建筑节能设计原理严寒与寒冷地区改进建筑物围护结构保温性能，进一步减低采暖需热量推广各类专门的通风换气窗，实现可控制的通风换气，避免为了通风换气而开窗，造成过大的热损失改善采暖的末端调节性能，避免过热推行地板采暖等低温采暖方式，从而降低供热热源温度，提高热源效率积极挖掘利用目前的集中供热网，发展以热电联产为主的高效节能热源保证夏季隔热，并兼顾冬季防寒体形系数要和住宅采光、日照等结合起来，不要过分追求小提高住宅日照、促进自然通风角度，综合确定窗墙比夏热冬冷地区气候条件下的不同地区，要根据不同季节室外风速，优化设计窗墙比要特别强调外窗遮阳、外墙和屋顶的隔热设计夏热冬冷地区（重庆、上海、南京、长沙、福州）几个概念：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。不包括建筑体形系数与建筑物的节能有直接关系；体形系数越大，说明同样建筑体积的外表面积越大，散热面积越大，建筑能耗就越高，对建筑节能越不利；窗墙面积比：窗户洞口面积与其所在外立面面积（包含窗面积在内）的比值。外立面面积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。隔热、遮阳、通风设计非常重要首先考虑的因素是如何有效防止夏季的太阳辐射同时，在围护结构的外表面要采取浅色粉刷或光滑的饰面材料，以减少外墙表面对太阳辐射的吸收遮阳设计的形式和构造的选择，要考虑建筑朝向对遮光的要求合理组织住宅的自然通风夏热冬暖地区（广州、海口、香港）温和地区（昆明、贵阳）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%，其中相当部分安装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，居住容积18.2~20.8m25、城镇居住建筑以多层为主，大城市有部分高层。2.3采暖居住建筑节能基本原理和节能途径围护结构传热耗热量73%～77%门窗缝隙空气渗透耗热量23%～27%外墙23%～34%窗户23%～25%楼梯间隔墙6%～11%屋顶7%～8%阳台门下部2%～3%地面2%二、采暖居住建筑的能耗构成三、采暖居住建筑的节能基本原理热量散失两部分：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。节能基本原理：最大限度的争取得热，最低限度的向外散热。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。提高窗户气密性，减少冷风渗透。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。传热系数，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，℃），1s内通过1平方米面积传递的热量。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。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。减少建筑物的体形系数及外表面积。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。采用热量按户计量收费的办法。2.4空调建筑节能原理一、影响空调负荷的主要因素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；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；窗墙面积比与空气渗透情况：窗户越大，空调负荷越大。门窗气密性越好，越节能。遮阳提高窗户遮阳性能，能大幅度降低空调负荷。是围护结构阻抗热量传递能力的物理量。是传热系数的倒数；传热阻值愈大，保温性能愈好。（一）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。二、空调建筑节能基本原理建筑避免东西朝向或东西向窗户减少辐射得热；空调房间集中布置，上下对齐；空调房间应避免布置在拐角处、有伸缩缝处或顶层；空调建筑外表面尽量小，表面浅色，房间净高宜低；（二）空调建筑节能设计要点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；外窗气密等级不应低于GB7107-2002中3级水平；围护结构传热系数应符合GBJ19-87规定要求；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。2.5居住建筑建筑物采暖耗热量指标在寒冷和严寒地区，采暖建筑物耗热量指标是建筑围护结构热工性能权衡判断的依据，又是评价采暖建筑节能设计的重要指标。计算得到的所设计居住建筑的建筑物耗热量指标应小于或等于《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》附录A中表A.0.1-2的限值。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.h/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。一、建筑物耗热量和建筑物耗热量指标不同地区不同阶段采暖期居住建筑耗热量指标19861995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。（建筑物耗热强度最大极限值）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。（如：北京冬季采暖室外计算温度是-7.6度，说明一年中，北京低于-7.6度的日子最多只能出现5天）二、建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标二者区别：建筑物耗热量指标与采暖设计热负荷指标是两个不同概念。由于采暖室外计算温度低于采暖期室外平均温度，所以采暖设计热负荷指标大于建筑物耗热量指标。1、体形系数三、影响建筑物耗热量指标的几个因素体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越大，能耗就越高；体形系数越小，单位建筑空间对应的外表面积越小，外围护结构的传热损失就越小。在围护结构保温水平不变的条件下，建筑物耗热量指标随体形系数的增长而增长，即不同体形系数的建筑物，耗热量指标不同。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0.3及0.3以下；若体形系数大于0.3，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。（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，减少外墙凸凹变化,造型宜简练。控制体形系数大小的方法：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。2、围