建筑节能原理与技术01绪论（PPT） .ppt

建筑节能原理与技术,中国开展建筑节能的历史沿革,第一时期（1980-1987）：建设部组织，技术研究与技术标准研究制定阶段第二时期（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，制定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，全面实施节能50%第二步目标的工作阶段。胡锦涛同志在2004年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温家宝总理在去年、今年政府工作报告中都明确强调建筑节能。,21,背景材料：中国的城市化现代化趋势及今后建筑用能的情景分析,中国城市化趋势中国住宅建设规划经济与人民生活水平的提高，导致对用能的大幅度增加建筑用能的增加趋势及CO2排放情景分析,32,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%;2000年底，中国城市人口4.65亿人，城市化水平35.3%；“十五”期间，原规划到2005年城市化水平35%左右，城市人口达到4.6亿人到2010年，城市化水平将达到40%，城市人口达到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，而每个城市人口的能源为乡村人口的3.5倍,33,中国住宅建设规划,“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”规划的每年2.4亿平方米计划；2000年城市人均建筑面积20平方米；“十五”期间，全国城乡住宅累计竣工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；2005年城市人均建筑面积26平方米；到2010年，全国城乡住宅累计再竣工58亿平方米。其中：城镇住宅28亿平方米；农村30亿平方米；未来十年，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。,34,经济与人民生活水平的提高，导致对用能的大幅度增加,随着经济与人民生活水平的提高，人们对居住舒适性要求越来越高：采暖地区城镇住宅冬季室内温度舒适性标准不断提高；夏热冬冷地区城镇住宅普遍安装采暖与空调设施；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；机械通风系统逐渐被采用；各类家用电器的普及与应用；以上因素必将导致建筑用能的大幅度增加。,35,中国未来建筑用能的情景分析,中国自然与能源资源状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。按照目前的开采强度，储采比不到100年（世界煤炭储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非、波兰。美国的储量比中国大一倍以上；除中国外，其余6国的储采比均在210年以上）。石油的资源量78.7亿吨，可采储量56亿吨，剩余可采储量22.7亿吨，储采比约14年；天然气的资源量为38万亿立方米，可采储量8500亿立方米，剩余可采储量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；,36,中国未来建筑用能的情景分析,中国能源及消费分析中国已探明的煤炭储量占世界储量的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的一半，石油仅十分之一；建筑能源消费占全国能源消费的25%左右，且迅速增长；我国经济增长有2/3是在对资源和生态环境过度透支的基础上实现的，而GDP只占世界的4%我国已成为世界第二大能源消费国,37,第一章 绪论,1.1 建筑节能的含义和意义1.2 建筑热环境与室内空气品质 1.3 建筑能耗的形成 1.4 建筑节能的目的和基本途径,1.1 建筑节能的含义和意义,1.1.1建筑节能的含义 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可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。这既是中华人民共和国节约能源法对“节能”的法律规定也是国际能源委员会的节能概念。节能不能简单地认为只是少用能。节能的核心是提高能源效率。从能源消费的角度，能源效率是指为终端用户提供的能源服务与所消耗的能源量之比。建筑节能是指提高建筑使用过程中的能源效率，主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等的能源效率。即提高为居住者所提供卫生舒适的居住条件与所消耗的能源量之比。,1.1.1建筑节能的含义,建筑能耗，在社会总能耗中占有很大的比例，而且，社会经济越发达，生活水平越高，这个比例越大。西方发达国家，建筑能耗占社会总能耗30%45%。美国一次能源消耗量，2000年达到36.55亿吨标准煤，其中建筑能耗占33.7%，工业能耗占35.9%，交通能耗占24.8%。法国建筑能耗占社会总能耗的45%。,1.1.2建筑节能的意义,能源大量消费造成了大气污染，全球温室效应，生态环境迅速恶化，使整个人类惊恐的警钟敲响了。国际建筑节能的基本目的，由缓解能源供应扩大为人类的可持续发展。,1.1.2建筑节能的意义,可持续发展思想的核心，在于正确规范两大基本关系：一是“人与自然”之间的关系；二是“人与人”之间的关系。要求人类以高度的科学认知与道德责任感，自觉地规范自己的行为，创造一个和谐的世界。,1.1.2建筑节能的意义,可持续发展的最终目标：其一，不断满足当代和后代人的生产、生活和发展对于物质、能量、信息、文化的需求。这里强调的是“发展”。其二，代际之间应体现公平的原则去使用和管理属于全人类的资源和环境；每代人都要以公正的原则担负起各自的责任。当代人的发展不能以牺牲后代人的发展为代价。这里强调的是“公平”。其三，国际和区际之间应体现均富、合作、互补、平等的原则，去缩短空间范围内同代人之间的差距，不应造成物质上、能量上、信息上乃至心理上的鸿沟，以此去实现“资源生产市场”之间的内部协调和统一。这里应当强调的是“合作”。其四，“创造”自然社会经济支持系统适宜的外部条件，使得人类生活在一种更严格、更有序、更健康、更愉悦的环境之中，因此应当使系统的组织结构和运行机制，不断地被优化。这里强调的是“协调”。,全球气候变化与CO2排放,C+O2=CO2CO2排放 温室效应 臭氧层破坏全球气候变暖 南极50年气温上升2.5C冰川雪山溶化加快 海平面上涨 尼尔尼诺现象 气候干旱缺水、河湖干枯、水土流失、植被退化、土地荒漠、地震、洪涝、台风等灾害加剧人类的生存环境受到从未遇到的严重威胁,13,1.2 建筑热环境与室内空气品质,1.2.1室内热环境的基本知识1.2.2室内热环境质量指标1.2.3室内热环境质量标准1.2.4建筑热环境状况1.2.5室内空气品质,1.2.1室内热环境的基本知识,人体与环境之间的热交换，可用以下基本公式表述：MRC-E=Q（1.2.1-1）式中，M为代谢产热；R、C、E分别为辐射、对流及蒸发热交换；Q为人体积热的变化量，反映着平均体温的变化。R、C、E一方面为外部环境因素如空气温度、气流速度、水蒸汽压力及环境平均辐射温度等的函数，另一方面则是人体皮肤温度及皮肤水蒸汽压力的函数。,1.2.1室内热环境的基本知识,影响穿衣人体热交换的因素 表1.2.1-1,1.2.1室内热环境的基本知识,决定穿衣人体热交换的各种因素可以分为两类：主要因素及次要因素，表1.2.1-1所列的任一种主要因素均可单独改变并引若干种次要因素的变化。例如，气流速度的改变可影响通过衣内的或在衣内的气流；可影响皮肤温度、衣服温度、排汗率、皮肤湿度及排汗的冷却效率等等。,1.2.1室内热环境的基本知识,1.2.1.2新陈代谢产热代谢是一种化学产热的过程，依靠此过程，食物与氧化合而产生人体内各种器官在功能上所需要的能量。新陈代谢率大致和人的体重成正比。在睡觉时新陈代谢水平最低，通常是把人体平躺着处于完全休息状态时所保持的水平称为基础代谢。当工作时，新陈代谢率即提高，以便供应工作所需的能量。由于人体作为一部“机器”来看，其效率并不高，体内产生的总能量比所作机械功的能量大得侈，而多余的能都转变为热。,1.2.1室内热环境的基本知识,1.2.1.3对流及长波辐射产生的干热交换在闭合的环境内，人体与周围空气通过对流进行换热并与周围物体表面通过长波辐射进行换热。当环境四周较人体表面为冷时，人体通过上述热交换方式对环境散热；反之则是得热。对流换热取决于周围的气流速度，通常认为是正比于气流速度的平方根。对流换热量是空气温度与皮肤温度之差值的线性函数，辐射换热量则正比于环境表面绝对温度的四次方与皮肤绝对温度的四次方之差值。皮肤温度并非一恒定值，而是随着环境条件的改变而变化的。在寒冷条件下，皮肤温度高于气温；在炎热条件下则相反。,1.2.1室内热环境的基本知识,1.2.1.4蒸发散热当蒸发发生在肺部或皮肤毛孔中时，此潜热全部从人体内部摄取。这样，即使周围气温及平均辐射温度高于皮肤温度，体内也能够散发大量的热。当蒸发快于汗的分泌时，就在皮肤的表面甚至在其毛孔内发生蒸发。在这种情况下，热量通过导热方式由皮肤传到薄的汗液表面较之从外部空气传来更为方便，故几乎全部汽化潜热均取自人体内部。反之，若形成较厚的汗液层，在皮肤表面特别是在人体毛发上出现汗珠，对由体内到蒸发表面的热流形成很大的阻力，这样蒸发时就可能从周围空气中摄取一定的热量，从而降低了对人体实有的冷却效果。,1.2.1室内热环境的基本知识,1.2.1.5人体与周围环境之间热交换的调节 人体的特点与其它脊椎（热血）动物一样，就是恒温，但是，整个身体不是恒温，内部器官的温度（内部温度）与身体表面的温度有明显差别。恒温是指内部温度，在正常条件下人的肌体温度保持在370.5的水平上。人体内产生大量的热量，为了使产热量和散热量平衡，人的机体具有相应的温度调节机构。温度调节机构的负担越轻，人体越感舒适。,1.2.2室内热环境质量指标,影响热感受有6个因素：干球温度、湿度、风速、平均辐射温度、人体活动强度及衣着。前4个是热环境因素，后2个是人为因素。国际标准ISO7730以丹麦P.O.Fanger教授的热舒适方程为理论基础，将上述6个因素综合为PMV，再将PMV与不满意率联系，形成PMV-PPD热环境质量指标体系。PMV值可由热舒适仪测量，也可先测4个热环境因素值，结合人体活动强度及衣着，用热舒适方程计算。根据PMV值可从PMV-PPD曲线查出不满意率PPD。ISO7730推荐的热环境质量指标为PMV=-0.50.5，对应不满意率PPD10%。,我国旅馆热环境质量指标值 表1.2.2-1,PMV由热感受6因素共同决定。同一个PMV值可由不同的6因素值组合而达到，而这些不同的组合所需消耗的能源是不一样的。合理组合6因素，可在保证热环境质的前提下，降低能耗。,夏季提高风速，比降低温度所需的能耗和费用少得多。风速大有利于人体散热、散湿，提高热舒适度。风速过大，也会有害健康，特别是睡眠时。而且老弱病人怕风。风速过大还会吹起桌面纸张、扬起灰尘，给生活、工作、学习造成不便。夏季室内风速以0.3m/s左右为宜。提高冬季热舒适水平，应降低风速。从降低风速而言，显然地板辐射供暖优于自然对流供暖，自然对流供暖优于热风供暖。由于室内各表面温度不均，室内总有0.1m/s左右的风速。,室内平均辐射温度与室内干球温度是相互影响的。夏季降低平均辐射温度，冬季提高平均辐射温度往往比相应地降低或提高干球温度的能耗要低些。冷暖地板、天棚比冷热风系统的能效高。即用平均辐射温度带动干球温度，比用干球温度带动平均辐射温度更节能。提高围护结构热工性能，可达到既减少冷热耗量，又提高热舒适水平的双重效果。在加强夏季遮阳，墙体热工性能良好的情况下，室内平均辐射温度与干球温度近似相等。,湿度的调整能耗大，宜避免过多地依靠调节湿度来改善热环境，以相对湿度不超过70%为宜。,衣着的变化、厚薄的调整可降低冷暖能耗：夏季越薄越好，冬季越厚越好。但要顾及文明与生活方便。夏季文明着装，热阻约0.5Clo；冬季方便着装，热阻约1.5Clo。,人体活动强度取决于生活水平与习惯。21世纪是信息时代、知识经济。室内活动方式将以坐为主。,PMV-PPD属于性能性指标。采用PMV-PPD指标有两个好处，一是拓广了节能的途径增加了设计人员的灵活性，有利于促进建筑节能科学技术的发展。二是便于和国际接轨。不足之处是实际使用难度较大。工程界和社会都习惯于以干球温度为热环境的主要指标。建设部科技司主编的2000年小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计导则提出城市示范小区住宅热环境以干球温度为指标：冬季1221；夏季28。,1.2.3室内热环境质量标准,室内热环境质量标准的高低，对能耗与投资都有显著性影响。在同样的技术水平下，夏季室温每提高1，冬季室温每降低1，冷热负荷可减少约10%，能耗可减少10%以上。,1.2.3室内热环境质量标准,室内热环境质量标准的高低，对生活水平，特别是工作和学习效率，身体健康有重大影响。空气温度在25左右时，脑力劳动的工作效率最高；低于18或高于28，工作效率会急剧下降。以25时的工作效率为100%，35时只有50%，10时只有30%。在夏热冬冷地区的调查表明，在夏季空气温度不超过28时，人们对热环境均表示满意。2830时，约30%的人感到热；3034时，84%的人感到热；14.5%的人感受到热得难以忍受。超过34时，100%感受到热，42.3%的人感到难以忍受。冬季室内空气温度在18以上时，5%的坐着的人感到冷。温度低于10时，91%的坐着的人感到冷得难受，动着的人也有47%感到冷，室内可居住性很差，有损健康。,夏热冬冷地区室内热环境质量标准 表1.2.32-1,二级标准主要依靠改善建筑热工性能来达到；一级标准在改善建筑热工性能的基础上，适当地采用供暖空调设施来达到。,1.2.4建筑热环境现状调查,调查样本的抽取首先确定气候区代表性城市的抽样（不宜采用随机抽样）建筑抽样（不宜采用随机抽样）住户抽样（不宜采用随机抽样）,1.2.4建筑热环境现状调查,如为了确切把握夏热冬冷地区建筑热环境和能耗现状，确定夏热冬冷地区在长江流域各地的50余座大中小城镇开展这项工作。被实测调查的住宅楼80%位于市区，20%位于郊区；54%是240砖墙，31%是370砖墙，15%是其它墙体。普遍是单玻金属窗，屋顶是架空通风屋顶。,1.2.4建筑热环境现状调查,被实测调查住户的基本情况为：楼层分布上，底层户16%，中间层户71%，顶层户13%；朝向上，南向55%，北向18%，东向9%，西向9%，其它9%；人均居住面积方面，不足8m2的16%，812m2的53%，12m2以上的31%；人口：2人户11%，3人户36%，4人户31%，5人以上户22%；职业方面，机关、公司职员占41%，教科文技工作者占26%，工人占30%，企业老板占3%。,1.2.4建筑热环境现状调查,每幢楼实测时间，冬夏都持续30天以上，并包括当年高温连晴天气和寒潮降温天气出现的那段时间。共实测调查了数百幢住宅楼的室内热环境状况，采暖降温措施及能耗。同时记录了室内人员的热感受，,表1.2.4-1是根据调查实测数据统计分析获得的室内热环境与人员热感受百分率。表中，A表示热得难受，不能静心学习和工作，因热而难入睡，或睡眠中被热醒等情况，B表示热，但尚能受，尚能睡眠和休息。,室内热环境与人员热感受百分率 表1.2.4-1,夏季建筑热环境状况,调查实测数据的统计分析结果：夏热冬冷地区夏季自然状况下室内热环境状况处于子区的频率12.5%；处于II子区的频率为52.1%；处于子区的频率为32.9%；处于子区的频率为3.6%。,结论 夏热冬冷地区，整个夏季室内热环境有87.5%的时间是不舒适的，有36.5%的时间影响居民的生活。在武汉、重庆这样的“火炉”城市，夏季晴天的中午到晚上这段时间，约60%90%的情况室内不能正常生活，特别是不能睡眠，约3056%的情况，室内闷热难受，难以久留。在这种情况下，室内人员整夜处于似睡非睡的昏昏沉沉的状态，全身汗淋淋的，竹席上也满是汗水，不得不多次起来擦去身上和席上的汗水。当地居民称之为“熬命”，白天的工作和学习效率可想而知。由于室内闷热难眠，武汉等地居民不得不夜间露宿街头。,不同居室内气温对比（连晴天气过程）（单位：）表1.2.4-2,说明：1#居室：240砖墙，南外窗24小时开启，挂窗帘。2#居室：240砖墙，南外窗白天关，夜间开，挂内窗帘。3#居室：钢筋混凝土框架，200厚加气混凝土墙，南外窗白天关，夜间开，挂内窗帘。4#居室：370砖墙，东外窗，外门白天关，夜间开，白天挂外布帘于阳台口。,冬季建筑热环境状况,调查实测获得该区域住宅内冬季干球温度湿球温度变化范围调查实测数据表明，在此范围内，当干球温度不变，仅湿球温度变化。对室内人员的热感受没有显著影响。不采暖房间，室内平均辐射温度与干球温度基本相同。在没有较强的冷风侵入时，室内坐着的人员感受相对风速大约为0.1m/s 左右。,冬季建筑热环境状况,调查实测表明，长江流域住宅内冬季热环境质量差。，室内气温低于10的频率为78%。平均温度只有8.5。对于身着2.0clo左右的防寒服的久坐（1小时以上）人员，室内干球温度为1016这一范围是热感觉的敏感区。在敏感区内，干球温度稍有变化，感到冷的人员百分比即随之急剧变化。对不久坐人员，热感受的敏感区是513。,冬季建筑热环境状况,当室内气温低于10时，久坐的人员有91%以上感受到冷，而且有25%以上的感到冷得难受，手足冻僵，麻木，受寒生病等。不久坐人员也有47%以上感到冷。而当室内气温为8.5时，所有久坐人员都感冷。不久坐者也有65%感到冷。若要使感到冷的人次降到5%以下，对于久坐人员，室内气温需要在18以上。长江流域住宅冬季若不取暖，不能久坐。否则会感到寒冷，甚至会因室内气温低而生病。当地居民普遍反映室内太冷，影响正常生活，有损老弱和婴幼儿健康，甚至威胁老弱病人生命。不少体弱的老人一到冬季，就不敢下床，窝在床上熬过这寒冷季节。学生则因室内气温太低，在家写作业温功课时受寒生病。某校临近期末，因晚上在家坐着学习时间增多，有62.5%的学生因室内气温低而感冒。由于室内太冷，该区域居民室内衣着与室外相同。衣服热阻在2.0clo左右。通常是厚毛衣外穿呢大衣或棉衣，羽绒服、防寒服等。甚至在毛衣外穿棉衣、再穿棉或呢大衣。在室内穿上述服装老人占96.3%，儿童占89.5%。这样雍肿、笨重的防寒保暖服装在室内生活很不方便。冬季老人死亡率明显上升是夏热冬冷地区的特点之一,感受与伏案工作时间的关系 表1.2.4-3,注：1、伏案工作前1小时内的活动形式依次为：吃饭、清理饭桌、洗碗、拖擦地板；2、伏案工作时衣着为：1件毛线背心，2件厚毛线衣、外套厚呢夹克，针织棉毛裤、厚毛线裤、外套毛西裤、腿上盖皮夹克；毛巾袜外穿棉鞋。,1.2.5室内空气品质,冬夏季节，采暖空调时，室外空气进入室内，要消耗大量的冷热量。为了节能需要限制通风换气量。减少通风换气量将使室内空气质量下降，影响人体健康和工作学习效率。降低通风换气量而造成的室内空气质量恶化，使“密闭建筑综合症”漫延，在人体健康和工作效率方面所造成的巨大损失是节能收益远远不能弥补的。美国估计因室内空气质量恶化所造成的损失每年为590亿美元。中国每年因室内空气污染引起的超额死亡达11.1万人，超额急诊430万人次，经济损失107亿美元（人民日报2004-12-30）,1.2.5室内空气品质,室内空气污染的特点是：污染物种类多，微生物、有机挥发物、颗粒物、辐射等数千种。如此众多的污染物对人体长期综合作用所造成的危害，是国际卫生学界的新课题。要多少换气量才能保证满意的室内空气质量？这是个非常复杂的问题。国际上尚无科学完整的室内空气质量指标体系和标准。另外，建筑材料、室内设备、人员等的污染物散发特性也还未能全面的定量化。,1.2.5室内空气品质,美国ASHRAE标准（62-1989）提出室内空气质量为80%的室内员所接受；欧洲联盟IAQ（室内空气质量）指南在探讨采用olf-decipol和TVOC指标体系。其中olf为一个标准人体产生的污染；decipol为空气质量感知值单位；TVOC为总挥发性的有机化合物。要和通风换气量之间建立定量关系，尚有浩大的研究工作要做。我国及一些国家卫生标准以CO2浓度作为空气质量指标，进而可定通风换气量。这实质上是以人为主要污染源来定换气量。许多情况下，室内主要污染源不是人。建筑材料和家具造成的室内空气污染是普遍而严重的。我国旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准规定不同等级旅馆客房换气量为：一级50m3/hp；二级40 m3/hp；三级30 m3/hp。美国ASHRAE标准（62-1989）等推荐的居室换气量为42.5 m3/hp，办公室为34 m3/hp。,1.2.5室内空气品质,和北方相比，夏热冬冷地区冬季的新风耗热量要低得多。如冬季通风室外计算温度，重庆为7，南京为2，上海为3，而哈尔滨低达-20。重庆、南京、上海的冬季新风耗热量分别只有哈尔滨的29%、42%和39%。夏热冬冷区降低通风量的节能效益远小于北方。而夏热冬冷区比北方潮湿，室内细菌繁殖速度远高于干燥的北方。因此，夏热冬冷区的通风量应该大于北方。夏季虽然新风设计能耗较大，但并非整个夏季都是如此。如重庆夏季平均只有1/3左右的时间，新风焓值高于室内而要耗冷量。,1.2.5室内空气品质,我国旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准规定不同等级旅馆客房换气量为：一级50m3/hp；二级40 m3/hp；三级30 m3/hp。美国ASHRAE标准（62-1989）等推荐的居室换气量为42.5 m3/hp，办公室为34 m3/hp。夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准确定住宅换气量为1.0次/小时。若按室内净高2.5m，人均12m2居住面积计算，新风量为30 m3/hp。相当于三级客房；若按人均15 m2居住面积计算（2005年底人均26 m2建筑面积），新风量为37.5 m3/hp，接近二级客房水平。,1.3 建筑能耗的形成,1 为了居住者的舒适与健康，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。这必然导致室内外热环境参数出现差异。其中，室内外的温差和辐射，通过建筑围护结构产生传热，使室内得热或失热。2 得热使室内温度上升。为了抑制室温上升，将室温保持在舒适范围内，需要向室内提供冷量抵消得热。失热会使室内温度下降。为了防止室温降低到舒适范围以下，需要向室内提供热量，弥补其失热。3 所需要提供的冷、热量，称为建筑的冷热耗量。,1.3 建筑能耗的形成,建筑的冷热耗量还不是建筑的采暖空调能耗。采暖空调系统在向建筑供应冷热量时所消耗的能源才是建筑的采暖空调能耗。不同的采暖空调系统以不同的方式向建筑提供相同的冷热量时，所消耗的能源量是不同的。建筑的采暖空调能耗由以下二者决定，其一，建筑的冷热耗量；其二，采暖空调系统向建筑提供冷热量时的能源利用效率（能效比）。用公式表示为：E=Q/EER（1.3-1）其中，E为采暖空调能耗；Q为建筑冷热耗量；EER为采暖空调系统的能效比。显然，应从减少建筑冷热耗量，提高采暖空调系统能效比两方面去实现建筑节能目标。,1.4 建筑节能的目的和基本途径,1.4.1建筑节能的目的建筑节能承担着双重任务：其一，改善建筑区环境，提高人民生活水平；其二，提高采暖空调的能源利用效率，保护环境。,1.4.2建筑节能的基本途径,建筑能耗，经过粗略的估算，其中的2/33/4可通过正确的、理想的建筑措施节省下来。这不仅对建筑设备技术具有新的意义，而且给建筑设计带来新概念新技术和高品位的建筑设计融为一体。这种新的建筑设计概念以整体综合设计取代现有线型思维，以设计出节省能源的建筑。在从建筑设备和建筑本身发掘潜力的同时，建筑的使用者也发挥着重要的作用。通过对舒适性要求和建筑功能用途适当调整，以及有意识的运行管理，可以大大减少建筑投资和能源需耗。综合设计酝酿出整体性的解决方案，将建筑中用户的使用要求和自然界的可再生能源的利用有机地结合在一起。新的趋势集中在：通过高质量的设备和建筑构件之间的全面协同，尽可能地减少原生能源和灰色能源的使用，同时尽可能多地利用可再生能源。,1.4.2建筑节能的基本途径,一、“生态圈”在酝酿建筑设计时，由“生态圈”中表现的联系应得到充分重视，在这个“生态圈”中不仅可以清晰地看到重点分区，例如外部空间，建筑体量和建筑设备等，同时各种降低设备投资和运行费用的可能性也归纳在其中。在具体实施上，每一个要素并不是象线性思维用在完成后的建筑上，而是融和在建筑设计中。每一个单独要素，如中庭、土壤、水面、大厅空间、构造、立面、屋顶和其它各种建筑设备均一样重要，并应得到同样对待。它们应整体地，综合地引入到设计中。,1.4.2建筑节能的基本途径,。二、外部环境在建筑设备设计时，外部环境所起的作用应放在重要位置考虑。由土壤、绿化、水及空气等组成的外部环境提供了多种多样的可能性，以用来减少建筑设备的数量或功率，同时节省能源和运行费用。作为整个生态设计的组成部分，外部环境将在未来建筑中发挥越来越多的作用。外界气流，地热资源，雨水等的利用及外部绿化等均属于外部环境。,1.4.2建筑节能的基本途径,外界空气及气流连同它的能源潜力是未来整体综合设计的最主要的组成部分之一。并应相应地在实际中予以运用。建筑物原则上均应能自然通风，以减少由于空调和机械通风时间。自然通风的设计原则已不仅被建筑使用者接受，而且深受欢迎。为了使建筑能得到自然通风，根据建筑物的形状及高度有一系列的可能性使得建筑的正压，负压区得到利用，同时在建筑中充分利用热功学原理。为了减少使用制冷机产生冷量和通过加热设备提供热量，在自然冷却和加热外还有地冷及地热的利用。,1.4.2建筑节能的基本途径,从长远的观点看，充分利用雨水资源是非常值得推荐的，因为它将节约大量珍贵的水资源。雨水不仅可以用来清洗，同时可以冷却建筑及其周围环境。德国莱比锡新会展中心的玻璃大厅使用了雨水降温系统。在这个硕大的玻璃大厅内，在盛夏季节不靠空调设备制冷的情况下，只靠在玻璃穹顶表面的喷洒蒸发冷却。这种设计构思不是单一建筑师或空调工程师的任务，而是一种高度整体统一的设计和预先的总体构思。以正确方式布置的植被在盛夏的烈日下形成自然荫凉，使得建筑外墙避免被暴晒而降低制冷量。室外树木还能同时使室内靠窗部分的光照强度降低，以利微机的使用操作。树林，灌木、草皮等还会给建筑的使用者带来一种舒适的感觉，同时起到改善建筑周围微气候的作用。,1.4.2建筑节能的基本途径,三、建筑形式和位置在城市规划设计时就应将重要的生态观点引入其中，以便达到城市空间的自然通风和降温。进行一个城市规划时，建筑物的高度和朝向定位均应充分考虑到了地区风向和风力的因素，以便使整个城市做到自然通风。如果打算使建筑物自然通风和建筑吸热构件自然冷却，就应在城市规划，城市设计时将这个想法融进去，以便使各种意义的可能性不受限制。建筑设计应使得建筑表面形成足够的压力差，以便在开启窗户后形成穿动气流。不同的建筑布局及平面形式将形成不同的冷热量消耗。,1.4.2建筑节能的基本途径,降低热耗以及调整热量吸收不仅和建筑的朝向，同时和建筑的形状，建筑体形系数密不可分。在建筑周围设水面，以利用蒸发来降温非常有意义，用于通风冷却吸入的新风，在被引入前便自然降低了温度，在建筑下部的地热交换导管应和热泵联系在一起，以便在冬季时提升室内温度；通过折光板可将自然光更深地引入室内，充分利用自然照明。所有这些措施均在有意识地利用可再生能源，并以此简化技术手段，减少设备，节省能源开支。,1.4.2建筑节能的基本途径,建筑立面在过去和现在大多由建筑师来确定。立面设计应尽可能地在满足使用者各种要求的同时，还将这些要求和自然资源结合起来。建筑的立面不仅是室内外空间的分隔部分，同时还必须满足许多其它功能：1）视线的联系；2）引进日光照明；3）自然通风；4）保温隔热；5）遮阳；6）适宜的表面温度；7）充分预防眩光。,1.4.2建筑节能的基本途径,立面是热工舒适性，空气洁净度以及视觉舒适性的重要组成部分。如人的皮肤一样，建筑外立面应对室内外变化灵敏地作出反应。这要求高度的创造性和革新性。然而，新立面带来的相对高的投资使得许多想法无法付诸实施。通过运行过程中节省的开支来为新立面的昂贵投资辩护总是显得太苍白。所以在这个课题范围内还需一个高层次的整体设计，制定未来的解决方案。位于瑞士巴赛尔的，由明星建筑师赫尔佐格和德梅龙设计的SUVA办公楼属于一个特殊的例子。业主和建筑师为了探讨新途径而不惜工本。建筑外立面每层均由3部分组成。由上到下，分别为日光调节系统，手控通风窗扇，依温度调节的集热板，它们分别起到折射光线，通风和利用太阳能的作用。立面的变化受到日照强度、室外温度、时间、风力和降雨等因素的影响。这个立面设计力图一方面充分利用日光。另一方面满足建筑师的一个随四季变化的立面设想。通过计算机控制，立面的条形玻璃可根据光线和热量的变化而转动，有时打开，有时关闭，以便合理利用太阳能。通过立面可在调节光照强度的同时，使得光线在室内均匀分布。这样既可以减少人工照明，又能保证操作微机时的视觉效果。要降低能源消耗，建筑中的开敞式空间将在特定的条件下成为一个有意义的补充。与这个开敞式空间相连的房间不仅可以减少一半的热量流失，同时可以减少制冷能耗。开敞式空间特别适合充分利用太阳能，并将其功能在建筑物内充分扩展。根据使用要求还可以将该 开敞式空间设计成室内花园，以进一步改善室内小气候。开敞式空间还应尽量设计成为不需人工通风和降温的空间，从而降低投资成本。,1.4.2建筑节能的基本途径,除了建筑形式和位置，建筑结构，立面构造以及开敞空间的应用均可发挥积极的作用。为在夏天尽可能通过自然的办法降低室内温度可利用混凝土的吸热性能，这项措施可将制冷能耗降低30%。通过建筑师，结构工程师和设备工程师的共同协作而形成的建筑体量吸热设计，可以降低设备投资和运行费用。同时，建筑的空间质量在主观及客观上均得到很大改善，即不仅是室内实际温度，同时感受温度都将处于一个较理想的状态。位处慕尼黑的HL-Technid AG公司的一幢办公楼采用了这种吸热设计。在大厅中，坚实的裸露混凝土构造和石板地面可将吸热功能进一步提高。通过反射玻璃和室内窗帘的作用，使得整个热量穿透系数控制在12.513%。直接的效果是仲夏室外温度为32时，不需空调也凉爽宜人。运用吸热降温技术的建筑在过去的几年中不断得以实施，每次均是建筑师，结构工程师和设备工程师之间的紧密配合。在这类建筑的设计时，整体综合设计显得尤为重要。因为只靠其中一个工种是完全解决不了的。在“吸热建筑”的设计中，还应根据实际情况考虑将建筑构件吸热后的自然冷却与其它降温技术结合起来。,1.4.2建筑节能的基本途径,五、主动技术干预在被动方案无法满足需要的时候，便需要主动技术干预起辅助作用。太阳能收集器和光电转化器在现今暂属于来不及回收投资的技术手段。所以在常见能源解决方法太麻烦的情况下，才通过先进手段将此技术付诸实施。应用风能则应主要集中在充分合理解决自然通风方面，而不是在建筑上设立巨大的风力发电机。雨水的利用除了做冲洗、清洗用途外还应有针对性地冷却建筑构件。与热泵系统相结合的地热能源利用对未来有着深远的意义。而关于地热资源利用的决策应尽可能早地决定。原生能源应充分提高其利用率，热电联供系统在建筑节能中发挥巨大的作用，BHKW系统除了产生电能外还能提供足够的高温热能，以便同时驱动吸收式制冷机产生冷源和为有关部分提供余热。由于热泵系统首先利用自然能源所以它也作为整体综合设计的一部分。在与集热面结合后，热泵系统达到一个良好的性能价格比。由于集热面位于建筑外立面，这需要一个早期的整体综合设计和与建筑师谐调。,1.4.2建筑节能的基本途径,即使我们在自己的范围内为全球总问题的解决只能作出很小一部分贡献，整体综合设计对未来也是绝对的必须。整体综合设计的先决条件是运用高度的智慧和无尽的创造想象力。遗憾的是，这个先决条件和现今业主和发展商所提供的设计费很难谐调在一起。这种面向未来的无论对建筑师还是工程师都提出了新的要求和挑战：跳出线型思维，进入整体综合。,