建筑节能原理与技术01绪论(PPT) .ppt
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、“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
13、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
14、.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,
15、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
16、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
17、,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
18、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
19、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
20、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5
21、5%,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
22、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
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