建筑外围护结构节能构造设计及应用（一、二注册建筑师继续教育讲稿） .ppt
建筑外围护结构节能构造设计及应用（一、二注册建筑师继续教育讲稿）,华中科技大学建筑与城市规划学院 冷御寒,我国建筑能耗的分类和现状,一、我国建筑节能的基本问题,中国建筑能耗状况(2004),几个困扰的问题,“新中国威胁论”“中国温室气体排放超越美国、世界第一”“我国建筑能耗是发达国家的23倍”“发达国家的，都是先进的”“发达国家在建筑节能领域远远领先我们”“照搬他们的先进经验、新奇理念、高级科技就能解决中国的问题”,采暖能耗与围护结构,发现：和围护结构关系没有那么直接,1m3NG=0.034GJ=9.3kWh,北方城镇采暖节能的主要任务,关键技术改善围护结构，降低采暖热量需求推广可控通风换气窗，减少通风换气损失改善末端调节，避免过热和开窗发展热电联产集中供热，提高热源效率推行低温采暖末端相应政策措施全面实施供热计量收费制度的改革改革供热企业体制和运行管理机制,末端通断调节与热分摊技术方案,系统构成在建筑物热入口安装热量计，计量整座建筑物的采暖耗热量在各户的分支支路上安装可通断控制的阀门，通过对循环水进行通断控制来实现该户的室温控制用户室内放置测温的遥控器 控制器记录和统计各户通断控制阀的接通时间，按照各户的累计接通时间分担整座建筑的热量,1室温通断控制器2室温遥控器 3供热末端设备4楼栋热入口热量表,北京市城区各种供热方式能耗,采暖能耗热源损失管网损失建筑物耗热,北京各种类型的住宅空调电耗调查,住宅空调能耗差异的原因,能否开窗，连续还是间歇，全空间/部分空间 将造成能耗的巨大差别住宅是否应该使用中央空调？,实测空调运行能耗：中央空调：20kWh/m2,a户式中央：58kWh/m2,a分体空调：2.3kWh/m2.a,10times!,全国各地区住宅空调平均电耗,长江流域住宅采暖低能耗的关键,室内采暖设定温度：14？15？20？部分室内空间采暖还是全空间采暖？连续采暖/间歇采暖？对应于不同的环境目标，建筑的形式也不同加大可开启外窗面积，还是尽可能密闭窗墙比？,我国各类大型公建耗电状况,用于办公建筑的采暖之外的能耗,能耗包括空调、通风、照明、办公设备、其它主要差别是空调、通风、照明能耗,中美校园建筑能耗比较,A:北京某高校教室楼电耗B:费城某高校教室楼电耗,照明：晚间照明和全时照明，相差5倍通风：全时运行，大风量。相差14.7倍制冷：冷热抵消，全年运行，冷量差4.1倍，电耗差3.7倍热量：冷热抵消，全年热量差3.2倍其它：办公设备永远不停，差2倍,中美公共建筑能耗差异原因,管理：全时运行/下班后关闭？封闭：开窗自然通风/全部依靠机械通风？服务质量：4管制，VAV末端再热/2管制，不再热超标准的新风量/小新风量、关闭新风室内环境状态：23/26？湿度控制？,总结中外建筑能耗差异主要原因,“部分时间、部分空间”还是“全时间、全空间”“完全依靠机械”还是“先自然，后机械”？开窗自然通风/完全靠机械通风？过渡季开窗通风/完全靠空调排热？衣服靠烘干机/自然晾晒？室内热状态保证率恒温恒湿，夏季再热，冬季供冷？加大室内温湿度范围，接近室外环境,建筑提供的服务,建筑消耗的能源,建筑提供的服务质量与能耗,我国建筑现状,发达国家,如何定义建筑提供的服务？不同文化对容忍程度有不同认识 提倡奢侈消费还是生态文明？营造什么样的“小康”？,追求用能效率还是追求用能数量？,工业生产领域：用能效率服务消费领域 用能效率,产出的产品,投入的能源消耗,提供的服务,投入的能源消耗,如何量化“提供的服务”？在服务消费领域追求“用能效率”的结果必然导致追求“完美服务”！其结果就是大幅度增加实际的能源消耗！,我国建筑节能工作的关键,控制建筑规模，控制建筑标准提倡生态文明，反对奢侈浪费建立建筑能耗统计平台和大型公建能耗监测系统，通过用能数据引导建筑节能工作因地制宜，不同地区、不同类型的建筑措施不同决不能无论东南西北，千篇一律、强求一致,二、建筑节能技术适宜性分析,需要记住的关键问题,任何一种技术都有适用性的问题没有一种包医百病的“先进”技术在西方国家是节能的技术，在中国可能就是不节能的。以用电为例：欧洲大部分电力来自水电与核电，因此采暖的能源利用效率：热泵电加热采暖燃气采暖中国主要燃煤发电，电并非清洁能源直接电热采暖是清洁和节能的？,建筑节能易陷入的误区,盲目复制发达国家的所谓“先进技术”，导致消耗更多的能量！在热带地区应该推广高保温性能外墙和双层皮幕墙吗？在热带地区高层建筑上大面积用光伏板合适吗？地源热泵、热电冷三联供一定节能吗？大型区域供冷系统节能吗？美国模式的大型不分区变风量空调系统是先进技术吗？,住宅建筑围护结构的保温,以最高日平均温度为计算依据冬季室内设计温度：18，夏季室内设计温度：28冬季考虑太阳辐射和各种室内发热量，上述温差应再减少5,不同地区冬夏季室内外空气温差：,住宅建筑围护结构的保温,太阳西晒可使西墙表面温度升高到50屋顶由于太阳照射，可使温度升到50保温式是最好的方式吗？屋顶和外墙的遮阳有效的通风散热夏天在太阳下面，是应该穿棉袄还是打旱伞？,住宅建筑围护结构的保温,当外温处在1825间：由于太阳透过窗子的辐射室内照明，设备，人员发热如果自然通风不良，热量只能通过围护结构散出保温越好，热量不易散出，导致室温升高，甚至需要开空调过渡季节保温差的围护结构可以帮助散热，减少空调使用,住宅建筑围护结构的保温,结论：南方地区外墙保温不是建筑节能的重点某些情况下，盲目的增加保温会增加建筑能耗南方住宅建筑节能的关键是遮阳，自然通风,双层皮玻璃幕墙,采光的需求玻璃窗光与热的矛盾双层窗，中空玻璃窗遮阳与美学的矛盾双层玻璃幕墙可调节！,双层皮幕墙种类,按通风形式划分：外循环、内循环、自然通风、机械通风,外循环双层皮,内循环双层皮,宽通道双层皮幕墙,宽通道双层皮幕墙,在热带地区应该推广高保温性能的双层皮幕墙吗？,高保温性能双层皮幕墙发源于北欧，目的是冬季获得更多的阳光，并阻止热量散发出去热带地区气候特征只需要供冷，不需要供热室内外温差小冬季和过渡季可利用自然通风大型公共建筑一般具有大内区，冬季依然需要降温全年大部分小时数室外温度低于25，应该促进室内向室外的排热,已有研究,证实：在广州、深圳地区，高保温性能的双层皮幕墙不比双玻加内遮阳的幕墙节能高保温性能的双层皮幕墙可以降低510峰值负荷，但不能有效降低空调设备装机容量高保温性能的双层皮幕墙导致全年冷冻机开启小时数增加，全年能耗比双玻加内遮阳的幕墙增加10如果幕墙上不能设置通风口，全年能耗将更高高保温性能的双层皮幕墙造价远远高于双玻加内遮阳的幕墙，占地面积也有所增加,典型错误,不考虑气候特征和建筑类型，盲目采用单一类型“不节能”的双层皮幕墙形式南方，办公建筑，玻璃幕墙，内循环热量全部带入消耗风机电耗住宅也采用“双层皮”,典型错误,分不清外呼吸、内呼吸幕墙系统对内、外层玻璃的不同性能要求一律“外单、内中空”内循环：外层玻璃应用双层中空通风不畅，甚至无法通风：增加公共建筑空调负荷夹层不设置水平遮阳百叶：性能无法调节,太阳能利用,太阳能热水器解决生活热水供应是目前最成功，最普遍的应用方式随着生活水平提高，居民生活热水用量会持续增加，太阳能热水器应该是最好的解决方案集中？分散？集中的方式由于系统结构问题，往往需要依靠水泵的主动循环方式设计不当时，水泵电耗会成为很大的能源消耗,在热带地区高层建筑上大面积采用太阳能光伏板合适吗？,高层建筑安装太阳能光伏板，多数只能安装在垂直的立面上，而且以南立面为主热带地区利用太阳能资源的局限性太阳高度角高，垂直光伏板获得的日照量小，日照时间短大部分地区大气透明度低，等级为5，仅好于重庆(等级6)举例：某在广东的高层建筑在南立面和东西立面都安装了太阳能光伏板，投资数千万，全年获得的电量不超过该建筑年用电量的0.6%这样的示范是正面的还是负面的？,关于太阳能光电利用技术,太阳能光伏技术目前在全世界，太阳能光伏板在都是无法回收投资的北京，10m2最大输出功率1kW，能瞬时带动1.5匹空调，价格约8-10万元适宜条件：日照充足、无电网地区太阳能光伏发电应应用于需要高品位、特别是直流电能的场合室内照明、路灯、电脑、电视机、绿地浇灌泵同样投资，边远农村，西北沙漠等地的发电量高的多,太阳能热利用,如果需要低品位能源，应该直接利用太阳能生活热水：太阳能热水器采暖：直接利用太阳热（日照、太阳房等）采光：直接天然采光的效率光电转换效率采用利用围护结构本身的太阳能采暖的应用：Trobe Wall，在一些地区推广主动式太阳能采暖，制冷由于可利用的时间短，初投资高，导致经济性很差必须承担巨大的初投资,太阳能与土壤蓄热掩土建筑,地源热泵和地下水源热泵,实质：太阳能在土壤中蓄热的利用方式,地源热泵和地下水源热泵,地源热泵：在地下埋管，冬季从地下取热/向地下蓄冷 夏季从地下取冷/向地下蓄热基本条件：冬季蓄存的冷量夏季取出的冷量冬季负荷夏季负荷：地下温度逐年下降冬季负荷冬季负荷，不适宜推广地源热泵！特例：位于流量充足的地下河之上,地源热泵和地下水源热泵,地下水水源热泵：抽取地下水，冬季提取热量，使水温降低后，回灌到地下夏季提取冷量，使水温升高后，回灌到地下如果冬季夏季热量和冷量不平衡，同样回导致地下温度逐年下降或逐年上升只有存在流量充足的地下河，才可以不考虑热量平衡,污水水源热泵,原生污水水源热泵,换热器,原生污水,污浊污水,过滤后污水,换热后污水,原生污水能量提取装置,污水水源热泵：北京案例,水泵电耗接近热泵电耗，导致总的用能效率很低某些地区的海水源热泵也有同样问题,区域集中供冷技术,原理：统一设置大容量冷源，通过管道输送到各个建筑优点：由于不同时使用，且相互备用，可减少总的装机容量避免冷却塔设置的困难便于管理？减少运行管理人员？大容量冷机效率高？,不同类型冷源集中程度的输送能耗,分体机：没有输送能耗,分散冷源：有部分楼内输送能耗,集中区域冷源：楼外输送能耗取决于距离,我国区域供冷系统应用中存在的问题,冷价太高导致用户拒绝使用区域供冷系统，宁愿自装独立冷源,日本两个成功的区域供冷供热项目（商用建筑）,晴海项目采用了大量的先进节能技术，COP为全日本第二高新宿是亚洲最大的DHC项目，采用燃气三联供系统，为日本燃气DHC系统COP最高的项目,新宿新都心区域供冷供热系统,占地面积24.3公顷供冷供热面积：220万m2容积率达到9.7冷冻水管总长4 km,发达国家成功的区域供冷系统有什么条件？,冷负荷用户附近有大量的天然冷源可以利用冷负荷密度非常高且负荷稳定严格大温差小流量控制措施，减少冷冻水的输送能耗,为什么集中供热节能而集中供冷不节能？,关于区域供冷的结论,与区域供热相比，区域供冷的成功需要更多的特殊适用条件和更多的技术保障高密度的冷负荷用户尽可能短的管线尽可能大的供回水温差和尽可能小的流量紧随负荷变化的控制策略各种能量回收技术措施以提高整体的系统能效足够量的廉价天然冷源在缺乏上述条件的时候，采用大规模集中供冷方式既不节能也不经济,什么是建筑节能？贴标签还是看数据？,“贴标签”方式：以采用了多少项先进节能技术为指标评审方式：check list有无外保温？有无太阳能？有无水源热泵？。？以用能数据为标准以用能指标评选方案按用能指标审查设计由用能指标实施定额管理通过用能指标进行节能改造的后评估,不同的建筑热环境要求，节能措施不同长江流域住宅,常年恒温恒湿 维持与2224围护结构外保温，U0.6W/Km2小窗墙比，0.35高气密性，不泄漏空调系统中央空调机械通风，全热回收,“部分时间，部分空间”1528，接近室外围护结构适当保温，U1W/km2适当窗墙比，0.5可开启外窗，中等气密空调系统分体空调自然通风解决通风换气,能耗差异：38倍,因地制宜实现我国建筑节能,北方城市建筑：降低采暖能耗，围护结构保温，实行供热改革，提高热源效率，改善末端调节长江流域建筑：发展多种热泵，“部分时间，部分空间”的采暖空调，加强自然通风南方建筑：坚决反对“集中供冷”，自然通风，外遮阳大型公建：外窗可开启，通过可调节的自然通风减少对机械通风的依赖，“部分空间，部分时间”环控方式农村建筑：加强保温，发展以生物质能源为主，辅之以其它可再生能源和部分商品能源的新农村能源方式,三、以办公建筑为例谈大型公建节能设计,既有建筑节能：大型公建节能诊断,持续十年的工作,完成150座、近一千万平米建筑物的节能诊断，包括：中南海、人民大会堂等20家政府机构（十大节能工程之政府机构节能工程）中国第一高楼金茂大厦、香港又一城商场、美国UPENN两座校园建筑,政府机构办公楼电耗构成,空调70kWh/m2，是其他被测建筑的34倍low-e镀膜双层窗，多种保温性能良好的围护结构部件转轮热回收装置等高性能空调设备先进自动控制系统完全满足公共建筑节能设计标准为什么？空调系统结构形式不合理，运行调节策略不当，导致冷机、水泵、风机等没有工作在最佳工况点,A机构办公楼,高能耗的主要原因,很多设计、施工、初调节、运行管理等设计是关键！围护结构并非决定大型公共建筑能耗的最重要因素！公共建筑节能设计标准没有充分重视设备系统对能耗的影响“节能”围护结构的大型公共建筑很可能不节能！应对建筑、围护结构、空调系统设计，从节能角度进行全面的评估、审查和改进,造成能耗差别的主要原因,照明、办公等设备的开启时间风机电耗降低通风换气能耗水泵电耗降低输配系统电耗冷热耗量避免末端冷热不匀导致抵消,降低通风换气能耗,为什么不能依靠自然通风实现通风换气？室外空气不符合清洁标准，需要过滤、净化？可以根据室外状况有选择的开窗通风目前大多数新风系统中过滤器的状态新的空气过滤措施建筑外表面不能开窗？怎样实现建筑美观与能够开窗换气的统一？高层建筑的窗下自然通风器自然通风不能实现热回收？室内外温差10K，热回收基本上得不偿失,降低通风换气能耗,在我国黄河流域及其以南，开窗通风是办公建筑最重要的节能措施研究开发新的外窗（墙）直接通风装置，将对建筑节能有重要意义通风量可以很方便地由使用者调节有一定的除尘作用，消除大颗粒粉尘隔离噪声，解决临街干扰研究开发高级办公建筑，尤其是高层建筑的自然通风方案和装置,降低输配系统能耗,为了把冷量热量从冷热源搬运的室内所消耗的风机水泵电耗各个大楼风机与冷冻水泵的输配系数风机：送风回风焓差除以风机电耗水泵：供回水温差除以冷冻水泵电耗（一次加二次）,我国大型办公楼与国外办公楼空调能耗差异,主要原因发达国家普遍采用有效的末端再热手段不仅冷热抵消，还要全年运行两种循环泵、冷热源我国大多难以承受高昂的运行费，只好降低标准，单热源运行,减少末端不均匀造成的能源浪费,高档办公建筑也要相应提高标准吗？造成不同房间冷热不匀的原因大型玻璃幕墙（东西向过渡季、冬季差别巨大）大体量建筑（内外区冷热量要求不同）大型塔楼（不同朝向差别大）房间使用功能差异大，内部发热量差异大改善建筑设计，减少冷热不均性划小系统，不同冷热特性的房间划入不同系统采用末端独立调节性能好的系统形式分体空调/多联机/风机盘管,美国某校园建筑节能改造实例,减少41%,B1 Building,与此同时，中国的实际工程,系统形式6个大型空调箱，集合到一根送风管，为十几层楼400多个VAV末端送风供风外区变风量末端带有加热器，为冬季外区加热问题根本无法保证各朝向功能与负荷不同房间室内参数符合要求要想符合要求，必须夏季进行末端再热，冷热抵消，能耗极高冷冻除湿加再热是美国大型公共建筑的主流模式，是我国节能标准所禁止的,总结,发达国家实现的是建立在高资源消耗基础上的现代化道路，我国很难借鉴坚持科学发展观，实现中国特色的建筑节能依靠“机械方式”营造人居环境难以实现可持续发展，必须探讨“与自然和谐”的新途径坚持因地制宜，根据不同地区的特点，不同功能建筑的需求，采取不同的建筑节能解决方案力争在建筑总量不断增长的同时，使建筑能耗总量的增长低于建筑面积总量的增长，真正实现建筑节能,自然通风降温系统在建筑中的应用-北京大学附属小学校园建筑的节能技术实践 普筑设计事务所 杨洪生，北京 100086,北大附小新建教学楼热环境控制方案,图12-1 屋顶太阳能热水器,
