建筑节能计算.ppt

,建筑节能的计算,一、节能率的含义 二、节能控制参数 三、关于节能设计方法 四、建筑节能设计文件的 深度,一、节能率的含义,同样一幢建筑，分别于八十年代初期建设（对比建筑）和现在建设（现有建筑），在保证同样的室内环境要求条件下，现有建筑的全年能耗与参照建筑全年能耗的比值。,比较参数 对比建筑 现有建筑 朝向及面积 相同 相同 功能 相同 相同 体形系数 相同 相同 窗墙比 相同 相同 室内环境 相同 相同 围护结构材料 不同 不同 设备系统 不同 不同,（续）节能率的含义,对比建筑标准,节能建筑：现有建筑其节能率至少达到50%,（续）节能率的含义,特点 节能率是理论计算值，非实际能源消耗的百分比 2 节能的检测. 难以直接检测能耗，而间接以强制性指标的检测替代。只要强制性指标满足，即予认可。,节能是系统工程，需要各专业、各环节共同努力。 对公共建筑,从北方至南方: 围护结构分担节能率约25% - 13%； 空调采暖系统分担节能率约20% - 16%； 照明设备分担节能率约7% - 18%。 现阶段总目标达到50%, 已开始65%的试点.,（续）节能率的含义,（续）节能率的含义,节能的落实 设计 设计质量控制施工图审查 监理 检测 验收备案,二、节能控制参数,参数主要包括： 1) 体形系数、 2) 窗墙比、 3) 遮阳率、 4) 热阻R、 5) 热惰性指标 D 6) 采暖耗热量指标 7) 空调耗冷量指标 设备的节能： 采暖与空调的效率 热水供应的效率 照明的效率,三 建筑节能有关参数的计算,3.1 体形系数 （Shape coefficient of building）,建筑物与室外大气接触的外表面积 建筑物所包围的体积 外表面积不包括地面、不采暖空调楼梯间隔墙和户门的面积； 包括飘窗的外表面积与体积。 对封闭阳台，计算其内隔墙面积。若无内隔墙，则按封闭阳台的外表面计算面积和体积。 对有人坡屋顶,按三棱柱计算.,室内,室内,外墙,飘窗立面,卧室或客厅,封闭阳台,平面,住人坡屋顶,建筑体型:,体形系数: 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 F / V,体形系数: 大 小,体形系数越小越节能,以1.5m x 1.2m x 0.4的飘窗为例, 其外表面积为: 3.96m2, 体积为0.72m3. 自身的体形系数为5.5. 对整体建筑的影响: 例：某建筑共六层,两个楼梯. 每层四户. 原有外表面积为2113m2,原有体积为6572m3, 体形系数为0.322. 如每户有一扇窗改为上述飘窗,则体形系数变为0.335. 增加0.013. 如每户有二扇窗改为上述飘窗,则体形系数变为0.348. 增加0.026,飘窗对体形系数的影响,3.2窗墙比 (Area ratio of window to wall),某朝向上的窗户窗洞总面积 该朝向立面总面积 注：1)以整个朝向为单位计算，不以房间为单位。 2)对飘窗只计算其窗洞的面积。 3)对玻璃门应按窗户计算. 4)关于朝向的确定-,North,建筑平面之一,建筑平面之二,建筑平面之三,3.3 遮阳率/遮阳系数,省标规定： 80% 遮阳率窗户洞口面积范围内，遮阳设施在夏至日阻止直射阳光进入室内的辐射能与该范围内直射阳光总辐射能的比。 逐时阴影面积*逐时太阳辐射强度 窗户面积*全天太阳辐射之和 夏季, 遮阳率越大越好. 夏至日全天-应逐时计算. 遮阳设施应在建筑设计中考虑，并不得影响通风和正常采光。,南向：要求九时至十五时满窗遮阳 西向：要求十二时至十八时满窗遮阳 南向/北向: 可采用固定遮阳 东向/西向: 可采用挡板遮阳或活动遮阳. 建议： 水平遮阳板长度0.4m，水平延伸长度0.8m或垂直遮阳板长度0.33m。 或采用有遮阳功能的窗户。 建筑构件(阳台,搁板等)及建筑物自身也能形成遮阳.,水平遮阳,垂直遮阳,L,H,N,窗户,分层遮阳,由建筑方位角形成的遮阳,S,墙面方位角,S,N,南京地区: 北纬 32004 夏至日南京太阳位置参数及遮阳计算（窗户宽1.2m，高1.5m，至顶板0.2m）,玻璃窗的遮阳系数SC GB50189 公共建筑节能标准,遮阳系数SC的定义: 通过玻璃窗的太阳辐射得热率 相同入射条件下3mm标准玻璃窗的太阳辐射得热率. 玻璃窗的遮阳系数SC的计算公式 ： SC=SC×SD,SC为玻璃本身的遮阳系数，SD为外遮阳设施的遮阳系数。 SD按照GB50189附录A提出的方法确定。当无外遮阳时，SD=1。 SC是玻璃对阳光的遮蔽系数与窗框面积的修正系数的乘积,与玻璃材料、窗框面积大小有关。 SC由建筑师确定, 供应商按此提供产品. 注意：玻璃对可见光的透射率不小于0.4 SC较小有利.,太阳光谱与辐射特性,波长m,0.15,0.38,0.76,100,紫外线 占太阳辐射总量 7%,可见光 占太阳辐射总量 50%,红外线 占太阳辐射总量43%,常温物体的辐射,0.76,4.5,25.0,100,波长 微米,Low-E的反射范围,反射率80%,常温物体的辐射范围,玻璃的选择,兼顾夏季遮阳与冬季得热要求. 包括对外遮阳形式的选择亦是如此. 选择玻璃要考虑其特性 -对阳光不同频率光波的反射与透射特性 希望能将红外反射而具有一定的可见光透过率. -辐射的方向性,常用中空玻璃材料,白玻 吸热玻璃 增大吸热量,由室外空气带走,减少进入室内热量,但对于温差传热量无减少. 阳光控制玻璃(热反射) 在玻璃表面涂上金属化合物膜, 可以改变玻璃的反射率和对可见光的透射率. 通过膜的组合实现.对远红外反射效果低. Low-E玻璃 对远红外有较高反射率的镀膜玻璃,玻璃种类,中空组合,中空K值,透过率%,透明玻璃 6白玻+12+ 6白玻 2.7 72 吸热玻璃 6蓝玻+12+ 6白玻 2.7 43 热反射玻 6反射+12+6白玻 2.6 43 Low-E 6白玻+12+ 6L-w 1.9 66 Sun-E 6 Sun+12+ 6白玻 1.8 38,几种中空玻璃的性能,3.5 热阻,导热热阻 Rd： m2.k/W 材料厚度 () (m) 材料导热系数() (w/m.k) 对流热阻 R: 1/ :对流换热系数 W/m2.k 墙体内外表面热阻共0.15 m2.k/W,总热阻=各部分热阻之和,室外对流热阻,室内对流热阻,材料导热热阻,材料导热热阻,材料导热热阻,R=1/i+/+1/o,坡屋面,波型瓦 10mm 空气间隙层 混合砂浆 25 防水水泥砂浆 15 挤塑聚苯板35 （公建） 聚氨酯 水泥砂浆 20 混凝土板 100 纸筋石灰砂浆 10 R = 1.47m2K/W , D =2.64 寒冷公建 R = 1.7m2K/W,不住人的坡屋顶,不计算空气层的热阻?,热惰性指标D,D=R*S 热阻与蓄热系数的乘积 S: 蓄热系数. 由材料的热容量(容重与比热的乘积)决定. D : 综合反映了材料抵抗热流大小和温度波动的能力. 多层材料: D=(R*S) 注: 空气层的蓄热系数为0. 住宅的墙体热阻限值与D有关系. D越大,R可以小. 冬季室外采暖计算温度亦与D有关.,3.6 建筑物耗热量指标 （Index of heat loss of building） 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在单位时间内消耗的需要由采暖设备提供的热量。 3.7 建筑物耗冷量指标 （Index of cool loss of building） 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。,3.6： 耗热量指标的计算,qH=qHT+qinf qI.H 其中： qH 采暖期耗热量指标 w/m2 qHT 单位建筑面积通过外围护结构传热耗 热量指标 w/m2 qinf-单位建筑面积的换气（包括门窗缝隙，外门开启换气扇）耗热量 w/m2 qI.H 单位建筑面积的建筑物内部得热量 w/m2 取3.8 w/m2,3.7：耗冷量指标的计算,qR=(qc)/24 式中： qR 空调期耗冷量指标 w/m2 qc -空调期内,某一时刻建筑物单位建筑面积的冷负荷w/m2 qc = (qc.t + qc.s + qinf)/A0 + qc.I qc.t : 该时刻温差作用下通过外围护结构传入建筑物的热量, w/m2 qc.s : 该时刻透过外窗进入建筑物的太阳辐射热量, w/m2 qinf: 该时刻由渗透空气带入室内的热量, w/m2 qc.I: 该时刻由内部得热所带来的热量, 取3.8 w/m2,三、节能设计方法,符合规定性指标要求： 满足在标准的全部硬性规定,符合性能性指标要求： 不一定满足全部硬性规定，但必须证明传热损失（或由此而引起的采暖空调负荷）被控制在某个规定的范围内。,围护结构热工性能达标的两种途径,围护结构 符合不同朝向、不同窗墙面积比的外墙K限值，和外窗K，Sw等限值,暖通空调 符合采暖空调和通风节能设计中规定,节能标准的达标途径,规定性指标,性能性指标,计算参考建筑的能耗 Er 参考建筑：形状、大小与所设计的建筑完全相同，但K，SC值、HVAC设备EER等值符合相应规定值,计算所设计建筑的能耗 Ed,Er Ed,Yes,No,达标途径,调整建筑围护结构各组成部分的热工性能参数,对住宅Er已给出,围护结构热工性能达标的两种途径,规定性指标达标的途径 优点：简单 缺点：死板,性能性指标达标的途径 优点：灵活 缺点：复杂,GB50189第4.3节“建筑围护结构热工性能权衡判断”就是性能性指标达标的途径,公共建筑围护结构热工性能权衡判断,权衡判断不拘泥于建筑围护结构各个局部的热工性能，而是着眼于总体热工性能是否满足节能标准的要求。 围护结构热工性能的优与劣，直接反映在建筑在规定条件下全年的采暖和空气调节能耗的多少上。因此，围护结构热工性能的权衡判断也落实在比较参照建筑和所设计建筑的采暖和空调能耗上。 所谓参照建筑就是一栋与所设计的建筑基本一致的虚拟建筑，但是它的围护结构完全满足GB50189第4章条款的要求。,公建围护结构热工性能权衡判断,参照建筑的形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能应与所设计建筑完全一致。在严寒和寒冷地区，当所设计建筑的体形系数大于GB50189第4.1.2条的规定时，参照建筑的每面外墙均应按比例缩小，使参照建筑的体形系数符合GB50189第4.1.2条的规定。当所设计建筑的窗墙面积比大于GB50189第4.2.4条的规定时，参照建筑的每个窗户（透明幕墙）均应按比例缩小，使参照建筑的窗墙面积比符合GB50189第4.2.4条的规定。,围护结构热工性能权衡判断,1、参照建筑围护结构的各组成部分的传热系数、热阻等很容易设定成满足第4.2节各条款的规定。 2、如果参照建筑在体形系数和窗墙比两个方面没有限制，则谈不上降低采暖和空调能耗了，因此参照建筑的体形系数和窗墙面积比必须分别符合第4.1.2条和第4.2.4条的规定。,围护结构热工性能权衡判断,在严寒和寒冷地区，当所设计建筑的体形系数大于第4.1.2条的规定时，必须调整参照建筑的体形系数。 本条规定并不真正去调整所设计建筑的体形系数，而是缩小参照建筑每面外墙尺寸，使得参照建筑的形状仍然与所设计建筑保持一致，但外墙面面积减小了。这只是一种计算措施，如果画在图上，就是参照建筑每个房间的外墙都是“部分绝热”的。采取这种措施的实际意义是，所设计建筑外墙面的面积比参照建筑大，但通过两者的热损失是一样的。,围护结构热工性能权衡判断,窗（包括透明幕墙）墙面积比的大小对建筑采暖和空调能耗影响最大，必须严格控制。当所设计建筑的窗墙面积比大于第4.2.4条的规定时，采取处理过大的体形系数相类似的措施，按比例缩小参照建筑每个窗户（透明幕墙）的，使参照建筑的窗墙面积比符合本标准第4.2.4条的规定。 当所设计建筑的窗墙面积比小于第4.2.4条的规定时，参照建筑也不做窗墙面积比的调整。,围护结构热工性能权衡判断,所设计建筑和参照建筑全年采暖和空气调节能耗的计算必须按照GB50189附录B 的规定进行。,现有节能计算软件,EVBuilder 1.0 节能计算 南京工业大学暖通空调研究所 已通过省科技厅建设厅的鉴定. 天正节能软件 PKPM节能软件,四 建筑节能设计文件深度,一、设计依据性文件、规范、标准： 公共建筑节能设计应包括以下内容： （1）公共建筑节能设计标准GB50189 -2005； 住宅建筑节能设计应包括以下内容： （）夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134-2001； （）民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ2695 （）江苏省民用建筑热环境与节能设计标准DB32/478-2001 （ ） 有关建筑节能设计的相关文件、规定（50%）； （ ） 施工图设计文件审核技术软件。,建筑节能设计文件深度,二、围护结构基本要求 1、体形系数（夏热冬冷地区公建如南京不作要求）； 2、窗、透明幕墙、透明天窗 玻璃、型材、遮阳种类 墙面积比；透明天窗面积比； 传热系数/传热阻； 窗（包括透明幕墙）的遮阳系数/遮阳率； 3、屋面典型、外墙 构造层次 ，构造设计节点图(引用 标准与参考图集) 传热系数/传热阻； 热惰性指标（公建不要求）,建筑节能设计文件深度(续),当采用权衡判断法计算时 还应说明参考建筑的参数及能耗标准值.,5 设备系统的节能,5.1 节能目标及分解 从1996年到2000年，新设计的采暖居住建筑应完成19801981年当地通用设计能耗水平基础上节能50，从2005年起新建采暖居住建筑应在此基础上再节能30。 夏热冬冷地区民用建筑2000年开始执行建筑热环境及节能标准。 在50的节能目标中，围护结构承担25，设备系统承担25(包括照明)。,5.2 设备系统的节能,5.2.1 采暖空调系统的组成 冷热量的生产冷热量的输送末端设备 主要节能措施： 1) 提高制冷机的运行效率。设备本身的效率，按应 用场所合理选用，能源形式，自动控制 2) 提高输送效率，水力平衡与变流量 3) 加强保温。 节能应兼顾改善室内环境。,5.2.2 现有设备系统形式(以空调为例),家用空调器(窗式、分体式、柜式)， 家用多联机（VRV）， 户式空调机组（户内为 水管、风管）， 水源热泵，小区集中空调 按照空调系统的组成模式，住宅空调设备/系统可分为三类： 类：家用窗式、分体、柜式空调器、VRV系统 类：户式中央空调 类：小区集中空调、水源热泵,5.2.3 运行费的比较,以制冷系数作为运行能耗的比较参数。 制冷系数 制冷量/消耗的能量。 即单位产冷量的能耗。,类系统 不同气温、不同控制方式下的制冷系数,室外气温,开关控制,变频控制,100,50,80,70,60,90,35,29,25,2.72.9,3.1,3.34,2.75,3.1,3.34,2.8,3.2,3.5,3.2,2.9,3.6,4.0,4.0,4.5,3.6,4.5,4.9,4.1,4.9,5.4,类系统 （户式空调）在部分负荷下制冷系数的变化,类系统 集中式系统在部分负荷下制冷系数的变化 （水冷式）,集中式系统的优点,1) 制冷效率高。 2) 对能源品种的适应性强。可选用多种能源（电、油、气、自然能源等）。 3) 便于自然能源及余热废热的利用，也便于空调冷凝热的回收利用。而其它两类系统均不具备此条件，仅能在冬季吸收空气热量。在有自然能源及余热废热利用的场合，集中式系统的优势更加突出。 4) 蓄冷系统具有良好的负荷适应性，运行经济性好，非常适合于小区的集中供冷。 集中式系统的户内冷/热量供应方式与类系统相同, 可以采用风管式或水管式。在户内入口处设热量表计量。,5.5.输送系统节能,1) 管网系统的水力平衡（系统设计、静态与动态平 衡阀）。 2) 循环水泵选型应符合水输送系数（WTF）或耗电输热比（EHR）的规定值。 3) 变流量运行。水系统、风系统动态调节。 4) 管道保温。,5.6 关于电力直接供热,火力发电时，总的能源利用效率低，约为30。不宜采用。 合理的方式：热泵 3）较合理的方式： 低谷电价时段的电蓄热,5.7 太阳能热水供应,南京地区全年总辐射照度：4487 MJ/m2 相当于 1247 kW.H 资源丰富 总效率：0.250.32 使用形式： 分散式 每户一台 (但管道统一设计) 集中式 集热设备集中,输送管道统一. 布置： 水平排列、与建筑配合形成统一屋面。,讲座结束,