毕业设计(论文)-管壳式汽水换热器设计.doc
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1、中国矿业大学毕业设计说明书1 绪论1.1建筑节能发展现状我国建筑不仅耗能高,而且能源利用效率很低,单位建筑能耗比同等气候条件下国家高出倍。仅以建筑供暖为例,北京市在执行建筑节能设计标准前,一个采暖期的平均能耗为 瓦平方米,执行节能标准后,一个采暖期的平均能耗为瓦平方米,而相同气候条件的瑞典、丹麦、芬兰等国家一个采暖期的平均能耗仅为 瓦平方米。因建筑能耗高, 仅北方采暖地区每年就多耗标准煤万吨,直接经济损失达亿元。我国现阶段大力推进建筑节能处在关键时机。年,世界银行在中国促进建筑节能的契机的报告中提出,从年是中国民用建筑发展鼎盛期的中后期,预测到年民用建筑保有量的一半是年以后新建的。据建设部科技
2、司的分析,到年底,全国新增的亿平方米房屋建筑面积中,城市新增亿平方米。如果这些建筑全部在现有基础上实现的节能,则每年大约可节省亿吨标准煤。在多亿平方米的既有建筑中,城市建筑总面积约为亿平方米左右 普遍存在着围护结构保温隔热性和气密性差供热空调系统效率低下等问题,节能潜力巨大。以占我国城市建筑总面积约的住宅建筑为例,采暖地区城镇住宅面积约有亿平方米,年的采暖季平均能耗约为公斤标煤平方米,如果在现有基础上实现的节能,则每年大约可节省亿吨标煤。空调是住宅能耗的另一个重要方面,我国住宅空调总量年增加约万台,空调电耗在建筑能耗中所占的比例迅速上升。根据预测,今后年我国城镇建成并投入使用的民用建筑至少为每
3、年亿平方米,如果全部安装空调或采暖设备,则年增加的用电设备负荷将超过亿千瓦,约为我国年发电能力的。如果我国大部分新建建筑按节能标准建造并对既有建筑进行节能改造,则可使空调负荷降低,有些地区甚至不装空调也可保证夏季基本处于舒适范围。公共建筑节能潜力也很大。目前全国公共建筑面积大约为亿平方米左右,其中采用中央空调的大型商厦、办公楼、宾馆为亿到亿平方米。如果按节能的标准进行改造,总的节能潜力约为亿吨标准煤。如果国家从现在起就下决心抓紧建筑节能工作,对新建建筑全面执行建筑节能设计标准,并对既有建筑有步骤地推行节能改造 则到年,我国建筑能耗可减少亿吨标准煤,空调高峰负荷可减少约万千瓦(约相当于.个三峡电
4、站的满负荷出力,减少电力投资亿元)。如果要求年建筑能耗达到发达国家世纪末的水平,则节能效果将更为巨大。 多年来,我国开展了相当规模的建筑节能工作,主要采取先易后难、先城市后农村、先新建后改建、先住宅后公建、从北向南逐步推进的策略。但是到目前为止,建筑节能仍然停留在试点、示范的层面上,尚未扩大到整体,究其原因主要有以下几个方面: ()建筑节能开发建设成本高(按新的建筑节能设计标准测算, 大体上每平方米建筑面积成本要增加元); ()开发商追求的是以最小的投资换取最大的空间利益; ()建筑设计从围护的结构、设计的角度、施工的角度、计算达到的系数等要比一般普通建筑复杂;()政府考虑的是 在全国所占的位
5、置,对建筑节能工作的重要性和紧迫性认识不足; ()建筑节能的建筑材料、工艺技术还没有形成体系; ()国家对建筑节能的规范还没有列入强制执行的范畴;()国家及地方缺乏对建筑节能的实质性经济鼓励政策,建筑节能缺乏必要的资金支持。1.2建筑节能的意义房屋在约100年左右的使用期间内,需要不断消耗大量的能源,如果浪费能源的房屋建得越多,遗留下来的能源消耗的负担就越发沉重。据建设部科技司的分析,到2020年底,全国新增的300亿平方米房屋建筑面积中,城市新增130亿平方米,如果这些建筑全部在现有基础上实现50%的节能,则每年大约可节省1. 6亿吨标准煤。在400多亿平方米的既有建筑中,城市建筑总面积约为
6、138亿平方米左右,普遍存在着围护结构保温隔热性和气密性差、供热空调系统效率低下等问题,节能潜力巨大。与气候条件相近的发达国家相比,我国建筑围护结构的保温隔热性能差,供暖设备效率低,能源浪费严重。西方发达国家的建筑节能经验表明,必须一方面采取措施控制新建建筑的能耗水平,另一方面对既有建筑进行节能改造。虽然这些国家建筑面积的总量逐年增加,建筑环境的热舒适程度也有所提高,但建筑总能耗则呈下降趋势,如丹麦的住宅采暖面积1992年比1972年增加39%,但采暖总能耗却降低了31. 1%。我国的设计标准与西方发达国家相比差距较大,按旧标准传热系数K值外墙高2. 63. 6倍,屋顶高3. 24. 2倍,外
7、窗高1. 42. 0倍,门窗空气渗透高36倍,即使按较新的JGJ26-95第二阶段节能标准设计建成后的居住建筑的采暖能耗还要比发达国家高一倍。因此必须对既有建筑进行大范围节能改造,从而提高我国建筑节能水平。另外近些年由于社会经济的发展和人民生活水平的提高,居住条件的改善完全依赖居民自行安装空调采暖或降温,1998年上海住宅空调的安装率就已经超过了70 %,现在已经存在一户多台空调同时运转的情况。巨大的空调能耗导致该地区缺电、缺煤,冬、夏用电高峰季节频繁出现拉闸限电现象,居民用于能源的支出也大幅度增加,实际上建筑室内的热环境改善却非常有限,能源严重浪费。因此夏热冬冷地区居住建筑节能政策的强制执行
8、是经济和社会发展的必然选择,是发展节约型社会的重要途径,是改善人居环境质量的必由之路。1.3我国建筑节能发展的对策1.3.1各级政府要提高认识,转变职能,把建筑节能列入国家决策层的重要议程。首先各级政府要把建筑节能提高到实施资源战略和可持续发展战略的高度来认识;其次要把建筑节能作为实施公共服务、强化资源战略管理和加强环境建设的重要职能来对待;第三由政府实施建筑节能示范工程试点小区,通过示范工程以点带面,这是市场经济条件下政府推动建筑节能的一种有效工作方法。 1.3.2组建建筑节能、设计研究领导机构.加快对建筑节能研究、设计、建设的步伐是城市决策者、规划者、设计者与建设者的共同职责和明智选择。政
9、府应将节能工作放在能源战略的首要地位,把推动建筑节能的运作摆上议事日程, 把建筑节能作为城市生态环保的一项措施来抓。建议各地应以建设局、房管局为主组建市建筑节能领导小组,负责当地建筑节能的研究、设计、建设、规划制订实施推广建筑节能的目标措施、组织协调和监督管理。设立当地建筑节能的办事机构建筑节能管理办公室,具体负责当地建筑节能的研究、设计、建设的组织实施和相关的管理工作。只有组织机构落实了,才能使建筑节能逐步走上健康、有序的发展轨道。1.3.3 编制建筑节能专项规划和加强监督管理。 为了加快节能建设和使建筑节能有序发展,应编制建筑节能的规划和实施计划等。在新建住宅中,要严格执行国家关于夏热冬冷
10、地区居住建筑节能设计标准、民用建筑节能管理实施办法、民用建筑热环境与节能设计标准,使建筑能耗满足规定的标准要求, 通过行政立法,把推广建筑节能从一种号召性行为转变为一种强制性行为,以全面启动全国建筑节能工作,并加强落实和监督管理。对老的住宅可调整、完善和改造的,也应采取相应措施逐步进行改造。只有采取强化节能的措施和提高效能的政策,走“能源消耗最少,环境污染最小”的发展道路,才能形成能源可持续发展的新机制,为今后城市建设更长远的循环发展奠定基础。1.3.4注重“产学研”,加快对建筑节能的研究设计工作要把建筑节能的新技术、新产品、新工艺、新建材及先进适用成套技术的研究、生产和推广应用摆上“产学研”
11、单位的重要议程。加强学科和部门之间的横向联合,积极开展组织设计和攻关工作。组织科研机构、建筑设计、环境保护、新建材开发的专家和生产厂家积极开展对建筑节能的研究、设计、攻关工作。()开展标准化、多样化与工业化相结合的设计,为实现住宅建筑节能的通用化、配套化、系统化提供技术支持; ()在建筑体系上,要加快以承重结构为主线,包括围护结构、隔断、厨卫、门窗、管线等形成标准化、系列化,符合产业现代化发展方向的完整建筑节能体系; ()使用建筑节能部品体系,包括外围护、内围护、厨卫、设备、智能化、小区配套等六大部品体系 要形成通用部品、系列开发、规模生产,不断研究、设计、生产出新颖、环保、防污、隔音、保温、
12、隔热的建筑节能材料; ()加速建设科技成果的转化及应用,使用智能遮阳及门窗自控系统, 门窗应向节能、高档、新型、多功能、多品种的方向发展,减少使用能源,卫生间上下水管设计和使用型管,避免外溢返臭和冬天防寒; ()在住宅中设计储放再生水的固定容器,充分利用再生水,要使建筑成为节能建筑和绿色环保建筑。 1.3.5制定经济扶持政策, 加大对建筑节能资金的投入 在建筑节能的研究、设计、开发和建设,对新技术、新建材的研究和推广应用中,没有资金只是纸上谈兵。要创新投融资体制,想方设法筹措开发建筑节能的资金,要制定经济扶持政策,建立和完善建筑节能的经济激励政策,例如可减少土地出让金收益,或减少营业税等,不断
13、研究探索建筑节能的发展基金,采取多元化筹措建筑节能资金的办法,加大对建筑节能资金的投入,为加快促进建筑节能提供资金保障。1.3.6积极推广和使用新型建筑节能材料 对气密性、水密性、保温性、抗风性、抗变形性、环保、隔音、防污、保温、隔热的特殊建筑节能材料要大力推广使用。积极推广使用低辐射镀膜玻璃。这种玻璃既可以达到在冬季有效利用太阳辐射热能加热室内物体,并阻止室内红外热辐射通过玻璃向室外泄漏的保温效果;在夏季又可以达到阻挡室外的红外热辐射影响室内温度的隔热效果,从而实现降低住宅建筑总能耗的目的。积极推广应用“四新”技术和产品,经常开展建筑节能材料展示推广会。使建筑节能材料通用化、配套化、系统化。
14、要开展建筑节能设计大赛, 重奖建筑节能设计人才。1.3.7大力宣传建筑节能的重要意义 要利用广播、电视、报纸、杂志、黑板报等各种宣传工具,广泛宣传建筑节能和节约能源的重要意义。国家两部两委关于夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准已发文实施,对建筑节能的外墙保温及外门窗保温等已提出要求,要广泛宣传“设计标准”,落实监督实施“设计标准”, 把建筑节能当作一项战略决策的大事来抓。 我国是能源稀缺国家,节能是我国的一项战略决策, 建筑节能是住宅建设发展的方向。只有人口、资源和环境协调发展,才是可持续循环发展的最佳途径。2 苏北建筑能耗组成分析2.1苏北地区气候的分析苏北地处淮河流域,属夏热冬冷地区。因处于
15、北方寒冷地区与南方炎热地区中间,通常又称为过渡地区。该地区气候欠佳,是世界上相同纬度下气候条件较差的地区。以徐州为例,该地区位于东经110.22118.40,北纬33.4334.58,为苏鲁豫皖四省接壤地区,年日平均气温低于5 的天数可达97 d,为建筑采暖区采暖期平均温度为16,采暖度日数为1 574度/日,夏季高于日平均气温26 的天数多达49 d,持续时间长,冬夏相加共146 d,占全年天数的40% 由于气候条件较差,苏北地区建筑能耗十分严重,节能改造势在必行2.2对苏北民用建筑能耗组成的分析2.2.1门窗由于窗墙面积比值越来越大,使得门窗更换改造受限制因素减少,可操作性强门窗的节能改造
16、主要从减少渗透量、减少传热量和减少太阳辐射三个方面进行可采用双重玻璃门避免出入口直接对外,或采用红外线自动玻璃门等减少出入口的能量流失;采用密封材料增加窗户的气密性以减少渗透量;将既有的铝合金单玻窗和塑钢单玻窗改装成中空玻璃双玻窗(改装后其保温节能性即可提高一倍);利用热反射镀膜中空玻璃、低辐射镀膜玻璃,设置遮阳设施及采用高遮蔽系数的镶嵌材料等减少太阳辐射的影响2.2.2外墙建筑物外墙传热面约占整个建筑物外围护结构总面积的66 %左右,通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑的外围护结构总能耗损失的48% 通常,减少外墙传热有两种方法:一是严格控制体型系数,以减少传热面积;二是增强外墙的保温、隔热
17、性能节能改造中一般采用的外墙保温技术有:硬泡聚氨酯喷涂复合胶粉聚苯颗粒、胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板、胶粉聚苯颗粒保温浆料等如图1:2.2.3屋顶 屋面的节能改造技术必须同其防水修缮结合起来一般有以下几种做法:(1)平改坡利用通风散热原理提高屋顶的隔热性能,必须采取有效的通风和技术措施屋顶平改坡是一个有效的节能改造措施(2)增设隔热层提高建筑外维护结构的热阻是建筑节能的有效途径之一对既有建筑屋顶进行改造,即在屋面结构层上结合防水要求,增设隔热层使其达到现行节能设计标准要求(3)XPS5塑料夹层整体架空屋面当建筑物产生微小变形时,不会直接影响架空屋面;隔热与保温兼得,可以上人,也可以绿化.经计算,架空
18、屋面总热阻为1.6122 mKW ,比过渡地区(屋面总热阻基本值1.50)高出0.11221TIKW,总传热系数为0.5649 w(mK);对比既有建筑屋面总热阻0.5777 mKW,总传热系数1.3592 w(mK),节能率为584%。如图2(4)种植屋面在屋面种植植物,利用植物的光合作用将热能转化为生化能;利用植物叶面的蒸腾作用增加蒸发散热量,均可大大降低屋顶的室外综合温度利用植物培植基质材料的热阻与热惰性,可降低内表面温度与温度振幅如图3:(5)吸湿散热屋面因蓄水屋面荷载太大,可以用一些盐分介质做成吸湿散热屋面,以液、气两相转换来达到散热目的2.2.4地面 苏北地区夏季空气潮热,冷地面上
19、易产生水汽,需采取有针对性的防潮措施2.2.5阳台阳台空间是建筑物比较特殊的部位,利用阳台来改善环境,达到节能目的,创造良好的生态效应,一直以来都是设计者和研究者关注的课题目前的阳台节能措施一般是密封阳台,也可以采取将普通金属窗改成塑钢窗,外窗单玻璃改成中空玻璃;阳台的维护结构改成双面现浇,中间加高密度聚苯板等措施另外,在阳台上种植花草,不仅能美化环境,还可以净化空气,增加含氧量。3 建筑节能分析与热力计算我们取苏北地区徐州一个常见居民住宅楼的一个客厅,对它做节能设计,以便对建筑节能进行分析。 这个客厅的长、宽、高为600CM、500CM、300CM,房间开有一个窗,一个门,开门的屋面靠走廊,
20、两面外墙,一个内墙挨着卧室,房间示意图见下: 图中所有数据单位为cm3.1分析建筑(房屋)的各种能耗组成 要分析节能材料的使用对建筑耗能的影响,首先我们要计算出建筑耗热量。一个房间的耗热量主要由下列原因造成:.围护结构传热耗热量;.加热由门,窗缝渗入室内的冷空气的耗热量;.加热由门,孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量;.水分蒸发的耗热量;.加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量;.通风耗热量。 供热工程对房间耗热量计算规定,耗热量只考虑前三项,具体到我们的实例由于是否使用保温建筑材料跟2,3项关系不大,所以也不予考虑。所以对建筑节能分析来说,房间耗热量的计算只需对房间围护结构传热耗热量进行计
21、算。3.2对保温方法的介绍3.2.1 外墙内保温外墙内保温就是外墙的内侧使用苯板、保温砂浆等保温材料,从而使建筑达到保温节能作用的施工方法。该施工方法具有施工方便,对建筑外墙垂直度要求不高,施工进度快等优点。外墙内保温的有一个明显的缺陷就是:结构冷(热)桥的存在使局部温差过大导致产生结露现象。由于内保温保护的位置仅仅在建筑的内墙及梁内侧,内墙及板对应的外墙部分得不到保温材料的保护,因此,在此部分形成冷(热)桥,冬天室内的墙体温度与室内墙角(保温墙体与不保温板交角处)温度差约在10左右,与室内的温度差可达到15以上,一旦室内的湿度条件适合,在此处即可形成结露现象。而结露水的浸渍或冻融及易造成保温
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