住宅建筑节能设计论文

[1] 王鹏翔 刘德明 翁曼亭，水价的若干问题及其解决对策，福建建设科技 2004/ N1 [2] 刘德明 郑 章，浅议智能型叠压供水技术，福建建筑1/2005[3] 翁曼亭 刘德明 吴昕 王江源，新型管材及其在给水工程中的应用，福建建筑 3/2005[4] 刘德明，现代住宅水表出户方法探讨， 福建工程学院学报 3/2005[5] 刘德明，程宏伟，浅析铝塑复合管在建筑给水工程中的应用，福建建筑 5/2006[6] 程宏伟，刘德明，室内消火栓充实水柱与保护半径的分析，福建建筑 12/2007[7] 刘德明，住宅套内给水排水管道水力计算探讨，给水排水12/2007[8] 刘德明，住宅旋翼式水表的合理选择，福建建筑1/2008（福建省土木建筑学会，优秀论文二等奖）[9] 程宏伟，刘德明等，浅谈建筑给水排水专业设计质量检查中的若干问题，福建建设科技，2/2008[10] 刘德明，建筑消防水池取水井设置，给水排水5/2008（第九届福建省自然科学优秀学术论文三等奖）[11] 林廷献，洪燕虹，刘德明，高等学校建筑节水技术措施探讨，福建建设科技 2008/ N3（第二届海峡绿色建筑与建筑节能博览会论文）[12] 程宏伟，黄文忠，刘德明，陈礼洪，郑章，第二届海峡绿色建筑与建筑节能博览会建筑节水特装区简介，福建省勘察设计3/2008：10～15[13] 刘德明，节能住宅给水系统分区和分区层数探讨，给水排水，2009，35（1）：77～80[14] 刘德明，高位消防水箱储水量和设置高度探讨，给水排水，2009，35（2）：124～126[15] 程宏伟，黄文忠，刘德明，李剑敏，第三届海峡绿色建筑与建筑节能博览会建筑节水展区介绍，华东给水排水，2/2010：1～4

建筑能耗以采暖和空调能耗为主，占到建筑总能耗的50%以上。因此，各种公用及家用空调数量的激增，使空调耗能日渐成为能耗大户，空调节能已经成为建筑节能中刻不容缓的大事。我国抓建筑节能工作必须从现在做起，重点解决的是北方城镇采暖和大型公共建筑的能耗问题，在具体节能的途径上应该在优化建筑结构、降低采暖系统能耗、减少空调能耗等方面下功夫，从建筑节能的角度构建节约型社会。　　暖通专业在设计空调系统时，为了降低建筑的空调耗能，第一步就是要配合建筑专业确定建筑内外墙、屋面、地面及其他围护结构的建筑构成方式和使用保温材料的情况。其中，首先特别要注意的是控制好建筑的体形系数和窗墙比，体形系数、窗墙比越大，单位建筑面积对应外表面的面积就越大，相应的单位建筑面积对应的传热系数也越大，传热损失随之增加。体形系数和窗墙比又是牵涉到建筑造型、平面布局、采光通风等各方面因素，需要既能达到建筑师的创作意图并符合建筑功能，又能权衡利弊，兼顾不同类型的建筑造型，尽可能地减少房间的外围护面积，使体形不要太复杂，凹凸面更不要过多，以达到节能的目的。　　不可否认，使用了节能材料的建筑初投资额会增加一些，根据有关资料的统计，欧洲一些国家以法律形式明文规定，建筑必须达到一定的节能要求，如法国与瑞典等国对建筑物的隔热型玻璃都有强制性规定，因而这些国家的节能技术与材料都比较成熟，使用也比较普遍，大批量的生产让成本不断降低。在西欧地区建设节能型建筑，成本一般要增加5％至10％。但节能型建筑的运营费用同时会大大降低，其运营费用大约只相当于普通建筑的70％。　　设计节能的暖通空调系统，如何减少一次高品位能源的利用是很关键的技术问题。如果能利用各种在土壤、太阳能、水、空气、工业废热中蕴藏着的无穷无尽的低品位热能，无疑是一种成功的节能措施，而热泵技术正是现阶段实现这个目标的最佳选择。它可以通过输入较少的高品位能源，把广泛存在于大自然的绿色低品位热能提高到可以在建筑用能的温度（如采暖及生活热水）。根据热泵系统的热力循环形式，通常将热泵分为蒸汽压缩式热泵、气体压缩式热泵、蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵、热电式热泵等。其中，蒸汽压缩式热泵是在目前研究和使用最为普遍的方式，按照其使用的低温热源的种类，基本包含空气源热泵、地源热泵、水源热泵和太阳能热泵等四种类型。这些类型的热泵技术可有效地提高一次能源利用率，减少空调用能中高品位能源的消耗，但因其在不同状况下各有利弊，设计者应根据所设计建筑的地域特点和具体的设计情况以及甲方要求进行灵活的选用。在合适的地方，可以采用多种热泵耦合的方式提高效率和性价比。　　在设计建筑空调系统的过程中，设计者在其中各个环节都应该从细处入手，切实落实节能观念，规避一些不好的设计习惯。　　首先，在选择冷热水机组主机配备容量时，出于保护性参数的考虑，常常会将各空调系统的峰值叠加，然后再乘上安全系数，从而导致最后冷热水机组配备容量偏大，导致大部分时间机组在部分负荷下低效率运行，造成极大的投资和能源浪费。主机余量过大也会造成水泵等其他输送动力设备的容量过大，整个管路特性远离最佳工作点，以至于总体能耗过大；或者仅仅考虑到减小冬夏两季的新风负荷，而将新风口及空调机组的新风入口按照冬夏两季的风量设计，致使过渡季节仍需要开启冷水机组，也将使空调能耗显著增大。其次，在室内温度的设定上，由于盲目追求舒适性或者忽略了普通空调系统中的自控系统，将导致系统在实际运行中没有手段根据人员的变化和实际负荷进行必要的调整，致使供冷量、供水量和送风量都大于实际需求，由此造成大量的能量损失。再次，在水系统设计中应增加必要的控制手段，可在运行时根据流量变化与功率变化的关系，增大送回水温差，减小水流量，以降低水系统设备的能耗；可以采用变流量技术，改善水泵运行工况，使其保持在最高效率点运行，以达到节能的目的。　　最后，人们还需要重视冷热源的回收。空调系统能源利用率最大限度的提高也是实现空调节能的主要途径。现在，我国空调的冷热回收主要是通过在系统中安装能量回收装置，用排风中的能量来处理新风，减少处理新风所需的能量，降低机组负荷，以达到节能的目的。在选择热回收装置时，应当结合当地气候条件、经济状况、工程的实际状况、排风中有害气体的情况等多种因素综合考虑，以确定选用合适的热回收装置，从而达到花较少的投资回收更多冷热量的目的。换热器的布置形式和气流方式对换热性能也有影响，热回收系统设计要充分考虑其安装尺寸、运行的安全可靠性以及设备配置的合理性，同时还要保证热回收系统的清洁度。热回收设备可以与不同的系统结合起来使用，利用冷凝热节约能源。　　综上所述，节能建筑的设计是在设计理念上的改变，涉及到设计工作的方方面面，这里谈到的只是其中几个典型的问题，借鉴了不少的资料，希望设计者在工作中能够得到有益的启示。随着设备工艺技术的不断更新和设计理念的进步，我国的节能建筑会稳步迈向国际先进水平。

夏热冬冷地区住宅体型系数与建筑节能的关系夏热冬冷地区是指长江中下游地区及其周围地区（其确切范围由现行《民用建筑热工设计分区图》GB 50176规定），该地区面积约180万平方公里，人口5亿左右，国内生产总值约占全国的48％，是一个人口密集、经济发达的地区。该地区夏季炎热， 冬季寒冷。近年来，随着我国经济的高速增长，该地区的居民纷纷采取措施，自行解决住宅冬夏季的室内热环境问题，夏季空调冬季取暖成了普遍现象。由于该地区 围护结构的热工性能普遍差，所以能耗消耗高。我国现行的建筑节能政策是：2000年以后竣工的居住建筑的采暖能耗与1980～1981年的水平相比节能 50％。行业标准JGJ 134－2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中规定条式建筑物的体形系数不应超过35，点式建筑物的体形系数不应超过40。夏热冬冷地区乡村住宅其住宅型式一般都以独立的户为单位，且层数为3～4层，落地面积在180～200平方米之间。一、体形系数分析体形系数是建筑物与室外大气接触的外表面积F0与其包围的体积V0的比值。外表面积中F0不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。体形系数S= F0/V0，物理意义是指围合建筑物室内单位体积所需外表面积来围合尽可能大的建筑内部空间体积。F0/V0越小则意味着外墙面积越小，也就是能量损失途 径越少，越具有节能意义。根据体形系数公式 （1）式中：S—建筑体形系数；F0—外表面积（m2）；V0—建筑体积（m3）；a—建筑长度（m）b—建筑宽度（m）；H—建筑高度（m）。整理得：（2） 由公式（2）可以看出，当建筑面积一定时，体形系数与建筑物长、宽、高三个尺寸的大小及比例关系有关。即当建筑物的高度H和宽度b一定时，长度a越大体形 系数就越小，节能就越好；当建筑物的高度H和长度a一定时，宽度b越大体形系数就越小，节能就越好。当建筑物的长度a和宽度b一定时，高度H越大体形系数 就越小，节能就越好。二、体形系数节能分析1 建筑长度对体形系数影响通过对杭州下沙地区乡村住宅的调查，大多数住宅为3～4层，高度为10～12m，宽度在10～12m，假设住宅高度H＝9m，宽度b＝12m，由公式（2）得（3）对公式3作曲线图，如图1所示。从图1可以看出无论是条式建筑还是点式建筑，其体形系数随着建筑物长度的增加而减小。但当建筑物长度增加到60m时，体形系数变化就不是很明显。因此在同时考虑到整体规划及建筑节能，建筑物长度以60m为宜。2 增加房间的进深以杭州下沙地区的乡村住宅为例，设条式建筑长度a条式＝60m，高度H条式＝9m；点式建筑长度a点式＝16m，高度H点式＝9m，由公式（2）得建筑物宽度对体形系数的影响从图2中可见，当建筑物的高度H和长度a一定时，宽度b越大体形系数就越小，而且减小的幅度比较大，即宽度每增加2m其体形系数就可降低1% ～5%。。因此，对于乡村住宅最好就是增加建筑物的进深b，以较大幅度的减小体形系数S。达到节能目的。综合采光、日照等因素，建议房屋进深 10～13m为宜。3 增加建筑物层数以杭州下沙地区住宅为例，设条式建筑长度a条式＝60m，宽度b条式＝12m；点式建筑长度a点式＝16m，宽度b点式＝12m，由公式（2）得从图3中可见，设建筑物层高为3m，当为两层时，条式建筑体形系数367，点式建筑体形系数为459。当建筑物为三层时，条式建筑体形系数减小到 311，点式建筑体形系数减小到403。建筑物随着层数的增加，体形系数相应也减小的幅度也较大，这是因为在层高增加过程中，外围护面积（包括屋 顶面积）的递增比不上其所包围体积的增加，即体积增率大于面积增率。4 减小建筑物的周长如果用A－建筑物底层面积（m2），即A＝a×bL－建筑物底层周长（m），即 L＝2（a + b）公式（1）可转化为（4）当建筑的高度H和底面面积A一定时，建筑底层的层周长L与体形系数S是线性关系。并且A＝a×b，L＝2（a + b）。可知 a=A/b，（5）对b进行求导，求L的最小值，所以当建筑物的长宽相等时，即当建筑物底面为正方形时，其建筑物周长L最小体形系数S最小。可见，当建筑物的周长减小，体形系数S也减小。但是在缩小建筑 物周长的同时还要考虑太阳的辐射得热。因为冬季太阳辐射得热，南立面比北立面要大很多。即以太阳辐射而论，南立面越长建筑物得热就越多，对节能越有利。因 此在进行乡村住宅的节能设计，要结合乡村住宅农民生产、生活习惯，并且考虑当地冬季太阳辐射得热的实际情况，选择合适的长宽比例，达到最佳的节能效果。5 节能体形设计的尺度计算最佳节能体形的设计，仅仅从建筑物的长、宽、高、周长及长宽比例等一个尺寸分析，是不够严密的，必须予以综合考虑。设一栋长方体建筑物宽度为b，长度为mb（m为长宽比，m为≥1的有理数），高度为H，建筑物体积为V，其体形系数为：（6）由公式（6）可以看出，当V取一定值时，H与S则有一定的几何曲线。而每条曲线的最低点就是H对应的最小体形系数，可以通过对S求导数得出，即（7）令 ，则建筑物的最佳节能高度为： 建筑物最佳节能宽度 建筑物最佳节能长度 通过上面的理论计算分析所得出的建筑物最佳节能尺度，为建筑节能体形的实际计算如建筑体量、建筑进深、建筑层高等的选择提供若干理论依据。三、结论和建议夏热冬冷地区乡村住宅的体形系数过大及住宅平面随意性，对建筑节能及其不利，结合乡村住宅的本身特点，在进行节能设计时：1、增加房间进深：综合考虑影响乡村住宅进深的因素如采光，日照等建议乡村住宅的进深以10～13m为宜。2、增加建筑物层数：以节能概念论，一般层高以0～2m为宜。对于乡村住宅来说，层数越高，节能效果越好。3、减小建筑物的周长：当建筑物底层面积不变的情况下，其周长减小，体形系数S也减小，但是在缩小建筑物周长的同时还有考虑太阳辐射。4、建筑平面：建筑平面应尽量减少不必要的、小尺度的凹凸不齐，使外墙形成比较简单划一的延长。这样，外表面会尽量减小，达到以最小面积围成最大体积的目的，即体形系数S最小。(转)