办公楼一层经典建筑节能改造设计优质报告.doc

上海应用技术学院课程设计任务书

课程名称
建筑节能课程设计
课程代码
B7052159
设计题目
某办公楼建筑节能改造设计
学 号

设计时间
.6.27-.7.1
姓 名
刘林飞
系（院）
城市建设和
安全工程学院
专业
能源和动力工程
班 级
13106611
一、课程设计任务（条件）、具体技术参数（指标）
对现有传统公共建筑进行建筑节能技术改造。
90年代某办公楼（4层）和检察院大楼（4层）建筑平面图。建筑围护结构关键为240 mm 厚砖墙和铝合金单层玻璃窗，无外设遮阳设施。空调主机采取小型非电空调，室内为传统风机盘管系统，无新风，关键经过开窗取新风。
依据具体分组时确定建筑物层数进行设计计算。
二、 对课程设计结果要求（包含课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求）
1.节能改造方案设计说明，包含设计计算书。
三、课程设计工作进度计划：

周1对传统现有建筑围护结构进行热工计算。
周2 依据计算结果，对不符合节能标准围护结构进行节能设计改造。
周3 改造后建筑围护结构热工计算。
周4 针对改造前后负荷计算结果，对比分析总结节能改造效果。
周5 提交设计计算书。
四、关键参考资料
1.《建筑节能技术》，龙惟定、武涌，中国建筑工业出版社，
2.《空气调整》，赵荣义，中国建筑工业出版社，
3.《新能源技术》，翟秀静等，化学工业出版社，
指导老师（署名）： 教研室主任（署名）：
年 月 日 年 月 日
某办公楼（一层）建筑节能改造设计汇报
1工程概况
1.1建筑物围护结构基础信息
本改造工程对北京市某办公楼大楼一层进行节能改造设计，该建筑物在北京市（东经116.28°，北纬39.48°），建造于90年代，用于办公，共4层，占地面积为592m2，一层高度为4.0m，朝向：南。

表1.1.1 建筑围护结构基础信息
名称
材料
夏季传热系数W/（m2·K）
冬季传热系数 W/（m2·K）
传热衰减
传热延迟h
外墙
砖墙02-240
1.96
2
0.34
8.6
外窗
单层透明玻璃
6.16
4.28
1
0.1
内窗
陶粒砼多孔砖墙
1.48
1.48
0.45
7.6
内墙
单层透明玻璃
6.16
4.28
1
0.1
内门
木(塑料)框单层实体门
3.35
3.35
0.99
0.5

表1.1.2 外墙（砖墙02-240)基础信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
水泥砂浆
20
1800
0.93
1.05
1
0.02
砖墙
240
1800
0.81
0.88
1
0.29
石灰、石膏、砂、砂浆
20
1500
0.76
1.05
1
0.03
各层之和
280
--
--
--
--
0.34
传热系数K
1.960

表1.1.3 内墙（陶粒砼多孔砖）基础信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
石灰、水泥、砂、砂浆
20
1700
0.87
1.05
1
0.02
陶粒混凝土多孔砖墙
240
1100
0.60
0.75
1
0.4
石灰、水泥、砂、砂浆
20
1700
0.87
1.05
1
0.02
各层之和
280
--
--
--
--
0.45
传热系数K
1.48

表1.1.4 中间楼板（钢筋砼楼板(水泥聚苯板)）基础信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
细石混凝土
30
2100
1.38
0.92
1
0.02
粘土陶粒混凝土
50
1200
0.53
1.05
1
0.09
钢筋混凝土(规范组
100
2500
1.74
0.92
1
0.06
模塑聚苯板
100
30
0.04
1.36
1.2
1.98
各层之和
280
--
--
--
--
2.16
传热系数K
0.42

表1.1.5 户门（木(塑料)框单层实体门）基础信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
松木云杉热流方向垂直木纹
20
500
0.29
2.51
1
0.07
各层之和
20
--
--
--
--
0.07
传热系数K
4.21

表1.1.6 外窗（单层透明玻璃）基础信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
平板玻璃
3
2500
0.76
0.84
1
0
各层之和
3
--
--
--
--
0
传热系数K
5.79

表1.1.7 窗墙比（窗高取2.0m，大门高取2.2m）
朝向
窗类型
窗面积m2
墙面积m2
窗墙比
传热系数
东
单层透明玻璃
4.8
55.2
0.087
5.79
南
单层透明玻璃
36.0
101.4
0.355
5.79
西
单层透明玻璃
3.2
56.8
0.056
5.79
北
单层透明玻璃
36.0
108.0
0.333
5.79
说明：
1.2气象条件
参考《实用供热空调设计手册》第二版，北京建筑气候分区为严寒地域（依据公共建筑节能设计标准GB-50189），夏季及冬季气象参数全部可经过查表取得。查阅《北京市工程建设规范公共建筑节能设计标准》中空调系统室内设计参数表，查得二类标准办公建筑各项室内设计参数以下：夏季温度26℃，相对湿度≤60%，冬季温度18℃，相对湿度≥30%，新风量为30m3/(h·p）。

表1.2.1 北京市气象参数
分类
参数名称
具体数值

夏季
夏季大气压Pa
99987.00
空调室外干球温度℃
33.60
通风室外干球温度℃
29.90
空调室外湿球温度℃
26.30
空调室外日平均温度℃
29.10
通风室外相对湿度
0.58
室外平均风速m/s
2.20
大气透明度等级
4

冬季
冬季大气压Pa
102570.00
室外供暖计算干球温度℃
-7.50
通风计算温度℃
-7.60
室外空调计算干球温度℃
-9.80
室外空调计算相对湿度
0.37
室外平均风速m/s
2.70
最多风向平均风速m/s
4.50
地表面温 度
年平均温度℃
13.70
最冷月平均温度℃
-5.40
最热月平均温度℃
29.40

冬季冷风渗透朝向修正
北
1.00
东北
0.50
东
0.15
东南
0.10
南
0.15
西南
0.15
西
0.40
西北
1.00

2改造前建筑物负荷计算
2.1负荷计算内容
2.1.1 外墙和屋面传热冷负荷计算公式
外墙或屋面传热形成计算时刻冷负荷 (W)，按下式计算：
(1)
式中：
—计算面积，㎡；
—计算时刻，h；
—温度波作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧时刻， h；
—作用时刻下，经过外墙或屋面冷负荷计算温差，简称负荷温差，℃。
注：比如对于延迟时间为5小时外墙,在确定16点房间传热冷负荷时,应取计算时刻τ=16,时间延迟为ξ=5,作用时刻为τξ=16-5=11。这是因为计算16点钟外墙内表面因为温度波动形成房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表面温度波动产生结果。
当外墙或屋顶衰减系数β<0.2时，可用日平均冷负荷Qpj替换各计算时刻冷负荷：
(2)
式中：
—负荷温差日平均值，℃。

2.1.2 外窗温差传热冷负荷
经过外窗温差传热形成计算时刻冷负荷Qτ按下式计算：
(3)
式中：
—计算时刻下负荷温差，℃；
—传热系数；
—窗框修正系数。

2.1.3 外窗太阳辐射冷负荷
透过外窗太阳辐射形成计算时刻冷负荷，应依据不一样情况分别按下列各式计算：
当外窗无任何遮阳设施时
  (4)
式中：
Xg—窗结构修正系数；
Jwτ—计算时刻下，透过无遮阳设施玻璃太阳辐射冷负荷强度,W/㎡。
当外窗只有内遮阳设施时
(5)
式中：
—内遮阳系数；
Jnτ—计算时刻下，透过有内遮阳设施玻璃太阳辐射冷负荷强度,W/㎡。
当外窗只有外遮阳板时
(6)
式中：
F1—窗口受到太阳照射时直射面积，㎡。
Jwτ0—计算时刻下，透过无遮阳设施玻璃太阳散射辐射冷负荷强度,W/m2。
当窗口现有内遮阳设施又有外遮阳板时
(7)
式中:
Jn—计算时刻下，透过有内遮阳设施窗玻璃太阳散射辐射冷负荷强度，W/㎡。

2.1.4 内围护结构传热冷负荷
相邻空间通风良好时
当相邻空间通风良好时，内墙或间层楼板因为温差传热形成冷负荷可按下式估算：
(8)
式中：
—夏季空气调整室外计算日平均温度，℃；
相邻空间有发烧量时
经过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构温差传热负荷，按下式计算：
(9)
式中：
Q—稳态冷负荷，下同，W；
—夏季空气调整室内计算温度，℃；
Δtls—邻室温升，可依据邻室散热强度采取，℃。

2.1.5 人体冷负荷
人体显热散热形成计算时刻冷负荷Qτ，按下式计算：
(10)
式中：
—群体系数；
—计算时刻空调房间内总人数；
—名成年男子小时显热散热量，W；
—计算时刻，h；
—人员进入空调区时刻，h；
—从人员进入空调区时刻算起到计算时刻连续时间，h；
—时刻人体显热散热冷负荷系数。

2.1.6 灯光冷负荷
照明设备散热形成计算时刻冷负荷Qτ，应依据灯具种类和安装情况分别按下列各式计算：
白炽灯散热形成冷负荷
(11)
镇流器在空调区之外荧光灯
(12)
镇流器装在空调区之内荧光灯
(13)
暗装在空调房间吊顶玻璃罩内荧光灯
(14)
式中：
N—照明设备安装功率，W；
—考虑玻璃反射，顶棚内通风情况系数，当荧光灯罩有小孔，利用自然通风散热于顶棚内时，取为0.5~0.6，荧光灯罩无通风孔时，视顶棚内通风情况取为0.6~0.8；
—同时使用系数，通常为0.5-0.8；
—计算时刻，h；
—开灯时刻，h；
—从开灯时刻算起到计算时刻时间，h；
—τ-τ时刻灯具散热冷负荷系数。

2.1.7 设备冷负荷
热设备及热表面散热形成计算时刻冷负荷Qτ，按下式计算：
(15)
式中：
τ—热源投入使用时刻，h；
τ-τ—从热源投入使用时刻算起到计算时刻连续时间，ｈ；
Xτ-τ—τ-τ时间设备、器具散热冷负荷系数；
qs—热源实际散热量，W。
电热工艺设备散热量
(16)
电动机和工艺设备均在空调房间内散发量
(17)
只有电动机在空调房间内散热量
(18)
只有工艺设备在空调房间内散热量
(19)
式中:
—设备总安装功率，W；
—电动机效率；
—同时使用系数，通常可取0.5-1.0；
—安装系数，通常可取0.7-0.9；
—负荷系数，即小时平均实耗功率和设计最大功率之比，通常可取0.4-0.5左右；
—通风保温系数；

2.1.8 渗透空气显热冷负荷
渗透空气显冷负荷Q，按下式计算：
     (20)
式中：
—单位时间渗透室内总空气量，kg/h；
—夏季空调室外干球温度，℃；
—室内计算温度，℃。

2.2改造前建筑物负荷计算

表2.2.1 改造前建筑物负荷计算
分类
面积
夏季总冷负荷(含新风/全热)(W)
夏季室内冷负荷(全热)(W)
夏季新风量(m3)
夏季新风冷负荷(W)
夏季总冷负荷指标(含新风)(W/m2)
夏季室内冷负荷指标(W/m2)
1楼层
592.00
55132
36467
2515.2
18665
105.6
69.9
1001
[办公室1]
22.32
3725
2496
167.4
1229
166.9
111.8
1002
[办公室2]
22.32
2939
1711
167.4
1229
131.7
76.6
1003
[办公室3]
22.32
3229

167.4
1229
144.7
89.6
1004
[办公室4]
22.32
3229

167.4
1229
144.7
89.6
1005
[办公室5]
22.32
2955
1726
167.4
1229
132.4
77.3
1006
[办公室6]
22.32
3889
2660
167.4
1229
174.2
119.2
1007
[办公室7]
22.32
3340
2111
167.4
1229
149.6
94.6
1008
[办公室8]
22.32
3339
2111
167.4
1229
149.6
94.6
1009
[办公室9]
22.32
3575
2347
167.4
1229
160.2
105.1
1010
[办公室10]
22.32
3575
2347
167.4
1229
160.2
105.1
1011
[办公室11]
22.32
3344
2115
167.4
1229
149.8
94.8
1012
[办公室12]
22.32
3340
2111
167.4
1229
149.6
94.6
1013
[办公室13]
22.32
3785
2556
167.4
1229
169.6
114.5
1014
[茶水间]
8.64
834
802
4.3
32
96.5
92.8
1015
[保安]
8.64
1110
1015
13
95
128.5
117.5
1016
[厕所]
22.32
1542
1297
33.5
246
69.1
58.1
1017
[楼梯间1]
22.32
1020
774
33.5
246
45.7
34.7
1018
[楼梯间2]
22.32
1020
774
33.5
246
45.7
34.7
1019
[机房]
8.64
703
596
13
107
81.4
69
1020
[大厅]
138.88
6298
4576
208.3
1722
45.3
32.9

2.3和节能标准判定结果

表2.3.1 建筑物围护结构负荷和节能标准比较
围护结构部位
体形系数≤0.3
传热系数K
W/(m2·K)
0.3<体形系数≤0.4
传热系数K
W/(m2·K)
屋面
≤0.55
≤0.30
外墙(包含非透明幕墙)
≤0.60
≤0.40
底面接触室外空气架空或外挑楼板
≤0.60
≤0.40
非采暖房间和采暖房间隔墙或楼板
≤1.5
≤0.6
外窗（包含透明幕墙）
传热系数
K
W/(m2·K)
遮阳系数
SC（东、南、
西向/北
向）
传热系
数K
W/(m2·
K)
遮阳系数
SC（东、南、
西向/北
向）
单一朝向外窗（包含
透明幕墙）
窗墙面积比≤0.2
≤3.5
——
≤3.0
——
0.2<窗墙面积比≤
0.3
≤3.0
——
≤2.5
——
0.3<窗墙面积比≤
0.4
≤2.7
≤0.70/—
≤2.3
≤0.70/—
0.4<窗墙面积比≤
0.5
≤2.3
≤0.60/—
≤2.0
≤0.60/—
0.5<窗墙面积比≤
0.7
≤2.0
≤0.50/—
≤1.8
≤0.50/—
屋顶透明部分
≤2.7
≤0.50
≤2.7
≤0.50
注：有外遮阳时，遮阳系数=玻璃遮阳系数×外遮阳遮阳系数；无外遮阳时，遮阳系数
=玻璃遮阳系数。

上已计算出建筑物体形系数（S）：0.183，严寒地域建筑物体形系数满足标准限制值，满足节能要求。
依据体形系数查表并和节能标准进行比较，得出以下结论：
（1）外墙传热系数1.96W/（m2·K）＞0.6W/（m2·K），不符合节能标准要求。
（2）内墙传热系数1.48W/（m2·K）＜1.50W/（m2·K），符合节能标准要求。
（3）外窗传热系数5.79W/（m2·K）＞3.5W/（m2·K）不符合节能标准要求。

3建筑物围护结构节能改造
3.1建筑节能改造
进行计算后根据标准进行核定，得出：体形系数满足标准要求；外墙传热系数不满足标准要求；内墙传热系数满足标准要求；外窗传热系数不满足标准要求。
因是现有建筑，所以对墙体保温隔热手段关键采取内保温或外保温，不可更换主墙体材料。采取对外墙外保温改造来达成保温目标。依据所给标准，重新增加外墙涂层，更换外窗围护结构材料。外墙材料在原有基础上涂抹30mm聚氨酯硬泡沫塑料40和10mm水泥砂浆，外窗材料由单层透明玻璃窗更换为高性能低辐射玻璃(氩气)。

表3.1.1 改造后建筑物围护结构基础信息
参数
围护结构夏季传热系数(W/(m2·K))
围护结构冬季传热系数(W/( m2·K))
围护结构延迟(h)
围护结构衰减
外墙
砖墙02-240
0.58
0.58
10.9
0.12
外窗
高性能低辐射玻璃(氩气)
1.44
1.46
1.0
0.99
内墙
陶粒砼多孔砖墙
1.48
1.48
7.6
0.45
内窗
单层透明玻璃窗
4.28
4.28
0.1
1
内门
木(塑料)框单层实体门
3.35
3.35
0.5
0.99

3.2外墙节能改造

表3.2.1 改造后外墙基础信息（砖墙02-240）
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
水泥砂浆
10
1800
0.93
1.05
1
0.01
聚氨酯硬泡沫塑料40
30
40
0.03
1.38
1
1.2
水泥砂浆
20
1800
0.93
1.05
1
0.02
砖墙
240
1800
0.81
0.88
1
0.29
石灰、石膏、砂、砂浆
20
1500
0.76
1.05
1
0.03
各层之和
320
--
--
--
--
1.55
传热系数K
0.58

3.3外窗节能改造

表3.3.1 改造后外窗基础信息（高性能低辐射玻璃(氩气)
材料名称
厚度mm
干密度kg/m3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(m2.K)/W
平板玻璃
12
2500
0.76
0.84
0.03
0.53
各层之和
12
--
--
--
--
0.53
传热系数K
1.44

表3.3.2 窗墙比（窗高取2.0m，大门高取2.2m）
朝向
窗类型
窗面积
墙面积
窗墙比
传热系数
东
高性能低辐射玻璃(氩气)
4.8
55.2
0.087
1.44
南
高性能低辐射玻璃(氩气)
36.0
101.4
0.355
1.44
西
高性能低辐射玻璃(氩气)
3.2
56.8
0.056
1.44
北
高性能低辐射玻璃(氩气)
36.0
108.0
0.333
1.44

4改造后建筑物负荷计算
4.1改造后建筑物负荷计算结果

表4.4.1 改造后建筑物负荷计算
分类
面积
夏季总冷负荷
夏季总湿负荷
夏季新风冷符合
夏季新风量
夏季总冷负荷指标
夏季室内冷负荷指标
1楼层
594.19
52041
33377
2515.2
18665
99.7
63.9
1001
[办公室1]
22.32
3382
2153
167.4
1229
151.5
96.5
1002
[办公室2]
22.32
2800
1571
167.4
1229
125.4
70.4
1003
[办公室3]
22.32
3088
1860
167.4
1229
138.4
83.3
1004
[办公室4]
22.32
3088
1859
167.4
1229
138.4
83.3
1005
[办公室5]
22.32
2814
1585
167.4
1229
126.1
71
1006
[办公室6]
22.32
3557
2328
167.4
1229
159.3
104.3
1007
[办公室7]
22.32
3237

167.4
1229
145
90
1008
[办公室8]
22.32
3236

167.4
1229
145
90
1009
[办公室9]
22.32
3468
2239
167.4
1229
155.4
100.3
1010
[办公室10]
22.32
3468
2239
167.4
1229
155.4
100.3
1011
[办公室11]
22.32
3236

167.4
1229
145
90
1012
[办公室12]
22.32
3237

167.4
1229
145
90
1013
[办公室13]
22.32
3497
2268
167.4
1229
156.7
101.6
1014
[茶水间]
8.64
702
670
4.3
32
81.3
77.6
1015
[保安]
8.64
999
903
13
95
115.6
104.6
1016
[厕所]
22.32
1030
784
33.5
246
46.2
35.1
1017
[楼梯间1]
22.32
908
662
33.5
246
40.7
29.7
1018
[楼梯间2]
22.32
908
662
33.5
246
40.7
29.7
1019
[机房]
8.64
566
459
13
107
65.5
53.1
1020
[大厅]
138.88
6035
4313
208.3
1722
43.5
31.1

4.2和节能标准判定结果
改造设计计算后，和节能标准进行比较，得出以下结论：
（1）外墙传热系数0.58W/（m2·K）＜0.6W/（m2·K），符合节能标准要求。
（2）外窗传热系数1.44W/（m2·K）＜3.5W/（m2·K）符合节能标准要求。

5节 能改造效果总结

表5.1：改造前后建筑物总负荷对比
参数
面积(㎡)
夏季总冷负荷(含新风/全热)(W)
夏季室内冷负荷(全热)(W)
夏季新风量(m3)
夏季新风冷负荷(W)
夏季总冷负荷指标(含新风)(W/m2)
夏季室内冷负荷指标(W/m2)
改造前
592.00
55132
36467
2515.2
18665
105.6
69.9
改造后
594.19
52041
33377
2515.2
18665
99.7
63.9

经过了对围护结构节能改造，该建筑物夏季总冷负荷下降了5.60%，外围护结构（包含屋面，外墙，外窗）全部已符合了节能设计标准。
要使建筑更节能，通常从两方面入手，首先是改善围护结构材料，其次则是选择更优异，低能耗设备来制冷供热。
此次节能改造关键是改善围护结构，对于老建筑来说，选择适宜外墙保温材料和门窗材料来加强围护结构保温隔热性能是关键方法。对于外窗而言，在建筑围护结构中，门窗能耗约为相同面积墙体4倍、屋面5倍、地面20多倍，约占建筑围护结构总能耗40%～50%。所以、增强门窗保温隔热性能，降低门窗能耗，是改善室内热环境质量和提升建筑物节能水平关键步骤。而外墙也是直接和外界空气接触传热一部分，所以要对传统建筑外墙进行改造。
除了从外墙、门窗材料入手来加强围护结构热工性能之外，也有其它部分保温隔热技术，比如外墙绿化遮阳、蓄水屋面等等~
经过此次节能改造设计，我学会使用了鸿业负荷计算软件来计算建筑物负荷，了解了对一座建筑物进行房间负荷计算需要考虑原因和整个设计步骤。此次改造设计仅仅改造了外围护结构，没有对设备进行考虑。假如考虑到设备对建筑节能作用，能够采取带有节能控制热回收新风机，和在考虑了建筑所在地太阳能辐射量多少以后，对太阳能等绿色能源利用等等。