公共建筑围护结构节能报告.doc

公共建筑围护结构
传热系数改进对建筑节能得影响
——案例分析
姓名: 向金童
学号:2
学院:城市建设学院
日期: 2015、4、7
一、 建筑概况
1、 建筑地点:武汉市;
2、 建筑类型:办公建筑;
3、 建筑朝向:坐北朝南;
4、 建筑面积:共3层,每层100㎡,建筑面积300㎡;
5、 建筑物平面图、立体图:

6、建筑其她参数:
水平外围护

楼地(m2)
屋顶(m2)
天窗(m2)

100、00
100、00
0、00

　建筑体形系数
　0、483

综合窗墙比:
0、17

立面外围护
朝向
外墙(m2)
外门(m2)
外窗(m2)
窗墙比
东
96、00
0、00
24、00
0、20
南
91、80
16、20
12、00
0、10
西
96、00
0、00
24、00
0、20
北
96、00
0、00
24、00
0、20
二、 基准建筑
“基准建筑”由《公共建筑节能设计标准》提供得数据确定。即以20世纪80年代改革开放初期建造得公共建筑作为比较能耗得基础,称为“基准建筑”。“基准建筑”围护结构、暖通空调设备及系统、照明设备得参数,都按当时情况选取。在保持与目前标准约定得室内环境参数得条件下,计算“基准建筑”全年得暖通空调与照明能耗,将它作为100%。我们再将这“基准建筑”按照《公共建筑节能设计标准》得规定进行参数调整,即围护结构、暖通空调、照明参数均按此标准规定设定,计算其全年得暖通空调能耗。从而确定围护结构得改变对建筑能耗得影响。
“基准建筑”围护结构得构成、传热系数、遮阳系数,按照以往20世纪80年代传统做法。查得上海得为:外墙K值取2、00 W/(㎡·K),屋顶K值取1、50 W/(㎡·K),外窗K值取6、4 W/(㎡·K),遮阳系数SC取0、8、
三、 围护结构改进方案设计
本项目目得在于研究围护结构对于建筑物负荷得影响程度以及改变围护结构对于建筑得节能效果,故采取控制变量法进行模拟实验。在“基准建筑”得基础上,分别改变外墙、外窗以及外窗得导热系数,在改变其中一种围护结构得导热系数时,控制另外两个围护结构得导热系数不变,继而可以得出外墙、外窗与屋面单一因素对于建筑负荷得影响大小。同时,为了探讨综合改进围护结构导热系数对建筑负荷得影响,进而对外墙、外窗与屋面导热系数同时优化,得出综合优化结构。围护结构物理参数以及优化改进方案设计如下表所示:
围护结构参数表
名称
代号
维护结构材料
构件号
导热系数
外墙
q1
24砖墙-4
12
2、185
外墙
q2
混凝土墙-珍-85
14
0、486
外墙
q3
陶粒砼墙-夹苯200
428849513
0、194
玻璃
b1
普通6mm单玻

6、4
玻璃
b2
3-镀low-e膜中空

2、1
屋面
w1
加气混凝土保温屋面
3
1、605
屋面
w2
轻质保温屋面-玻璃棉100
457670070
0、437
屋面
w3
水泥珍珠岩屋面
2
0、269
围护结构组合方式表
编号
措施
组合
0
无(参考基准)
q1+b1+w1
1
外墙优化1
q2+b1+w1
2
外墙优化2
q3+b1+w1
3
外窗玻璃优化
q1+b2+w1
4
屋面优化1
q1+b1+w2
5
屋面优化2
q1+b1+w3
6
综合优化1
q2+b2+w2
7
综合优化2
q3+b2+w3
四、 围护结构优化模拟计算结果
1、“基准建筑”负荷计算结果
季节设定
月份
日期
采暖季开始日期
11
15
采暖季结束日期
3
15
空调季开始日期
6
1
空调季结束日期
8
30

项目统计
单位
统计值
总建筑空调面积
m2
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
全年最大冷负荷
kW
50、16
全年最大加湿量
kg/h
4、02
全年累计热负荷
kW·h
35607、07
全年累计冷负荷
kW·h
46338、62
全年累计加湿量
kg
1039、75
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
全年最大加湿量指标
g/h/m2
13、40
全年累计热负荷指标
kW·h/m2
118、69
全年累计冷负荷指标
kW·h/m2
154、46
全年累计加湿量指标
kg/m2
3、47
项目分季节负荷指标

采暖季热负荷指标
W/m2
35、92
空调季冷负荷指标
W/m2
48、23

2、“基准建筑”与优化建筑负荷汇总
项目统计
单位
项目编号

0
1
2
3
4
5
6
7
围护结构变化
无(参考基准)
外墙优化1
外墙优化2
外窗玻璃优化
屋面优化1
屋面优化2
综合优化1
综合优化2
外墙导热系数 w/(㎡·k)
2、185
0、486
0、194
2、185
2、185
2、185
0、486
0、194
外窗导热系数/SC
6、4
6、4
6、4
2、1
6、4
6、4
2、1
2、1
屋面导热系数 w/(㎡·k)
1、605
1、605
1、605
1、605
0、437
0、269
0、437
0、269
总建筑空调面积
m2
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
35、39
30、49
41、87
47、94
46、21
23、90
17、69
全年最大冷负荷
kW
50、16
43、07
41、62
45、04
48、75
48、57
36、87
34、99
全年最大加湿量
kg/h
4、02
4、03
4、04
4、02
4、02
4、02
4、09
4、13
全年累计热负荷
kW·h
35607、07
20112、79
17189、32
29506、91
33947、00
33455、07
10412、41
6369、76
全年累计冷负荷
kW·h
46338、62
45045、51
44264、76
40705、82
45914、83
45508、61
38248、32
37510、87
全年累计加湿量
kg
1039、75
1065、50
1072、49
1038、67
1041、33
1040、21
1093、63
1134、86
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
117、96
101、65
139、56
159、79
154、03
79、68
58、98
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
143、56
138、72
150、15
162、50
161、90
122、89
116、64
全年最大加湿量指标
g/h/m2
13、40
13、44
13、45
13、40
13、40
13、40
13、62
13、76
全年累计热负荷指标
kW·h/m2
118、69
67、04
57、30
98、36
113、16
111、52
34、71
21、23
全年累计冷负荷指标
kW·h/m2
154、46
150、15
147、55
135、69
153、05
151、70
127、49
125、04
全年累计加湿量指标
kg/m2
3、47
3、55
3、57
3、46
3、47
3、47
3、65
3、78
项目分季节负荷指标

采暖季热负荷指标
W/m2
35、92
20、64
17、86
29、96
34、30
33、93
10、80
6、70
空调季冷负荷指标
W/m2
48、23
44、13
43、27
42、63
47、55
47、27
36、42
34、88
3、节能计算表
围护结构优化节能计算表
项目统计
单位
项目编号

0
1
2
3
4
5
6
7
围护结构变化
无(基准建筑)
外墙优化1
外墙优化2
外窗玻璃优化
屋面优化1
屋面优化2
综合优化1
综合优化2
外墙导热系数 W/(㎡·K)
2、185
0、486
0、194
2、185
2、185
2、185
0、486
0、194
外窗导热系数/SC
6、4/0、8
6、4/0、8
6、4/0、8
2、1/0、5
6、4/0、8
6、4/0、8
2、1/0、5
2、1/0、5
屋面导热系数 w/(㎡·k)
1、605
1、605
1、605
1、605
0、437
0、269
0、437
0、269
总建筑空调面积
m2
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
35、39
30、49
41、87
47、94
46、21
23、90
17、69
全年最大冷负荷
kW
50、16
43、07
41、62
45、04
48、75
48、57
36、87
34、99
全年累计热负荷
kW·h
35607、07
20112、79
17189、32
29506、91
33947、00
33455、07
10412、41
6369、76
全年累计冷负荷
kW·h
46338、62
45045、51
44264、76
40705、82
45914、83
45508、61
38248、32
37510、87
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
117、96
101、65
139、56
159、79
154、03
79、68
58、98
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
143、56
138、72
150、15
162、50
161、90
122、89
116、64
项目节能率

热负荷

0
28、18%
38、11%
15、02%
2、71%
6、21%
51、48%
64、09%
冷负荷

0
14、14%
17、03%
10、20%
2、81%
3、16%
26、50%
30、24%

4、典型日逐时负荷对比(2月1日、8月1日)
2月1日建筑逐时负荷(kw)

时刻
项目编号0
项目编号2
项目编号3
项目编号5
项目编号7
2月1日
7
28、75
13、90
21、68
26、70
1、95
2月1日
8
31、16
18、90
25、41
29、49
7、58
2月1日
9
24、90
13、69
19、95
23、42
4、06
2月1日
10
21、46
10、72
17、14
20、09
2、46
2月1日
11
19、09
8、58
15、29
17、79
1、55
2月1日
12
20、84
10、50
17、47
19、59
3、29
2月1日
13
16、97
6、84
13、91
15、77
1、14
2月1日
14
15、42
5、49
12、48
14、27
0、57
2月1日
15
14、75
5、06
11、81
13、65
0、43
2月1日
16
14、47
5、05
11、43
13、43
0、41
2月1日
17
16、99
7、83
13、78
16、00
1、67
2月1日
18
19、79
10、90
16、44
18、84
3、90
2月1日
19
20、60
11、94
17、18
19、67
5、14
2月1日
20
21、00
12、52
17、49
20、09
5、86

8月1日建筑逐时负荷(kw)

时刻
项目编号0
项目编号2
项目编号3
项目编号5
项目编号7
8月1日
7
29、12
18、09
24、95
27、18
8、40
8月1日
8
45、09
36、84
41、12
43、67
28、56
8月1日
9
42、17
35、38
38、29
41、04
27、89
8月1日
10
41、10
35、13
36、84
40、14
27、65
8月1日
11
40、43
34、96
35、79
39、57
27、35
8月1日
12
34、95
29、78
30、04
34、16
22、06
8月1日
13
38、36
33、30
33、06
37、60
25、31
8月1日
14
38、85
33、84
33、31
38、09
25、65
8月1日
15
39、41
34、33
33、60
38、61
25、89
8月1日
16
38、62
33、40
33、23
37、77
25、38
8月1日
17
35、88
30、46
30、36
34、98
22、30
8月1日
18
36、50
30、87
29、50
35、55
21、22
8月1日
19
32、68
26、90
27、19
31、69
18、73
8月1日
20
29、74
23、69
25、42
28、75
16、74

五、 围护结构优化节能分析
随着我国城市化进程得加快与人民生活水平得不断提高,建筑能耗占总能耗得比重也越来越大。我国得建筑能耗占社会能耗得1/3,建筑能耗得总量仍然在逐年上升。随着城市化得进程加快与人民生活水平质量得改善,我国建筑能耗得比例最终将上升至35%左右。
尤其值得注意得就是,大型公共建筑目前仅占城镇总建筑面积得5%-7%,但其用电量约为100-300千瓦时/(年·㎡)(不包括采暖用电),为住宅建筑用电量得10倍以上。这其中,空调用电占50%-60%。因此可见,供暖、空调系统得节能对于减少整个建筑能耗得意义就是相当重大得。
建筑采用供暖、空调系统得目得在于为人员所在得室内提供一个舒适、卫生得空气环境。为此在冬季或者夏季,为了满足室内舒适性,就需要将室内得热负荷与冷负荷排除。显然,室内得热负荷与冷负荷越大,则需要得空调系统就越大,同时设备耗电量、设备容量相应必须满足负荷要求而相应得会增大。在这种情况下,我们考虑从源头上对建筑得负荷进行降低。既然供暖、空调得目得在于消除室内得热负荷与冷负荷,于就是考虑如何减少建筑内得负荷,从而达到降低建筑能耗,实现节能得目标。
本项目得模拟实验中,根据《公共建筑节能设计标准》所确定得“基准建筑”,建筑面积300㎡,房间类型均为办公室;外墙K值取2、185 W/(㎡·K),屋顶K值取1、605 W/(㎡·K),外窗K值取6、4 W/(㎡·K),遮阳系数SC取0、8。其全年最大热负荷为49、27kw,全年最大热负荷指标为164、23w/㎡;全年最大冷负荷为50、16kw,全年最大冷负荷指标167、19 w/㎡、可以瞧出无论就是在冬季还就是夏季,其负荷指标都就是相当大得。
为了研究围护结构得导热系数对于建筑负荷得影响,在“基准建筑”得基础上,分别改变外墙、外窗与屋面得导热系数,同时对外墙、外窗与屋面进行综合优化,得到七组对照建筑,用于对比分析。
1、 外墙导热系数对建筑负荷得影响
项目统计
单位
项目编号

0
1
2
围护结构变化
无(参考基准)
外墙优化1
外墙优化2
外墙导热系数 w/(㎡·k)
2、185
0、486
0、194
外窗导热系数/SC
6、4/0、8
6、4/0、8
6、4/0、8
屋面导热系数 w/(㎡·k)
1、605
1、605
1、605
总建筑空调面积
m2
300、00
300、00
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
35、39
30、49
全年最大冷负荷
kW
50、16
43、07
41、62
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
117、96
101、65
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
143、56
138、72
项目节能率

热负荷

0
28、18%
38、11%
冷负荷

0
14、14%
17、03%
通过上述得表格得分析,可以瞧出在保持外窗、屋面得导热系数不变得情况下,外墙得导热系数对于整个建筑得负荷影响就是很显著得。当导热系数越小时,建筑全年最大负荷越小;当外墙导热系数由2、185 w/(㎡·k)减小到0、194 w/(㎡·k)时,建筑得全年最大热负荷减少了38、11%,全年最大冷负荷减少了17、03%。同时,也可以在表中瞧到,对于相同得外墙优化方式,全年最大热负荷得节能效果明显优于全年最大冷负荷得节能效果。
2、 外窗玻璃导热系数对建筑负荷得影响
项目统计
单位
项目编号

0
3
围护结构变化
无(参考基准)
外窗玻璃优化
外墙导热系数 w/(㎡·k)
2、185
2、185
外窗导热系数/SC
6、4/0、8
2、1/0、5
屋面导热系数 w/(㎡·k)
1、605
1、605
总建筑空调面积
m2
300、00
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
41、87
全年最大冷负荷
kW
50、16
45、04
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
139、56
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
150、15
项目节能率

热负荷

0
15、02%
冷负荷

0
10、20%
如上表所示,尽管外窗与外墙得综合窗墙比只有0、17,但就是外窗导热系数优化对于建筑负荷得降低效果依旧显著。当外墙导热系数由6、4 w/(㎡·k)减小到2、1 w/(㎡·k),综合遮阳系数由0、8变为0、5时,建筑得全年最大热负荷减少了15、02%,全年最大冷负荷减少了10、20%。由此可知,对于《公共建筑节能设计标准》中对于窗墙比得控制规定对于外窗节能具有较大得节能效果。但就是此时也应考虑室内自然光照明得需求,不能一味得追求外窗节能而减小窗墙比,因此反而增大了室内照明负荷,同时外窗面积过小对室内人员心理也有一定影响。
3、 屋面导热系数对建筑负荷得影响
项目统计
单位
项目编号

0
4
5
围护结构变化
无(参考基准)
屋面优化1
屋面优化2
外墙导热系数 w/(㎡·k)
2、185
2、185
2、185
外窗导热系数/SC
6、4/0、8
6、4/0、8
6、4/0、8
屋面导热系数 w/(㎡·k)
1、605
0、437
0、269
总建筑空调面积
m2
300、00
300、00
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
47、94
46、21
全年最大冷负荷
kW
50、16
48、75
48、57
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
159、79
154、03
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
162、50
161、90
项目节能率

热负荷

0
2、71%
6、21%
冷负荷

0
2、81%
3、16%
在上表中,屋面导热系数得优化对于外墙得节能效果不如外墙显著,一个原因在于屋面导热系数选取得变化范围不如外墙导热系数变化范围大,因此节能效果有所降低;但就是对于整个建筑得节能还就是有贡献得。
4、围护结构综合优化对建筑负荷得影响
项目统计
单位
项目编号

0
6
7
围护结构变化
无(参考基准)
综合优化1
综合优化2
外墙导热系数 w/(㎡·k)
2、185
0、486
0、194
外窗导热系数/SC
6、4/0、8
2、1/0、5
2、1/0、5
屋面导热系数 w/(㎡·k)
1、605
0、437
0、269
总建筑空调面积
m2
300、00
300、00
300、00
项目负荷统计

全年最大热负荷
kW
49、27
23、90
17、69
全年最大冷负荷
kW
50、16
36、87
34、99
项目负荷面积指标

全年最大热负荷指标
W/m2
164、23
79、68
58、98
全年最大冷负荷指标
W/m2
167、19
122、89
116、64
项目节能率

热负荷

0
51、48%
64、09%
冷负荷

0
26、50%
30、24%
显然,对维护结构得导热系数进行综合优化后,节能效果就是非常显著得,尤其就是在全年最大热负荷上,相比于20世纪80年代得“基准建筑”,全年最大热负荷下降了64、09%;同时全年最大冷负荷也下降了30、24%。
六、 围护结构优化节能总结
通过上述得具体数据分析可知,对于建筑本身而言,优化围护结构得导热系数对于降低建筑负荷,实现降低建筑能耗具有十分重要得意义与作用,无论就是就是外墙、外窗还就是屋面,降低其导热系数均能实现较小建筑负荷;并且导热系数越小,对建筑负荷得降低越明显,进而达到《公共建筑节能设计标准》标准。但就是此时应当考虑减小围护结构导热系数而增加得材料成本投资,导热系数得确定应当综合考虑权衡。本项目不做讨论。
对于公共建筑,作为节能设计标准得节能50%得目标,不仅仅应当在建筑围护结构这一方面进行改进,应当就是在建筑围护结构、暖通空调设备与系统、照明设备以及其她设备得设计安装运行得基础上,综合节能得效果。只有在建筑得设计、建设、管理过程中系统、综合得实施节能措施才能做到真正意义上得节能,降低建筑能耗。