严寒与寒冷地区的建筑节能设计策略培训学习课件参考培训课件.ppt
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1、严寒与寒冷地区的建筑节能设计严寒与寒冷地区的建筑节能设计策略与实例策略与实例 济南交通学院生态图书馆济南交通学院生态图书馆(2005年教育部优秀建筑设计一等奖)年教育部优秀建筑设计一等奖)处于北纬处于北纬 3636 建筑面积建筑面积 13000m13000m2 2,6,6 层层 室内控制温度室内控制温度 T=1826T=1826,室内控室内控制湿度制湿度RH=3070%RH=3070%暑假:暑假:7 7月月2020日日88月月1515日日 寒假:寒假:1 1月月2525日日22月月2121日日 月平均温度:月平均温度:-3.1230-3.1230 所采用的生态措施包括以下几点所采用的生态措施包
2、括以下几点 遮阳设计;遮阳设计;注重采暖与空调的节能;注重采暖与空调的节能;利用水体改善环境;利用水体改善环境;重建植被系统,进行立体绿化;重建植被系统,进行立体绿化;外围护结构设计注重保温;外围护结构设计注重保温;自然通风自然通风 自然采光自然采光 地下风道预处理空气地下风道预处理空气遮阳设计遮阳设计 遮阳设计遮阳设计 屋面遮阳屋面遮阳&防西防西晒遮挡墙晒遮挡墙windsunshinewindsunshine西墙西墙架空的遮阳格栅架空的遮阳格栅 遮阳设计玻璃大厅遮阳设计玻璃大厅水平遮阳格栅夏季冬季卷帘收起遮阳卷帘NWestern Wall:sunshine against 西墙遮阳西墙遮阳东
3、东墙墙遮遮阳阳屋顶格栅遮阳屋顶格栅遮阳南南墙墙水水平平遮遮阳阳自然通风自然通风 自然通风与机械通风相结合自然通风与机械通风相结合 过渡季热压自然通风过渡季热压自然通风 窗户设置窗户设置太阳烟囱太阳烟囱 空调季机械装置送地道风空调季机械装置送地道风通风百页窗通风百页窗季节性通风策略季节性通风策略 过渡季过渡季开启门窗开启门窗使用太阳烟囱引入室外新风使用太阳烟囱引入室外新风良好的自然通风效果良好的自然通风效果 太阳烟囱太阳烟囱季节性通风策略季节性通风策略 夏季夏季关闭门窗关闭门窗地道风降温地道风降温使用太阳烟囱导出中庭顶部热空气使用太阳烟囱导出中庭顶部热空气 冬季冬季温室效应温室效应夏季夏季图书馆
4、自然通风设计图书馆自然通风设计自然通风房间低位格栅高位格栅自然通风房间地道风送风口高位格栅Solar chimneyLouvers地道地道风降温技术风降温技术 3根根45m长地道长地道 宽宽2m,深,深2.5m 室外新风通过地道预冷室外新风通过地道预冷/预预热后,送入空调箱处理热后,送入空调箱处理 节约空调节约空调/供热能耗供热能耗水体利用原有池塘水体利用原有池塘 重建原有池塘重建原有池塘,维持该场地的绿色平衡维持该场地的绿色平衡 收集雨水用作池塘补充水或绿化浇灌收集雨水用作池塘补充水或绿化浇灌 将池塘中的水作为制冷机冷却水源将池塘中的水作为制冷机冷却水源水幕水幕水池水池自然采光自然采光 充分
5、利用自然光充分利用自然光玻璃屋顶玻璃屋顶中央中庭中央中庭 玻璃大厅玻璃大厅报告厅报告厅中央中庭玻璃大厅报告厅报告厅全年能耗模拟全年能耗模拟 DeST:8760 小时模拟小时模拟 考虑了图书馆冬夏最不利气候下的使用特点考虑了图书馆冬夏最不利气候下的使用特点Model最大热负荷指标最大热负荷指标,22 W/m2 最大冷负荷指标最大冷负荷指标,60 W/m2 围护结构热工性能围护结构热工性能围护结构材料围护结构材料主要材料主要材料总厚度总厚度mm传热系数传热系数 W/m2K外墙外墙240mm混凝土砖混凝土砖+50mm膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩3300.578屋顶屋顶加气混凝土保温屋面加气混凝土保温屋面35
6、50.538门门玻璃外门玻璃外门4.64窗窗双玻塑钢窗双玻塑钢窗2.18地道地道风降温技术风降温技术 l2 2根共根共120m120m长地道长地道l宽宽2m2m,深,深2.5m2.5ml室外新风通过地道预冷室外新风通过地道预冷/预热预热后,送入空调箱处理后,送入空调箱处理l节约空调节约空调/供热能耗供热能耗北京某生态小区方案设计小区风环境优化结果小区风环境优化结果34851回灌井回灌井抽水井抽水井为解决深井回灌式分户水源热泵系统在供应少为解决深井回灌式分户水源热泵系统在供应少量用户时的节能经济运行问题,可以考虑通过量用户时的节能经济运行问题,可以考虑通过建造集中蓄水池并采用温控混水策略解决。建
7、造集中蓄水池并采用温控混水策略解决。安全回灌安全回灌加压回灌加压回灌直接外排直接外排系统为全年分阶段定流量系统为全年分阶段定流量运行,对应于不同外温条运行,对应于不同外温条件(即不同系统负荷)改件(即不同系统负荷)改变接入环网的抽水及回灌变接入环网的抽水及回灌井的数目和位置实现管网井的数目和位置实现管网的流量调节。的流量调节。对应各层负荷为冬季机组最大出力的四层单管串联机组累积温降与流量的关系(入口温度为15)6.56.97.27.78.28.79.410.211.112.113.415.15.57.59.511.513.515.517.50.30.40.50.60.70.80.9kg/s对应
8、各层负荷为冬季实际峰值的四层单管串联机组累积温降与流量的关系(入口温度为15)4.34.64.85.15.55.96.47.07.78.59.611.012.814.215.30.02.04.06.08.010.012.014.016.018.00.20.30.40.50.60.70.80.9kg/s 各层用户同时将机组开至最大运行工况时,管道各层用户同时将机组开至最大运行工况时,管道温降为温降为13时管道流量为时管道流量为0.41kg/s,这一流量将这一流量将为系统供暖期间立管的最小安全流量极值为系统供暖期间立管的最小安全流量极值 相对于各层同时出现采暖峰值负荷时,管道温降相对于各层同时出现
9、采暖峰值负荷时,管道温降为设计值为设计值8时管道流量为时管道流量为0.48kg/s,在没有任,在没有任何防止管道冻结措施时何防止管道冻结措施时0.410.48 kg/s将为立管将为立管流量变化区间流量变化区间 这将导致实现变流量方式的可能性大大减小。这将导致实现变流量方式的可能性大大减小。可以考虑增加一支可以考虑增加一支立管,通过电动两立管,通过电动两通阀连接底层及通阀连接底层及2层机组,当这两层层机组,当这两层机组入口温度由于机组入口温度由于上层用户负荷增大上层用户负荷增大而过低时实现旁通而过低时实现旁通补水,避免底层机补水,避免底层机组由于井水温度过组由于井水温度过低而效率降低或冻低而效率
10、降低或冻结。结。串联各层机组在按逐日外温变化负荷下一个采暖季的累加总耗电量(KWh)(峰值负荷取计算模拟结果,接近实际情况)管道流量 楼层 各层峰值热负荷(W/m2)0.6kg/s 0.7kg/s 0.5kg/s 4 层 32.35 2528.35 2528.35 2528.35 3 层 24.84 1979.16 1973.68 1986.90 2 层 24.84 2059.35 2055.94 2064.14 1 层 31.84 2744.39 2735.73 2756.61 串联各层机组在按逐日外温变化负荷下一个采暖季的累加总耗电量(KWh)(峰值负荷各层取相同值,考虑 COP 不同引起
11、的差异)管道流量 楼层 各层峰值热负荷(W/m2)0.6kg/s 0.7kg/s 0.5kg/s 4 层 32.35 2528.35 2528.35 2528.35 3 层 32.35 2592.80 2583.38 2606.10 2 层 32.35 2691.41 2685.59 2699.60 1 层 32.35 2789.34 2780.40 2801.96 可以看出,考虑可以看出,考虑COP不同引起的差异,不同引起的差异,1层与层与4层一个层一个采暖季电耗差别约为采暖季电耗差别约为260 KWh,按电费,按电费0.4元元/KWh计计算,算,1层用户要比层用户要比4层用户多掏层用户多掏
12、104元的采暖费用。元的采暖费用。井群问题井群问题1。水量:水文地质资料,现场实验。水量:水文地质资料,现场实验2。回灌方式:抽灌井的个数之比。回灌方式:抽灌井的个数之比1:1.53。井群布局:数值计算。井群布局:数值计算集中式太阳能热水系统集中式太阳能热水系统选集热器产品选择选集热器产品选择系统规模系统规模每栋楼一个系统每栋楼一个系统辅助热源形式辅助热源形式分户计量?分户计量?方案系统性能和安全性比较方案系统性能和安全性比较技术经济比较技术经济比较优化的系统方案进水太阳能集热器阵列最低水位线最高水位线控制器I N P U TO U T P U T用户电加热装置补水溢水管电磁阀单向阀水泵液位开
13、关水箱水箱连通管热水 外墙 外墙 送风 排风 热回收器 粗效过滤网 百叶风口 送、排风机 室外 室内 排风道 金属遮雨蓬 A 0.1m 0.1m A-A 0.1m 0.1m 0.15m 送风口 排风口 外墙 外墙 1.5m 0.2m 季节季节 阀阀 B 阀阀 C、D 冬季 关闭 夹层空气温度25,则打开;夹层空气温度15,则关闭。夏季 白天,开启;晚上,关闭;白天,关闭;晚上,开启。围护结构优化设计围护结构优化设计围护结构细部处理窗户置外窗户置外隔断阳台护栏隔断阳台护栏楼板搭接处楼板搭接处保温层厚度及长度根据对顶保温层厚度及长度根据对顶角处的传热模拟计算得出角处的传热模拟计算得出 中意环境节能
14、楼方案设计2003.22004.2中意环境能源楼建筑外形确定中意环境能源楼建筑外形确定 中意环境能源楼建筑外形中意环境能源楼建筑外形源自源自中意两国建筑节能专家和建筑中意两国建筑节能专家和建筑师协作对建筑用地状况和北京师协作对建筑用地状况和北京气象条件的详细的定量分析。气象条件的详细的定量分析。建设用地现状:建设用地现状:地处密集的城市地区地处密集的城市地区周边被高层(周边被高层(1011层)建筑紧层)建筑紧紧包围紧包围 针对不同建筑形状的太阳辐射、针对不同建筑形状的太阳辐射、建筑互遮挡和可能的通风策略建筑互遮挡和可能的通风策略进行计算机模拟分析进行计算机模拟分析 Solar energy(a
15、verage winter day)6.35.34.95.65.95.05.24.75.24.85.04.90.01.02.03.04.05.06.07.0012345ShapeMJ/m2EtEvSolar energy(average summer day)9.78.78.38.88.78.06.76.66.76.76.26.60.02.04.06.08.010.012.0012345ShapeMJ/m2EtEvu引入冬季和夏季的建筑外立面太阳引入冬季和夏季的建筑外立面太阳总得热指标(总得热指标(MJ/m2)和平面太阳)和平面太阳总得热指标(总得热指标(MJ/m2)作为评价指)作为评价指标;
16、全年逐时模拟计算标;全年逐时模拟计算u结果表明,结果表明,方案方案4所示的退台式建所示的退台式建筑外形筑外形为在此用地条件下最节能的建为在此用地条件下最节能的建筑外形方案筑外形方案围护结构保温、隔热处理围护结构保温、隔热处理东西两侧是带金属走廊的双层幕墙;设置坎墙东西两侧是带金属走廊的双层幕墙;设置坎墙填充岩棉材料(双玻中空)填充岩棉材料(双玻中空)北侧为单层幕墙,开启扇为透明玻璃,其余部北侧为单层幕墙,开启扇为透明玻璃,其余部分填充分填充8mm岩棉。岩棉。(双玻中空)(双玻中空)南侧为落地透明玻璃幕墙。(南侧为落地透明玻璃幕墙。(3玻中空玻中空+lowE)凹内侧幕墙为带玻璃百页的双层幕墙。凹
17、内侧幕墙为带玻璃百页的双层幕墙。整个外墙整个外墙k值为值为1.4W/m2KC型内立面墙身型内立面墙身架空屋面做法架空屋面做法种植屋面做法种植屋面做法能源系统能源系统空调系统空调系统 夏季运行模式夏季运行模式冬季运行模式冬季运行模式方案方案A BCHP除湿系统除湿系统地下水地下水潜热负荷:除湿系统承担潜热负荷:除湿系统承担显热负荷:地下水承担显热负荷:地下水承担电负荷:电负荷:BCHP+学校电网学校电网热负荷:热负荷:BCHP承担承担电负荷:电负荷:BCHP+学校学校电网电网方案方案B BCHP除湿系统除湿系统电制冷机电制冷机潜热负荷:除湿系统承担潜热负荷:除湿系统承担显热负荷:电制冷机承担显热
18、负荷:电制冷机承担电负荷:电负荷:BCHP+学校电网学校电网热负荷:热负荷:BCHP承担承担电负荷:电负荷:BCHP+学校学校电网电网方案方案C 学校热网学校热网电制冷机电制冷机潜热负荷:电制冷机承担潜热负荷:电制冷机承担显热负荷:电制冷机承担显热负荷:电制冷机承担电负荷:学校电网电负荷:学校电网热负荷:学校热网热负荷:学校热网电负荷:学校电网电负荷:学校电网BCHP:热电冷三联供系统:热电冷三联供系统确定方案确定方案B为实施方案:为实施方案:CO2减排减排1220吨吨/年年SO2减排减排5178kg/年年NOX减排减排2900kg/年年Soot减排减排2079kg/年年注:对比国内常规公共建
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