毕业设计住宅建筑耗热量分析及节能建筑设计建议Word格式.docx
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Shouldtrytoadoptenergy-savinglightslopingroof,Drainagecaneffectively,butalsotheeffectivethermalinsulation,Strictcontrolofbuildingshapefactor,canreducebuildingenergyconsumption,thestructurecanalsoreducethecost;
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住宅建筑耗热量分析及节能建筑设计建议
引言
随着人类社会的不断发展，能源问题已成为当今世界的一大问题。
特别是进入21世纪以来，能源的消耗已影响到今后的可持续发展。
因此，节约能源势在必行。
据不完全统计，全世界有近30%的能源消耗在建筑物上。
我国在近几年的国民经济发展中，房地产开发行业已成为支柱产业。
但是，现在正开发建设的住宅及已建好的住宅中，能源的消耗比其他行业能源的消耗大很多。
建筑能耗包括建造能耗与使用能耗两大部分，涵盖了建筑工业与建筑使用的各个方面，范围很广。
在发达国家，一般都把建筑使用能耗作为建筑能耗与工业、农业和交通运输等行业的能耗并列，共属于民生能耗，作为统计和评价其在全国总能耗中所占比例的依据。
建筑能耗在各国总能耗中所占的比例是不同的，一般为30%～40%，比重很大。
为此建筑节能就为世界所有国家所关注，而且把建筑节能的范围定义为减少建筑节能使用过程中的能耗。
根据十五大提出的“下世纪中叶我国经济发展达到中等国家的经济水平”的战略目标，我国的能耗供应与生产面临着十分严峻的形势。
由于现有的建筑能耗方式和水平十分落后，能源浪费十分严重，建筑单位面积能耗仍是与我国气候相近的发达国家的3～5倍，全国城镇居民每人每年使用能源的支出已增长到240元以上，超出了用于住房的支出。
随着未来人口的增加和人民生活水平的提高以及气候变化等因素，建筑能耗必将大幅度增长，在全国总能耗中的比重也会越来越大，加之我国的能耗结构是以煤为主，环境污染严重。
建筑能耗将直接影响社会经济的发展、大气的污染程度、建筑热环境的舒适质量和整个建筑业的发展。
所以国家建设部将建筑节能列为全国建筑领域一项艰巨而紧迫的战略性任务，制定了相关的政策、法规，限制能耗水平，鼓励相关的技术开发，加强管理与监督，加强合作与协调，以推进建筑节能技术的不断深入和完善，建筑节能给建筑规划设计带来了新的课题，也给新型建材的发展提出了新的要求。
由此使建筑物尽可能少的消耗不可再生能源，是缓解我国能源紧缺矛盾，改善人民工作生活条件，减轻环境污染，促进经济可持续发展的必不可少的途径和措施。
建筑是凝结着人类文明历史与科学技术的智慧结晶，其本身也是个复杂综合体，一个城市建筑业的发展同时标志着它的综合实力和社会精神面貌。
为了能与社会发展、时代步伐相适应，建筑学专业的基本理论知识、设计技能技巧以及设计构思等课题已日益受到关注。
随着现代化科技和建筑艺术的进步，很多新的建筑设计理论在实践中不断产生。
其中节能建筑设计更是建筑学专业所研究探索的重点之一。
1建筑能耗分析
能源问题是当前世界各国普遍重视的问题,已成为人类生存、发展面临的四大问题之一。
随着我国经济的快速发展,能源供应出现了紧张局面。
由于新能源的开发在短期内难以起到缓解能源供应紧张的作用,因此,世界各国普遍重视节能研究与应用。
我国也将节能工作作为经济工作的长期重要任务。
在世界各国的能源消耗中,建筑能耗所占比例很大,约为总能耗的25%至40%。
世界各国都将建筑节能工作列为节能工作中的重点。
我国的建筑节能工作近些年也取得了长足进展，但与发达国家相比，还有相当大的差距。
这不仅表现在我国单位建筑面积能耗还很高及能源利用率很低（我国33%，欧美平均50%，日本57%），也表现在我国对建筑设计中的节能问题的系统研究较少。
因此,加强建筑节能研究、应用和推广工作意义极为重大。
节能建筑研究及应用是一项系统工程,涉及建筑材料、建筑构造、建筑设计、建筑设备、节能标准、节能政策、节能教育等诸方面。
其中,建筑设计中外墙平均传热系数Km值的大小，对建筑物耗能量即建筑节能效果影响极大。
所以，我国于1996年施行的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）对Km值做出了具体、明确的限定。
其中，住宅建筑节能是一个综合性的问题，它涉及到自然地理环境、小区规划、建筑设计以及居民使用方式等多种因素。
1.1住宅建筑耗热量的含义
建筑能耗系指建筑在使用过程中的能量消耗，主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事燃料、家用电器和热水供应等能耗，其中以采暖和空调能耗为主。
目前，建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为中国能源消耗的三大“耗能大户”。
尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，呈急剧上扬趋势。
建筑的能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等）约占全社会总能耗的28%，其中最主要的是采暖和空调，占到20%。
而这“28%”还仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源（占全社会总能耗的16.7%），和建筑相关的能耗将占到社会总能耗的46.7%。
现在中国既有的约430亿平方米建筑中，只有4%采取了能源效率措施，单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。
根据测算，如果不采取有利措施，到2020年中国建筑能耗将是现在的3倍以上。
因此，建筑节能已迫在眉睫，要把节能建筑工作放到贯彻科学发展观、全面建设小康社会、保证国家能源安全、实施可持续发展的战略高度来认识。
1.2我国建筑能耗现状
对于建筑节能，国外已非常重视。
他们投入大量的人力物力进行资源的回收利用、新能源的开发利用、开发纸建筑等等。
而我国建筑节能工作与发达国家相比起步较晚，能源浪费十分严重。
例如：
我国的建筑采暖耗热量与国外相比:
外墙是发达国家的4～5倍，屋顶为2.5～5.5倍，外窗为1.5～2.5倍，门窗透气性为3～6倍，总耗能是3～4倍。
如果听任高耗能建筑大行其道，建筑耗能增长的速度将远远超过我国能源生产可能增长的速度，国家的能源生产势必难以长期支撑这种浪费型需求，从而不得不组织大规模的旧房节能改造，为此必将耗费更多的人力和物力。
另外，每年新建和改建的几千万栋建筑要消耗掉几十亿吨木材、砖石和矿物材料，造成森林的过度砍伐，从而导致土地的破坏、植被的退化、物种的减少和自然环境的恶化。
所以，我们必须实施有效的节能措施来加强住宅建筑的节能。
我国目前建筑能耗占总能耗的28%。
现在的住房面积约有400亿平米，而能耗达到节能标准的只有百分之零点几，新建的也只有15%达到节能标准，所以这方面今后有着巨大的空间。
如：
执行新的国家节能标准以前，北京的能耗每平米约为31.7瓦，哈尔滨为33.7瓦，而瑞典、丹麦的数字约为11瓦。
实行新标准以后，北京为20.6瓦，哈尔滨为21.9瓦。
也就是说，如完全执行新标准，起码能降低35%的能耗。
1.3我国建筑能耗发展趋势
目前，我国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，以现在的建设速度发展，预计到2020年，全国高耗能建筑的面积将达到700亿m2，如果延续目前的建筑能耗状况，每年将消耗1.2万亿度电和4.1亿吨标煤，接近目前全国建筑能耗的3倍，加之建材的生产能耗16.7%，约占全社会总能耗的46.7%。
同时，随着人民生活水平的逐步提高，对住宅的舒适度要求也越来越高，将增加采暖和空调设施，建筑能耗必将大幅度增加，建筑能耗占总能耗的比重也会越来越大。
尤其我国北方城镇采暖能耗、大型公共建筑能耗以及长江流域取暖能耗将使我国建筑节能形势更加严峻。
结合国际上建筑节能发展的大趋势，从我国国情、国力出发，照顾到需要与可能，既考虑已有的工作基础和有利条件，又估计到面临的困难与问题，既积极进取，又留有余地，力求使发展目标切实可行。
必须使节能建筑能耗与改善热环境互相结合，要在逐步改善建筑热舒适条件下节约能源，也只有做到节约能源才有可能改善热舒适条件。
我国是一个经济快速增长、人口占世界20%的大国，也是能源相对匮乏的大国，已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国，目前我国每年建成房屋面积已超过所有发达国家一年建成建筑面积的总和。
建筑在生产和使用过程中要消耗全球资源中能源总量的50%，产生的污染也十分惊人。
随着经济社会的发展，在未来5~10年内我国建筑在使用过程中其能耗占社会总能耗的比例将由现在27.8%上升到35%以上（发达国家目前约为30%~45%）。
因此建筑耗能状况是牵动社会经济发展全局的大问题。
由于保温隔热差、采暖系统效率低，我国建筑面积采暖平均能耗是相同气候条件下世界平均值的3倍。
据专家预计到2020年底，我国城乡房屋建筑面积有望达到686亿平方米，那时我国仅建筑耗能一项就将接近11亿吨标准煤/年（相当于2000年全国一次性能源总产量），空调高峰负荷则相当于10个三峡电站满负荷供电！
如果从现在开始全面强制实施建筑节能设计标准，到2020年全国建筑能耗可减少3.35亿吨标准煤，空调高峰负荷可减少约8000万千瓦时（大约接近4.5个三峡电站满负荷，相应可减少电力建设投资约6000亿元）。
因此，我国建筑节能工作既面临繁重的压力和挑战，同时又蕴含着巨大的机遇和潜力。
我国每年新增建筑面积18亿至20亿平方米，民用建筑节能潜力很大。
通过测算，我国建筑节能的市场规模非常大，目前有1.5万亿元的市场规模，这个市场规模还会增长。
因为建筑节能涉及到的范围越来越广泛。
一是建筑节能从建筑本身的设计建造延伸到整个建筑的全周期，从建筑的设计、施工一直到建筑的使用、拆除整个寿命周期；
二是建筑节能涉及到节材、节水、节地，还要节约运行费用，所以它的范围越来越广，市场规模也在扩大。
2建筑能耗影响因素
根据建筑功能要求和当地的气候参数，在总体规划和单体设计中，科学合理地确定建筑朝向、平面形状、空间布局、外观体型、间距、层高，选用节能型建筑材料，保证建筑外围护结构的保温隔热等热工特性，对建筑周围环境进行绿化设计，设计要有利于施工和维护，全面应用节能技术措施，最大限度减少建筑物能耗量，获得理想的节能效果。
影响住宅建筑耗热量指标主要有以下几个因素：
2.1围护结构的传热系数
即在两侧单位空气温差情况下，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量。
围护结构的传热系数愈小，表明其保温性能愈好。
加强围护结构的保温，减小传热系数，对降低建筑物耗热量指标有重要作用。
2.2窗墙面积比
即窗户面积与窗户面积加上外墙面积的比值。
在采用一般的单层和双层窗且不设保温窗帘的情况下。
增大窗墙面积比，通常对降低建筑物耗热量指标不利。
向阳面窗户，由于有太阳辐射热进入室内，可以适当增大窗墙面积比，而北向窗户应以满足采光要求为度。
根据不同朝向，将窗墙面积比控制在合理范围内，以利于降低建筑物耗热量指标和降低工程造价。
在建筑物轮廓尺寸和窗墙面积比不变条件下，耗热量指标随围护结构的传热系数的降低而降低。
采用高效保温墙体、屋顶和门窗等，节能效果显著。
在寒冷地区采用单层窗、严寒地区采用双层窗或双玻窗条件下，加大窗墙面积比，对节能不利。
2.3建筑朝向和平面形状
朝向变化使通过窗户进入室内的太阳辐射热随之变化。
从而影响建筑物耗热量指标。
对于板式住宅来说。
朝向变化对耗热量的影响较大。
例如同一幢3个单元4层住宅楼，东西向的耗热量指标比南北向的要增加5.5%左右。
同样形状的建筑物，南北朝向比东西朝向的冷负荷小，因此建筑物应尽量采用南北向。
如对一个长宽比为4:
1的建筑物，经测试表明，东西向比南北向的冷负荷约增加70%。
在建筑物内布置空调房间时，尽量避免布置在东西朝向的房间及东西墙上有窗户的房间以及平屋顶的顶层房间。
因此，选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能技术措施。
建筑物的平面形状，应在体积一定的情况下，采用外围护结构表面积小的建筑。
因为外表面积越小，冷负荷越小，能耗就越小。
多层住宅东西向的比南北向的，其耗热量指标约增加5.5%。
高层住宅，层数在10层以上时，耗热量指标趋于稳定。
高层住宅中，带北向封闭式交通廓的板式住宅，其耗热量指标比多层式住宅约低6%。
在建筑面积相近条件下，高层塔式住宅的耗热量指标比高层板式住宅约高10%~14%。
体形复杂、凹凸面过多的塔式住宅，对节能不利。
建筑物入口处设置门斗或采取其他避风措施，有利于节能。
2.4合理规划空间布局及控制体型系数
如果是依靠自然通风降温的建筑，空间布局应比较开敞，开较大的窗口以利用自然通风。
而设有空调系统的建筑，其空间布局应尽量紧凑，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷。
体形系数的定义是建筑物外表面积S与其所包围的体积之比值。
对于相同体积的建筑物，其体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越大。
随着建筑层数和单元数的减少，体形系数变大，耗热量指标急剧增长。
平房和低层建筑其体形系数较大，建筑物耗热量指标要比多层建筑的高50%-60%。
此外，单幢小体量和平面布置凹凸多变的建筑，其体形系数也较大，对降低耗热量指标不利。
研究表明，体形系数每增大0.01，能耗指标约增加2.5%。
因此，出于节能的考虑，在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。
但如果出于造型和美观的要求需要采用较大的体形系数时，应尽量增加围护结构的热阻系数。
2.5换气次数
即建筑物单位时间内通过缝隙渗入室内的空气量与换气体积的比值，单位为L/h。
从节能要求出发，换气次数愈小愈好；
但从卫生要求出发，换气次数不宜过小。
我国至今尚无居室卫生标准。
参考原苏联的规定，居室换气次数为（0.5~0.75）/h。
按我国一套两居室单元住宅平均居住人口3.5人。
居住面积约35m2，净高2.55m，则人均占有居室容积25.5m3，因此，可以认为取换气次数N=0.5/h，已能达到对室外新鲜空气需要量的最低值。
2.6楼梯间
楼梯间是否采暖，是否设置门窗，对耗热量指标也有影响。
在我国目前情况下，除严寒地区楼梯间设置采暖外，在一般寒冷的地区。
住宅中的楼梯间普遍不采暖，有些地区甚至不设门窗，而采用开敞式楼梯间。
在楼梯间隔墙传热系数较大的情况下，通过楼梯间隔墙和户门的耗热量指标约占全部耗热量指标的13.5%~19.5%。
如果楼梯间采暖。
则耗热量指标约可下降4.8%；
如果楼梯问不设置门窗（即开敞式楼梯间），则耗热量指标约上升10%。
综上所述，为了有利于节能和改善热环境，以及降低造价，在采暖住宅建筑中，应尽量避免建造单元少，特别是点式平面的低层住宅；
朝向宜采用南向和接近南向，尽量避免东、西向；
严寒地区的采暖楼梯间应设置避风门斗；
门窗应有较好的密封性；
窗墙面积比应予以控制；
高层住宅宜建带封闭式交通廊的板式住宅，不宜建凹凸面过多，体形复杂的塔式住宅。
3典型建筑、构件材料分析
节能建筑是一项复杂的系统工程，涉及规划设计、建设施工、建筑节能产品等多个环节，甚至延续整个建筑的全周期。
因此，推行建筑节能性能认证和公示制度，不仅可以正确评价建筑物的节能效果，推动建筑节能市场的形成和产品结构调整，提高资源利用效率，而且可以带动建筑业及相关产业的快速发展。
3.1民用住宅建筑节能技术要点
我国国土面积大，不同地区和类型的建筑物热环境要求不同，节能措施也就不同。
民用建筑在总平面布置时迎风面一侧不宜布置过多的高大附属建筑物、构筑物，进风面应与夏季主导风向成60°
~90°
角，一般不宜小于45°
角。
设计时应充分利用自然通风改善室内空气环境，尽量减少室内环境控制的能耗，建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房间宜避开冬季主导风向。
建筑物体形系数宜控制在0.3及0.3以下，控制民用建筑物的窗墙面积比。
随着我国每年约10亿平方米住宅、商业等民用建筑的建成投用，建筑能耗占总能耗的比例已从1978年的约10%上升到2002年的26.5%，而根据发达国家的经验，随着人民生活质量的改善，这个比例还将上升到35%～40%。
3.2具体工程实例分析
3.2.1工程概况
本工程为6层4单元住宅楼，砖混结构，8度抗震设防，建筑总面积为4607.58m2（含阳台面积670.44m2，门斗14.4m2，闷顶面积231.00m2）。
建筑外表面积为3485.58m2，建筑物体积V0=10854.06m3，南、北面窗墙比分别为43.58%，25.16%。
建设地点为沈阳市。
该建筑节能50%以JGJ26—95民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）为基础计。
其外围护结构的做法为：
⑴墙体：
①砖混结构外围护砖墙采用240厚黏土多孔砖，轴线中分外墙，机械固定粘贴聚苯乙烯保温板80厚保温系统。
②砖混结构阳台围护墙采用200厚加气混凝土砌体墙，轴线中分。
⑵门、窗：
①花园门采用钢质门。
②窗采用单框双玻塑钢窗。
③该住宅建筑采用飘窗做法。
⑶地下室及屋顶：
不采暖地下室板用55芯厚单面钢丝网架聚苯板作底模与楼板钢筋可靠连接与楼板同时浇筑。
上人平屋面做法：
由上而下：
①40厚C20细石混凝土保护层；
②3厚麻刀灰隔离层；
③3厚SBS改性沥青卷材防水；
④30厚C20细石混凝土找平层；
⑤碎石加气混凝土找坡2%最薄处为30厚；
⑥170厚聚苯板保温层；
⑦沥青玛碲脂隔汽层；
⑧结构层面板100厚随打随磨光。
坡屋面做法除碎石加气混凝土找坡2%最薄处为30厚外同平屋面做法。
3.2.2该建筑每平米传热耗热量和每平米标准耗煤量计算理论
⑴建筑物耗热量指标的计算公式
QH=QHT+QINF-QIH
式中QH———建筑物耗热量指标（W/m2）；
QINF———单位建筑面积的空气渗透耗热量（W/m2）；
QHT———单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量（W/m2）；
QIH———单位建筑面积的建筑物内部得热（包括炊事、照明、家电和人体散热），住宅建筑，取3.80（W/m2）。
⑵单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量计算公式
QHT=（Ti-Te）（ΣεiFiKi）/A0
式中εi———围护结构传热系数的修正系数；
Fi———围护结构的面积（m2）；
Ki———围护结构的传热系数[W/（m2·
K）],对于外墙应取其平均传热系数；
Ti———全部房间平均室内计算温度，一般住宅建筑，取16℃；
Te———采暖期室外平均温度（℃
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