节能别墅设计.docx

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节能别墅设计

武汉理工大学土木工程与建筑学院

2013学年第二学期

设计题目：

武汉小别墅设计

学院：

武汉理工大学土建学院

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

日期：

2013年7月

摘要

建设资源节约型社会，是我们国家实现可持续发展目标而做出的战略决策。

节约能源是资源节约型社会的重要组成部分。

我国建筑用能已经超过全国能源消费总量的1/4，并将随着人民的生活水平的提高逐步增加到1/3以上，由此表明建筑用能是节能潜力非常大。

本建筑在设计的过程中力求保证其在全寿命周期内做到节水、节地、节材、节电，并且保护环境，提高能源的利用率。

为了达到这一目的，在设计的过程中重点考虑了建筑原材料的选择，建筑朝向、体型系数、窗墙比的合理控制，热工性能的设计，自然光自然风的合理利用，采暖和空调设备的合理选型，以及绿色照明的设计。

在满足人们对于建筑基本使用功能需求、舒适性、健康安全的需要的全前提下，最大限度的减少能源的使用，同时减少碳排放，实现建筑的绿色理念。

关键字：

建筑节能；全寿命周期；功能需要；绿色

Abstract

Buildingaresources-savingsocietyisournation'sstrategicdecisionstoachievesustainabledevelopmentgoals.Conservationofenergyisanimportantpartofaresources-savingsociety.Chinahasalreadyexceedthetotalnationalenergyconsumptionforbuildingone-fourth,andwiththeimprovementofpeople'slivingstandardsandgraduallyincreasedtoone-thirdpercent,whichindicatesthatthepotentialofbuildingenergysavingcanbeverylarge.

Thisconstructioninthedesignprocesstoensurethatinitstotallifecyclesavingwater,landandmaterials,energy-savingandprotectingtheenvironment,improvingenergyutilization.

Toreachedthisgoal,indesignofprocessinthefocusconsiderhasbuildingrawmaterialsofselect,buildingtowards,andsizecoefficient,andwindowwallthanofreasonablecontrol,hotworkersperformanceofdesign,naturallightnaturalwindofreasonableusing,heatingandairconditioningequipmentofreasonableselection,andgreenlightingofdesign,inmeetpeopleforbuildingbasicusingfeaturesneeds,andcomfortablesexual,andhealthsecurityofneedsoffullpremise,maximumofreducedenergyofusing,whilereducedcarbonemissions,achievedbuildingofgreenconcept.

Keyword：

Buildingenergyefficiency；Intotallifecycle；Functionalrequirements；Green

1、建筑方案

建筑风格方案的确定

本住宅的造型风格采用现代简约风格，注重绿色设计和节能设计，同时也提高住在的品味，注重健康时尚，注重合理节约科学消费。

本小别墅依山傍水，可以充分利用湖水和小山做景观，同时利用水陆风，在过度季节改善室内热环境。

详细的效果表现见效果图。

2.单体建筑的设计

平面的设计

建筑平面的功能分析

建筑朝向为坐北朝南，一层主要设置有厨房，餐厅，客厅，一个次卧室，卫生间等。

二层设置主卧室，次卧室，书房。

主卧室、书房、卫生间连在一起。

主卧室是朝北的，北向的光线稳定，而且较为融合，适合居住和养生。

三层主要设置储物间，娱乐室，卫生间，次卧室等。

使用房间的设计

1.房间尺寸的要求

满足良好的天然采光要求。

一般单侧采光是进深不大于窗上口到地面距离的两倍，双侧采光时进深可较单侧采光时增大1倍。

窗户的设计同时满足窗地比的要求。

办公室不小于1/5，卫生间不小于1/10。

经济合理的结构布局。

该建筑采用框架结构，框架结构房屋的进深一般不大于9米。

尽量统一同一类型的房间的开间尺寸。

满足建筑模数协调统一标准的要求。

房间的开间和进深一般以3M为模数。

交通联系部分设计

走道宽度为米满足设计要求。

平面图、立面图、剖面图、效果图的图纸

见图纸部分。

3.建筑围护结构节能设计与模拟

日照分析

规范要求

《武汉市建筑日照规划管理办法（试行）》第七条项目用地内或用地周边涉及下列建筑类型的，需进行建筑日照分析。

（一）住宅；

（二）医院病房楼；

　　（三）中小学校教学楼；

　　（四）托儿所、幼儿园及其室外活动场所；

　　（五）宿舍；

　　（六）疗养院疗养室。

第八条建筑日照应当满足下列标准：

（一）住宅建筑应满足大寒日不低于2小时的日照标准。

办公建筑对日照没有太多的要求，本建筑按照住宅建筑的要求做的设计。

日照软件的模拟

1、日照分析次序和方法　　　　

日照分析主要采用沿线分析、区域分析、立面分析、窗户分析、阴影分析、日照等时线等方法。

采用天正日照进行模拟。

2、日照分析技术参数

地理位置：

武汉市，东经114°17′，北纬30°38′；

分析节气：

大寒日/冬至日；

有效时段：

按日照标准确定，大寒日为8：

00～16：

00，冬至日为9：

00～15：

00；

时间统计方式：

累计；

时间间隔：

5分钟；

采样点间距：

1米×1米；

满窗设置：

窗户中心点照到为满窗。

1、窗户分析

从表中可以看出，半数以上的窗户在冬至日当天的日照时数徐晓宇两小时，满足日照要求。

2、多点分析

从上表中可以看出，南向日照时数为6，东西向日照时数为3~6小时，北向为0小时，除北向区域之外，其他部分都有很好的光照条件。

采光分析

居住建筑的采光要求如下：

下面采用ecotect进行一层的采光模拟，选择全日光照明，天空情况为多云，天空照度为8500勒克斯。

模拟的效果如下图所示：

有模拟图片可以看出，一层各个房间的采光系数均大于1%，满足采光要求。

自然通风

1、自然通风的分类：

风压通风和热压通风。

建筑内部的自然通风的动力主要有风压和热压，当入风口与出风口的高度差相同时，自然通风的动力主要是风压。

利用热压的能量进行通风也叫烟囱效应。

热压的形成需要入风口与出风口有一定的高度差和空气密度差。

并且，两个竖直风口之间的温差大于两个通风口之间的室外温差是，烟囱效应才会把室内的空气排出室外。

本建筑南北向都设置了窗户，而且建筑建筑的南面有一片水域，过度季节的时候很容易形成水陆风，为室内降温，提高室内的舒适性能。

在夏季时武汉的气候较为恶劣，仅仅使用自然通风不足以保证室内的热舒适性能，采用开窗换气。

在总平面图的设计之中，在别墅的北面和西面种樟树，在冬季起到有效的挡风的效果。

维护结构热工设计

维护结构热工性能的规范要求

围护结构的构造设计

1外墙。

外墙采用外墙外保温系统。

保温材料采用挤塑型聚苯乙烯板。

构造图如下：

2、屋面。

屋面采用倒置型屋面，保温材料在防水材料的上表面，可以有效的延缓防水层老化的进程，延长其使用年限；在保温层上面覆盖卵石等有一定吸水能力的材料夏天雨后可以通过水分的蒸发给屋顶降温。

屋面的构造如下图：

3.地面和楼板。

地面在一楼靠近外墙内边线两米以内做保温地面，各层楼板采用保温楼板，保温材料采用聚苯乙烯板。

构造如下图所示：

4.窗户的遮阳。

本别墅采用水平遮阳。

体型系数、窗墙比。

各种构造的计算见第四章节能计算书。

4、节能计算报告书

节能计算书见附录。

5、建筑技术节能设计

机电系统技术方案与设备节能

项目目前还处于方案设计阶段，设备系统还没有最终确定，拟采用的设备系统主要包括暖通系统、给排水系统、电气系统。

暖通方案与设备节能

1.设计依据

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

《转速可控型房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》GB21455-2008

《能源效率等级对应的制冷综合性能系数指标》

《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003

2.房间负荷的计算，冷负荷为，热负荷为,详细计算见附录。

3.空调系统的选择

本别墅采用太阳能空调系统。

以太阳能作为热源，对建筑进行采暖和空调以及制备生活热水，末端装置为辐射板，采暖空调的方式为地板辐射采暖和供冷，不设新风系统，房间自行开窗通风。

太阳能空调的原理图如下：

4,系统的选型。

太阳能空调系统产品参数如下图所示：

选择VSOAC010-SG（O）型系统，制冷量为10千瓦，太阳能集热器面积为30㎡，一般阳光下足以满足室内采暖、空调、热水所需在冬天没有太阳时，辅助天然气为燃料。

吊顶辐射板如下图所示：

给排水系统方案与设备节能

a.设计依据

《武汉城市圈低能耗居住建筑设计标准》DB42/T559-2009

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）

《民用建筑节水设计标准》GB50555-2010

《建筑设计防火规范》GB50016-2006

《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-20012005

《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005

b.给水系统

1．给水管网：

根据办公建筑用水量估算，拟从市政管网引入2根DN200的给水管，并成环状布置，提供办公楼生活与消防用水。

2．给水方式：

本项目地下层至地上3层生活用水、道路和绿化用水均直接由区内给水管网提供。

3．室外给水管材采用钢丝网骨架管材材管件，其公称压力；室内给水干管采用建筑给水用钢塑复合管；住宅户用水表或分水器后的给水管材采用共聚丙烯PP—R管。

4．生活水池（箱）和供水系统采取严格的防污染措施，并定期或不定期的对水质进行检测，对生活水池（箱）和供水设备进行定期或不定期的（检测不达标）清洗和消毒；水箱溢流管出口处设防虫网罩，防止昆虫及小动物进入水箱。

水箱入孔加密闭门并上锁，防止人为因素污染饮用水。

c.排水系统

1．排水方式

（1）卫生间污、废水合流；

（2）各屋面雨水排水合流；

（3）空调冷凝水排放管均设于室外空调板附近，冷凝水立管至底层后排至室外雨水明沟，为间接排放；

（4）室内污、废水管、雨水均采用U-PVC管；

（5）室外排水采用分流制，雨、污分流。

室外污水经化粪池处理后排至市政污水管；室外雨水分块汇合后排至市政雨水管；

电气系统方案

a.评估依据

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008

《建筑照明设计标准》GB50034-2004

《供配电系统设计规范》GB50052-2009

《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94

《低压配电设计规范》GB50054-95

《建筑设计防火规范》GB50016-2006

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）

《全国民用建筑工程设计技术措施（2009）》——电气

b.供配电系统

供配电系统设计的指导思想是贯彻执行国家的技术经济政策，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。

供配电系统主要依据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008、《评价企业合理用电技术导则》（GB/T3485-1998）等行业规范规程。

1．负荷等级

本项目消防用电、走道及楼梯照明、值班照明、警卫照明，客梯、排污泵、生活水泵用电等为一级负荷；其他为三级负荷。

2．供配电系统

本项目采用10KV高压电源供电，由就近开闭所供给。

低压配电采用放射式与树干式相结合方式，对重要负荷及消防负荷采用放射式供电；对于一般负荷采用放射式与树干式相结合的方式供电；变压器低压侧主结线采用单母线或单母线分段。

采用两台变压器单母线分段时主进开关和母线联络开关设连锁，平时两段母线分列运行，当任一台变压器故障退出运行时，联络开关闭合，由另一台完好变压器继续供电，保证二级以上负荷用电。

本项目供电采用220/380V三相四线PE保护线的TN-S系统，高层住宅干线以电缆为主，敷设在竖井内。

室外线路采用电缆穿排管敷设方式。

消防设施、应急照明等均为双电源双回路供电,在末端配电箱处自投。

具体高压配电方案由当地供电部门设计单位确定，本方案仅作为甲方和供电部门参考，并且施工图以供电部门设计图为准。

4.功率因数补偿

在变配电房低压侧设功率因数集中自动补偿装置，电容器组采用自动循环投切方式，要求补偿后的功率因数不小于。

并要求荧光灯、气体放电灯单灯就地补偿（建议采用节能型电感镇流器或电子镇流器），使其功率因数不小于。

c.弱电系统

本项目弱电设计内容包括电话通信系统、宽带网系统、有线电视系统。

1.电话通信系统

客厅和主卧分别按1对电话进行设计，电话插座盒嵌墙暗装，底距地米，电话通信系统布管布线由电话通信运营商负责监督实施。

3.宽带网系统

宽带均为市政局域网用户，主卧室按1路网络线进线设计，宽带网插座盒嵌墙暗装，底距地米，宽带网系统布管布线由宽带网运营商负责监督实施。

d.照明系统

照明设计依据国家规范《建筑照明设计标准》（GB50034-004）以及《武汉城市圈低能耗居住建筑设计标准》（DB42/T559-2009），满足《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》（GB19043-2003）和《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》（GB19044-2003）中能效等级为1级的要求。

根据使用场所和周围环境对照明的要求及不同电光源的特点，选择合理的照明方式。

在保证照明质量前提下，优先选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯具；建筑外公共空间设置照明自动控制系统，充分利用自然光。

符合节能标准。

1．照明功率密度值

照明的功率密度值按《建筑照明设计标准》的目标值及《武汉城市圈低能耗居住建筑设计标准》（DB42/T559-2009）第取值。

见表3-9。

表3-9建筑照明功率密度、灯具一览表

区域

照度（LX）

照明功率密度（W/m2）

照明灯具

住宅

150

6

紧凑型荧光灯

2．荧光灯具

按《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）第中规定选型。

荧光灯灯具的效率要求见表3-10。

表3-10荧光灯灯具的效率要求

灯具出光口形式

开敞式

保护罩（玻璃或塑料）

格栅

玻璃

磨砂、棱镜

灯具效率

75%

65%

55%

60%

3.镇流器

表3-11是荧光灯用镇流器性能表。

从表中可知，电子镇流器的功率因数最高。

根据《武汉城市圈低能耗居住建筑设计标准》（DB42/T559-2009）第，本项目采用高频电子镇流器或节能型电感镇流器。

高频电子镇流器的功率因数不应低于，电感镇流器的功率因数不低于，镇流器电源输入电流谐波含量符合国家现行规定。

表3-11荧光灯用镇流器性能对比表

比较对象

节能型电感镇流器

电子镇流器

自身功率（W）

<5

3-5

寿命（年）

15-20

5-10

灯光闪烁度

有

无

系统功率因数

（不补偿）

以上

能效限定值BEF（36W）

节能评价值BEF（36W）

本项目的照明功率密度、所采用的灯具均符合《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）、《武汉城市圈低能耗居住建筑设计标准》（DB42/T559-2009）等标准规范的相关要求。

4.照明计算

1.房间参数

房间类别：

照度要求值:

功率密度不超过m2

房间名称：

主卧室；房间长度L:

m；房间宽度B:

；计算高度H:

m

顶棚反射比（%）：

70；墙反射比（%）：

50；地面反射比（%）：

10；室形系数RI:

2.灯具参数:

型号:

飞利浦TLD36W/29；单灯具光源数:

2个；灯具光通量:

2975lm

灯具光源功率:

；镇流器类型:

TLD标准型；镇流器功率:

3.其它参数:

利用系数:

；维护系数:

；照度要求:

；功率密度要求:

m2

4.计算过程：

参考标准：

《建筑照明设计标准》/GB50034-2004

计算方法：

利用系数平均照度法

（1）确定室空间RCR,地板空间比FCR

　RCR=5hrc（l+W）/（lw）=5**+/*=

FCR=hcc*RCR/hrc=*=

（2）确定ρcc,利用系数及修正值

ρ=[ρw*h*（l+w）*2+ρfc*l*w]/[h*（l+w）*2+lw]=[*3*（5+6）*2+*6*5]/[3*（6+5）*2+6*5]=

取则；

ρcc=ρc/[ρ+（1-ρ）]=查表得（ρcc1,U1）=,（ρcc2,U2）=,U=U1+（U2-U1）*（RCR-RCR1）/（FCR2-FCR1）=

（3）ρfc,Уρfc=,ρcc=,ρw=,RCR=3（ρcc1,У1）=,（ρcc2,У2）=,У=У1+（У2-У1）*（RCR-RCR1）/（RCR2-RCR1）=

（4）Eav=（Φs*K*У*U）*N/（l*w）=折算功率密度:

m2当的照明功率为m2是即可达到照明的要求，实际要求照度为300lx，实际要求照度功率密度为11W/m2，满足要求。

参考文献

[1]赵晓光，党春秋，邱志远．民用建筑产地设计．中国建筑工业出版社，2012．

[2]王立雄．建筑节能．中国建筑工业出版社，2009．

[3]彭一刚．建筑空间组合论．中国建筑工业出版社，2008．

[4]陆亚俊，马最良，邹平华．暖通空调．中国建筑工业出版社，2002．

[5]董晓峰．房屋建筑学武汉理工大学出版社，2008．

[6]夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准．JGJ134——2010,2010．

[7]建筑照明设计标准．JB50034——2004,2004．

[8]建筑外门窗气密性、水密、抗风压性能分级及其检测方法．GB/T7106-2008．