寒冷地区超低能耗住宅建筑节能设计探讨

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论文字数:72122 论文编号:sb2022030911311044723 日期:2022-03-16 来源:硕博论文网
本文是一篇建筑论文,本文根据研究项目实际情况,对多项围护结构的超低能耗设计方案进行组合,比较分析得到外墙为 320mm 岩棉保温板,屋顶为 180mm 挤塑聚苯板方案的节能效果和经济性更佳,投资回收期在 10 年以内,具有极大的发展潜力。

第 1 章 绪论

1.1 研究背景
1.1.1 自然环境与能源问题
近年来,由于生态环境遭到严重破坏,各类自然灾害频繁发生,并且随着经济、社会建设的不断进步,能源消耗日益增加。鉴于能源利用技术落后、效率较低,能源短缺等问题的出现,使得以煤炭为主的能源结构形式给城市带来严重的污染。能源危机、环境与经济发展之间的恶性循环,成为目前制约我国经济发展的主要问题。
实现我国经济及环境持续健康地发展,必须切实重视资源节约与环境保护。在能源建设方面,我国石油及天然气资源的分布不均,并且储备量远远不能满足需求,通过对不可再生资源的开发很难达到我国经济发展对能源的要求。因此,节能成为应对资源环境问题的重要举措,不仅仅要依靠“开源”措施,重视可再生资源的利用,减少对煤炭等不可再生资源的依赖,而且要采用“节流”措施来降低能源消耗,减少危害气体排放量。
从国际角度来看,建筑节能工作是发达国家应对能源问题、气候变化、实现可持续发展的重要抓手;对国内来说,推进建筑节能,实现建筑超低能耗乃至零能耗,是节能减排、应对气候变化、提高人居环境的重要手段之一。
从国内角度来看,目前我国人口总数是世界人口总数的 20%左右,庞大的人口基数决定着我国建筑面积总量远大于世界其他国家,建筑面积基数所带来的建筑能源消耗占据我国能源消耗中的重要比重。
建筑节能发展至今,我国小部分地区现阶段已经完全落实建筑节能 75%标准,还有一部分处于尝试性实施节能 75%标准,但也仍旧有部分落后地区还在实行建筑节能 65%的标准;节能水准远远低于欧美节能发展历史悠久国家,现阶段的节能水准仅相当于欧美国家九十年代的节能发展程度。
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1.2 研究的目的及意义
1.2.1 研究的目的
随着我国城市的飞速发展与经济的不断增速,建筑行业已跨入发展的快车道。为满足居民日益增长的工作、居住环境要求,城市建设迎来了节能改造等诸多更新转型挑战。我们应挖掘未来建筑行业的巨大潜力,在顺应社会发展的同时,积极考虑如何解决能耗问题,是建筑行业未来发展研究的重中之重。
超低能耗住宅建筑在寒冷地区建筑中的应用案例并不完备。本论文通过对国内外超低能耗建筑及其应用技术进行研究分析,将适应我国的节能技术措施与适宜寒冷地区气候特征的超低能耗住宅建筑技术理论相结合,运用模拟设计建筑模型计算探究适合北方寒冷地区的超低能耗住宅建筑,分析建筑节能情况以及居住环境舒适度;研究在节能标准下对建筑改造中采光、日照间距、容积率等因素的影响。并探究超低能耗住宅建筑单体在总体规划中的优化措施,对不同材料与技术组合条件下建筑能耗进行模拟分析,探寻超低能耗住宅建筑的最优方案,并分析其经济效益。论文主要研究目的概述如下:
(1)通过梳理分析国内外超低能耗住宅建筑设计相关理论基础和项目成果案例,分析寒冷地区适用的超低能耗住宅建筑理念与节能技术措施,为模拟研究提供依据。
(2)运用软件进行建筑模型模拟计算。对现行国家节能标准下模型数据进行能耗分析研究。根据数据发现当前节能标准下既有住宅建筑的实际问题,分析各项指标对建筑能耗的影响,从采光、日照间距、容积率等方面对既有住宅建筑进行优化设计,并提出优化改造措施,解决当下住宅建筑面临的现实问题。
(3)针对我国超低能耗住宅建筑项目较少的情况,运用软件对现有住宅建筑项目进行超低能耗模拟计算。分析区域规划内超低能耗设计运行情况,并对总体设计进行合理优化,提出超低能耗运行下的最优住宅建筑设计方案,并针对未来城市超低能耗住宅建筑节能转型提出合理建议。
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第 2 章 超低能耗住宅建筑相关基础理论

2.1 超低能耗住宅建筑概述
2.1.1 超低能耗住宅建筑相关理论
随着当今社会全球性的气候与环境变化,低碳节能的发展的概念从提出到现在已经普及全球范围内的各行各业。对于建筑领域来说,西方部分发达国家与一些发展中国家都纷纷提出“超低能耗建筑”概念,并以此为基础建立中期甚至长期的建筑领域规划发展目标;在此期间相关的节能技术路线与各国不尽相同的政策法规文件也应运而生。由此,基于“超低能耗建筑”概念下的一系列节能性建筑如被动房、低能耗住宅、超低能耗住宅、零能耗住宅等建筑如雨后春笋,在全球各处遍地开花。
西方部分发达国家与一些发展中国家目前虽然对超低能耗建筑发展进行了一系列探索,对超低能耗节能技术制定了一系列相关标准,但是各国之间只针对自身进行概念定义,全球目前并没有对超低能耗理念下衍生出的低能耗、超低能耗、近零能耗等进行清晰的概念划分。
虽然如此但各国仍旧在超低能耗建筑领域不断探索前进,首先便是对节能标准的制定与优化历程,部分西方发达国家最初研究采用“绝对值法”来衡量建筑超低能耗水平;随着时间的推移,一些国家摸索探究出利用“目标法”来衡量超低能耗水平的新方法,这也是建筑节能的标准也在不断发展提高的过程。
我国的建筑节能也在摸索中不断前进,历经三十年变化发展,我国现阶段建筑节能已经提高到 75%的设计要求,这一标准正在全国范围内普及。也正因如此我国超低能耗建筑发展迅猛,无疑是当下我国建筑节能工作关注的重点技术之一,鉴于此,同时也是未来我国建筑领域发展的研究重点。
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2.2 被动式住宅建筑
2.2.1 被动式住宅建筑概念
(1)概念与特点
被动式房屋是一种国际认可的新型节能工程概念。被动式房屋又称被动式超低能耗节能建筑,是一种融合了高舒适性的节能工程。之所以称其为被动式住宅,主要是因为它不像传统的加热和制冷那样需要主动从外部请求资源,可以直接使房屋保持恒温,湿度和氧气不变,全年都有良好的照明条件。在正常情况下,室温可以保持在约 25 度,从而减少了冬季供暖和夏季制冷所需的能源消耗。被动式住宅还可以提高保温隔热性能。空气系统实现了冷热的循环利用,其中热循环应用的 75%和项目节能的 93%均能达到环保和绿色的效果。
目前,国际社会对被动式住宅的设计要求是:夏季室内温度应低于 25℃,冬季寒室内温度应高于 20℃。在相对湿度为 40%-60%的房间内,被动式建筑的门窗上不可凝水结露。在我国被动式房屋的设计和建造过程中,主要利用相关技术手段和设备,有效地连接自然通风,自然阳光收集,自然阳光辐射及相关的室内采暖设备。通过使用相关自然资源来满足房屋和建筑物的能源消耗,最终减少能源消耗,实现节能效果。
(2)节能方式
目前被动房屋的节能方法有两种,一种是在施工过程中严格控制建筑材料,施工方法和围护结构,这一过程直接避免在施工过程中造成过多的能源消耗。当使用这种方法进行节能建筑时,需要严格注意项目监控,在建筑物安全的前提下进行适当的节能建筑。
节约能源的另一种方法是通过建筑师实际测量建筑区域的自然条件,根据建筑物的要求进行适当的设计,以使建筑物内部的采暖功能在自然光线和炎热天气下通风。依此类推,从根本上降低能耗。
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第 3 章 现阶段住宅建筑节能计算实例....................................43
3.1 项目概况.....................................43
3.1.1 项目简介.............................43
3.1.2 青岛地区气候特征...........................44
第 4 章 超低能耗标准下住宅建筑节能设计..................................71
4.1 研究项目模型变参数分析....................................71
4.1.1 变参数节能计算...................................71
4.1.2 超低能耗标准参数设置..................................73
第 5 章 总体布局方案优化与分析...............................103
5.1 超低能耗设计方案总体规划分析....................................103
5.1.1 超低能耗标准下总体规划分析与比较.........................103
5.1.2 总体规划日照分析...........................105

第 5 章 总体布局方案优化与分析

5.1 超低能耗设计方案总体规划分析
由于寒冷地区建筑能耗普遍高于全国水平,在进行超低能耗住宅建筑设计的时候需要合理选址及规划建筑朝向、建筑开窗等。同时要满足住宅建筑大寒两小时日照的基本要求,使建筑获得更多的太阳辐射热,降低建筑能耗水平。
在第四章超低能耗单体建筑的方案设计中,最终评价比选将外墙使用 320mm岩棉保温板,屋顶使用 180mm 挤塑聚苯板的设计方案作为最优设计方案进行总体规划分析。由于建筑单体外围护结构的变化,建筑总体的阴影遮挡关系和建筑群体间距页也发生了相应变化。
本节将利用日照分析软件,对研究项目重新进行日照模拟和优化设计,并进行相关分析。
5.1.1 超低能耗标准下总体规划分析与比较
研究项目原规划中,基地基本呈正方形,东西向 266m,南北向 244m。规划用地面积 56683.5 ㎡,总建筑面积 174111.23 ㎡,地上住宅建筑面积 98516.56 ㎡。总体布局规划三排高层住宅建筑,设计有 17 层高层(建筑高度约 50m)、20 层高层(建筑高度约 65m)、26 层高层(建筑高度约 76m)三种类型。周边配套设施中集体经济发展用房建筑面积 17128 ㎡,、社区公共用房建筑面积为 3342.66㎡,周边配套设施总建筑面积 20470.66 ㎡。研究项目总体规划按照超低能耗设计方案进行设计时,在住宅建筑户型不变,房屋使用面积不变的前提下,其总体规划中建筑面积增加。具体面积计算如下表 5-1 所示。
建筑论文参考
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第 6 章 结论与展望

6.1 结论
在建筑的发展过程当中,节能始终是降低能源枯竭速度的热点话题,同时也是减少建筑能源消耗的重要手段。目前我国超低能耗建筑的发展处于起步阶段,许多理论研究及项目实践大多参考国外成熟技术体系。
本文从建筑节能、被动房建筑、超低能耗基础理论出发,调研国内外示范建筑技术体系,通过对比分析实际项目的单体设计与总体规划得出以下结论:
(1)通过对寒冷地区住宅建筑实例现场调研与测量计算发现,部分地区住宅建筑能够达到节能 75%的标准要求,但距离超低能耗住宅建筑标准要求差距还很大,室内舒适度不够,采暖负荷较大,超低能耗住宅建筑仍旧是未来一段时间内建筑节能的主要研究发展方向。
(2)研究计算表明,高层住宅建筑可以通过具有针对性的多种节能方案组合满足超低能耗节能标准要求,以山东省青岛市住宅建筑为例,建议寒冷地区发展超低能耗住宅建筑,从构造方法、施工工艺以及经济性角度出发,墙体外保温使用不小于 320mm 岩棉保温板,屋顶使用不小于 180mm 挤塑聚苯板,采暖楼梯间隔墙增加 20mm 真空绝热板的设计方案为佳;门窗设计建议选用聚氨酯铝合金高透镀膜玻璃窗,玻璃选用 5+16A+5Low-E+0.15V+5 高透镀膜玻璃;住宅单元门选用金属多功能保温门。
(3)根据研究项目实际情况,对多项围护结构的超低能耗设计方案进行组合,比较分析得到外墙为 320mm 岩棉保温板,屋顶为 180mm 挤塑聚苯板方案的节能效果和经济性更佳,投资回收期在 10 年以内,具有极大的发展潜力。
(4)在研究项目实例住宅建筑的超低能耗总体规划时,通过计算发现总体规划设计中,可以通过适当增减建筑层数满足超低能耗设计或改造;也可以通过消减楼栋数进行总体布局优化。
参考文献(略)

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