建筑節(jié)能設計第六章

建筑節(jié)能設計第六章第6章照明節(jié)能設計及太陽能利用照明節(jié)能設計建筑照明節(jié)能的技術措施太陽能利用技術123建筑節(jié)能設計第六章6.1照明節(jié)能設計6.1.1建筑照明設計的基本原則6.1.2設計照明節(jié)能系統時應考慮的因素6.1.3建筑照明設計的主要內容6.1.3建筑照明設計的主要內容本節(jié)內容建筑節(jié)能設計第六章（1）實用性（2）安全性照明設計應從室內整體環(huán)境出發(fā)，全面考慮光源、光質、投光方向和角度，使室內活動的功能、使用性質、空間造型、色彩陳設等與其相協調，以取得整體環(huán)境的宜居效果。一般情況下，線路、開關、燈具的設置都需有可靠的安全措施。在危險地方要設置明顯標志，以防止漏電、短路等火災和其他傷亡事故的發(fā)生。6.1.1建筑照明設計的基本原則建筑節(jié)能設計第六章（3）經濟性（4）美觀性照明裝置還具有裝飾房間，美化環(huán)境的作用。室內照明有助于豐富空間，形成一定的環(huán)境氣氛。合理的照明設計可以增加空間的層次和深度，能夠創(chuàng)造出美的意境和氛圍。經濟性有兩個方面意義，一是采用先進技術，充分發(fā)揮照明設施的實際效果，盡可能以較少的投入獲得較大的照明效果；二是在確定照明設計時要符合我國當前在電力供應、設備、材料等方面的生產水平。建筑節(jié)能設計第六章6.1.2設計照明節(jié)能系統時應考慮的因素①根據視覺工作需要，決定照度水平；②制定滿足照度要求的節(jié)能照明設計方案；③在考慮顯色性的基礎上采用高效光源；④采用不產生眩光的高效率燈具；⑤室內表面采用高反射比的材料；⑥照明和空調系統的熱結合；⑦設置不需要時能關燈的可變控制裝置；⑧將不產生眩光和差異的人工照明同天然光綜合利用；⑨定期清潔照明器具和室內表面，建立換燈維修制度。建筑節(jié)能設計第六章①確定照明方式、種類和照度值；②選擇光源和燈具，并合理布置；③計算照度、確定光源的安裝功率；④選擇或設計燈光控制器，確定聲控、光控、電控或綜合控制；⑤確定供電源、電壓；⑥選擇配電網絡形式；⑦選擇導線型號、截面和敷設方式；⑧選擇和布置配電箱、開關、熔斷器和其他電氣設備；⑨繪制照明布置平面圖，匯總安裝容量，開列設備材料清單，編制工程預算和進行經濟分析。6.1.3建筑照明設計的主要內容建筑節(jié)能設計第六章6.1.4建筑照明節(jié)能的評價標準國標《建筑照明設計標準》（GB50034—2013）中對住宅建筑中每戶照明功率密度限值都作了明確規(guī)定，如表6-1所示。表6-1住宅建筑每戶照明功率密度限值建筑節(jié)能設計第六章6.2建筑照明節(jié)能的技術措施選用優(yōu)質高效的節(jié)能光源6.2.1選用高效節(jié)能的照明燈具6.2.2選用高效節(jié)能的照明燈具6.2.3選用有利于節(jié)能的智能照明控制6.2.4建筑節(jié)能設計第六章6.2.1選用優(yōu)質高效的節(jié)能光源表6-2所示為幾種常見典型光源的性能。表6-2幾種常見典型光源的性能建筑節(jié)能設計第六章從表6-2中可以看出，這五種常見光源的特點如下（參見圖6-1）：（a）白熾燈（b）高壓汞燈（c）熒光燈（d）金屬鹵化物燈（e）高壓鈉燈圖6-1五種常見光源建筑節(jié)能設計第六章白熾燈：光效最低，相對能耗最大，壽命最短，因此應盡量減少其使用量。高壓汞燈：是玻殼內表面涂有熒光粉的高壓汞蒸汽放電燈，燈光呈白色、柔和、結構簡單、成本和維修費用低廉，光效高，壽命長，省電經濟，適用于道路照明、室內外工業(yè)照明、商業(yè)照明等。熒光燈：有細管熒光燈和緊湊型熒光燈兩種。細管熒光燈結構簡潔、節(jié)省原材料、體積小、質量輕、成本低、節(jié)省能源、壽命更長及易于實施等；緊湊型熒光燈在達到同樣光輸出的前提下，耗電為白熾燈的1/4，現已成為國家政府和普通百姓家中最常用的節(jié)能產品。金屬鹵化物燈：在高壓汞燈的基礎上添加各種金屬鹵化物制成的第三代光源，發(fā)光效率高、顯色性能好、壽命長等，適用于工業(yè)照明、城市亮化工程照明、商業(yè)照明、體育場館照明以及道路照明等。高壓鈉燈：使用時發(fā)出金白色光，發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蝕等，適用于道路照明、泛光照明、廣場照明、工業(yè)照明等。建筑節(jié)能設計第六章6.2.2選用高效節(jié)能的照明燈具（1）提高燈具效率。燈具的效率會直接影響照明的質量和能耗，現在市場上有些燈具的效率僅有0.3～0.4，光源發(fā)出的光能大部分被燈具吸收，能量利用率太低。（2）選用光通量維持率好的燈具。當光源或燈具積污時，其光通量可能降到正常光通量的50%以下，其反射率和透光率也會大大降低。（3）提供與新型高效光源配套的燈具。要達到高效率、高質量的光照效果，就應該按照光源的特性和尺寸專門設計配套的燈具，以形成較完整的系列。（4）選用燈具利用系數高的燈具。有了高效的燈具，還必須正確應用。建筑節(jié)能設計第六章6.2.3選用高效節(jié)能的照明燈具絕大多數節(jié)能光源都是氣體放電燈，它們需要鎮(zhèn)流器才能工作。目前已成功開發(fā)的節(jié)能鎮(zhèn)流器有節(jié)能型電感式鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器兩種，它們比普通電感鎮(zhèn)流器的功耗減小一半以上，這兩種鎮(zhèn)流器的外形如圖6-2所示。（a）節(jié)能型電感式鎮(zhèn)流器（b）電子鎮(zhèn)流器圖6-2節(jié)能鎮(zhèn)流器建筑節(jié)能設計第六章6.2.4選用有利于節(jié)能的智能照明控制①根據建筑照明的使用特點，采取分區(qū)控制燈光的措施，并適當增加照明燈的開關點，以便靈活掌握各分區(qū)燈光的開關。②采用各種類型的節(jié)電開關和管理措施，如定時開關、調光開關、光電自動控制器、節(jié)電控制器、限電器、電子鎖控制器，以及照明智能控制管理系統等。③對于公共場所和室外照明，可采用集中控制的遙控管理方式或采用自動控光裝置等，使得這些場所的照明實現自動控制。建筑節(jié)能設計第六章6.3太陽能利用技術3．太陽能光伏發(fā)電1．被動式太陽能建筑2．主動式太陽能建筑建筑節(jié)能設計第六章6.3.1被動式太陽能建筑被動式太陽能建筑設計原則有：①要有有效的絕熱外殼和足夠大的集熱表面；②室內布置盡可能多的儲熱體；③主次房間的平面位置應合理。被動式太陽能建筑的最大優(yōu)點是構造簡單、造價低廉、節(jié)能顯著、維護管理方便，但室內溫度波動較大，熱舒適度差。被動式太陽能采暖建筑的類型很多，按照利用太陽能的方式不同可分為直接受益式太陽能建筑和間接受益式太陽能建筑。1．直接受益式太陽能建筑圖6-3所示為利用南向房間的外窗和高側窗吸收太陽輻射熱量時的工作原理示意圖。（a）普通直接受益式（b）高側窗的直接受益式圖6-3直接受益式太陽能建筑的工作原理示意圖①建筑朝向在南偏東30°和南偏西30°以內，有利于冬季采暖和避免夏季過熱②根據熱工要求確定窗口面積、玻璃種類、玻璃層數、開窗方式、窗框材料和構造③合理確定窗格劃分，保證窗的密閉性④最好與保溫窗簾、遮陽板等相結合，以確保冬季夜間和夏季的使用效果設計時應注意：建筑節(jié)能設計第六章2．間接受益式太陽能建筑1）特朗伯集熱墻特朗伯集熱墻是一種無機械動力消耗和傳統能源消耗，僅僅依靠墻體的獨特構造設計為建筑供暖的集熱墻體。冬季白天有太陽時，集熱墻與外層玻璃之間出現溫室效應，薄片間層的空氣被加熱，通過集熱墻頂部與底部的通風孔可以向室內對流供暖，如圖6-4（a）所示。夜間，依靠集熱墻本身的蓄熱可向室內輻射供暖，如圖6-4（b）所示。（a）冬季白天工作狀況（b）冬季夜間工作狀況圖6-4特朗伯集熱墻在冬季的工作原理建筑節(jié)能設計第六章如圖6-5（a）所示，夏季的白天，在集熱墻和玻璃之間設置絕熱窗簾或百葉等絕熱層，絕熱層外表面用淺色或鋁箔以盡可能地反射太陽輻射。夜間，玻璃上、下通風孔依然保持開啟，但此時，將墻體外掛的活動絕熱窗簾等絕熱層移開，使特朗伯墻的墻體向室外輻射散熱。如圖6-5（b）所示。（a）夏季白天工作狀況（b）夏季夜間工作狀況圖6-5特朗伯集熱墻在夏季的工作原理建筑節(jié)能設計第六章2）水墻所謂“水墻”，是指以鋼桶或薄壁塑料管盛水作為儲熱物質的墻體。水的比熱為4.18103J/（kg·K），它是其他一般建筑材料（如磚、混凝土、木材等）比熱的5倍左右。因此，用水比用混凝土或磚等建筑材料的重量要輕。圖6-6所示是早年美國某住房試驗的太陽能水墻。圖6-6太陽能水墻剖面建筑節(jié)能設計第六章3）載水墻載水墻是采用向混凝土空心墻體內襯防水塑料袋（水充注在塑料袋內）的辦法做成的集熱墻，兼有水的儲熱容量大和固體材料無對流傳熱兩方面的集熱優(yōu)勢，這種水墻稱為載水特朗伯墻或充水墻。載水墻系統的工作狀況如圖6-7所示。圖6-7載水墻系統的工作狀況建筑節(jié)能設計第六章4）附加陽光間附加陽光間又稱附加溫室式太陽房，是指在建筑的南側附建一個玻璃溫室，陽光間與室內空間之間由墻相隔，隔墻上開有門、窗或通風孔洞等，以便空氣流通，如圖6-8所示。白天，陽光間的采暖主要是通過空氣的對流來實現，陽光透過玻璃使陽光間內空氣變熱，經加熱的空氣通過隔墻上的門窗、孔洞等以對流的方式進入室內空間，為室內提供熱量，如圖6-8（a）所示；到了夜間，陽光間可以作為室內外空間的緩沖區(qū)，降低室內房間向室外的熱損失，如圖6-8（b）所示。（a）白天（b）夜間圖6-8附加陽光間工作原理示意圖建筑節(jié)能設計第六章3．被動式太陽能建筑熱工設計要點在設計過程中應遵循以下要點。①詳細了解擬建被動式太陽能建筑的服務對象、使用特點，使用單位的管理水平，以及投資建造單位對太陽能建筑的設計要求和投資數量等。②收集建筑設計中所需要的當地氣象資料，以及與確定氣象資料有關的其他資料，如當地的經度、緯度、地形、地貌等。③合理選擇太陽能建筑的建設地點、朝向和房屋間距是否能充分利用太陽能，以達到冬暖夏涼的先天條件。建設地點：太陽能建筑的建設地點宜選在背風向陽的地方，且在冬至日從上午9時至下午3時的6個小時內，陽光能夠直接照射進室內或集熱器上。建設朝向：根據我國多數地區(qū)的實際情況，太陽能建筑的建設朝向宜在南偏東或南偏西15°以內，以保證在整個采暖期內南向房間有充分的日照，并且避免夏季過多的日曬。房屋間距：太陽能建筑與前面建筑之間的距離，以大于前面建筑物高度的2倍為宜。建筑節(jié)能設計第六章④外部形狀和房間的安排。南墻是太陽能建筑的主要集熱部件，面積越大，其所獲得的太陽能就越多。⑤墻體結構的確定。應具有集熱、儲熱和保溫功能。⑥門窗是太陽能建筑獲得太陽能的主要集熱部件，也是重要的失熱部件。⑦空氣集熱器是設在太陽能建筑的南窗下或南窗間墻上，用于獲取太陽能的裝置。⑧太陽能建筑的空氣通道由上下通風口、夏季排氣口、吸熱板、保溫板等部分組成。⑨屋頂是房屋熱損失最大的地方，一般占整個房屋熱損失的30%～40%。保溫地面法：將素土夯實，鋪一層油氈或塑料薄膜防潮；鋪150200mm厚的干爐渣保溫；鋪300～400mm厚毛石、碎磚或砂石用來儲熱，再按正常方法做地面。防寒溝法：在房屋基礎四周挖深度600mm、寬度400～500mm的溝，溝內填上干爐渣進行保溫。⑩被動式太陽能建筑的地面具有儲熱和保溫功能。建筑節(jié)能設計第六章6.3.2主動式太陽能建筑1．太陽能生活熱水系統1）太陽能熱水系統的組成及分類①集熱器和蓄熱水箱結合為一體的系統，一般稱為悶曬熱水系統；集熱器和蓄熱水箱分離安裝的系統，稱為循環(huán)式熱水系統或直流式熱水系統，其工作原理如圖6-9所示。圖6-9循環(huán)式熱水系統工作原理圖建筑節(jié)能設計第六章②根據集熱器收集太陽能的方式，可分為聚光和非聚光太陽能熱水系統。③按太陽能熱水系統的使用時間，可分為季節(jié)性太陽能熱水系統、全年用太陽能熱水系統，以及全天候太陽能熱水系統。④按集熱器的結構不同，可分為悶曬式太陽能熱水系統、平板式太陽能熱水系統和真空管式太陽能熱水系統。目前最為常用的平板式太陽能熱水系統和真空管式太陽能熱水系統，如圖6-10所示。（a）平板式太陽能熱水系統（b）真空管式太陽能熱水系統圖6-10平板式太陽能熱水系統和真空管式太陽能熱水系統建筑節(jié)能設計第六章⑤按熱水被加熱的原理不同，太陽能熱水系統可大致分為三類，即自然循環(huán)系統、強制循環(huán)系統和自流循環(huán)系統。自然循環(huán)系統：依靠集熱器與蓄水箱的水溫不同所產生的密度差進行溫差循環(huán)，水箱中的水經過集熱器時被不斷加熱。強制循環(huán)系統：依靠循環(huán)水泵使水箱中的水經過集熱器被不斷加熱。自流循環(huán)系統：通過自來水的壓力來保證熱水的制取。建筑節(jié)能設計第六章2）太陽能熱水系統形式的選擇太陽能熱水系統的類型，可根據負荷特點、集熱器面積大小、管理條件等具體情況加以選擇。例如，當集熱器面積較小時，一般采用自然循環(huán)式；當集熱器面積較大時，應采用強制循環(huán)式，其工作原理如圖6-11所示；當條件限制無法安裝電氣控制電路，但管理力量較強時，可采用工人操作的變流量定溫放水式；對于類似理發(fā)店等用水時間不固定的單位，宜用定溫放水式。圖6-11強制循環(huán)式太陽能熱水系統工作原理建筑節(jié)能設計第六章3）太陽能集熱器的選擇各種太陽能集熱器綜合性能如表6-3所示。表6-3各類太陽能集熱器綜合性能比較建筑節(jié)能設計第六章2．太陽能采暖系統太陽能采暖系統是利用集熱器進行太陽能低溫集熱，然后通過熱泵將熱量傳遞到采暖熱媒（如空氣、熱水等）中去。按太陽能的利用方式不同，太陽能采暖系統又可分為直接式和間