办公楼一层建筑节能改造设计报告.docx
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办公楼一层建筑节能改造设计报告.docx
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办公楼一层建筑节能改造设计报告
上海应用技术学院课程设计任务书
课程名称
建筑节能课程设计
课程代码
B7052159
设计题目
某办公楼建筑节能改造设计
学号
1110650207
设计时间
2016.6.27-2016.7.1
姓名
刘林飞
系(院)
城市建设与
安全工程学院
专业
能源与动力工程
班级
13106611
一、课程设计任务(条件)、具体技术参数(指标)
对既有老式公共建筑进行建筑节能技术改造。
90年代某办公楼(4层)和检察院大楼(4层)的建筑平面图。
建筑的围护结构主要为240mm厚的砖墙和铝合金单层玻璃窗,无外设遮阳设施。
空调主机采用小型非电空调,室内为传统的风机盘管系统,无新风,主要通过开窗取新风。
根据具体分组时确定的建筑物层数进行设计计算。
二、对课程设计成果的要求(包括课程设计说明书、图纸、图表、实物等软硬件要求)
1.节能改造方案设计说明,包括设计计算书。
三、课程设计工作进度计划:
周1对老式既有建筑的围护结构进行热工计算。
周2根据计算结果,对不符合节能标准围护结构进行节能设计改造。
周3改造后建筑围护结构的热工计算。
周4针对改造前后负荷计算结果,对比分析总结节能改造效果。
周5提交设计计算书。
四、主要参考资料
1.《建筑节能技术》,龙惟定、武涌,中国建筑工业出版社,2009
2.《空气调节》,赵荣义,中国建筑工业出版社,2009
3.《新能源技术》,翟秀静等,化学工业出版社,2010
指导教师(签名):
教研室主任(签名):
2016年月日年月日
某办公楼(一层)建筑节能改造设计报告
1工程概况
1.1建筑物围护结构基本信息
本改造工程对北京市某办公楼大楼的一层进行节能改造设计,该建筑物位于北京市(东经116.28°,北纬39.48°),建造于90年代,用于办公,共4层,占地面积为592m2,一层的高度为4.0m,朝向:
南。
表1.1.1建筑围护结构基本信息
名称
材料
夏季传热系数W/(m2·K)
冬季传热系数W/(m2·K)
传热衰减
传热延迟h
外墙
砖墙02-240
1.96
2
0.34
8.6
外窗
单层透明玻璃
6.16
4.28
1
0.1
内窗
陶粒砼多孔砖墙
1.48
1.48
0.45
7.6
内墙
单层透明玻璃
6.16
4.28
1
0.1
内门
木(塑料)框单层实体门
3.35
3.35
0.99
0.5
表1.1.2外墙(砖墙02-240)的基本信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
水泥砂浆
20
1800
0.93
1.05
1
0.02
砖墙
240
1800
0.81
0.88
1
0.29
石灰、石膏、砂、砂浆
20
1500
0.76
1.05
1
0.03
各层之和
280
--
--
--
--
0.34
传热系数K
1.960
表1.1.3内墙(陶粒砼多孔砖)的基本信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
石灰、水泥、砂、砂浆
20
1700
0.87
1.05
1
0.02
陶粒混凝土多孔砖墙
240
1100
0.60
0.75
1
0.4
石灰、水泥、砂、砂浆
20
1700
0.87
1.05
1
0.02
各层之和
280
--
--
--
--
0.45
传热系数K
1.48
表1.1.4中间楼板(钢筋砼楼板(水泥聚苯板))的基本信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
细石混凝土
30
2100
1.38
0.92
1
0.02
粘土陶粒混凝土
50
1200
0.53
1.05
1
0.09
钢筋混凝土(规范组
100
2500
1.74
0.92
1
0.06
模塑聚苯板
100
30
0.04
1.36
1.2
1.98
各层之和
280
--
--
--
--
2.16
传热系数K
0.42
表1.1.5户门(木(塑料)框单层实体门)的基本信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
松木云杉热流方向垂直木纹
20
500
0.29
2.51
1
0.07
各层之和
20
--
--
--
--
0.07
传热系数K
4.21
表1.1.6外窗(单层透明玻璃)的基本信息
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
平板玻璃
3
2500
0.76
0.84
1
0
各层之和
3
--
--
--
--
0
传热系数K
5.79
表1.1.7窗墙比(窗高取2.0m,大门高取2.2m)
朝向
窗类型
窗面积m2
墙面积m2
窗墙比
传热系数
东
单层透明玻璃
4.8
55.2
0.087
5.79
南
单层透明玻璃
36.0
101.4
0.355
5.79
西
单层透明玻璃
3.2
56.8
0.056
5.79
北
单层透明玻璃
36.0
108.0
0.333
5.79
说明:
1.2气象条件
参考《实用供热空调设计手册》第二版,北京的建筑气候分区为严寒地区(根据公共建筑节能设计标准GB-50189),夏季及冬季的气象参数都可通过查表获得。
查阅《北京市工程建设规范公共建筑节能设计标准》中的空调系统室内设计参数表,查得二类标准办公建筑的各项室内设计参数如下:
夏季温度26℃,相对湿度≤60%,冬季温度18℃,相对湿度≥30%,新风量为30m3/(h·p)。
表1.2.1北京市的气象参数
分类
参数名称
具体数值
夏季
夏季大气压Pa
99987.00
空调室外干球温度℃
33.60
通风室外干球温度℃
29.90
空调室外湿球温度℃
26.30
空调室外日平均温度℃
29.10
通风室外相对湿度
0.58
室外平均风速m/s
2.20
大气透明度等级
4
冬季
冬季大气压Pa
102570.00
室外供暖计算干球温度℃
-7.50
通风计算温度℃
-7.60
室外空调计算干球温度℃
-9.80
室外空调计算相对湿度
0.37
室外平均风速m/s
2.70
最多风向平均风速m/s
4.50
地表面温度
年平均温度℃
13.70
最冷月平均温度℃
-5.40
最热月平均温度℃
29.40
冬季冷风渗透朝向修正
北
1.00
东北
0.50
东
0.15
东南
0.10
南
0.15
西南
0.15
西
0.40
西北
1.00
2改造前建筑物的负荷计算
2.1负荷计算内容
2.1.1外墙和屋面传热冷负荷计算公式
外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷
(W),按下式计算:
(1)
式中:
—计算面积,㎡;
—计算时刻,h;
—温度波的作用时刻,即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻,h;
—作用时刻下,通过外墙或屋面的冷负荷计算温差,简称负荷温差,℃。
注:
例如对于延迟时间为5小时的外墙,在确定16点房间的传热冷负荷时,应取计算时刻τ=16,时间延迟为ξ=5,作用时刻为τξ=16-5=11。
这是因为计算16点钟外墙内表面由于温度波动形成的房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表面温度波动产生的结果。
当外墙或屋顶的衰减系数β<0.2时,可用日平均冷负荷Qpj代替各计算时刻的冷负荷
:
(2)
式中:
—负荷温差的日平均值,℃。
2.1.2外窗的温差传热冷负荷
通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷Qτ按下式计算:
(3)
式中:
—计算时刻下的负荷温差,℃;
—传热系数;
—窗框修正系数。
2.1.3外窗太阳辐射冷负荷
透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷
,应根据不同情况分别按下列各式计算:
当外窗无任何遮阳设施时
(4)
式中:
Xg—窗的构造修正系数;
Jwτ—计算时刻下,透过无遮阳设施玻璃太阳辐射的冷负荷强度,W/㎡。
当外窗只有内遮阳设施时
(5)
式中:
—内遮阳系数;
Jnτ—计算时刻下,透过有内遮阳设施玻璃太阳辐射的冷负荷强度,W/㎡。
当外窗只有外遮阳板时
(6)
式中:
F1—窗口受到太阳照射时的直射面积,㎡。
Jwτ0—计算时刻下,透过无遮阳设施玻璃太阳散射辐射的冷负荷强度,W/m2。
当窗口既有内遮阳设施又有外遮阳板时
(7)
式中:
Jn
—计算时刻下,透过有内遮阳设施窗玻璃太阳散射辐射的冷负荷强度,W/㎡。
2.1.4内围护结构的传热冷负荷
相邻空间通风良好时
当相邻空间通风良好时,内墙或间层楼板由于温差传热形成的冷负荷可按下式估算:
(8)
式中:
—夏季空气调节室外计算日平均温度,℃;
相邻空间有发热量时
通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷,按下式计算:
(9)
式中:
Q—稳态冷负荷,下同,W;
—夏季空气调节室内计算温度,℃;
Δtls—邻室温升,可根据邻室散热强度采用,℃。
2.1.5人体冷负荷
人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Qτ,按下式计算:
(10)
式中:
—群体系数;
—计算时刻空调房间内的总人数;
—名成年男子小时显热散热量,W;
—计算时刻,h;
—人员进入空调区的时刻,h;
—从人员进入空调区的时刻算起到计算时刻的持续时间,h;
—
时刻人体显热散热的冷负荷系数。
2.1.6灯光冷负荷
照明设备散热形成的计算时刻冷负荷Qτ,应根据灯具的种类和安装情况分别按下列各式计算:
白炽灯散热形成的冷负荷
(11)
镇流器在空调区之外的荧光灯
(12)
镇流器装在空调区之内的荧光灯
(13)
暗装在空调房间吊顶玻璃罩内的荧光灯
(14)
式中:
N—照明设备的安装功率,W;
—考虑玻璃反射,顶棚内通风情况的系数,当荧光灯罩有小孔,利用自然通风散热于顶棚内时,取为0.5~0.6,荧光灯罩无通风孔时,视顶棚内通风情况取为0.6~0.8;
—同时使用系数,一般为0.5-0.8;
—计算时刻,h;
—开灯时刻,h;
—从开灯时刻算起到计算时刻的时间,h;
—τ-τ时刻灯具散热的冷负荷系数。
2.1.7设备冷负荷
热设备及热表面散热形成的计算时刻冷负荷Qτ,按下式计算:
(15)
式中:
τ—热源投入使用的时刻,h;
τ-τ—从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的持续时间,h;
Xτ-τ—τ-τ时间设备、器具散热的冷负荷系数;
qs—热源的实际散热量,W。
电热工艺设备散热量
(16)
电动机和工艺设备均在空调房间内的散发量
(17)
只有电动机在空调房间内的散热量
(18)
只有工艺设备在空调房间内的散热量
(19)
式中:
—设备的总安装功率,W;
—电动机的效率;
—同时使用系数,一般可取0.5-1.0;
—安装系数,一般可取0.7-0.9;
—负荷系数,即小时平均实耗功率与设计最大功率之比,一般可取0.4-0.5左右;
—通风保温系数;
2.1.8渗透空气显热冷负荷
渗透空气的显冷负荷Q,按下式计算:
(20)
式中:
—单位时间渗入室内的总空气量,kg/h;
—夏季空调室外干球温度,℃;
—室内计算温度,℃。
2.2改造前建筑物的负荷计算
表2.2.1改造前建筑物的负荷计算
分类
面积
夏季总冷负荷(含新风/全热)(W)
夏季室内冷负荷(全热)(W)
夏季新风量(m3)
夏季新风冷负荷(W)
夏季总冷负荷指标(含新风)(W/m2)
夏季室内冷负荷指标(W/m2)
1楼层
592.00
55132
36467
2515.2
18665
105.6
69.9
1001
[办公室1]
22.32
3725
2496
167.4
1229
166.9
111.8
1002
[办公室2]
22.32
2939
1711
167.4
1229
131.7
76.6
1003
[办公室3]
22.32
3229
2001
167.4
1229
144.7
89.6
1004
[办公室4]
22.32
3229
2001
167.4
1229
144.7
89.6
1005
[办公室5]
22.32
2955
1726
167.4
1229
132.4
77.3
1006
[办公室6]
22.32
3889
2660
167.4
1229
174.2
119.2
1007
[办公室7]
22.32
3340
2111
167.4
1229
149.6
94.6
1008
[办公室8]
22.32
3339
2111
167.4
1229
149.6
94.6
1009
[办公室9]
22.32
3575
2347
167.4
1229
160.2
105.1
1010
[办公室10]
22.32
3575
2347
167.4
1229
160.2
105.1
1011
[办公室11]
22.32
3344
2115
167.4
1229
149.8
94.8
1012
[办公室12]
22.32
3340
2111
167.4
1229
149.6
94.6
1013
[办公室13]
22.32
3785
2556
167.4
1229
169.6
114.5
1014
[茶水间]
8.64
834
802
4.3
32
96.5
92.8
1015
[保安]
8.64
1110
1015
13
95
128.5
117.5
1016
[厕所]
22.32
1542
1297
33.5
246
69.1
58.1
1017
[楼梯间1]
22.32
1020
774
33.5
246
45.7
34.7
1018
[楼梯间2]
22.32
1020
774
33.5
246
45.7
34.7
1019
[机房]
8.64
703
596
13
107
81.4
69
1020
[大厅]
138.88
6298
4576
208.3
1722
45.3
32.9
2.3与节能标准判定结果
表2.3.1建筑物围护结构负荷与节能标准比较
围护结构部位
体形系数≤0.3
传热系数K
W/(m2·K)
0.3<体形系数≤0.4
传热系数K
W/(m2·K)
屋面
≤0.55
≤0.30
外墙(包括非透明幕墙)
≤0.60
≤0.40
底面接触室外空气的架空或外挑楼板
≤0.60
≤0.40
非采暖房间与采暖房间的隔墙或楼板
≤1.5
≤0.6
外窗(包括透明幕墙)
传热系数
K
W/(m2·K)
遮阳系数
SC(东、南、
西向/北
向)
传热系
数K
W/(m2·
K)
遮阳系数
SC(东、南、
西向/北
向)
单一朝向外窗(包括
透明幕墙)
窗墙面积比≤0.2
≤3.5
——
≤3.0
——
0.2<窗墙面积比≤
0.3
≤3.0
——
≤2.5
——
0.3<窗墙面积比≤
0.4
≤2.7
≤0.70/—
≤2.3
≤0.70/—
0.4<窗墙面积比≤
0.5
≤2.3
≤0.60/—
≤2.0
≤0.60/—
0.5<窗墙面积比≤
0.7
≤2.0
≤0.50/—
≤1.8
≤0.50/—
屋顶透明部分
≤2.7
≤0.50
≤2.7
≤0.50
注:
有外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时,遮阳系数
=玻璃的遮阳系数。
上已计算出建筑物体形系数(S):
0.183,寒冷地区建筑物体形系数满足标准限制值,满足节能要求。
根据体形系数查表并与节能标准进行比较,得出以下结论:
(1)外墙的传热系数1.96W/(m2·K)>0.6W/(m2·K),不符合节能标准要求。
(2)内墙的传热系数1.48W/(m2·K)<1.50W/(m2·K),符合节能标准要求。
(3)外窗的传热系数5.79W/(m2·K)>3.5W/(m2·K)不符合节能标准要求。
3建筑物围护结构节能改造
3.1建筑的节能改造
进行计算后按照标准进行核定,得出:
体形系数满足标准要求;外墙传热系数不满足标准要求;内墙传热系数满足标准要求;外窗传热系数不满足标准要求。
因是既有建筑,所以对墙体的保温隔热手段主要采用内保温或者外保温,不可更换主墙体材料。
采用对外墙外保温改造来达到保温的目的。
根据所给标准,重新增加外墙涂层,更换外窗围护结构的材料。
外墙材料在原有基础上涂抹30mm聚氨酯硬泡沫塑料40和10mm水泥砂浆,外窗材料由单层透明玻璃窗更换为高性能低辐射玻璃(氩气)。
表3.1.1改造后建筑物围护结构基本信息
参数
围护结构夏季传热系数(W/(m2·K))
围护结构冬季传热系数(W/(m2·K))
围护结构延迟(h)
围护结构衰减
外墙
砖墙02-240
0.58
0.58
10.9
0.12
外窗
高性能低辐射玻璃(氩气)
1.44
1.46
1.0
0.99
内墙
陶粒砼多孔砖墙
1.48
1.48
7.6
0.45
内窗
单层透明玻璃窗
4.28
4.28
0.1
1
内门
木(塑料)框单层实体门
3.35
3.35
0.5
0.99
3.2外墙的节能改造
表3.2.1改造后的外墙基本信息(砖墙02-240)
材料名称
厚度mm
干密度kg/m^3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(㎡.K)/W
水泥砂浆
10
1800
0.93
1.05
1
0.01
聚氨酯硬泡沫塑料40
30
40
0.03
1.38
1
1.2
水泥砂浆
20
1800
0.93
1.05
1
0.02
砖墙
240
1800
0.81
0.88
1
0.29
石灰、石膏、砂、砂浆
20
1500
0.76
1.05
1
0.03
各层之和
320
--
--
--
--
1.55
传热系数K
0.58
3.3外窗的节能改造
表3.3.1改造后的外窗基本信息(高性能低辐射玻璃(氩气)
材料名称
厚度mm
干密度kg/m3
导热系数W/(m.K)
比热容kJ/(kg.K)
导热系数修正
热阻(m2.K)/W
平板玻璃
12
2500
0.76
0.84
0.03
0.53
各层之和
12
--
--
--
--
0.53
传热系数K
1.44
表3.3.2窗墙比(窗高取2.0m,大门高取2.2m)
朝向
窗类型
窗面积
墙面积
窗墙比
传热系数
东
高性能低辐射玻璃(氩气)
4.8
55.2
0.087
1.44
南
高性能低辐射玻璃(氩气)
36.0
101.4
0.355
1.44
西
高性能低辐射玻璃(氩气)
3.2
56.8
0.056
1.44
北
高性能低辐射玻璃(氩气)
36.0
108.0
0.333
1.44
4改造后建筑物的负荷计算
4.1改造后建筑物的负荷计算结果
表4.4.1改造后建筑物的负荷计算
分类
面积
夏季总冷负荷
夏季总湿负荷
夏季新风冷符合
夏季新风量
夏季总冷负荷指标
夏季室内冷负荷指标
1楼层
594.19
52041
33377
2515.2
18665
99.7
63.9
1001
[办公室1]
22.32
3382
2153
167.4
1229
151.5
96.5
1002
[办公室2]
22.32
2800
1571
167.4
1229
125.4
70.4
1003
[办公室3]
22.32
3088
1860
167.4
1229
138.4
83.3
1004
[办公室4]
22.32
3088
1859
167.4
1229
138.4
83.3
1005
[办公室5]
22.32
2814
1585
167.4
1229
126.1
71
1006
[办公室6]
22.32
3557
2328
167.4
1229
159.3
104.3
1007
[办公室7]
22.32
3237
2008
167.4
1229
145
90
1008
[办公室8]
22.32
3236
2008
167.4
1229
145
90
1009
[办公室9]
22.32
3468
2239
167.4
1229
155.4
100.3
1010
[办公室10]
22.32
3468
2239
167.4
1229
155.4
100.3
1011
[办公室11]
22.32
3236
2008
167.4
1229
145
90
1012
[办公室12]
22.32
3237
2008
167.4
1229
145
90
1013
[办公室1
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