1、 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 240 mm 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
2、。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，20092.空气调节，赵荣义，中国建筑工业出版社，20093.新能源技术，翟秀静等，化学工业出版社，2010
3、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/（m 2K）冬季传热系数 W/（m 2K）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
4、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/m3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
5、（陶粒砼多孔砖）的基本信息材料名称 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(.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/m3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
6、.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/m3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
7、窗（单层透明玻璃）的基本信息材料名称 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(.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：建
8、 筑 物 与 室 外 大 气 接 触 的 外 表 面 积体 形 系 数 () =0.183建 筑 物 的 体 积S1.2 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/(hp）。表 1.2.1 北京市的气象参数分类 参数名称 具体数值夏季大气压 Pa 99987.00空调室外干球温度 33.60
9、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夏季大气透明度等级 4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冬季最多风向平均风速 m/s 4.50年平均温度 13.70最冷月平均温度 -5.40地表面温 度最热月平均温度 29.40北 1.00东北 0.50东 0.15东南 0.10南 0.15西南 0.15西 0.40冬季冷风渗透朝向修正西北 1.002
10、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：Q(1)TTtKF式中：计算面积，；F计算时刻，h；T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，。rt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 =16,时间延迟为 =5,作用时刻为 =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。
11、当外墙或屋顶的衰减系数 0.2 时，可用日平均冷负荷 Qpj 代替各计算时刻的冷负荷 ：Q(2)pjpjtFKQ式中：负荷温差的日平均值，。pjt2.1.2 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 Q 按下式计算：(3)pjpjtFKQ式中：计算时刻下的负荷温差， ；tT传热系数；K窗框修正系数。a2.1.3 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Q列各式计算：当外窗无任何遮阳设施时(4)tFKa式中：Xg窗的构造修正系数；Jw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
12、阳设施时(5)nzgJXFQ式中：内遮阳系数；zXJn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)gwwXJFJ011式中：F1窗口受到太阳照射时的直射面积，。Jw0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/m 2。当窗口既有内遮阳设施又有外遮阳板时(7)zgnnXJFJQ011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，0TW/。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) nwptFKQ式中：夏季
13、空气调节室外计算日平均温度， ；wpt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)nlswpttFKQ式中：Q稳态冷负荷，下同，W；夏季空气调节室内计算温度，；nttls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 Q，按下式计算：(10)TXqnQ1式中：群体系数； 计算时刻空调房间内的总人数；n名成年男子小时显热散热量，W；1q计算时刻，h；人员进入空调区的时刻，h；T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。 X2.1.6 灯 光 冷 负
14、荷照明设备散热形成的计算时刻冷负荷 Q，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)TXNnQ1镇流器在空调区之外的荧光灯(12)1镇流器装在空调区之内的荧光灯(13)TXn12.暗装在空调房间吊顶玻璃罩内的荧光灯(14)NQ10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0n风散热于顶棚内时，取为 0.50.6，荧光灯罩无通风孔时，视顶棚内通风情况取为 0.60.8；同时使用系数，一般为 0.5-0.8； 1计算时刻，h；开灯时刻，h；T从开灯时刻算起到计算时刻的时间，h；- 时刻灯具散热的冷负荷系数。X2.
15、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 Q，按下式计算：(15)TsXqQ式中：热源投入使用的时刻，h；-从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的持续时间，；X- 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)Nnqs4321电动机和工艺设备均在空调房间内的散发量(17) s321只有电动机在空调房间内的散热量 (18)1321nqs只有工艺设备在空调房间内的散热量(19)Ns321式中:设备的总安装功率，W；N电动机的效率；同时使用系数，一般可取 0.5-1.0；1n安装系数，一般可取 0.7-0.9；2负荷系数，即小时平均实耗功率
16、与设计最大功率之比，一般可取 0.4-0.5 左3右；通风保温系数； 4n2.1.8 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)wn=0.28（ t-）G式中：单位时间渗入室内的总空气量，kg/h；G夏季空调室外干球温度， ；wt室内计算温度，。 n2.2 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(m 3)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/m 2)1 楼层 592.00 55132 36467 2515.2
17、18665 105.6 69.91001办公室 122.32 3725 2496 167.4 1229 166.9 111.81002办公室 222.32 2939 1711 167.4 1229 131.7 76.61003办公室 322.32 3229 2001 167.4 1229 144.7 89.61004办公室 422.32 3229 2001 167.4 1229 144.7 89.61005办公室 522.32 2955 1726 167.4 1229 132.4 77.31006办公室 622.32 3889 2660 167.4 1229 174.2 119.21007办公
18、室 722.32 3340 2111 167.4 1229 149.6 94.61008办公室 822.32 3339 2111 167.4 1229 149.6 94.61009办公室 922.32 3575 2347 167.4 1229 160.2 105.11010办公室 1022.32 3575 2347 167.4 1229 160.2 105.11011办公室 1122.32 3344 2115 167.4 1229 149.8 94.81012办公室 1222.32 3340 2111 167.4 1229 149.6 94.61013办公室 1322.32 3785 2556
19、 167.4 1229 169.6 114.51014茶水间8.64 834 802 4.3 32 96.5 92.81015保安8.64 1110 1015 13 95 128.5 117.51016厕所22.32 1542 1297 33.5 246 69.1 58.11017楼梯间 122.32 1020 774 33.5 246 45.7 34.71018楼梯间 222.32 1020 774 33.5 246 45.7 34.71019机房8.64 703 596 13 107 81.4 691020大厅138.88 6298 4576 208.3 1722 45.3 32.92.3
20、 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 KW/(m2K)0.3体形系数 0.4传热系数 KW/(m2K)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KW/(m2K)遮阳系数SC（东、南、西向/北向）传热系数 KW/(m2K)遮阳系数SC（东、南、西向/北向）窗墙面积比0.23.5 3.0 0.2窗墙面积比 0.33.0 2.5 0.3窗墙面积比 0.42.7 0.70/ 2.3 0.7
21、0/单一朝向外窗（包括透明幕墙）0.4窗墙面积比 0.52.3 0.60/ 2.0 0.60/0.5窗墙面积比 0.72.0 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/（m 2K）0.6W/ （ m2K），不符合节能标准要求。（2）内墙的传热系数 1.48W/（m 2K）1.50W/
22、 （ m2K），符合节能标准要求。（3）外窗的传热系数 5.79W/（m 2K）3.5W/ （ m2K）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
23、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/(m2K)围护结构冬季传热系数(W/( m2K)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 0.993.2 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/m3导热系
24、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 4030 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 0.583.3 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.
25、K)导热系数修正热阻(m 2.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K1.44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 1.444 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
26、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 63.91001办公室 122.32 3382 2153 167.4 1229 151.5 96.51002办公室 222.32 2800 1571 167.4 1229 125.4 70.41003办公室 322.32 3088 1860 167.4 1229 138.4 83.31004办公室 422.32 3088 1859 167.4 1229 138.4 83.31005
27、办公室 522.32 2814 1585 167.4 1229 126.1 711006办公室 622.32 3557 2328 167.4 1229 159.3 104.31007办公室 722.32 3237 2008 167.4 1229 145 901008办公室 822.32 3236 2008 167.4 1229 145 901009办公室 922.32 3468 2239 167.4 1229 155.4 100.31010办公室 1022.32 3468 2239 167.4 1229 155.4 100.31011办公室 1122.32 3236 2008 167.4 12
28、29 145 901012办公室 1222.32 3237 2008 167.4 1229 145 901013办公室 1322.32 3497 2268 167.4 1229 156.7 101.61014茶水间8.64 702 670 4.3 32 81.3 77.61015保安8.64 999 903 13 95 115.6 104.61016厕所22.32 1030 784 33.5 246 46.2 35.11017楼梯间 122.32 908 662 33.5 246 40.7 29.71018楼梯间 222.32 908 662 33.5 246 40.7 29.71019机房8
29、.64 566 459 13 107 65.5 53.11020大厅138.88 6035 4313 208.3 1722 43.5 31.14.2 与节能标准判定结果改造设计计算后，与节能标准进行比较，得出以下结论：（1）外墙的传热系数 0.58W/（m 2K）0.6W/ （ m2K），符合节能标准要求。（2）外窗的传热系数 1.44W/（m 2K）3.5W/ （ m2K）符合节能标准要求。5 节能改造效果总结表 5.1：改造前后建筑物总负荷对比参数 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/m
30、2)夏季室内冷负荷指标(W/m 2)改造 592.00 55132 36467 2515.2 18665 105.6 69.9前改造后594.19 52041 33377 2515.2 18665 99.7 63.9经过了对围护结构的节能改造，该建筑物的夏季总冷负荷下降了 5.60%，外围护结构（包括屋面，外墙，外窗）都已符合了节能设计标准。要使建筑更节能，一般从两方面入手，一方面是改进围护结构的材料，另一方面则是选用更先进，低能耗的设备来制冷供热。本次节能改造主要是改进围护结构，对于老建筑来说，选用合适的外墙保温材料和门窗材料来加强围护结构的保温隔热性能是主要方法。对于外窗而言，在建筑围护结
31、构中，门窗的能耗约为同等面积墙体的 4 倍、屋面的 5 倍、地面的 20 多倍，约占建筑围护结构总能耗的 40%50%。因此、增强门窗的保温隔热性能，减少门窗能耗，是改善室内热环境质量和提高建筑物节能水平的重要环节。而外墙也是直接和外界空气接触传热的一部分，所以要对老式建筑的外墙进行改造。除了从外墙、门窗的材料入手来加强围护结构的热工性能之外，也有其他的一些保温隔热技术，例如外墙的绿化遮阳、蓄水屋面等等通过本次的节能改造设计，我学会使用了鸿业负荷计算软件来计算建筑物的负荷，了解了对一座建筑物进行房间负荷计算需要考虑的因素以及整个设计的流程。本次改造设计仅仅改造了外围护结构，没有对设备进行考虑。如果考虑到设备对建筑节能的作用，可以采用带有节能控制的热回收新风机，以及在考虑了建筑所在地太阳能辐射量的多少之后，对太阳能等绿色能源的利用等等。
