建筑節(jié)能設(shè)計(jì)第六章

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)第6章照明節(jié)能設(shè)計(jì)及太陽(yáng)能利用照明節(jié)能設(shè)計(jì)建筑照明節(jié)能的技術(shù)措施太陽(yáng)能利用技術(shù)1236.1照明節(jié)能設(shè)計(jì)6.1.1建筑照明設(shè)計(jì)的基本原則6.1.2設(shè)計(jì)照明節(jié)能系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素6.1.3建筑照明設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容6.1.3建筑照明設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容（1）實(shí)用性（2）安全性照明設(shè)計(jì)應(yīng)從室內(nèi)整體環(huán)境出發(fā)，全面考慮光源、光質(zhì)、投光方向和角度，使室內(nèi)活動(dòng)的功能、使用性質(zhì)、空間造型、色彩陳設(shè)等與其相協(xié)調(diào)，以取得整體環(huán)境的宜居效果。一般情況下，線路、開(kāi)關(guān)、燈具的設(shè)置都需有可靠的安全措施。在危險(xiǎn)地方要設(shè)置明顯標(biāo)志，以防止漏電、短路等火災(zāi)和其他傷亡事故的發(fā)生。6.1.1建筑照明設(shè)計(jì)的基本原則（3）經(jīng)濟(jì)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(nèi)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(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)性有兩個(gè)方面意義，一是采用先進(jìn)技術(shù)，充分發(fā)揮照明設(shè)施的實(shí)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(shè)計(jì)時(shí)要符合我國(guó)當(dāng)前在電力供應(yīng)、設(shè)備、材料等方面的生產(chǎn)水平。6.1.2設(shè)計(jì)照明節(jié)能系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素①根據(jù)視覺(jué)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(shè)計(jì)方案；③在考慮顯色性的基礎(chǔ)上采用高效光源；④采用不產(chǎn)生眩光的高效率燈具；⑤室內(nèi)表面采用高反射比的材料；⑥照明和空調(diào)系統(tǒng)的熱結(jié)合；⑦設(shè)置不需要時(shí)能關(guān)燈的可變控制裝置；⑧將不產(chǎn)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(nèi)表面，建立換燈維修制度。①確定照明方式、種類(lèi)和照度值；②選擇光源和燈具，并合理布置；③計(jì)算照度、確定光源的安裝功率；④選擇或設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)形式；⑦選擇導(dǎo)線型號(hào)、截面和敷設(shè)方式；⑧選擇和布置配電箱、開(kāi)關(guān)、熔斷器和其他電氣設(shè)備；⑨繪制照明布置平面圖，匯總安裝容量，開(kāi)列設(shè)備材料清單，編制工程預(yù)算和進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。6.1.3建筑照明設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容6.1.4建筑照明節(jié)能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)標(biāo)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034—2013）中對(duì)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6.2建筑照明節(jié)能的技術(shù)措施選用優(yōu)質(zhì)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6.2.46.2.1選用優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能光源表6-2所示為幾種常見(jiàn)典型光源的性能。表6-2幾種常見(jiàn)典型光源的性能從表6-2中可以看出，這五種常見(jiàn)光源的特點(diǎn)如下（參見(jiàn)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(jiàn)光源白熾燈：光效最低，相對(duì)能耗最大，壽命最短，因此應(yīng)盡量減少其使用量。高壓汞燈：是玻殼內(nèi)表面涂有熒光粉的高壓汞蒸汽放電燈，燈光呈白色、柔和、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本和維修費(fèi)用低廉，光效高，壽命長(zhǎng)，省電經(jīng)濟(jì)，適用于道路照明、室內(nèi)外工業(yè)照明、商業(yè)照明等。熒光燈：有細(xì)管熒光燈和緊湊型熒光燈兩種。細(xì)管熒光燈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、節(jié)省原材料、體積小、質(zhì)量輕、成本低、節(jié)省能源、壽命更長(zhǎng)及易于實(shí)施等；緊湊型熒光燈在達(dá)到同樣光輸出的前提下，耗電為白熾燈的1/4，現(xiàn)已成為國(guó)家政府和普通百姓家中最常用的節(jié)能產(chǎn)品。金屬鹵化物燈：在高壓汞燈的基礎(chǔ)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(zhǎng)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(chǎng)館照明以及道路照明等。高壓鈉燈：使用時(shí)發(fā)出金白色光，發(fā)光效率高、耗電少、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)和不誘蝕等，適用于道路照明、泛光照明、廣場(chǎng)照明、工業(yè)照明等。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(huì)直接影響照明的質(zhì)量和能耗，現(xiàn)在市場(chǎng)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(dāng)光源或燈具積污時(shí)，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(huì)大大降低。（3）提供與新型高效光源配套的燈具。要達(dá)到高效率、高質(zhì)量的光照效果，就應(yīng)該按照光源的特性和尺寸專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)配套的燈具，以形成較完整的系列。（4）選用燈具利用系數(shù)高的燈具。有了高效的燈具，還必須正確應(yīng)用。6.2.3選用高效節(jié)能的照明燈具絕大多數(shù)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(kāi)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6.2.4選用有利于節(jié)能的智能照明控制①根據(jù)建筑照明的使用特點(diǎn)，采取分區(qū)控制燈光的措施，并適當(dāng)增加照明燈的開(kāi)關(guān)點(diǎn)，以便靈活掌握各分區(qū)燈光的開(kāi)關(guān)。②采用各種類(lèi)型的節(jié)電開(kāi)關(guān)和管理措施，如定時(shí)開(kāi)關(guān)、調(diào)光開(kāi)關(guān)、光電自動(dòng)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(tǒng)等。③對(duì)于公共場(chǎng)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(dòng)控光裝置等，使得這些場(chǎng)所的照明實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。6.3太陽(yáng)能利用技術(shù)3．太陽(yáng)能光伏發(fā)電1．被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑2．主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑6.3.1被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑設(shè)計(jì)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(nèi)布置盡可能多的儲(chǔ)熱體；③主次房間的平面位置應(yīng)合理。被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的最大優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、節(jié)能顯著、維護(hù)管理方便，但室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，熱舒適度差。被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖建筑的類(lèi)型很多，按照利用太陽(yáng)能的方式不同可分為直接受益式太陽(yáng)能建筑和間接受益式太陽(yáng)能建筑。1．直接受益式太陽(yáng)能建筑圖6-3所示為利用南向房間的外窗和高側(cè)窗吸收太陽(yáng)輻射熱量時(shí)的工作原理示意圖。（a）普通直接受益式（b）高側(cè)窗的直接受益式圖6-3直接受益式太陽(yáng)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(nèi)，有利于冬季采暖和避免夏季過(guò)熱②根據(jù)熱工要求確定窗口面積、玻璃種類(lèi)、玻璃層數(shù)、開(kāi)窗方式、窗框材料和構(gòu)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(yáng)板等相結(jié)合，以確保冬季夜間和夏季的使用效果設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：2．間接受益式太陽(yáng)能建筑1）特朗伯集熱墻特朗伯集熱墻是一種無(wú)機(jī)械動(dòng)力消耗和傳統(tǒng)能源消耗，僅僅依靠墻體的獨(dú)特構(gòu)造設(shè)計(jì)為建筑供暖的集熱墻體。冬季白天有太陽(yáng)時(shí)，集熱墻與外層玻璃之間出現(xiàn)溫室效應(yīng)，薄片間層的空氣被加熱，通過(guò)集熱墻頂部與底部的通風(fēng)孔可以向室內(nèi)對(duì)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(nèi)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如圖6-5（a）所示，夏季的白天，在集熱墻和玻璃之間設(shè)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(yáng)輻射。夜間，玻璃上、下通風(fēng)孔依然保持開(kāi)啟，但此時(shí)，將墻體外掛的活動(dòng)絕熱窗簾等絕熱層移開(kāi)，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2）水墻所謂“水墻”，是指以鋼桶或薄壁塑料管盛水作為儲(chǔ)熱物質(zhì)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(guó)某住房試驗(yàn)的太陽(yáng)能水墻。圖6-6太陽(yáng)能水墻剖面3）載水墻載水墻是采用向混凝土空心墻體內(nèi)襯防水塑料袋（水充注在塑料袋內(nèi)）的辦法做成的集熱墻，兼有水的儲(chǔ)熱容量大和固體材料無(wú)對(duì)流傳熱兩方面的集熱優(yōu)勢(shì)，這種水墻稱(chēng)為載水特朗伯墻或充水墻。載水墻系統(tǒng)的工作狀況如圖6-7所示。圖6-7載水墻系統(tǒng)的工作狀況4）附加陽(yáng)光間附加陽(yáng)光間又稱(chēng)附加溫室式太陽(yáng)房，是指在建筑的南側(cè)附建一個(gè)玻璃溫室，陽(yáng)光間與室內(nèi)空間之間由墻相隔，隔墻上開(kāi)有門(mén)、窗或通風(fēng)孔洞等，以便空氣流通，如圖6-8所示。白天，陽(yáng)光間的采暖主要是通過(guò)空氣的對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)，陽(yáng)光透過(guò)玻璃使陽(yáng)光間內(nèi)空氣變熱，經(jīng)加熱的空氣通過(guò)隔墻上的門(mén)窗、孔洞等以對(duì)流的方式進(jìn)入室內(nèi)空間，為室內(nèi)提供熱量，如圖6-8（a）所示；到了夜間，陽(yáng)光間可以作為室內(nèi)外空間的緩沖區(qū)，降低室內(nèi)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(yáng)光間工作原理示意圖3．被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱工設(shè)計(jì)要點(diǎn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下要點(diǎn)。①詳細(xì)了解擬建被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的服務(wù)對(duì)象、使用特點(diǎn)，使用單位的管理水平，以及投資建造單位對(duì)太陽(yáng)能建筑的設(shè)計(jì)要求和投資數(shù)量等。②收集建筑設(shè)計(jì)中所需要的當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，以及與確定氣象資料有關(guān)的其他資料，如當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度、緯度、地形、地貌等。③合理選擇太陽(yáng)能建筑的建設(shè)地點(diǎn)、朝向和房屋間距是否能充分利用太陽(yáng)能，以達(dá)到冬暖夏涼的先天條件。建設(shè)地點(diǎn)：太陽(yáng)能建筑的建設(shè)地點(diǎn)宜選在背風(fēng)向陽(yáng)的地方，且在冬至日從上午9時(shí)至下午3時(shí)的6個(gè)小時(shí)內(nèi)，陽(yáng)光能夠直接照射進(jìn)室內(nèi)或集熱器上。建設(shè)朝向：根據(jù)我國(guó)多數(shù)地區(qū)的實(shí)際情況，太陽(yáng)能建筑的建設(shè)朝向宜在南偏東或南偏西15°以內(nèi)，以保證在整個(gè)采暖期內(nèi)南向房間有充分的日照，并且避免夏季過(guò)多的日曬。房屋間距：太陽(yáng)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。④外部形狀和房間的安排。南墻是太陽(yáng)能建筑的主要集熱部件，面積越大，其所獲得的太陽(yáng)能就越多。⑤墻體結(jié)構(gòu)的確定。應(yīng)具有集熱、儲(chǔ)熱和保溫功能。⑥門(mén)窗是太陽(yáng)能建筑獲得太陽(yáng)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(shè)在太陽(yáng)能建筑的南窗下或南窗間墻上，用于獲取太陽(yáng)能的裝置。⑧太陽(yáng)能建筑的空氣通道由上下通風(fēng)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(gè)房屋熱損失的30%～40%。保溫地面法：將素土夯實(shí)，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(lái)儲(chǔ)熱，再按正常方法做地面。

防寒溝法：在房屋基礎(chǔ)四周挖深度600mm、寬度400～

500mm的溝，溝內(nèi)填上干爐渣進(jìn)行保溫。⑩被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的地面具有儲(chǔ)熱和保溫功能。6.3.2主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑1．太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)1）太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的組成及分類(lèi)①集熱器和蓄熱水箱結(jié)合為一體的系統(tǒng)，一般稱(chēng)為悶曬熱水系統(tǒng)；集熱器和蓄熱水箱分離安裝的系統(tǒng)，稱(chēng)為循環(huán)式熱水系統(tǒng)或直流式熱水系統(tǒng)，其工作原理如圖6-9所示。圖6-9循環(huán)式熱水系統(tǒng)工作原理圖②根據(jù)集熱器收集太陽(yáng)能的方式，可分為聚光和非聚光太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。③按太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的使用時(shí)間，可分為季節(jié)性太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、全年用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，以及全天候太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。④按集熱器的結(jié)構(gòu)不同，可分為悶曬式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和真空管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。目前最為常用的平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和真空管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，如圖6-10所示。（a）平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)（b）真空管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)圖6-10平板式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和真空管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)⑤按熱水被加熱的原理不同，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可大致分為三類(lèi)，即自然循環(huán)系統(tǒng)、強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)和自流循環(huán)系統(tǒng)。自然循環(huán)系統(tǒng)：依靠集熱器與蓄水箱的水溫不同所產(chǎn)生的密度差進(jìn)行溫差循環(huán)，水箱中的水經(jīng)過(guò)集熱器時(shí)被不斷加熱。強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)：依靠循環(huán)水泵使水箱中的水經(jīng)過(guò)集熱器被不斷加熱。自流循環(huán)系統(tǒng)：通過(guò)自來(lái)水的壓力來(lái)保證熱水的制取。2）太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)形式的選擇太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的類(lèi)型，可根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)、集熱器面積大小、管理?xiàng)l件等具體情況加以選擇。例如，當(dāng)集熱器面積較小時(shí)，一般采用自然循環(huán)式；當(dāng)集熱器面積較大時(shí)，應(yīng)采用強(qiáng)制循環(huán)式，其工作原理如圖6-11所示；當(dāng)條件限制無(wú)法安裝電氣控制電路，但管理力量較強(qiáng)時(shí)，可采用工人操作的變流量定溫放水式；對(duì)于類(lèi)似理發(fā)店等用水時(shí)間不固定的單位，宜用定溫放水式。圖6-11強(qiáng)制循環(huán)式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工作原理3）太陽(yáng)能集熱器的選擇各種太陽(yáng)能集熱器綜合性能如表6-3所示。表6-3各類(lèi)太陽(yáng)能集熱器綜合性能比較2．太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)是利用集熱器進(jìn)行太陽(yáng)能低溫集熱，然后通過(guò)熱泵將熱量傳遞到采暖熱媒（如空氣、熱水等）中去。按太陽(yáng)能的利用方式不同，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)又可分為直接式和間接式