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    绿色建筑节能设计的技术经济分析
    发布时间:2019-07-08

    鹈鹕vs太阳 www.icipro.net 摘 要

      这些年,国内外学者将关注的重点放在节能建筑,绿色建筑方面,有关这方面的研究也越来越多,当前还处于研究的初期,截止到目前为止,还没有一个学者能够将生命周期成本添应用至节能建筑方面,欠缺实际案例。本文研究的角度放在生命周期这方面,全方位考虑到节能建筑的实用性,经济性,目的在于加强学者们逐渐意识到如何加强节能技术。

      首先,本文依次对国内外绿色节能建筑的现状进行了分析总结,介绍了绿色建筑节能的定义和理论;第二,分别梳绿色节能建筑的技术,包含单体技术设计,规划设计两方面,对当前社会中常见的节能技术进行分析,无论是从技术的构造,还是从技术的性能都进行分析;其次通过天正节能软件对本文的节能建筑进行分析,分别将建筑的节能率,耗能率进行计算,使用正交试验法对围护结构进行详细阐述和精确计算,计算出绿色建筑全年的节能率,负荷率,计算出绿色建筑空调和采暖的冷负荷率和热负荷率等;最后使用正交试验法对围护结构设计和技能技术设计的前提下,从整个方案中选取节能效果最好的方案作为本文的分析案例,同时将工程造价融入到案例中,分别计算出全生命周期成本,初始成本,运营成本,从中选择最佳方案,并且以该节能设计总思路为基础。

      本文的研究工作,有利于诞生出新成本观念,在一定程度上减少生命周期投入成本,减少企业对节能建筑的投入成本,有利于提高绿色节能建筑的不断拓和推广。此外本文的研究无论是在实践过程中还是在理论基础上都有利于加强节能建筑的可持续性,实用性,为后续我国开展这方面的研究提供参照价值。为我国政府推出节能型建筑,绿色节能建筑提供决策。

      关键词:绿色建筑,节能设计,技术经济分析,全生命周期成本

    绿色建筑

    Abstract

      In recent years, scholars at home and abroad have focused their attention on energy-saving buildings and green buildings. No scholar has been able to apply life cycle costs to energy-saving buildings. There is a lack of practical cases. This paper focuses on the aspect of life cycle, taking into account the practicality and economy of energy-saving buildings in all respects, in order to strengthen scholars gradually realize how to strengthen energy-saving technology.

      Firstly, this paper analyzes and summarizes the status quo of green and energy-saving buildings at home and abroad, and introduces the definition and theory of green building energy conservation. Second, the technology of combing green energy-saving buildings, including single technology design and planning design, analyzes the common energy-saving technologies in the current society, whether it is from the construction of technology or the performance of technology. Secondly, by analyzing the energy-saving buildings in this paper through the Tianzheng energy-saving software, the energy conservation rate and energy consumption rate of the buildings are calculated, and the enclosure structure is elaborated and accurately calculated using the orthogonal test method to calculate the energy conservation rate of green buildings throughout the year. Load rate, calculating the cooling load rate and heat load rate of green building air conditioning and heating; Finally, on the premise of using orthogonal test method to design the envelope structure and skill technology, the best energy-saving plan is selected from the entire plan as the analysis case of this article. At the same time, the project cost is integrated into the case and the life cycle cost is calculated separately. The initial cost, operating cost, choose the best plan from among them, and based on the overall idea of the energy-saving design, the new environmental science building of A University was designed to save energy.

      The research work of this paper is beneficial to the birth of new cost concept, reducing the cost of life cycle investment to a certain extent, reducing the cost of enterprise investment in energy-saving buildings, and improving the continuous expansion and promotion of green energy-saving buildings. In addition, the research of this paper is helpful to strengthen the sustainability and practicability of energy-saving buildings in the course of practice and on the basis of theory. For our government to launch energy-saving buildings, green energy-saving buildings to provide decision-making.

      Keywords: green building, energy saving design, technical and economic analysis, life cycle cost

    目录

      第1章绪论

      1.1研究背景及意义

      能源问题是全球最为关注的问题之一。在全球所有国家中,无论是发展中国家,还是发达国家,在耗费能源方面,占比率都比较高,尤其表现在建筑耗能,其中涵盖采暖空调,建造和生活耗能,比例超过30%,根据相关调查发现,住宅是商用耗能的2倍。本文针对我国能源耗费情况来看,这些年我国每年新增建筑总面积超过20亿平方米,类比于美国发达国家,美国每年新增建筑总面积仅仅是4-5亿平方米[1].我国是当前全球新增加建筑面积最大的国家,远远大于其他国家全部新增建筑面积。由于我国房地产事业不断蓬勃发展,成为我国经济的支柱行业,根据相关数据统计,我国城镇乡村的总建筑面积超过460亿平方米,其中有99%的建筑都属于高能耗。

      本文从生命周期这方面进行考虑,结合绿色建筑的实用性,可持续性,有利于诞生新成本观,在一定程度上减少生命周期投入成本,减少企业对节能建筑的投入成本,有利于提高绿色节能建筑的不断拓展和推广。所以,本文的价值在于能够从经济和社会角度给国家带来效益,因此,具有一定的应用价值,实际价值[2].首先,将生命周期应用于节能建筑中,有利于加强人们对节能建筑的了解和认识,进一步推动节能建筑规模的日益扩展和扩大。其次,从经济方面进行考虑,根据当地建筑行业的实际情况,探索出个性化的解决方案,为日后我国大规模发展节能建筑提供理论参照价值和理论指导,除此之外,大规模拓展节能建筑,一方面可以改善人民生活和居住环境,推动我国经济可持续发展,另一方面,有利于降低大气污染,净化空气和环境。

      通过对本文进行研究,对于节能建筑采用实践和理论相结合的方式,对于节能建筑的实用性和可持续性进行探讨。以便于我国今后进行节能建筑的大范围普及提供部分参照价值。为我国政府推出节能型建筑,绿色节能建筑提供决策。

      1.2国内外研究现

      1.2.1绿色建筑节能设计

     ?。?)建筑规划节能设计在建筑节能设计中占据重要位置的是建筑规划设计。2017年陈灿荣指出规划高层建筑设计时,需要考虑几方面内容,分为:建筑之间的距离,道路之间的距离,相邻建筑之间的距离,建筑之间的风压问题,建筑之间的热反射问题等[3].

      2017年崔戍强调台州地区的最佳位置分别是南面向东和西各偏15°,原因是台州在夏季和秋季容易受到日晒和台风的影响[4].2017年马建国指出节能建筑的规划内容主要包括:建筑集中供热,建筑位置,建筑绿化率,建筑方位,建筑通风效果等[5].

     ?。?)建筑单体节能设计2015年罗串莲指出利用定量分析方法探讨节能和建筑形态之间存在的关联性[6].2014年莫晓亚强调通过"温度阻尼区"来实现节能,其中包含采用高保温材料,扩大建筑受热面积等[7].2014年张国华主张住宅的属性确定住宅的节能效果[8].

      建筑在建筑维护结构节能设计的研究中主要体现在下面几个方面:

     ?、俳ㄖ馇浇谀苌杓蒲芯?015年JunliYang(2015)提出保温层寿命的长短主要受这几方面因素影响,其中保温层材质,厚度,成本,用户有一定关系[9].2016年肖娟,林波荣指出优良的建筑保温材料不仅能够满足环保节能的效果,而且可以符合热阻要求,因此被广泛应用[10].2016年支家强,赵靖,辛亚娟提倡在选择保温材料时,优选外保温效果好的材料,因为可以增加保温材料的使用寿命,有利于预防外墙出现裂缝[11].除此之外,西安研究院已经研究出新型绿色墙体材料-保温空心砌块[12].②建筑门窗节能设计研究2014年HadasGabay提出将玻璃进行贴膜,不仅能够阻碍组外线,而且还具有隔热和保温的效果[13].2014年VahidVakiloroaya,BijanSamali,KambizPishghadam明确强调绿色玻璃以及双侧玻璃在隔热和保温的性能方面具有良好的表现,同时对窗户的位置和大小对建筑能耗产生的作用进行了研究。提出窗与建筑面积的比例处于10%-12%时节能效果最好。2016年余晓平指出门窗在天气冷的地方应当注重气密性,保温值,在进行选择中需要注意门窗朝向,窗墙比等因素,目的在于降低能耗[15].2016年李魁山和张旭指出夏天要做好门窗的防热措施,冬天需要保证门窗的保温措施[16].无论是选择节能门窗,还是选择普通门窗,都需要满足以下几方面需求:①需要充分保证室内阳光的充足性;②需要符合保温隔热功能,即夏天要做好门窗的防热措施,冬天需要保证门窗的保温措施;③需要满足用户的视野观,同时需要保证室内的通风效果;④需要保证建筑外观的整体性和美观性。

     ?、劢ㄖ菝娼谀苌杓蒲芯拷ㄖ菝娼谀苎芯抗讨?,侧重点在于屋面的构造和保温材料的性能。2014年C.Y.Jim指出需要研究屋顶绿化的节能性[17].2015年龙惟定和马素贞研究出一种硅薄板,完全改变传统的空心预制板,在很大程度上提升了建筑节能利用率[18].

      2015年孙大明,邵文曦,李菊深入分析和研究种植屋面的结构,提倡大范围的进行种植屋面[19].

      1.2.2建筑全生命周期成本优化

      G.K.C.Ding(2014)基于全生命周期成本的概念计算出外墙保温体系的节能成本,同时计算出聚苯板的回收期,石棉保温材料的回收期[20].

      2016年OmarEspinoza对屋顶的绿色建筑进行了实验,数据显示相比传统的屋顶建筑,新型屋顶的建筑投入资金增加了10%~14%,但是关于运营的净现值则低了20%.

      2015年江亿对建筑的成本项目进行分析和计算,其中主要涉及项目的进度,项目的质量,项目的成本这三方面,细致探讨了如何协调和管理这三方面之间的关联性[22].此外,对于成本管理中的一些常用办法大致可以分为:责任成本法,工程成本分析法,偏差控制法以及挣得值分析法。

      2018年李小进和王鼎深入分析和探讨影响项目管理的关键点,其中控制内容,控制方法,控制体系因素,从系统工程方面进行考虑,列举一些成功案例作为研究的基础,有利于优化项目成本,增加经济和社会效益[23].

      2016年魏薇对广州市进行列举,通过招标阶段,施工和设计阶段以及最后的结算阶段,根据这些阶段进行分析和研究,并对以上内容进行管控和优化[24].

      2017年林波荣,秦佑国和朱颖心根据我国当前全生命周期的现状和方法为插入点进行分析,认为可以通过设计方,施工方,主管部门,使用业主等方面来管控全生命周期成本的投入[25].

      1.3研究方法及技术路线

      本文从整个系统为基础进行研究,通过经济技术学,建筑设备学和建筑物理等多种学科为理论依据;采用多种分析方法对系统进行详细阐述和研究,涵盖定量分析法,比较研究法,定性分析法,案例分析法和理论研究法。

      下图是本文的技术路线:

      1.4论文组织结构

      第1章绪论。对绿色建筑节能方面的研究背景以及意义进行解释。同时对国内外有关的文献与先进技术进行深入的分析与研究,明确本文研究的主要内容和创新点。

      第2章对绿色建筑的定义进行概述,包括理论基础与相关概念。解释建筑能耗的定义和算法,并对绿色建筑生命周期论以及正交试验方法进行研究第3章对绿色建筑维护结构以及节能方面的技术分析。别梳理单体设计,规划设计方面的内容,对当前市场上围护结构中常见的技术进行分析,包括屋顶节能技术,外墙保温技术,遮阳性能,门窗节能技术等。为日后进一步研究奠定基础。

      第4章绿色建筑节能设计能耗分析。通过天正节能软件,对本文进行研究的建筑模型进行计算,得出选用建筑最初的围护结构设计方案的节能率以及能耗。同时通过正交试验对绿色建筑围护结构的节能设计方面进行计算,将每个试验方案的设计建筑的采暖累计热负荷、设计建筑的空调累计冷负荷、设计建筑的全年累计节能率以及总负荷等等。通过试验,综合挑选出各项因素对围炉结构的影响程度最差方案(负荷最大的围护结构组合)以及最优方案(负荷最小的围护结构组合)。第5章对绿色建筑节能设计整个生命周期的综合成本进行优化。首先从护结构中选出节能率超过50%的方案,同时将工程造价融入到案例中,分别计算出全生命周期成本,初始成本,运营成本,从中选择最佳方案,并且以该节能设计总思路为基础。第6章总结与展望。对本文的研究成果进行了总结,分析了其研究不足之处。

      1.5研究创新点

     ?。?)分析和比较围护结构方面的优缺点,分析内容包括:门窗节能技术,外墙保温技术,遮阳技术和屋顶节能技术。

     ?。?)通过正交试验法详细探讨窗户类型,楼板传热系数,外墙传热系数和屋顶传热系数影响下面几方面的主次顺序,涵盖全年累计总负荷、采暖累计热负荷以及空调累计冷负荷。

     ?。?)对围护结构进行优化时,需要优化绿色节能设计,全生命周期成本,探索出未来运营成本以及初始建设成本之间存在的制衡点。

    【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】

      第2章相关概念及理论基础
      2.1建筑节能的概述
      2.1.1建筑节能设计概述
      2.1.2围护结构的相关概念
      2.2全生命周期成本理论
      2.3本章小结

      第3章绿色建筑围护结构节能技术分析
      3.1建筑节能规划设计
      3.2建筑围护结构的节能技术
      3.2.1外墙节能技术
      3.2.2门窗体系节能技术
      3.2.3屋面节能技术
      3.2.4楼板节能技术
      3.2.5建筑遮阳系统

      3.3建筑外围护各部件节能适宜技术比较
      3.3.1外墙保温体系技术适宜性比较
      3.3.2门窗节能技术适宜性比较
      3.3.3屋顶节能技术适宜性比较
      3.3.4遮阳系统的适宜性比较
      3.4本章小节

      第4章绿色建筑节能设计能耗分析
      4.1建筑节能分析
      4.1.1项目概况
      4.1.2节能计算结果
      4.2绿色建筑节能设计的正交试验分析
      4.2.1正交试验设计的基本程序
      4.2.2因素水平选择
      4.2.3正交试验表的确定

      4.2.4正交试验表的计算
      4.3本章小节

      第5章绿色建筑围护结构节能设计经济优化
      5.1围护结构经济性分析及方案的选择
      5.2初始化建设成本
      5.3未来运营成本

      5.4全生命周期成本及最佳方案选择
      5.4.1参数设定
      5.4.2全生命周期成本模型确定
      5.4.3全生命周期成本计算和最佳方案选择
      5.5本章小节

    第6章结论与展望

      6.1结论

      伴随着全国经济不断向前发展,推动着节能资源建设不断发展,建筑节能已称为工程项目中越来越重要的部分,由于人们对建筑节能方面存在偏见和误区,在一定程度上阻碍节能建筑的发展。所以,如何改善和优化全生命周期成本对绿色节能建筑起着非常重要的作用。本文研究中结合正交试验法,绿色节能策略,制定出专业的,系统的,全面的优化策略。研究的详细成果如下:

     ?。?)详细分析和阐述正交试验法,绿色节能建筑设计,全生命周期成本,精确进行和模拟建筑能耗,重点论述全生命周期成本对建筑原始成本和运营成本之间的关系和影响,寻找两者的平衡点。

     ?。?)本文设计和研究的侧重点在于绿色节能,第一,对国内外关于绿色建筑的发展以及相关的理论研究进行深入的分析。由原本的建筑节能设计转变成建筑围护架构设计。具体包含有屋面节能设计,外墙节能设计,楼板节能设计,门窗体节能设计,遮掩设计等,分别对这些设计中的影响因素和设计要素进行讨论和汇总。第二,采用比较分析法对围护结构中的门窗,外墙保温,屋顶以及遮阳等四个具体方面的节能体系进行严格的测算与分析比对。从而更加明确各个部件在围护结构中的优点和不足之处。

     ?。?)使用正交试验法对绿色节能建筑的设计进行详细阐述和精确计算,计算出绿色建筑全年的节能率,负荷率,计算出绿色建筑空调和采暖的冷负荷率和热负荷率等。在这些计算中,得到了下面几个观点。

     ?、俜治霾膳奂迫雀汉?,根据影响程度的不同分为屋顶传热系数<楼板传系数<外墙传热系数<窗户传热系数。

      分析空调累计冷负荷,根据影响程度的不同分为楼板传热系数<屋顶传热系数<外墙传热系数<窗户传热系数。

      分析全年累计总负荷,根据影响程度的不同分为屋顶传热系数<楼板传热系数<外墙传热系数<窗户传热系数。

     ?、谕ü哉皇匝榈木凡馑?,围护结构中负荷最小的组合,也就是最佳的方案。

      针对采暖累计热负荷,最佳方案是粘土多孔砖+空心砖墙240+中空玻璃窗+平屋面+架空楼板。

      针对空调累计冷负荷,最佳方案是加气混凝土砌块+中空玻璃+水泥砂浆楼面+平屋面。

     ?、弁ü哉皇匝榈木凡馑?,维护结构中负荷最大的组合,也就是最差方案。

      针对采暖累计热负荷,最差方案是加气混凝土砌块+塑料玻璃窗+坡屋面+水泥砂浆楼面。

      针对空调累计冷负荷,最差方案是烧结多孔砖+热铝合金玻璃窗+平屋面+架空楼板。

      针对全年累计总负荷,最差方案是加气混凝土砌块+塑料玻璃窗+坡屋面+架空楼板。

     ?。?)以节能率50%以上的国家标准为必要条件,在建筑能耗模拟、节能设计技术性分析以及围护结构方案三者结合的的正交试验设计为基本条件,如果只从时间价值上考虑,那么试验8是围护结构方案中节能效果最好的组合,即粘土多孔砖空心砖墙240+铝合金普通单框中空玻璃9~12mm(平开)+平屋面+架空楼板。方案7的成本是全生命周期成本中最高,即围护结构采用钢筋混凝土墙+断热铝合金单框普通中空玻璃窗+屋面+架空楼板。从LCCAV这一指标充分分析后,本模型中成本最低的方案每年花费为152.83万元,成本最高的方案每年花费为160.07万元,能够缩减4.1万元。

      从这一指标进行详细分析,从建筑面积来进行比对,成本最低的方案每年费为152.83元,成本最高的每年花费为160.07元,能够缩减37347元。

      忽略时间价值,方案2是围护结构方案中节能效果最好的组合,即粘土多孔砖+空心砖墙240+断热铝合金单框普通中空玻璃窗+平屋面+水泥砂浆楼面。其中方案组合最差的是断热铝合金单框普通中空玻璃窗+加气混凝土砌块+平屋面+架空楼板。

      本文对静态生命周期成本进行研究和分析,可以发现,充分符合国家要求的节能率超过50%的前提下,本模型中在全生命周期成本方面,使用方案最差的成本相比较方案最佳的成本可以缩减61.49万元。

      6.2展望

      通过对本文的研究,在绿色节能建筑方面已取得了学者们的关注,基于本文目前作为研究的初步阶段,在后续的实际应用中还将遇到更多的难题,需要对这些问题进行深层次的分析和研究,下面是本文中需要进一步解决的问题:

     ?。?)本文侧重点在于如何实现绿色节能建筑的可持续发展,实现其经济价值去,忽视了建筑的生态性,假设能够将绿色节能建筑的生态性,经济性,技术性三方面结合在一起,进而寻找出最佳节能方案,在很大程度上有利于推广和优化绿色节能技术。

     ?。?)本文案例中,采用的节能技术,只是根据当地设计单位和建筑单位的相关要求,没有进一步对节能技术进行深层次,系统化,科学化的研究。根据建筑区域性的研究基础上,要从当地的地域文化以及自然条件着手进行深入的了解与研究,再结合技术性的支持,制定出一套生态化,经济化的节能方案。

     ?。?)本次研究目前仅针对于围护结构方面的节能设计,随着节能体系的发展,后续的研究将进行更大范围的研究与分析,乃至整个绿色节能建筑体系中。

      参考文献
      致谢

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