建筑节能设备设计应用.doc

建筑节能设备设计应用前 言随着社会经济发展、人民生活水平不断提高，建筑能耗持续上升。其原因，一是建筑面积增加，二是居民家用设备快速增长，建筑照明条件也愈益改善，三是人们对建筑热舒适性要求越来越高，空调制冷面积不断扩大，时间也在延长，能源消耗随之增加。目前普遍认为建筑节能是节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。因此，采取建筑节能技术措施不仅能改善室内热环境、减少空调耗能量，还能减少空调机排放的废热废气等改善大气环境，且对削减用电高峰负荷意义重大。为了贯彻国家有关能源规定和政策，提高设备和能源利用效率，提高我市建筑节能设计水平，使建筑节能设计人员更好地掌握节能设计方法、熟悉节能设备选用，在查阅大量文献和有关专家论点的基础上，编写出*市建筑节能设备设计应用指引。本指引简单介绍了一些建筑设备节能设计的基本知识，重点对建筑照明、太阳能热水器、空调设备的设计应用进行介绍。希望本指引能对人们的建筑节能意识起到引导作用，为建筑设计人员提供参考，使建筑与节能一体化设计，达到更好的节能效果。在建筑节能设备设计应用中应大力利用可再生能源，如利用地下水作为空调系统的冷却水和热源水，用制冷（热泵）从低品位热源中提取所需的冷（热）量为建筑供冷（热）；又如太阳能是清洁而且用之不尽的可再生能源，不仅可提供生活热水，还可进行光伏发电，为建筑的照明系统提供光源。另外将太阳能应用于空调技术，可以有效降低由于使用常规机械压缩制冷设备带来的大量电力消耗，从而减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污染。所以设计人员在建筑节能设计中，应该努力探索可再生能源与建筑的结合方式，构建节约型社会。本指引是在大量调研、认真总结*市实际工程经验的基础上，参照国家、省的相关标准规范，并经过广泛征求意见编制的，可供有关单位在建筑节能设计、施工中参考。如本指引存在与国家、省的相关标准规范不符的，应严格按国家、省的标准规范执行。各单位发现本指引存在不符合规范标准、不符合工程实际等问题的，或有其他意见、建议的，都应及时向*市墙材革新与建筑节能办公室反映，以供今后修订时参考。1 基本知识 1.1建筑能耗设备建筑设备包括建筑电气、供暖、通风、空调、消防、给排水、楼宇自动化等。建筑内的能耗设备主要包括空调、照明、热水供应设备等。南方地区空调系统和照明系统的耗能在大多数的民用建筑能耗中占主要份额，空调系统的能耗更达到建筑能耗40%60%，成为建筑节能的主要控制对象。1.2东莞地区建筑节能特点东莞地区的气候特征决定了其建筑物能耗的特征：冬季基本不采暖，夏季炎热漫长，常年气温高，湿度大，故空调制冷能耗是整个建筑物能耗的重要组成部分。在建筑节能方面应采取的措施是重视建筑遮阳、充分利用自然通风、提高围护结构隔热性能等，从而缩短制冷时间、降低空调能耗。1.3适用于东莞地区建筑节能技术1推广健康建筑的理念，做好建筑物规划和布局，尽量采用自然通风、采光、做好建筑遮阳及隔热，降低空调设备能耗。2采用高效建筑供能、用能系统和设备：合理选择用能设备，提高设备运行效率；根据建筑物用能负荷动态变化，采用合理的调控措施。3优化用能系统，采用能源回收技术：（1）设备在部分时段、部分负荷下运行时应采用节能方式；（2）有条件时宜采用热、电、冷三联供形式，提高能源利用效率；（3）采用能量回收系统，如采用热回收技术；（4）针对不同能源结构，实现能源梯级利用。4自动化管理系统可以对建筑耗能设备进行智能控制，减少不必要的用电负荷，节约能源。5充分利用建筑周围的自然资源条件，开发利用可再生清洁能源，如太阳能、水能、风能、地热能、海洋能、生物质能、潮汐能以及通过热泵等先进技术提取自然环境 （如大气、地表水、污水、浅层地下水、土壤等）的能量。可再生能源的利用方式可参考表1.1。表1.1可再生能源的利用方式可再生能源利用方式太阳能太阳能发电太阳能供暖与热水太阳能光利用（不含采光）于干燥、炊事等较高温用途热量的供给太阳能制冷地热(100%回灌)地热发电梯级利用地热梯级利用技术（地热直接供暖热泵供暖联合利用）地热供暖技术风能风能发电技术生物质能生物质能发电生物质能转换热利用其它地源热泵技术污水和废水热泵技术地表水水源热泵技术浅层地下水热泵技术（100%回灌）浅层地下水直接供冷技术（100%回灌）地道风空调1.4建筑设备节能设计应注意的问题建筑的节能设计，必须依据当地具体的气候条件，首先保证室内热环境质量，同时，还要提高采暖、通风、空调和照明系统的能源利用效率，以实现国家的节能目标、可持续发展战略和能源发展战略。1合适、合理地降低设计参数合适、合理的降低设计参数不是消极被动地以牺牲人类的舒适、健康为前提。空调的设计参数，夏季空调温度可适当提高一点如2526、冬季的供暖温度可适当低一点。2建筑设备规模要合理建筑设备系统功率大小的选择应适当。如果功率选择过大，设备常部分负荷而非满负荷运行，导致设备工作效率低下或闲置，造成不必要的浪费。如果功率选择过小，达 不到满意的舒适度，势必要改造、改建，也是一种浪费。建筑物的供冷范围和外界热扰量基本是固定的，出现变化的主要是人员热扰和设备热扰，因此选择空调系统时主要考 虑这些因素。同时，还应考虑随着社会经济的发展，新电气产品不断涌现，应注意在使用周期内所留容量能够满足发展的需求。3建筑设备设计应综合考虑建筑设备之间的热量有时起到节能作用，但是有时候则是冷热抵消。如夏季照明设备所散发的能量将直接转化为房间热扰，消耗更多冷量。而冬天的照明设备所散发的热量将增加室内温度，减少供热量。所以，在满足合理的照度下，宜采用光通量高的节能灯，并能达到冬夏季节能要求的照明灯具。4建筑能源管理系统自动化 建筑能源管理系统（EMS，Building Automation System）是建立在建筑自动化系统（BAS，Building Automatic System）的平台之上，是以节能和能源的有效利用为目标来控制建筑设备的运行。它针对现代楼宇能源管理的需要，通过现场总线把大楼中的功率因数、温度、流量等能耗数据采集到上位管理系统，将全楼的水、电力、燃料等的用量由计算机集中处理，实现动态显示、报表生成。并根据这些数据实现系统的优化管理，最大限度地提高能源的利用效率。BAS系统造价相当于建筑物总投资的0.51，年运行费用节约率约为10，一般45年可回收全部费用。5建筑物空调方式及设备的选择，应根据当地资源情况，充分考虑节能、环保、合理等因素，通过经济技术性分析后确定。1.5国家现行的有关节能的强制性标准夏热冬暖地区居住建筑的节能设计，应符合国家现行有关强制性标准的规定。1.5.1 相关的工程技术标准公共建筑节能设计标准GB 50189-2005夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准JGJ75-2003夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准广东省实施细则（DBJ15-50-2006）公共建筑节能设计标准广东省实施细则DBJ15-51-2007建筑照明设计标准GB50034-2004建筑采光设计标准GB/T50033-2001民用建筑热工设计规范GB 50176-93采暖通风与空气调节设计规范GB 50019-2003通风与空调工程施工及验收规范GB 50243-97广东省标准铝合金门窗工程设计施工及验收规范1.5.2 相关的产品标准建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法GB/T 7107-86建筑外窗保温性能分级及其检测方法GB/T 8484-87建筑外窗采光性能分级及其检测方法GB/T 11976-89建筑外门的空气渗透性能和雨水渗漏性能检测方法GB/T 13686-92钢窗建筑物理性能分级GB/T 13684-92建筑幕墙物理性能分级GB/T 15225-94建筑幕墙空气渗透性能检测方法GB/T 15226-94建筑幕墙雨水渗漏性能检测方法GB/T 15228-94建筑外门保温性能分级及其检测方法GB/T 16729-1997PVC塑料窗建筑物理性能分级GB/T 11793.1-89组合式空调机组GB/T 14294-93风机盘管机组GB/T 19232-2003热量表CJ/T 128-2000单元式空气调节机GB/T 17758-1999房间空气调节器 GB/T 7725-1996房间空气调节器能源效率限定值及节能评价值GB 12021.3-2000家用燃气取暖器CJ/T 113-2000家用燃气快速热水器GB 6932-94常压容积式燃气热水器CJ/T 3031-95蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组-工商业用或类似用途的冷水（热泵）机组GB/T18430.1-2000直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组GB/T 18362-2001蒸汽和热水型溴化锂吸收式冷水机组GB/T 18431-2001蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组-户用和类似用途冷水（热泵）机组GB/T18430.2-2000多联式空调（热泵）机组GB/T 18837-2002风管送风式空调（热泵）机组GB/T 18836-20022建筑照明节能设计2.1建筑照明节能设计规定指标2.1.1 术语介绍1显色指数显色指数指在具有合理允差的色适应状态下，被测光源照明物体的心理物理色与参比光源照明同一色样的心理物理色符合程度的度量。符号为Ra。2照明功率密度照明功率密度是单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器），单位为瓦特每平方米（W/m2）。3光通量光通量是根据辐射对标准光度观察者的作用导出的光度量。该量的符号为 ，单位为流明（lm），1lm=1cd1sr。对于明视觉有：式中辐射通量的光谱分布；光谱光（视）效率；辐射的光谱（视）效能的最大值，单位为流明每瓦特(lm/W)。在单色辐射时，明视觉条件下的 值为683lm/W（ =555nm时）。4照度表面上一点的照度是入射在包含该点的面元上的光通量 除以该面元面积 所得之商，即：该量的符号为E，单位为勒克斯（lx），1lx=1lm/m2。2.1.2 建筑照明节能设计规定指标我国新照明标准建筑照明设计标准（GB50034-2004）中采用照明功率密度（lighting power density）即单位面积上的照明安装功率作为评价节能标准。标准中分别对居住建 筑、办公建筑、商业建筑、旅馆建筑、学校建筑、工业建筑等提出了照明功率密度的限制值，如下表2.1和表2.2所示。表 2.1居住建筑照明功率密度、照度和显色指数房间或场所照明功率密度（W/）照度标准值（lx）显色指数Ra现行值目标值起居室7610080卧室75餐厅150厨房100卫生间100表2.2公共建筑照明功率密度、照度标准值和显色指数房间或场所照明功率密度（W/）照度标准值（LX）显色指数Ra现行值目标值办 公 建 筑普通办公室11930080高档办公室、设计室181550080会议室11930080营业厅131130080文件整理、复印、发行室11930080档案室8720080商业建筑一般商店营业厅121030080高档商店营业厅191650080一般超市营业厅131130080高档超上营业厅201750080旅 馆 建 筑客房151380中餐厅131120080多功能厅181530080客房层走廊545080门厅151330080医 院 建 筑治疗室、诊室11930080化验室181550080手术室302575090候诊室、挂号厅8720080病房6510080护士站11930080药房201750080重症监护室11930080学校建筑教室、阅览室11930080实验室11930080美术教室181550080多媒体教室11930080表2.2中一部分相同用途的房间或场所按不同要求规定了两档，甚至3档、4档照度标准，如办公室分“普通”和“高档”， 照明功率密度现行值为11和 18 W/，照度为300和500lx；商店营业厅也分“一般”和“高档”规定；试验室、检验等分“一般”和“精细”规定两档照度等。这是考虑到不同地区、不同行业、不同规模等条件，设计时按需要选取。2.1.3 照明光源色1光源色表分组：按光源的相关色温分为三组：暖色，中间色，冷色。2光源色表的选用：一般说，应根据建筑光环境所要形成的气氛选择光源的色表。荧光灯、金卤灯等在室内使用最多的光源，都有多种色温的产品可供选择。通常，暖色光源适用于较低照度（如200300lx以下）的场所或寒冷地区，如住宅、旅馆客房、病房、咖啡厅、酒吧、餐厅等；冷色光源适用于高照度（如750lx及以上）场所或热带地区，如体育场馆等；中色温光源适用于中等照度（如3001000lx左右）场所，这类照度要求的场所很普遍，应用最广，如办公室、设计室、阅览室、教室、诊室、检验、控制室、机加工、仪表装配等。3设计应用中存在的问题：设计图纸没有规定光源色温，任由工程承包或施工单位购买，甚至是随意采购；规定了光源色温，但选用冷色者为多。有些设计者，承包或施工方误认为色温高的灯管亮，效率高，导致选用的荧光灯（包括直管和紧凑型）多数为62006500K的高色温灯管，一方面是气氛并不相宜，另一方面是导致灯管光效下降。一般说，荧光灯的色温高的，光效要低一些，特别是卤磷酸盐荧光粉直管灯更为明显。对大多数场所，照度在200750lx范围，适宜选用中色温荧光灯。2.2建筑照明节能措施1采用新型高效节能光源光源是能量转换成光的器件，是实现照明节能的核心。高光效光源主要指气体放电灯：低压气体放电灯以荧光灯为代表，高压气体放电灯主要为高压钠灯和金属卤化物灯。一般房间的照明，应优先采用荧光灯，荧光灯已由普通型发展到第二代高光效型荧光灯。高大空间场所，一般采用金属卤化物灯、高压钠灯及混光灯。 发光二极管（LED）以其寿命长、显色性好、无频闪、响应时间短、耐振动等优点，得到广泛的应用。2提高照明设计质量精度在我国建筑照明设计中普遍存在的现象是随意加大光源的功率和灯具的数量或不选用节能产品，照度不符合标准，照明配电不合理，光源和灯具选型不妥等现象，这些都会造成能源浪费。我们应该提高设计质量的精度，从建筑照明的最初环节上实现能源的高效利用。照明系统的节能应着重考虑灯具的选用、智能布线、室内灯光亮度的合理配置、与自然光的结合等问题。尤其是公共建筑的灯具和照度设计，更应引起重视。3贯彻实施新的照明设计标准 照明功率密度作为评价节能标准，我国新照明标准建筑照明设计标准中分别对居住建筑、办公建筑、商业建筑、旅馆建筑、学校建筑、工业建筑等提出了照明功率密度的限制值，应该贯彻实施新的照明设计标准。4采用智能化照明智能化照明的组成包括：智能照明灯具、调光控制及开关模块、照度及动静等智能传感器、计算机通讯网络等单元。智能化的照明系统可实现全自动调光、更充分利用自然光、照度的一致性、智能变换光环境场景，运行中节能，延长光源寿命。5重视利用太阳能太阳能光伏技术的发展，给太阳能在照明中的应用带来了更加广阔的前景。2.3节能灯的选择正确、合理选用照明器材是关系到建筑照明系统的使用安全可靠、技术先进、运行经济、高效节能和创造良好的照明环境的重要因素。节能灯是节电的好帮手，如何选择优质节能灯可从以下5方面考虑。2.3.1 显色度指灯光对物体的还原特性。良好的显色性意味着在此灯光下的物体颜色更接近中午日光下的颜色。应选择三基色水涂荧光粉灯管，可滤除更多的紫外线，其寿命长、显色度高，比普通荧光灯亮度提高30%，显色度高达80。光源显色性良好，能更好更真实地显现建筑装饰的艺术色彩和被视物件的颜色，能更好地体现人的气色和良好的精神面貌。所以，对于建筑装饰、要求清晰辨别颜色的生产、工作、美术品展示、购物商业营业场所等，良好的光源显色性是很重要的。对一般工作场所，获得同样视觉效果，用显色性不好的光源比显色性好的光源需要更高一些的照度。2.3.2 镇流器目前的镇流器有电子镇流器和电感镇流器两种。与传统的电感镇流器相比，电子镇流器启动时间快，频闪较少，从而消除了功率损耗和眩光，让镇流器不再发生“呜呜”的声音（损耗的特征），可节电30%左右，同时还更好地保护了视力。镇流器是一个耗能器件，同时对照明质量和电能质量有很大影响，因此，在选用时应注意：运行可靠，使用寿命长；自身功能低；频闪小，噪声低；谐波含量小，电磁兼容性符合要求；性价比高。2.3.3 灯具面罩材料目前，节能灯具的常用面罩材料有PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）、PVC（聚氯乙烯）和玻璃等。相比较来看，PMMA材料透光度高、轻体、防紫外线和抗老化能力强，耐热性能好；PVC透光度较差，玻璃材料过于厚重，且不具防紫外线能力。2.3.4 使用寿命国标要求节能灯具的使用寿命必须达到5000小时，购买时应认真查验。2.3.5 认准品牌我国生产（包括合资、外商独资生产）的光源等器材，具有多种类型、品种，买节能灯要首选知名品牌，并确认产品包装完整，标志齐全。外包装上通常对节能灯的寿命、显色性、正确安装位置做出说明。打开包装后，节能灯上还应有一些必要的标志，主要有：电源电压、频率、额定功率，制造厂的名称和商标等。2.4照明光源选择1选用的照明光源应符合国家现行相关标准的有关规定。2选择光源时，应在满足显色性、启动时间等要求条件下，根据光源、灯具及镇流器等的效率、寿命和价格在进行综合技术经济分析比较后确定。3照明设计时可按下列条件选择光源：（1）高度较低房间，如办公室、教室、会议室及仪表、电子等生产车间宜采用细管径直管形荧光灯；（2）商店营业厅宜采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯；（3）高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管径荧光灯；（4）一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯；（5）一般情况下，室内外照明不应采用普通照明白炽灯；在特殊情况下需采用时，其额定功率不应超过100W。4下列工作场所可采用白炽灯：（1） 要求瞬时启动和连续调光的场所，使用其他光源技术经济不合理时；（2）对防止电磁干扰要求严格的场所；（3）开关灯频繁的场所；（4）照度要求不高，且照明时间较短的场所；（5）对装饰有特殊要求的场所。5应急照明应选用能快速点燃的光源。6应根据识别颜色要求和场所特点，选用相应显色指数的光源。2.5照明灯具及其附属装置选择1选用的照明灯具应符合国家现行相关标准的有关规定。2在满足眩光限制和配光要求条件下，应选用效率高的灯具。3根据照明场所的环境条件，分别选用下列灯具：（1）在潮湿的场所，应采用相应防护等级的防水灯具或带防水灯头的开敞式灯具；（2）在有腐蚀性气体或蒸汽的场所，宜采用防腐蚀密闭式灯具。若采用开敞式灯具，各部分应有防腐蚀或防水措施；（3）在高温场所，宜采用散热性能好、耐高温的灯具；（4）在有尘埃的场所，应按防尘的相应防护等级选择适宜的灯具；（5）在装有锻锤、大型桥式吊车等振动、摆动较大场所使用的灯具，应有防振和防脱落措施；（6）在易受机械损伤、光源自行脱落可能造成人员伤害或财物损失的场所使用的灯具，应有防护措施；（7）在有爆炸或火灾危险场所使用的灯具，应符合国家现行相关标准和规范的有关规定；（8）在有洁净要求的场所，应采用不易积尘、易于擦拭的洁净灯具；（9）在需防止紫外线照射的场所，应采用隔紫灯具或无紫光源。4直接安装在可燃材料表面的灯具，应采用标有F标志的灯具。5照明设计时按下列原则选择镇流器：（1）自镇流荧光灯应配用电子镇流器；（2）直管形荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器；（3）高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器；在电压偏差较大的场所，宜配用恒功率镇流器；功率较小者可配用电子镇流器；（4）采用的镇流器应符合该产品的国家能效标准。6高强度气体放电灯的触发器与光源的安装距离应符合产品的要求。2.6照明配电系统1一般照明光源的电源电压应采用220V。1500W及以上的高强度气体放电灯的电源电压宜采用380V。2供照明用的配电变压器的设置应符合下列要求：（1）电力设备无大功率冲击性负荷时，照明和电力宜共用变压器；（2）当电力设备有大功率冲击性负荷时，照明宜与冲击性负荷接自不同变压器；如条件不允许，需接自同一变压器时，照明应由专用馈电线供电；（3）照明安装功率较大时，宜采用照明专用变压器。3应急照明的电源，应根据应急照明类别、场所使用要求和该建筑电源条件，采用下列方式之一：（1）接自电力网有效地独立于正常照明电源的线路；（2）蓄电池组，包括灯内自带蓄电池、集中设置或分区集中设置的蓄电池装置；（3）应急发电机组；（4）以上任意两种方式的组合。4疏散照明的出口标志灯和指向标志灯宜用蓄电池电源。安全照明的电源应和该场所的电力线路分别接自不同变压器或不同馈电干线。5照明配电宜采用放射式和树干式结合的系统。6三相配电干线的各相负荷宜分配平衡，最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不宜小于三相负荷平均值的85%。7照明配电箱宜设置在靠近照明负荷中心便于操作维护的位置。8每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，所接光源数不宜超过25个；连接建筑组合灯具时，回路电流不宜超过25A，光源数不宜超过60个；连接高强度气体放电灯的单相分支回路的电流不应超过30A。9插座不宜和照明灯接在同一分支回路。10在电压偏差较大的场所，有条件时，宜设置自动稳压装置。11供给气体放电灯的配电线路宜在线路或灯具内设置电容补偿，功率因数不应低于0.9。12在气体放电灯的频闪效应对视觉作业有影响的场所，应采用下列措施之一：（1）采用高频电子镇流器；（2）相邻灯具分接在不同相序。13当采用工类灯具时，灯具的外露可导电部分应可靠接地。14安全特低电压供电应采用安全隔离变压器，其二次侧不应做保护接地。15居住建筑应按户设置电能表；工厂在有条件时宜按车间设置电能表；办公楼宜按租户或单位设置电能表。16配电系统的接地方式、配电线路的保护，应符合国家现行相关标准的有关规定。2.7照明控制为了方便使用和节能，应重视照明控制设计。配电方式的采用要考虑便于管理，根据照明使用特点可采用分区控制灯光或适当增加开关点，面积小的场所宜采用一灯一控或两灯一控的方式，面积大的场所宜采用集中控制、遥控等方式。1公共建筑和工业建筑的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明，宜采用集中控制，并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制措施。2体育馆、影剧院、候机厅、候车厅等公共场所应采用集中控制，并按需要采取调光或降低照度的控制措施。3旅馆的每间(套)客房应设置节能控制型总开关。4居住建筑有天然采光的楼梯间、走道的照明，除应急照明外，宜采用节能自熄开关。5每个照明开关所控光源数不宜太多。每个房间灯的开关数不宜少于2个(只设置1只光源的除外)。6房间或场所装设有两列或多列灯具时，宜按下列方式分组控制：（1）所控灯列与侧窗平行；（2）生产场所按车间、工段或工序分（3）电化教室、会议厅、多功能厅、报告厅等场所，按靠近或远离讲台分组。7有条件的场所，宜采用下列控制方式：（1）天然采光良好的场所，按该场所照度自动开关灯或调光；（2）个人使用的办公室，采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯；（3）旅馆的门厅、电梯大堂和客房层走廊等场所，采用夜间定时降低照度的自动调光装置；（4）大中型建筑，按具体条件采用集中或集散的、多功能或单一功能的自动控制系统。2.8太阳能照明目前太阳能应用技术已取得较大突破，并且已较成熟地应用于建筑楼道照明、城市亮化照明。太阳能光伏技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。太阳能光伏系统主要包括：太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器、照明负载等。当照明负载为直流时，则不用逆变器。2.8.1 太阳能电池太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。太阳能照明灯具中使用的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池并联构成的，因为受目前技术和材料的限制，单一电池的发电量十分有限。常用的单一电池是一只硅晶体二极管，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，形成内建静电场。从理论上讲，此时，若在内建电场的两侧面引出电极并接上适当负载，就会形成电流。2.8.2 蓄电池由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，达到一定值，才能供应照明负载。2.8.3 建筑物楼道照明太阳能走廊灯由太阳能电池板供电。整栋建筑采用整体布局、分体安装、集中供电方式。太阳能安装在天台或屋面，用专用导线（可预留）传送到每层走道和楼梯口。系统采用声、光感应，延时控制。白天系统充电、夜间自动转换开启装置，当探测到有人走动信息后，自动启动亮灯装置， 5分钟内自行关闭。当楼内发生突发事故如火灾、地震等切断电源或区域停电时，仍可连续供电35小时，可以作为应急灯使用，在降低各项费用的同时体现了人性化的设计理念。2.8.4 室外太阳能照明设备太阳能照明灯具主要有太阳能草坪灯、庭院灯、景观灯和高杆路灯等。这些灯具以太阳光为能源，白天充电，晚上使用，无需进行复杂昂贵的管线铺设，而且可以任意调整灯具的布局。其光源一般采用LED或直流节能灯，使用寿命较长，又为冷光源，对植物生长无害。太阳能亮化灯具是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就能自动工作。控制模式一般分为光控方式和计时控制方式，一般采用光控或者光控与计时组合工作方式。在光照强度低于设定值时控制器启动灯点亮，同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。充电及开关过程可以由微电脑智能控制，自动开关，无需人工操作，工作稳定可靠，节省电费。3 太阳能热水设计我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土面积年日照在2200小时以上。利用太阳能最简单的方法就是把它转化为热能。在屋面上可装主动式或被动式太阳能集热器及太阳能发电装置，为室内提供热量和能源。被动式太阳能建筑通过建筑方位合理布置和相应的建筑构造，以自然热交换的方式获得太阳能。主动式太阳能技术又可分为太阳能集热技术和太阳能光电转换技术。太阳能集热技术是在屋面上朝南面安置太阳能集热器，通过集热器把阳光中的热能储存到水或其他介质中，由于太阳能的获取受天气影响较大，系统必须有辅助电加热设施。我国应用得较普及的是太阳能热水器，它利用太阳辐射通过温室效应把水加热，太阳能热水器无污染，使用安全，正在广泛地推广应用。3.1太阳能集热器选择集热器产品主要有平板式、全玻璃真空管式、热管式、U型管式几种，应根据安装要求等因素来选择适当的集热器。3.1.1 平板式集热器平板式集热器具有整体性好、寿命长、故障少、安全隐患低、成本造价低等优点，其热性能也很稳定；采用紧凑式或无间隙安装，在生产热水的同时还具有保温、隔热、遮光、防水的传统屋面功能，这就为取代部分或全部屋面构件提供了基础；集热器形状结构可灵活设计，尺寸可与建筑材料的模数和建筑结构达到较好的相容性。此外，平板式集热器对安装方向角度有较高的要求。平板式集热器由于盖板内为非真空，在低温环境中，透过盖板玻璃的散热损失较大，导致整个集热器效率降低。3.1.2 全玻璃真空管式集热器目前我国太阳能集热产品中，全玻璃真空管集热器占据绝对主导地位。真空管对安装角度无特殊要求，水平安装时可实现按季节跟踪阳光，竖向安装可实现一天内跟踪阳光，但与平板式集热器相比存在一定的安全隐患，有可能发生爆管的现象，且系统不能承压运行。3.1.3 热管式集热器热管是一种高效导热元件，安装在全玻璃真空管中。热管和玻璃真空管之间有与二者紧密接触的金属翅片，将玻璃管转换的太阳能热量传导给热管蒸发段，热管在利用内 部真空状态下工质的蒸发吸热和冷凝放热，将这一热量传递到被加热流体中。热管-真空管集热器的缺点是热量转换带来一定的热效率降低，同时双真空结构带来了结构复杂及造价高的问题，并极易导致装置的可靠性和寿命降低。目前无论国外还是国内太阳能行业所用热管，都还有很大改进空间，如能在制作及检验技术上更进一步，热管-真空管集热器将是一种非常有前途的集热器形式。3.1.4 U型管式集热器 U型管-真空管集热器是在全玻璃真空管中插入弯成U型的金属管，在U型金属管和全玻璃真空管之间，同样有与二者均紧密接触的金属翅片，担负二者之间的热传导工作。被加热流体在金属管中流过，吸收全玻璃真空管收集的太阳能辐射热量而被加热，从而构成U型管-真空管太阳集热器。U型管-真空管集热器和热管-真空管集热器一样，既实现了玻璃管不直接接触被加热流体，又保留了全玻璃真空管在低温环境中散热少、加热工质温度高的优点，同时还避免了热管-真空管集热器双真空结构带来的一系列问题。它的主要缺点是以水为工质，仍存在金属管结垢问题，所以一般用于双循环系统及强制循环系统。3.2太阳能热水系统设计前应注意的问题太阳能热利用技术与设备的发展，使利用太阳能大面积提供热水成为可能。作为一个新型的热水系统，整套系统的可靠性、经济性有赖于正确的设计和施工，其中设计尤为重要。太阳能热水系统设计应遵循集热装置高效可靠、供给水及循环系统合理适用、辅助能源经济实用的原则。设计工作开展之前，注意做好全面分析、合理设计、选用适宜的太阳能热水系统方案，才能达到用户满意的使用要求。设计之前应该注意的问题：1建筑条件：建筑物集热面积的大小、形状、建筑物高度以及允许放置水箱的位置（楼顶、地面、地下室等）。2用户需求情况：日均用水总量；用户是每日定时一次使用还是随时使用；要求用水温度；用水使用位置；实际用途：洗浴用水、浴池加温、鱼池加温、环境（种植或养殖大棚）加温。3辅助能源的条件：确定采用（电加热器，电锅炉，燃油、燃气锅炉，水源、地源或空气源热泵机组等）一种方案或二种以上的组合方案。4地理位置及条件：根据用户的地理纬度和冬季最低环境温度、四季日照条件、朝阳的方向是否有遮挡，分析安装条件。5用户单位的水压与电压：了解用户单位的水压与电压以及供应情况。3.3太阳能热水系统安装设计要做好太阳能热水系统与建筑的一体化设计，应从太阳能集热器的选择和安装方式两方面着手。随着多种太阳能产品的成熟，能满足不同安装形式的产品日益增多，太阳热水系统与建筑一体化将能很好得到实现。3.3.1设计安装步骤1在设计过程中，首先应由建筑师根据需求确定太阳集热面积，在建筑设计中根据不同形式集热器特点，预先留有集热器安装位置并安排预埋件，同时预留相应的孔洞方便管路的安排。2其他的专业如给排水专业根据使用要求确定系统运行方式，进行管路的布置和水力计算。3再由太阳能设备厂家完成安装施工。3.3.2 安装方式的选择城市建筑多属小高层、高层建筑，其中小高层建筑屋顶集热面积一般能满足太阳热水系统需求，故安装形式以屋顶安装为主。高层建筑由于建筑面积大，相对屋顶面积过小故不能满足集热需求，可利用南面建筑立面的阳台、窗间墙等部位解决集热面积不足的问题。1坡屋面安装方式坡屋面多采用集热器与屋面结合，平铺在屋面上的集热器能很好地与屋面一体化。2平屋面安装方式在平屋面建筑中，屋面安装是一种风险较小、较安全的方式，故一般尽可能将集热器安装在屋面上。在安装中，如果直接将集热器布置在屋面上，将占据住户活动的空间 并影响屋面的使用。而将集热器安装在屋面上的架空钢架上，则不影响原楼面的利用（绿化、晒被褥、休闲等），甚至可以起到美化和遮阳的作用。架空安装在一定程度上能增 加集热面积，其遮阳效果还能降低顶层房间的空调能耗，但必须考虑安全性能以及维修的方便。在方案设计阶段应把太阳能热水器的安装位置作为建筑造型的一部分，将太阳集热器安装用架空结构与混凝土装饰框架结构共用。3立面安装方式在高层建筑中，有时即使屋面全部利用了还不能解决集热面积不足的问题，这时可采用立面安装形式。立面安装应尽量使集热器多接收太阳光，避免遮挡，且安全问题应特别重视。全玻璃真空管集热器在立面安装使用时，由于存在爆管问题，一般以内插U型管式集热器或热管集热器代替，采用承压运行方式。平板式集热器由于对安装位置角度要求较严，在立面安装使用时应尽量与墙面成一定角度。目前立面利用太阳能多采用分体式单机系统，每户单独安装，水箱置于阳台或卫生间内。3.3.3 系统设计1太阳能集热器的布置。进出水应符合水路同程原理。2流动阻力计算。保证管道流量流速适当，避免管道热水泵过小而流动不畅和终端水压不够，也要避免管径或水泵过大而增加材料及电力消耗。3保温工程设计。热水管道保温应保证温降4/h，水箱保温应保证温降2/h。4合理选用水泵、电磁阀、管道附件及电气元件，保证整个系统运行的可靠性。3.3.4 太阳能与建筑一体化设计太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向，把太阳能利用设施与建筑有机结合，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或屋顶保温层，既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本。另外，可将集热器与建筑遮阳结合，在集热的同时起到遮阳与挡雨的作用。可在建筑立面垂直安装，利用阳台栏杆或者窗间墙等作为集热器布置空间或直接将集热器作为阳台护栏。此外集热器还可以安装在南立面空调机外侧，这样可起到遮挡空调机的目的。3.4 太阳能热水辅助能源选择3.4.1 辅助能源为保证太阳能供水系统全天候使用，必须设置辅助能源，在太阳辐射能量不足时代替集热装置向系统提供热量。可供选择的辅助能源一般有电加热、燃油锅炉、燃煤锅炉、空气源热泵等。从设备费用看，电加热器设备费用最低，但若电加热功率太大，供电地点远，变压器增容费与电缆费用也相当大。从运行费用来看，燃煤锅炉较经济，燃油锅炉次之，用电较贵。从消防、环保看，电加热均占优势。从自动化程度看，电和燃油锅炉均可实现较高程度的自动化。对中小型系统采用电加热为辅助能源，投资省，自动化控制容易实现，操作简单。大型系统采用燃油锅炉为辅助能源，其运行费用低，加热时间快，自动化程度高。而空气源热泵采用的技术是全世界备受关注的新节能技术，也是目前世界上继燃煤、燃油锅炉、电热水器、燃气热水器、太阳能热水器之后节能、安全、环保的热水方式之一。空气源热泵与目前常用的电热水器不同，它不是用电热管在水中直接加热，而是通过热泵集热器从自然空气中收集热源，传热工质吸收自然汽化，经压缩后形成高温高压气体，再通过冷凝盘管“搬运”到水中释放热量。冷凝后工质变成液体经膨胀阀回到终端，周而复始，闭合循环。其工作原理如图3.1所示。空气中热量蒸发器压缩机膨胀阀冷凝器生活热水图3.1空气源热泵热水工作原理配置辅助热源还应注意在满足需要的前提下减少辅助热源的功率，不应过早地使用辅助热源生产热水并长时间储存，不应因辅助热源产生的热水影响太阳能集热系统吸热产生热水。3.4.2 太阳能-热泵热水系统运行工况太阳能-热泵中央热水系统的运行主要有以下四种工况：1太阳能加热生活热水在大部分日照良好的晴天，系统按此工况工作，此时太阳能循环泵的工作由系统控制器根据太阳能集热器和热水箱的温度进行控制，源源不断的利用集热器采集的热量通过中间换热器输送到热水箱。 2热泵辅助太阳能机组加热生活热水当阴天或多云天气，当太阳能集热温度低于热水箱水温不足以直接加热生活热水时，热泵机组启动，利用空气作为热源加热热水箱内生活热水。在秋冬季节，当环境温度低于热泵的经济运行温度时，热泵机组的制热效率下降并且蒸发器表面结霜，此时，热泵辅助加热循环启动，高于环境温度的低温太阳能热水进入热泵机组辅助换热器内，预热通过的空气，使热泵效率提高，并且具有防止蒸发器结霜的作用，可以节约热泵机组的耗电量。3太阳能和热泵机组同时加热生活热水在晴天日照良好时，如果热水系统的耗热量大于太阳能集热系统的有效供热量或太阳能集热器的数量较少，不能满足热水系统的用热需求，则太阳能和热泵机组同时工作向热水系统供热。4热泵机组直接加热生活热水在连续的雨雪天气，热水系统所需热量完全由空气源热泵机组提供。此时，太阳能系统处于待机状态，热泵机组单独工作对热水箱加热。4 空调节能设计4.1房间空调器空调又称为空气调节器，空调是对空气的温度、湿度、纯净度、气流速度进行处理，满足人们生产、生活需要的设备，简称为“空调”。房间空调器俗称家用空调器，因其安装使用方便灵活，噪声低，且对建筑无特殊要求，故广泛应用于居住建筑。在夏热冬暖地区，居住建筑空调方式采用房间空调器较为普遍，尤其是分体式机组。4.1.1 按外形分类空调器按外形分类可分为窗式、分体挂壁式、分体立柜式、吊顶式、嵌入式、小型中央空调等。各类空调器的优缺点如表4.1所示。表4.1各类空调器的优缺点种类优点缺点窗式空调室内外机合为一体，适用于小面积房间，安装方便且价格便宜。噪音大分体挂壁式空调不受安装位置限制，更易与室内装饰搭配，噪音小。安装质量较高分体立拒式空调功率大、风力强、适合大面积房间。噪音大吊顶式空调占地面极小，送风距离远，制冷效果好。受安装位置限制，不易清洁嵌入式空调占地面极小，美观大方，送风面积广，制冷效果好。造价高等小型中央空调美观大方，质量好，制冷速度快，占地面积小，维护周期长。安装质量较高4.1.2 按功能分类如果空调器按照功能分类，一般分为单冷型、单冷除湿型、冷暖式、冷暖除湿型。1单冷型单冷型空调只能吹冷风，多用于夏季室内降温。这种形式的空调器也具有一定的除湿功能，在房间内创造一个温湿度比较舒适的环境。这种空调器的特点是比较简单，可靠性高，价格便宜。2单冷、除湿型这种空调器不仅在夏季能向房间吹冷风，而且能在梅雨季节（即相对湿度比较高时）保持房间比较干燥的环境，起到比较理想的防霉防潮的作用。3冷暖型这种空调器不仅在夏季能吹冷风，而且在冬季可吹热风，适用于夏季炎热冬季寒冷地区。根据供暖方式的不同，分为热泵型、电热型和热泵辅助电热型。热泵型是在空调器制冷系统中加一个电磁换向阀，使蒸发器和冷凝器的功能转换，以达到制热效果。热泵空调器是一种节能产品，它制取的总热量总是比消耗的电能大得多。电热型空调器是在单冷型空调器的基础上，在室内机的左侧循环系统安装电热元件，制热运行时，依靠电热元件的制热作用，通过风扇的运转达到制暖的目的。热泵辅助电热型是在热泵空调器上增加一个辅助电热元件，增加供热量。4冷暖除湿型这种空调器具有多种功能，无论经济上，还是在节能上，都有很大好处，而且节省房间使用空间。4.2中央空调系统中央空调是集中处理空调负荷的系统型式，其冷/热量是通过一定的介质输送到空调房间里去的。按照中央空调的输送介质的不同，常见的中央空调可以分成以下三种主要型式：风管式系统、水冷机系统、多联机型系统。4.2.1风管式系统风管式系统顾名思义是以空气作为输送介质，它利用冷水机组集中制取冷量，将新风冷却/加热，与回风混合后送入室内。如果没有新风，则只将回风加热/冷却。制冷原理上与家用柜机相同，都是采用压缩机和氟利昂制冷，不同的是家用柜机热交换器（蒸发器）在房间内，热空气从进风口吸入后与被热交换器冷却后送出冷风。而风管机的蒸发器是在房间外，蒸发器通过一个风箱冷却空气，再集中把冷风通过风道送往各个房间。其优点是风管式系统初投资较小。新风系统使得空气质量提高，人体舒适度提高。缺点是风管安装要求高，要求保温性能，密封性能良好。如保温、密封不好容易造成漏水和冷量的流失，整个机组的耗电量增加。4.2.2水冷机系统冷/热水机组的输送介质通常为水或者乙二醇溶液。它通过室外主机产生出空调冷/热水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处冷/热水与室内空气进行热量 交换，产生冷/热风，从而消除房间空调负荷。它是一种集中产生冷/热量，分散处理各房间负荷的空调系统形式。冷/热水机组的末端装置通常为风机盘管。其工作原理与家用柜机相似，不同的是在水箱内蒸发器将水或乙二醇溶液冷却后，通过水管送到各个房间，冷水再由房间内的风机盘通过风机与室内的热空气进行冷热交换。冷冻水系统由冷冻泵、补水阀、水箱、防空阀、平衡阀和循环水管线组成。其优点是运转噪音低，温控精度高、温度恒定，无忽冷忽热现象，舒适性好。缺点是对水系统安装、保温要求较高，须专业队伍操作，以防发生漏水问题。各房间对水压的要求较高，系统设计要专业。4.2.3 多联机系统多联机型系统是一种制冷剂系统，它以压缩制冷剂为输送介质，采用一台压缩机带动多台室内机，室外主机由外侧换热器、压缩机和其他附件组成。室内机由直接蒸发式换热器和风机组成。当系统处于低负荷时，外机通过变频控制器降低压缩机转速，内机通过电子膨胀阀减少内机制冷剂的流量，使整机处在低耗电量状态。当系统处在高负荷时。外机通过变频控制器提高压机的转速，内机通过电子膨胀阀增多内机制冷剂的流量，整机达到全速运行，在短时间内使室内温度降低。其优点是运转噪音低，温控精度高、温度恒定，因采用变频压缩机，各个房间的温度可自由调节，更显个性化，更能体现变频系统节能的优点。缺点是初期投资费用高，对系统安装要求高。4.3空调器选择方法4.3.1 确定制冷量制冷量是空调器的主要规格指标，反映了空调器制冷系统单位时间的制冷能力。制冷量越大，制冷效果就越好。但空调是一种耗电比较大的产品，如果一味追求高速制冷，小房间买大空调，就会造成不必要的浪费；而过分考虑电费问题，又会带来“小马拉大车”的尴尬。所以在选择空调的功率时，一定要根据房间的大小选择。空调制冷量与房间面积、密封情况、人员多少、阳光照射程度等因素直接相关，通常情况下可以按表4.2进行选择：表4.2空调制冷量与适用房间面积速查表空调制冷/热量（W）适用房间面积（）220010-15250012-20280013-23300014-24320014-25330015-25420023-32450023-35500025-37几匹机的概念主要是根据压缩机的输入功率而定的，对空调而言，功率大小依据制冷量的多少来判定更为精确，“匹”与制冷量的换算如表4.3所示。表4.3“匹”与制冷量的换算表马力（匹）制冷量（W）0.5160020000.75180024001220028001.5320040002400050004.3.2 空调能效比能效比是指空调额定制冷量与额定功率(耗电量)的比值，例如，空调的制冷量是4500W，制冷功率是1800W，制冷能效比是：48001860=2.5。能效比是空调器最重要的经济性能指标。如果能效比高，则该空调器具有节能、省电的性能。节约空调器电能的重要途径就是要提高空调器的能效比。空调能效标准将空调按能效等级分为五级，一级为最高标准，能效指标3.4，五级为最低标准，能效指标2.6。一台1.5匹的空调，一级产品每小时用电量不超过1度，五级产品每小时用电量不超过1.35度。4.3.3 根据房间格局确定空调的类型由于所处地区，房间的形状、布局、朝向、楼层的高低以及居住人口的不同，空调的类型选择也会出现很大的差异。例如，面积同样为27平方米的客厅，如果形状是四四方方的，噪音较小的分体壁挂型空调当然是最佳的选择；如果房间被拉成了长条状，就应该考虑选择风力更强、送风更均匀的柜机了。另外，如果要选择一拖二空调应注意， 一拖二机组的适用条件是：两个房间相邻（隔壁）且面积相当（现在虽已有可供面积差异较大的两居室使用的变频一拖二，但造价较高，还不如选用两台分体机合算）。4.4常用节能空调系统选择空调时，应选用高能效的空调。在空调系统设计之初选定空调系统方式时，即应将节能作为重要依据之一。空调能耗一般包括三部分：空调冷热源；空调机组及末端设备；水或空气输送系统。这三部分能耗中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右，是空调节能的主要内容。4.4.1 冰蓄冷系统冰蓄冷实际上是对能源的一种储备在用电低谷、电价较低（或空调不需要工作）时开始制冰，蓄存冷量；而在用电高峰、电价较高（空调需要工作）时停止制冰，同时依靠冰的融化来制冷，从而完成能源利用在时间上的转移，节省运行费用，降低运行成本。对于传统的冰蓄能系统，主机所耗的总能量变化不大，因而可节约运行费用但不节能；如采用再冷式冰蓄能系统则因采用了新型的冰剥离法，而减少了剥离能耗，即可节约运行费用又可节能。采用冰蓄能系统时，具体有下面两种方案可供选择：1全部蓄能系统：当电价在峰、谷时段里有差别时，可将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。这种方式常用于改建工程，它可利用原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置；这种方式也适用于需要瞬时大量释冷的特殊建筑物，如体育馆建筑物等。2部分蓄能系统：冷水机组连续运行，它在夜间用来制冷蓄能，在白天利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14h扩展到24h，可以得到最低的平均负荷。需电量费用大大地减少，而冷水机组的制冷能力也可减少50%60%或者更多一些。在新建的建筑中，这是最实用的、投资有效的负荷管理方案。4.4.2 水蓄冷系统水蓄冷技术将夜间电网多余的谷段电力开动制冷机组进行蓄冷，并在白天用电高峰时段使用蓄藏的低温水提供空调用冷。但由于水的蓄能密度低，只能储存水的显热，故蓄水槽上地面积大，可利用室内外蓄水池或消防水池，用普通冷水机组制冷。水蓄冷空调最适合在夜间没有供冷要求或仅需部分供冷的场所。与冰蓄冷技术相比，水蓄冷技术更适合应用于改造项目，在无需进行任何改动的情况下，只需在原系统中添加水蓄冷设备所需的管路即可，对原有系统没有任何影响。概