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1、建筑节能设计,第6章 照明节能设计及太阳能利用,照明节能设计,建筑照明节能的技术措施,太阳能利用技术,1,2,3,6.1 照明节能设计,6.1.1 建筑照明设计的基本原则,6.1.2 设计照明节能系统时应考虑的因素,6.1.3 建筑照明设计的主要内容,6.1.3 建筑照明设计的主要内容,本节内容,（1）实用性,（2）安全性,照明设计应从室内整体环境出发，全面考虑光源、光质、投光方向和角度，使室内活动的功能、使用性质、空间造型、色彩陈设等与其相协调，以取得整体环境的宜居效果。,一般情况下，线路、开关、灯具的设置都需有可靠的安全措施。在危险地方要设置明显标志，以防止漏电、短路等火灾和其他伤亡事故的
2、发生。,6.1.1 建筑照明设计的基本原则,（3）经济性,（4）美观性,照明装置还具有装饰房间，美化环境的作用。室内照明有助于丰富空间，形成一定的环境气氛。合理的照明设计可以增加空间的层次和深度，能够创造出美的意境和氛围。,经济性有两个方面意义，一是采用先进技术，充分发挥照明设施的实际效果，尽可能以较少的投入获得较大的照明效果；二是在确定照明设计时要符合我国当前在电力供应、设备、材料等方面的生产水平。,6.1.2 设计照明节能系统时应考虑的因素, 根据视觉工作需要，决定照度水平； 制定满足照度要求的节能照明设计方案； 在考虑显色性的基础上采用高效光源； 采用不产生眩光的高效率灯具； 室内表面采
3、用高反射比的材料； 照明和空调系统的热结合； 设置不需要时能关灯的可变控制装置； 将不产生眩光和差异的人工照明同天然光综合利用； 定期清洁照明器具和室内表面，建立换灯维修制度。, 确定照明方式、种类和照度值； 选择光源和灯具，并合理布置； 计算照度、确定光源的安装功率； 选择或设计灯光控制器，确定声控、光控、电控或综合控制； 确定供电源、电压； 选择配电网络形式； 选择导线型号、截面和敷设方式； 选择和布置配电箱、开关、熔断器和其他电气设备； 绘制照明布置平面图，汇总安装容量，开列设备材料清单，编制工程预算和进行经济分析。,6.1.3 建筑照明设计的主要内容,6.1.4 建筑照明节能的评价标准
4、,国标建筑照明设计标准（GB 500342013）中对住宅建筑中每户照明功率密度限值都作了明确规定，如表6-1所示。,表6-1 住宅建筑每户照明功率密度限值,6.2 建筑照明节能的技术措施,选用优质高效的节能光源,6.2.1,选用高效节能的照明灯具,6.2.2,选用高效节能的照明灯具,6.2.3,选用有利于节能的智能照明控制,6.2.4,6.2.1 选用优质高效的节能光源,表6-2所示为几种常见典型光源的性能。,表6-2 几种常见典型光源的性能,从表6-2中可以看出，这五种常见光源的特点如下（参见图6-1）：,（a）白炽灯,（b）高压汞灯,（c）荧光灯,（d）金属卤化物灯,（e）高压钠灯,图6
5、-1 五种常见光源,白炽灯：光效最低，相对能耗最大，寿命最短，因此应尽量减少其使用量。高压汞灯：是玻壳内表面涂有荧光粉的高压汞蒸汽放电灯，灯光呈白色、柔和、结构简单、成本和维修费用低廉，光效高，寿命长，省电经济，适用于道路照明、室内外工业照明、商业照明等。荧光灯：有细管荧光灯和紧凑型荧光灯两种。细管荧光灯结构简洁、节省原材料、体积小、质量轻、成本低、节省能源、寿命更长及易于实施等；紧凑型荧光灯在达到同样光输出的前提下，耗电为白炽灯的1/4，现已成为国家政府和普通百姓家中最常用的节能产品。金属卤化物灯：在高压汞灯的基础上添加各种金属卤化物制成的第三代光源，发光效率高、显色性能好、寿命长等，适用于
6、工业照明、城市亮化工程照明、商业照明、体育场馆照明以及道路照明等。高压钠灯：使用时发出金白色光，发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱蚀等，适用于道路照明、泛光照明、广场照明、工业照明等。,6.2.2 选用高效节能的照明灯具,（1）提高灯具效率。灯具的效率会直接影响照明的质量和能耗，现在市场上有些灯具的效率仅有0.30.4，光源发出的光能大部分被灯具吸收，能量利用率太低。（2）选用光通量维持率好的灯具。当光源或灯具积污时，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会大大降低。（3）提供与新型高效光源配套的灯具。要达到高效率、高质量的光照效果，就应该按照光源的特性和尺寸专门
7、设计配套的灯具，以形成较完整的系列。（4）选用灯具利用系数高的灯具。有了高效的灯具，还必须正确应用。,6.2.3 选用高效节能的照明灯具,绝大多数节能光源都是气体放电灯，它们需要镇流器才能工作。目前已成功开发的节能镇流器有节能型电感式镇流器和电子镇流器两种，它们比普通电感镇流器的功耗减小一半以上，这两种镇流器的外形如图6-2所示。,（a）节能型电感式镇流器,（b）电子镇流器,图6-2 节能镇流器,6.2.4 选用有利于节能的智能照明控制, 根据建筑照明的使用特点，采取分区控制灯光的措施，并适当增加照明灯的开关点，以便灵活掌握各分区灯光的开关。 采用各种类型的节电开关和管理措施，如定时开关、调光
8、开关、光电自动控制器、节电控制器、限电器、电子锁控制器，以及照明智能控制管理系统等。 对于公共场所和室外照明，可采用集中控制的遥控管理方式或采用自动控光装置等，使得这些场所的照明实现自动控制。,6.3 太阳能利用技术,3太阳能光伏发电,1被动式太阳能建筑,2主动式太阳能建筑,6.3.1 被动式太阳能建筑,被动式太阳能建筑设计原则有： 要有有效的绝热外壳和足够大的集热表面； 室内布置尽可能多的储热体； 主次房间的平面位置应合理。 被动式太阳能建筑的最大优点是构造简单、造价低廉、节能显著、维护管理方便，但室内温度波动较大，热舒适度差。 被动式太阳能采暖建筑的类型很多，按照利用太阳能的方式不同可分为
9、直接受益式太阳能建筑和间接受益式太阳能建筑。,1直接受益式太阳能建筑,图6-3所示为利用南向房间的外窗和高侧窗吸收太阳辐射热量时的工作原理示意图。,（a）普通直接受益式,（b）高侧窗的直接受益式,图6-3 直接受益式太阳能建筑的工作原理示意图, 建筑朝向在南偏东30和南偏西30以内，有利于冬季采暖和避免夏季过热, 根据热工要求确定窗口面积、玻璃种类、玻璃层数、开窗方式、窗框材料和构造, 合理确定窗格划分，保证窗的密闭性, 最好与保温窗帘、遮阳板等相结合，以确保冬季夜间和夏季的使用效果,设计时应注意：,2间接受益式太阳能建筑,1）特朗伯集热墙 特朗伯集热墙是一种无机械动力消耗和传统能源消耗，仅仅
10、依靠墙体的独特构造设计为建筑供暖的集热墙体。 冬季白天有太阳时，集热墙与外层玻璃之间出现温室效应，薄片间层的空气被加热，通过集热墙顶部与底部的通风孔可以向室内对流供暖，如图6-4（a）所示。夜间，依靠集热墙本身的蓄热可向室内辐射供暖，如图6-4（b）所示。,（a）冬季白天工作状况,（b）冬季夜间工作状况,图6-4 特朗伯集热墙在冬季的工作原理,如图6-5（a）所示，夏季的白天，在集热墙和玻璃之间设置绝热窗帘或百叶等绝热层，绝热层外表面用浅色或铝箔以尽可能地反射太阳辐射。 夜间，玻璃上、下通风孔依然保持开启，但此时，将墙体外挂的活动绝热窗帘等绝热层移开，使特朗伯墙的墙体向室外辐射散热。如图6-5
11、（b）所示。,（a）夏季白天工作状况,（b）夏季夜间工作状况,图6-5 特朗伯集热墙在夏季的工作原理,2）水墙 所谓“水墙”，是指以钢桶或薄壁塑料管盛水作为储热物质的墙体。水的比热为4.18 103 J /（kgK），它是其他一般建筑材料（如砖、混凝土、木材等）比热的5倍左右。因此，用水比用混凝土或砖等建筑材料的重量要轻。图6-6所示是早年美国某住房试验的太阳能水墙。,图6-6 太阳能水墙剖面,3）载水墙 载水墙是采用向混凝土空心墙体内衬防水塑料袋（水充注在塑料袋内）的办法做成的集热墙，兼有水的储热容量大和固体材料无对流传热两方面的集热优势，这种水墙称为载水特朗伯墙或充水墙。载水墙系统的工作状
12、况如图6-7所示。,图6-7 载水墙系统的工作状况,4）附加阳光间 附加阳光间又称附加温室式太阳房，是指在建筑的南侧附建一个玻璃温室，阳光间与室内空间之间由墙相隔，隔墙上开有门、窗或通风孔洞等，以便空气流通，如图6-8所示。 白天，阳光间的采暖主要是通过空气的对流来实现，阳光透过玻璃使阳光间内空气变热，经加热的空气通过隔墙上的门窗、孔洞等以对流的方式进入室内空间，为室内提供热量，如图6-8（a）所示；到了夜间，阳光间可以作为室内外空间的缓冲区，降低室内房间向室外的热损失，如图6-8（b）所示。,（a）白天,（b）夜间,图6-8 附加阳光间工作原理示意图,3被动式太阳能建筑热工设计要点,在设计过
13、程中应遵循以下要点。 详细了解拟建被动式太阳能建筑的服务对象、使用特点，使用单位的管理水平，以及投资建造单位对太阳能建筑的设计要求和投资数量等。 收集建筑设计中所需要的当地气象资料，以及与确定气象资料有关的其他资料，如当地的经度、纬度、地形、地貌等。, 合理选择太阳能建筑的建设地点、朝向和房屋间距是否能充分利用太阳能，以达到冬暖夏凉的先天条件。,建设地点：太阳能建筑的建设地点宜选在背风向阳的地方，且在冬至日从上午9时至下午3时的6个小时内，阳光能够直接照射进室内或集热器上。,建设朝向：根据我国多数地区的实际情况，太阳能建筑的建设朝向宜在南偏东或南偏西15以内，以保证在整个采暖期内南向房间有充分
14、的日照，并且避免夏季过多的日晒。,房屋间距：太阳能建筑与前面建筑之间的距离，以大于前面建筑物高度的2倍为宜。, 外部形状和房间的安排。南墙是太阳能建筑的主要集热部件，面积越大，其所获得的太阳能就越多。 墙体结构的确定。应具有集热、储热和保温功能。 门窗是太阳能建筑获得太阳能的主要集热部件，也是重要的失热部件。 空气集热器是设在太阳能建筑的南窗下或南窗间墙上，用于获取太阳能的装置。 太阳能建筑的空气通道由上下通风口、夏季排气口、吸热板、保温板等部分组成。 屋顶是房屋热损失最大的地方，一般占整个房屋热损失的30%40%。,保温地面法：将素土夯实，铺一层油毡或塑料薄膜防潮；铺150 200 mm厚的
15、干炉渣保温；铺300400mm厚毛石、碎砖或砂石用来储热，再按正常方法做地面。,防寒沟法：在房屋基础四周挖深度600 mm、宽度400 500 mm的沟，沟内填上干炉渣进行保温。, 被动式太阳能建筑的地面具有储热和保温功能。,6.3.2 主动式太阳能建筑,1太阳能生活热水系统,1）太阳能热水系统的组成及分类 集热器和蓄热水箱结合为一体的系统，一般称为闷晒热水系统；集热器和蓄热水箱分离安装的系统，称为循环式热水系统或直流式热水系统，其工作原理如图6-9所示。,图6-9 循环式热水系统工作原理图, 根据集热器收集太阳能的方式，可分为聚光和非聚光太阳能热水系统。 按太阳能热水系统的使用时间，可分为季
16、节性太阳能热水系统、全年用太阳能热水系统，以及全天候太阳能热水系统。 按集热器的结构不同，可分为闷晒式太阳能热水系统、平板式太阳能热水系统和真空管式太阳能热水系统。目前最为常用的平板式太阳能热水系统和真空管式太阳能热水系统，如图6-10所示。,（a）平板式太阳能热水系统,（b）真空管式太阳能热水系统,图6-10 平板式太阳能热水系统和真空管式太阳能热水系统, 按热水被加热的原理不同，太阳能热水系统可大致分为三类，即自然循环系统、强制循环系统和自流循环系统。自然循环系统：依靠集热器与蓄水箱的水温不同所产生的密度差进行温差循环，水箱中的水经过集热器时被不断加热。强制循环系统：依靠循环水泵使水箱中的
17、水经过集热器被不断加热。自流循环系统：通过自来水的压力来保证热水的制取。,2）太阳能热水系统形式的选择 太阳能热水系统的类型，可根据负荷特点、集热器面积大小、管理条件等具体情况加以选择。例如，当集热器面积较小时，一般采用自然循环式；当集热器面积较大时，应采用强制循环式，其工作原理如图6-11所示；当条件限制无法安装电气控制电路，但管理力量较强时，可采用工人操作的变流量定温放水式；对于类似理发店等用水时间不固定的单位，宜用定温放水式。,图6-11 强制循环式太阳能热水系统工作原理,3）太阳能集热器的选择 各种太阳能集热器综合性能如表6-3所示。,表6-3 各类太阳能集热器综合性能比较,2太阳能采
18、暖系统,太阳能采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热，然后通过热泵将热量传递到采暖热媒（如空气、热水等）中去。按太阳能的利用方式不同，太阳能采暖系统又可分为直接式和间接式。其中，直接式是由太阳能集热器加热的热水直接被用来供暖；间接式是指集热器加热的热水并不直接用于供热，而是通过热泵将该热水的温度再次提高后再用于供暖，故又称太阳能热泵采暖。,6.3.3 太阳能光伏发电,光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器、蓄电池三部分组成，若输出电源为交流电220V或110V时，还需要配置逆变器。图6-12所示为简单的独立太阳发电系统
19、工作原理示意图。,图6-12 简单的独立太阳发电系统工作原理示意图,太阳能电池板：是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能控制器：用于控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要时再释放出来。逆变器：太阳能的直接输出一般为12VDC，24VDC和48VDC。为了能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。,综合应用太阳能热水系统在公共浴室的应用,图6-13 北京印刷学院康庄校区一角,Thank You!,
