本書立足于建筑運行階段的碳減排技術和設計方法,以如何設計零碳建筑為思路構建結構體系,系統講述了建筑碳減排的發(fā)展、建筑碳排放的核算方法、建筑能耗動態(tài)模擬方法、建筑圍護結構及構造等被動式減排技術,以及太陽能、地熱能、海洋能、熱泵技術、蒸發(fā)冷卻技術、儲能技術和可再生水源節(jié)能利用技術等主動式減碳技術,介紹了可以提高建筑運行管理水平的建筑物聯網監(jiān)控技術,最后以工程案例的方式介紹了減少能源需求的被動式建筑技術和多能互補的能源利用技術。本書適度融入了課程思政元素,內容突出前沿性,同時強調實用性。章后設有思考題和二維碼形式客觀題(掃碼可在線做題),部分圖通過掃描二維碼可看彩圖,方便讀者學習。
本書可作為高等院校建筑環(huán)境與能源應用工程、土木工程、給排水科學與工程等專業(yè)的教材,也可供建筑設計和建筑咨詢等從業(yè)者參考。
本書配有PPT電子課件和章后習題參考答案,免費提供給選用本書作為教材的授課教師。需要者請登錄機械工業(yè)出版社教育服務網(www.cmpedu.com)注冊后下載。
本書遵循教指委相關指導文件和高等院校學生學習規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實踐相結合。為任課教師提供電子課件等豐富數字化資源配套。
黨的二十大報告對“積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和”做出部署,這是黨中央統籌國內、國際兩個大局做出的重大決策,是貫徹新發(fā)展理念、構建新發(fā)展格局、推動高質量發(fā)展的內在要求。建筑領域清潔低碳轉型是實現“雙碳”目標的重要環(huán)節(jié),對于推動經濟社會綠色化、低碳化發(fā)展,實現高質量發(fā)展目標意義重大。為了深入貫徹黨中央、國務院關于碳達峰碳中和決策部署,控制城鄉(xiāng)建設領域碳排放量增長,依據《城鄉(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》強化保障措施要求,“鼓勵高校增設碳達峰碳中和相關課程,加強人才隊伍建設”,培養(yǎng)建筑類專業(yè)本科生掌握實現零碳建筑的技術措施和設計方法,編寫了本書。采用本書授課建議不少于24學時。
本書立足于建筑運行階段的碳減排技術和設計方法,以如何設計零碳建筑為思路構建結構體系,系統講述了建筑碳減排的發(fā)展、建筑碳排放的核算方法、建筑能耗動態(tài)模擬方法、建筑圍護結構及構造等被動式減排技術,以及太陽能、地熱能、海洋能、熱泵技術、蒸發(fā)冷卻技術、儲能技術和可再生水源節(jié)能利用技術等主動式減碳技術,介紹了可以提高建筑運行管理水平的建筑物聯網監(jiān)控技術,最后以工程案例的方式介紹了減少能源需求的被動式建筑技術和多能互補的能源利用技術。本書內容突出前沿性,同時強調實用性,可作為教材,也可作為建筑設計和建筑咨詢等從業(yè)者的參考書。
本書由天津城建大學郭春梅教授擬定全書編寫內容和提綱。全書共13章。第1章緒論由張靜講師編寫,第3章零碳建筑被動式技術由王昌鳳副教授與范國強高級工程師(天津市政工程設計研究總院有限公司)共同編寫,第4章太陽能利用技術由李憲莉副教授編寫,第5章地熱能開發(fā)利用技術由馬玖辰副教授編寫,第6章海洋能利用技術由武振菁博士編寫,第8章可再生水源利用技術由穆榮副教授編寫,第9章建筑儲能技術由賀中祿博士編寫,第10章建筑物聯網技術由由玉文副教授編寫,第11章空氣源熱泵利用技術由王宇副教授編寫,第12章零碳建筑設計方法由李巖副教授編寫,以上各章主要由天津城建大學能源與安全工程學院可再生能源利用技術科研團隊負責完成;第2章建筑碳排放核算方法由遼寧工業(yè)大學趙薇教授編寫,第7章蒸發(fā)冷卻及溶液除濕空調技術由集美大學陳奕副教授編寫,第13章典型建筑案例由天津市天友建筑設計股份有限公司劉冰教授級高工、任軍教授級高工編寫。本書在編寫過程中,天津城建大學碩士研究生武星岑、黃前廣、楊杰、吳慶、徐毅,遼寧工業(yè)大學碩士研究生廖秋菊幫助收集整理資料,做了大量的工作,在此表示感謝。
本書參考了許多期刊、圖書和項目案例等文獻資料,謹向有關文獻的作者表示衷心的感謝。
本書在編寫過程中,機械工業(yè)出版社的編輯劉濤給予了極大的幫助和支持。在此表示衷心的感謝。
本書由郭春梅教授任主編并統稿,王昌鳳副教授、趙薇教授任副主編,張靜講師負責校稿,天津大學張歡教授任主審。
由于編者的水平有限,書中錯誤和不足之處,敬請廣大讀者批評指正,編者不勝感謝。
編者
高等院校教師
前言
第1章緒論1
11為什么要設計零碳建筑1
12零碳建筑的基本概念2
13零碳建筑的發(fā)展3
14零碳建筑的技術措施5
思考題10
二維碼形式客觀題10
參考文獻10
第2章建筑碳排放核算方法12
21建筑碳排放基本概念及核算邊界12
211碳排放基本概念12
212碳排放核算邊界15
22建筑碳排放核算的方法及工具15
221排放因子法15
222生命周期評價法18
223投入產出法24
思考題27
二維碼形式客觀題27
參考文獻28
第3章零碳建筑被動式技術29
31建筑圍護結構節(jié)能技術29
311圍護結構保溫隔熱技術31
312建筑遮陽技術43
32天然采光環(huán)境營造技術46
321天然光環(huán)境的評價方法46
322天然采光與建筑構造47
323天然采光在建筑中的應用51
324天然采光與照明節(jié)能技術53
33自然通風熱濕環(huán)境營造技術55
331建筑與自然通風55
332自然通風技術原理與建筑構造57
思考題62
二維碼形式客觀題62
參考文獻62
第4章太陽能利用技術64
41太陽能光伏發(fā)電技術64
411太陽電池64
412離網光伏發(fā)電系統65
413并網光伏發(fā)電系統68
414太陽能光伏建筑一體化技術70
415光伏發(fā)電系統運行維護與故障排除71
42太陽能熱利用技術72
421太陽能熱水系統72
422太陽能供暖系統76
423太陽能制冷系統78
43太陽能光伏光熱復合技術80
思考題81
二維碼形式客觀題81
參考文獻81
第5章地熱能開發(fā)利用技術83
51淺層地熱能供暖(制冷)系統84
511水源熱泵供暖(制冷)系統84
512土壤源熱泵供暖(制冷)系統88
52中深層地熱能供暖技術100
521地熱水供暖系統100
522深井地埋管換熱器供暖系統104
523復合地熱井式深井地埋管換熱器供暖系統107
思考題108
二維碼形式客觀題109
參考文獻109
第6章海洋能利用技術111
61沿海零碳建筑營造概述111
611海洋能源的應用潛力111
612建筑中海洋能源的應用111
613海洋機械能應用技術112
62海洋熱能應用技術114
621海洋溫差能應用114
622海水源熱泵技術114
623海水換熱器116
624海水源熱泵系統應用實例120
思考題120
二維碼形式客觀題121
參考文獻121
第7章蒸發(fā)冷卻及溶液除濕空調
技術125
71蒸發(fā)冷卻及溶液除濕空調技術在
零碳建筑中的應用概述125
72蒸發(fā)冷卻設備125
721直接蒸發(fā)冷卻設備126
722間接蒸發(fā)冷卻設備126
723露點式蒸發(fā)冷卻設備128
73蒸發(fā)冷卻空調系統130
731單級直接蒸發(fā)冷卻空調系統130
732多級蒸發(fā)冷卻空調系統130
733蒸發(fā)冷卻與機械制冷復合空調系統132
74溶液除濕器133
741絕熱型溶液除濕器133
742內冷型溶液除濕器133
75溶液除濕輔助的空調系統134
76蒸發(fā)冷卻及溶液除濕空調系統在建筑中的應用135
761蒸發(fā)冷卻空調系統在建筑中的應用135
762溶液除濕空調系統在建筑中的應用135
763蒸發(fā)冷卻及溶液除濕復合空調系統在建筑中的應用137
思考題140
二維碼形式客觀題141
參考文獻141
零碳建筑技術概論目錄第8章可再生水源利用技術144
81建筑中水利用技術145
811建筑中水系統的分類和組成145
812建筑中水系統的原水收集146
813建筑中水系統的供水水質150
814建筑中水處理工藝流程與設施150
82雨水收集利用技術156
821海綿城市建設理念與低影響開發(fā)雨水系統156
822建筑小區(qū)的雨水收集利用158
823綠色屋頂161
824屋面雨水貯存設施165
思考題167
二維碼形式客觀題168
參考文獻168
第9章建筑儲能技術169
91儲熱技術169
911顯熱儲能169
912相變儲能170
913熱化學儲能173
92儲電技術174
921電化學儲能174
922物理儲能176
93儲能技術在建筑中的應用概述180
931相變儲能在建筑材料中的應用180
932儲熱技術在供暖空調中的應用183
933儲熱技術在建筑太陽能利用中的
應用185
934儲能技術在可再生能源微電網中的應用189
思考題191
二維碼形式客觀題191
參考文獻192
第10章建筑物聯網技術193
101能源物聯網系統的總體設計方案193
1011系統感知層193
1012系統網絡層194
1013系統應用層195
102系統感知層設計196
1021建筑冷熱源及輸配系統監(jiān)控設計196
1022露點送風(舒適性)空調系統監(jiān)控設計199
1023分布式電力系統監(jiān)測設計201
103基于Niagara的系統網絡層設計201
1031基于Niagara的系統網絡總體框架201
1032Niagara平臺與HVAC系統感知層的通信202
1033云端服務器與本地客戶端的通信205
104基于Niagara的HVAC系統應用平臺開發(fā)206
1041平臺監(jiān)控界面的設計206
1042歷史數據查看系統209
1043報警數據管理系統209
思考題210
二維碼形式客觀題210
參考文獻210
第11章空氣源熱泵利用技術211
111空氣源熱泵技術概述211
1111空氣源熱泵系統的形式與發(fā)展220
1112空氣源熱泵系統的特性224
112空氣源熱泵供暖空調225
1121基于空氣源熱泵的高效供暖空調系統226
1122空氣源熱泵地板輻射供暖229
1123空氣源熱泵輻射空調系統237
113空氣源熱泵熱水裝置247
1131空氣源熱泵熱水裝置的運行原理及工作模式248
1132空氣源熱泵熱水裝置的類型及特點252
1133空氣源熱泵熱水器性能測試及評價258
1134太陽能輔助空氣源熱泵熱水系統運行性能評價263
思考題269
二維碼形式客觀題270
參考文獻270
第12章零碳建筑設計方法273
121基于計算機動態(tài)能耗模擬的零碳建筑設計方法273
122建筑能耗模擬計算機軟件對比與分析274
1221TRNSYS275
1222DOE2280
1223ESPr281
1224IES VE282
1225DeST282
1226EnergyPlus284
1227eQuest287
1228Tas288
1229哪一個最好290
123建筑能耗動態(tài)模擬291
1231建立建筑能耗動態(tài)模擬模型292
1232模型的運行與結果分析293
124建筑性能化設計步驟295
1241零碳建筑設計的流程295
1242降低建筑物本體能源需求的優(yōu)化295
1243高能效冷熱源設備的選擇297
1244高能效照明設備的選擇297
1245高能效動力設備的選擇297
1246可再生能源的綜合利用298
思考題298
二維碼形式客觀題298
參考文獻299
第13章典型零碳建筑案例300
131天友零舍300
1311建筑概況300
1312圍護結構性能提升301
1313主動式技術措施應用315
1314可再生能源利用319
1315建筑能耗模擬與優(yōu)化322
132中德天津大邱莊生態(tài)城門戶展示公園展廳項目323
1321建筑概況323
1322被動式技術措施應用324
1323主動式技術措施應用331
1324太陽能光伏發(fā)電規(guī)模332
1325能耗模擬332
參考文獻334
附錄335
附錄A我國主要城市的建筑熱工設計分區(qū)335
附錄B圍護結構熱工性能335
附錄C建筑外窗(包括透光幕墻)熱工
性能參數344