发布时间 : 星期日 文章学位论文开题报告3 - 图文更新完毕开始阅读5f88f2b8b9f3f90f76c61bf0
开 题 报 告 主 要 内 容 一、所选课题的背景和意义 1.1 课题研究背景 在全球面临的10大挑战能源、纯净水、食物、环境、贫穷、恐怖主义和战争、疾病、教育、民主和人口膨胀中，能源问题是放在第一位的。来自美国莱斯大学（Rice University）的Richard E.Smalley教授曾经说过。美国能源部于2000年公布的数据中，全球石油已探明储量2-3万亿桶，而已经消耗掉陆地和海上石油约1万亿桶。按照目前每年产量34亿吨来计算，到2038年全世界将面临石油耗尽的局面。全球可开采煤炭储量10316亿吨，按目前开采速度可以开采200年，天然气储量为152万亿立方米，还可以开采65年。世界能源消耗量随着经济的飞速发展而有增无减，再加上能源分布的不均匀使得人们意识到能源危机的严重性和长期性[1-3]。 在全球日益增长的能源消耗中，无论是发达国家还是发展中国家，建筑能耗均在社会总能耗中占较大比例。截止2004年，建筑能耗占全球总能耗的比例达到30%。建筑能耗广义的说法包括建筑材料生产、建筑施工和建筑物使用几个方面的能耗。其中所占比例最大的是建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能耗。随着社会现代化进程的不断推进和人民生活水平的不断提高，民用建筑，尤其是居住建筑的发展，建筑耗能的比重将越来越大。因此许多国家都把建筑节能，尤其是降低建筑日常使用能耗作为能源节流工作的重点。 我国城乡目前既有建筑总面积约400亿㎡，其中，城镇约为150亿㎡，在城镇中居住建筑面积约为105亿㎡，公共建筑面积约为45亿㎡。其中，能达到建筑节能标准的仅占5%，其余95%都是非节能的高能耗建筑。 而随着城市化进程的加快，预计到2020年，我国城市生活人口数目将达到56%以上，从现在到2020年，预计我国每年城镇竣工建筑面积10亿㎡，到2020年新增城镇民用建筑面积将是150亿㎡。根据《中华人民共和国2008年国民经济和社会发展统计公报》，2008年全年能源消费总量28.5亿吨标准煤。2003年，我国建筑使用过程中消耗能源共计4.6亿吨标准煤，占当年全社会终端能耗的比重为27.47%，到2007年建筑使用过程中消耗能源共计约8.0亿吨标准煤，占当年全社会终端能耗的30%。建筑用能占全国能源总消费比例已经从1978年的10%上升到2007年的30%，如图1.1所示。如果不采取积极有效的建筑节能措施，按照目前的能耗状况，到2020年我国建筑能耗将比2004年增加2.5亿吨/年标准煤和新增耗电5800—6300亿度/年，总计折合电力约1.3万亿度。空调高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷出力。这给我国的发展带来巨大的能源压力，严重制约我国能源和经济的发展。 同时从总体上看，我国建筑节能潜力很大，如果按照建筑能耗占社会商品能耗的30%计算，仅建筑节能一项就可降低单位GDP能耗15%。因此，建筑节能是我国节能工作的重中之重，将直[5][4]接制约国民经济的可持续发展。 [9]1.2 课题研究意义 多年来，我国开展了相当规模的建筑节能工作。采取先易后难、先城市后农村、先新建后改建、先住宅后公建、从北向南逐步推进的策略，全面推进我国的建筑节能工作。制定了一大批建筑节能及其应用技术标准和规范，建设部提出了三步节能标准，即以1980-1981年当地通用设计能耗水平为基础，第一步由1986年起达到节能30%，第二步由1996年起，在之前的基础上再节能30%达到节能50%，第三步由2005年起再节能30%最终达到节能65%[10]。 我国既有建筑物数目庞大，开展对既有建筑的节能改造工作，是完善建筑节能体系的一个重要组成部分。节能建筑不仅可以节约能源，而且提高了人们居住的舒适性，改善了住户的居住条件和环境，在建设小康社会，坚持可持续发展战略的今天，开展实施建筑节能改造是一项十分必要的工作。能否实现对既有建筑物进行有效的节能改造，决定着能否最终实施建筑节能，决定着最终节约多少能源。建设部发布的《“九五”计划和 2010 年规划》对我国既有建筑的节能改造工作做了一个总体规划：2000 年起重点城市成片开始，2005 年起各城市普遍开始，2010年重点城市普遍推行；大城市完成改造面积的 25％中等城市完成 15％，小城市完成 10％，2020 年我国大部分既有建筑实现节能改造[11]。 围护结构主要包括外墙、门窗、屋面和地面。其中屋面热损失占全部热损失的8%[14]或者更高。例在北京地区通过围护结构的传热损失约占77%，其中屋面约占9%;在东北地区，通过围护结构的传热损失约占全部热损失的71%，其中屋面也约占9%[15]，而对于一些有采暖要求的居住建筑，屋面热损失甚至约占整个建筑物能耗的20%左右。同样屋面的保温隔热在夏季节约空调能耗有重要的作用，对于屋顶房间，当窗墙面积比为30%时，屋面热阻增加，能使设计日冷负荷降低42%，运行负荷降低32%，效果较为显著。 建筑的制冷供暖系统是个耗能大户，用于建筑供暖和制冷的能耗占全球能耗的6.7%筑使用被动式制冷系统后能节能2.35%[17][16] 图1.2 围护结构能耗比 ，而建。因此尽可能多地采用被动式制冷系统成为当代建筑科技发展的一个基本趋向。单层建筑若其四面墙都暴露在太阳下面，夏天则有 36.7%的冷负荷来自屋面，但通常情况下屋面会完全暴露在太阳下，而墙体只是一部分暴露在太阳下，则此时建筑的 50%甚至更多的冷负荷来自屋面耗约占总能耗的 8%～10%[19][18]。在多层建筑围护结构中，屋顶所占面积较小，其得热引起的能。屋面得热是造成建筑顶层较其它层在夏季炎热很多的原因。 夏季太阳辐射强烈，由于屋面得热的原因，处于顶层的住户居住热环境十分恶劣。在自然通风条件下，由于受阳光照射，室内屋顶表面(温度高达39℃）对人体头部形成强烈烘烤，人体头部乃为全身对热辐射最敏感部位。Fanger通过实验证明了热屋面形成的相对热辐射面最易造成人体不舒适。并且室内温度也会于其他非顶层房间，据测算，夏季室内温度每降低 1℃，空调减少能耗 10%，而人体的舒适性会大大提高。而在冬季因为保温的问题，顶层房间处于采暖不利条件，温度也会低于下面楼层的房间。因此，做好屋面的隔热，对于提高顶层房间室内热舒适性，减少空调能耗有着不可或缺的作用。 做好屋面保温隔热对于缓解城市热岛效应（Urban Heat Island Effect）也有重要的作用。热岛效应指城市中的气温明显高于周边郊区温度。其主要形成原因之一是城市下垫面（地面、屋顶）物理性质发生了变化。与乡村地区地表覆盖不同，城市地表主要是混凝土构筑物，其太阳辐射吸收率高，储热多，温度高，到了夜间放热，加剧了热岛效应。而对建筑屋顶进行节能改造，提高屋面保温隔热能力，降低屋面的蓄热能力，对缓解热岛效应有积极意义。 图1.3 城市热岛效应示意图 所以进行新型屋面砖节能性能的开发研究,加强维护结构的保温，发展节能屋面，提高屋面的保温隔热性能对节约能耗具有重要作用，具有广泛的市场应用价值与巨大的经济潜力。 二、国内外研究现状及应用前景 2.1我国屋面保温隔热工程的发展。 鉴于屋面保温隔热工程在我国建筑节能的重要的作用，国家历来非常重视屋面的保温隔热工程，积极在城市地区推广新型保温隔热材料和屋面的节能技术，并取得的显著的成果。我国北方地区屋面保温工程主要经历了三个阶段[20]： 第一阶段: 即上世纪五六十年代, 当时屋面保温作法主要是干铺炉渣、焦渣或水淬矿渣, 在现浇保温层方面主要采用石灰炉渣, 在块状保温材料方面, 仅少量采用了泡沫混凝土预制块。 第二阶段: 即上世纪七十年代到八十年代, 随着建材生产的发展, 出现了膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等轻质材料, 于是屋面保温层出现了现浇水泥膨胀珍珠岩、现浇水泥膨胀蛭石保温层, 以及沥青或水泥作为胶结与膨胀珍珠岩、膨胀蛭石制成的预制块及岩棉板等保温材料。 第三阶段: 上世纪八十年代以后, 随着我国化学工业的蓬勃发展, 开发出了重量轻、热导率小的聚苯乙烯泡沫塑料板、泡沫玻璃块材等屋面保温材料; 近年来又推广使用重量轻、抗压强度高、整体性能好、施工方便的现喷硬质聚氨酯泡沫塑料保温层,为屋面工程的节能提供了物质基础。 2.2 节能屋面国内外研究现状。 降低屋面热量的损耗是降低建筑总体热量损耗的一个主要环节。长期以来，国内外对屋顶隔热降温措施进行了大量的试验和理论研究，积累了大量的理论成果和实际经验，常用的屋面主要分两大类，主动式制冷屋面和被动式制冷屋面。被动式制冷屋面包括：种植屋面、浅色屋面、架空通风屋面、蓄水屋面和其他屋面等，主动式制冷屋面包括安装有太阳能收集器的屋面（RSC）。 2.2.1 种植屋面 从4000多年前苏美尔人在幼发拉底河下游建造的亚述古庙塔（图2.1[21])对种植屋面的启蒙，到公元前600年的世界七大奇迹之一的巴比伦空中花园的伟大，再到现在各类规模屋顶绿化工程相继出现，种植屋面为提高城市的绿化覆盖率，改善城市生态环境而越来越受到人们的重视并在全世界推广开来。 种植屋面就是在刚性混凝土屋面上种植花草、灌木或蔬菜，借助栽培介质和植物遮挡阳光、吸收阳光进行光和作用、呼吸作用、蒸腾作用等可以吸收大量的太阳能而减少通过屋面到达室内的热量，提高热舒适性，改善建筑热工性能[24-28][22-23]，。 种植屋面又分为覆土种植和无土种植两种，覆土种植是在钢筋混凝土屋顶上覆盖100-150mm 图2.1 亚述古庙塔 Assyrian Temple Tower[21] 种植土壤，有显著的隔热保温效果。无土种植屋面具有自重轻、屋面温差小，防水防渗优的特点，是用水渣、蛙石等代替土壤，减轻了屋面荷载，且隔热性能有所提高。 种植屋面的最大的优越性表现在保温、隔热性能上,不论外界气温高低,通过这种屋面的保护,就能改善建筑物顶层房间的室内热环境。加拿大多伦多某大学通过对屋顶绿化的研究发现,若对多伦多现有屋顶的8%进行绿化,将会在建筑耗能、下水道泛滥以及城市热岛效应等方面的治理节约 3 亿多美元的开支,为城市治理所节约的开支每年在 4 千万美元左右。可见屋顶绿化对改善人居环境、减少建筑能耗所产生的效益是巨大的K. NAYAK[30][29]。 等人在对各种被动蒸发冷却屋面的理论分析中，指出种植屋面与蓄水屋面、洒水屋面本质相同，都是采用了蒸发冷却原理，而唯一不同点是多了一层供植物生长的土壤层。因而，在分析中，仅仅表述了蓄水(洒水)屋面的热过程。 重庆大学孟庆林[31]对建筑外表面被动式蒸发冷却的理论进行了深入的研究。