公共建筑的節(jié)能設計標準與技巧

1、公共建筑的節(jié)能設計公共建筑節(jié)能設計標準GB50189-2005自2005年7月1日起實施，這是我國批準發(fā)布的第一部公共建筑節(jié)能設計的綜合性國家標準，認真執(zhí)行公共建筑節(jié)能設計標準，并真正落到實處，是當前建筑設計的一項首要任務。公共建筑的能耗包括建筑圍護結構以及采暖、通風、空調和照明用能消耗，公共建筑節(jié)能50%的目標是由建筑專業(yè)、暖通專業(yè)、電氣專業(yè)共同來承擔。對于建筑專業(yè)來說，就是改善和提高圍護結構的熱工性能，也就是建筑熱工設計。公共建筑節(jié)能設計標準的第4章是建筑專業(yè)重點掌握和執(zhí)行的標準。在這個章節(jié)中對建筑專業(yè)提出了熱工性能規(guī)定性指標和權衡判斷要求，如果規(guī)定性指標不能滿足規(guī)定要求，就必須進行權衡判

2、斷。由于權衡判斷整個過程比較復雜繁瑣，必須采用專門的計算軟件，而目前尚未推出正式的軟件版本，公共建筑節(jié)能設計標準為了方便設計人員，避免復雜的計算，已經將規(guī)定的熱工性能參數范圍放得很寬，只要我們建筑專業(yè)在設計過程中重視圍護結構材料的保溫性能，絕大多數公建不需要經過權衡判斷這一過程。一、 公共建筑的節(jié)能設計標準（一）規(guī)定性指標上海為夏熱冬冷地區(qū)，該地區(qū)的圍護結構熱工性能的強制性條款規(guī)定性指標共有如下幾項：1. 屋面的傳熱系數：K 0.7 w/·k2. 外墻傳熱系數：Km 1.0 w/ ·k3. 地面接觸室外空氣的架空或挑空樓板的傳熱系數：K 1.0 w/ ·k4. 外

3、窗（含透明幕墻）的傳熱系數K和遮陽系數SC：Ø 窗墻面積比 0.2，K 4.7 W/m2 ·k ，Ø 0.2<窗墻面積比 0.3，K 3.5 W/m2·k， SC 0.55Ø 0.3<窗墻面積比0.4，K3.0 W/ m2·k， SC 0.50 /0.6(北向） Ø 0.4<窗墻面積比 0.5，K 2.8W/ m2·k， SC 0.45/0.55 (北向）Ø 0.5<窗墻面積比 0.7，K 2.5 W/ m2·k， SC 0.40/0.45 (北向） 5. 屋頂透明部分的

4、傳熱系數和遮陽系數：K 3.0 w/m2 ·k， SC 0.306. 地面和地下室外墻熱阻限值：R1.2(m2 K )/W7. 單一朝向的窗（含透明幕墻）墻面積比： 0.78. 窗墻面積小于0.4時，對玻璃的可見光透射比： 0.49. 屋頂透明部分與屋頂面積比： 20%10. 上述任何一條不能滿足，就必須進行權衡判斷（性能化設計）以上各項指標相對居住建筑的節(jié)能設計規(guī)定性指標而言，公共建筑對體形系數、對樓板的傳熱系數、對分隔墻的傳熱系數、對內門的傳熱系數等都沒有強制要求。 如果公共建筑未設底層架空層，也沒有透明屋頂，則圍護結構傳熱系數的強制性規(guī)定指標就只有7項?？梢?，公共建筑的節(jié)能設計

5、規(guī)定指標并不是很難掌握的。（二）其他要求1. 中庭應有通風措施2. 外窗可開啟面積應窗面積的30%，透明幕墻應有可開啟扇或通風換氣裝置3. 外門應有保溫隔熱措施4. 外窗的氣密性4級：1.5q10.5（m3/mh）玻璃幕墻的氣密性3級：a)可開啟部分：2.5q11.5（m3/mh）b)固定部分：0.1q10.05（m3/mh） (三)權衡判斷1、參照建筑物Ø 形狀、大小、朝向、內部的空間劃分和使用功能與所設計的建筑物完全一致Ø 窗墻面積比按照規(guī)定設置Ø 圍護結構的熱工性能符合規(guī)定指標的限值Ø 全年采暖和空氣調節(jié)Ø 全年采暖和空氣調節(jié)能耗的計算按

6、照標準進行2、設計建筑物Ø 圍護結構的熱工性能按照設計的實際數值Ø 窗墻面積比按照設計的實際數值Ø 全年采暖和空調調節(jié)Ø 全年采暖和空氣調節(jié)能耗的計算按照標準進行3、權衡判斷要求1) 設計建筑物的全年能耗應小于等于參照建筑物的全年能耗，設計建筑物符合節(jié)能要求，為節(jié)能建筑2) 設計建筑物的全年能耗大于參照建筑物的全年能耗，不符合節(jié)能要求，應調整圍護結構的熱工性能設計參數重新計算，直至滿足要求。二、建筑熱工設計以下是滿足圍護結構熱工性能規(guī)定性指標的參考做法(一） 屋面?zhèn)鳠嵯禂礙0.7W/（K）公共建筑采用平屋面的形式較多，平屋面保溫一般有正置式保溫和倒置式保

7、溫，正置式保溫常用的保溫材料：聚苯乙烯泡沫塑料板、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板、聚氨酯泡沫塑料；倒置式保溫屋面必須選擇擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板。一般情況下，如果屋面采用120厚鋼筋混凝土屋面板，憎水珍珠巖找坡，按其找坡層平均厚度為80計，保溫層選用不得低于2530厚擠塑聚苯板（XPS）或4550厚聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS），可以達到K0.7W/（K）的要求。若選用其他保溫材料可參考國家標準圖集99J201（一）平屋面建筑構造（一）第18頁，或03J201-2平屋面建筑構造（二）G30頁G31頁。例：屋面構造為：40厚細石鋼筋混凝土面層 干鋪無紡聚酯纖維布一層 25厚擠塑保溫板（XPS） 20厚1：3

8、水泥砂漿 憎水珍珠巖找坡，最薄處30厚（平均厚度80） 120厚鋼筋砼屋面板屋頂的傳熱系數計算1） 材料的物理性能材料層厚（mm）導熱系數W/（m·k）蓄熱系數w/（k）熱阻（·k）/w熱惰性D鋼筋混凝土401.7417.200.020.34鋼筋混凝土1201.7417.200.071.19水泥砂漿200.9311.370.020.23擠塑板（XPS）25350.0330.350.761.060.270.37膨脹聚苯板（EPS）35550.0550.470.641.000.300.47憎水珍珠巖80（平均厚度）0.122.000.671.341：8水泥加氣混凝土80（平均厚

9、度）0.365.640.221.25陶?；炷?0（平均厚度）0.8911.1O0.091.002） 屋頂熱阻RR=Ri0.02+0.07+0.02+0.76+0.67+Re=0.111.540.05=1.693)屋頂傳熱系數KK=1/R=1/1.69=0.590.7W/（K）4) 屋面保溫層的最小厚度選用l 采用憎水珍珠巖找坡層，擠塑聚苯板（XPS)保溫層不應小25厚，膨脹聚苯板(EPS)保溫層不應小于35厚l 采用18水泥加氣砼找坡層，擠塑聚苯板（XPS)保溫層不應小35厚，膨脹聚苯板(EPS)保溫層不應小于55厚l 采用陶?；炷琳移聦?，擠塑聚苯板（XPS)保溫層不應小40厚，膨脹聚苯板

10、(EPS)保溫層不應小于60厚（二） 外墻傳熱系數K1.0W/（K） 外墻包括實體外墻和非透明幕墻，所謂非透明幕墻是指石材幕墻和金屬幕墻。滿足外墻的熱工性能要求可采用外墻外保溫或外墻內保溫的構造措施。1、 實體外墻。公共建筑通常為框架結構，外墻由填充墻和混凝土柱、梁、樓板組成，其中鋼筋混凝土材料的熱工性能最差。相同的保溫材料由于墻體材料的熱工性能不同，選用的厚度也不相同，若按照鋼筋混凝土選擇保溫材料的厚度，則同時也能滿足或超過其他墻體材料所需的保溫厚度要求；如此做法可以簡化外墻的平均傳熱系數計算。1)外墻外保溫從實際工程外墻平均傳熱系數的計算結果表明，外墻外保溫由于梁、柱和樓板等熱橋部位均已保

11、溫，墻體的總體保溫效果較好。外墻常用的外保溫材料有：聚苯乙烯泡沫塑料板、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板、膠粉聚苯顆粒保溫漿料等；若按200厚鋼筋混凝土墻體考慮，保溫層的最小厚度不應小于表中厚度聚苯乙烯泡沫塑料板擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板膠粉聚苯顆粒保溫漿料50mm30mm50mm外墻外保溫也可選用其他材料，其厚度可參照國家標準設計圖集02J121-1外墻外保溫建筑構造（一）。2)外墻內保溫由于外墻采用貼面磚等裝飾材料，目前的外保溫材料施工尚不能確保貼面材料的牢固，較多的工程會選擇外墻內保溫的做法。但是，由于熱橋部位缺乏保溫，這種墻體的總體保溫效果較差。雖然可以采取措施，在熱橋部位進行加強措施，但因會影響室

12、內效果，業(yè)主往往不愿意采用；通常，內保溫的材料厚度要高于外保溫的材料厚度。目前常用的外墻內保溫做法為增強粉刷石膏聚苯板外墻內保溫，200厚的鋼筋混凝土墻選用聚苯板不應小于30厚，300厚的鋼筋混凝土墻選用聚苯板不應小于25厚。外墻內保溫做法還有鋼絲網架聚苯復合外墻內保溫、增強水泥聚苯復合板外墻內保溫、增強石膏聚苯復合板外墻內保溫等，具體可參照國家標準設計圖集03J122外墻內保溫建筑構造。例：外墻為混凝土墻體，采用外墻外保溫；構造為（從外到內）：Ø 20厚1：2水泥砂漿Ø 30厚擠塑板（XPS）Ø 200厚鋼筋砼墻體Ø 20厚1：1：4混合砂漿外墻的傳熱

13、系數計算1） 材料的熱工計算參數材料層厚（mm）導熱系數W/（m·k）蓄熱系數w/（m2·k）熱阻（m2·k）/w熱惰性D鋼筋混凝土2001.7417.200.111.80水泥砂漿200.9311.370.020.23擠塑板300.0330.350.910.32混合砂漿200.8710.750.020.222） 外墻熱阻RR=Ri0.110.020.910.02Re=0.111.360.05=1.223)外墻傳熱系數KK=1/R=1/1.22=0.821.0W/（K）2、非透明幕墻非透明幕墻的面板材料一般為金屬鋁板或石材，最簡單的做法是面板材料背后加設50厚玻璃棉

14、（玻璃棉的密度一般不小于16/m3），幕墻的傳熱系數即可達到0.70.9/（K）的傳熱系數，滿足規(guī)定的K1.0W/（K）要求。礦棉、巖棉玻璃棉板的計算值為：導熱系數：0.0540.086 W/（m·k）蓄熱系數：0.91.43 W/（k）50厚的玻璃棉自身的傳熱系數就可達1.08 W/（k），若算上鋁板或石材的熱阻后得出的傳熱系數基本能滿足1.0 W/（k）。（三） 外窗外窗的傳熱系數和遮陽系數根據單一朝向窗墻比的大小確定：透明玻璃幕墻屬于外窗的范疇，要求也與外窗一樣。1、外窗的傳熱系數公共建筑的設計中，窗墻面積比一般都在0.3以上，南北外墻的窗墻面積比往往都在0.4以上，因此，也就

15、決定了公共建筑的外窗傳熱系數必須控制在3.0W/(m2K)以下，遮陽系數在0.40-0.55左右。通常，普通的鋁合金型材加單層玻璃絕對無法滿足節(jié)能要求，況且建設部的218號文也明確規(guī)定了節(jié)能建筑不得采用金屬型材單層玻璃的外窗。以下的外窗熱工參數提供參考：常見外窗熱工參數玻璃普通鋁合金窗斷熱鋁合金窗PVC塑料窗KW/(m2k)SCKW/(m2k)SCKW/(m2k)SC透明玻璃（5-6厚）6.5-6.00.9-0.86.0-5.50.9-0.85.0-4.50.9-0.8熱反射鍍膜玻璃6.5-6.00.55-0.456.0-5.50.55-0.455.0-4.50.55-0.45透明中空玻璃4.

16、0-3.50.85-0.753.5-3.00.85-0.753.0-2.50.85-0.75LOW-E中空玻璃3.5-3.00.55-0.403.0-2.50.55-0.402.5-2.00.55-0.40窗的熱工性能還取決于空氣層的厚度，空氣層厚度大，保溫效果好，普通中空玻璃采用12mm厚時，其K值可達2.8 W/(m2K),但窗框材料影響了整窗的傳熱系數，公共建筑外窗的玻璃中空厚度一般不應小于9mm厚。LOW-E玻璃稱為低輻射鍍膜玻璃，具有較好的保溫隔熱性能，5+12A+5的LOW-E中空玻璃使用斷熱鋁型材，傳熱系數一般在2.5-3.0 W/(m2K)左右，采用PVC框材，傳熱系數可達到2

17、.0 W/(m2K)。國家建筑標準設計圖集節(jié)能鋁合金門窗提供了詳細的數據，其中各型號的窗都進行過選樣測試，其中窗的傳熱系數根據不同的玻璃材料及空氣層組合不同而不同，可作為設計參考。因此，窗墻面積比大于0.4,就必須選用斷熱鋁合金型材或PVC型材，必要時還必須選用LOW-E玻璃。設計說明和門窗表中，應明確對外窗的傳熱系數要求，門窗廠家應按照設計要求生產，在門窗檢測時應有對保溫性能的檢測內容，作為驗收的依據。2、外窗的遮陽遮陽可以有2種方法，一是結合建筑立面設計，采用水平向或垂直向的構件，擋住陽光的照射，二是選用符合遮陽系數要求的外窗玻璃；二者可以各自單獨滿足，也可相互彌補，兩者的乘積，就是外窗的

18、遮陽系數，不做遮陽，玻璃的遮陽系數就是最終的遮陽系數。建筑設計中已經設置遮陽設施，但根據公共建筑節(jié)能設計標準提供的公式計算，遮陽系數未能達標，可以將規(guī)定的遮陽系數除以遮陽設施的系數，得出的數據就是對玻璃遮陽系數的要求。例：建筑設置的遮陽求出的遮陽系數SC=0.7,節(jié)能標準規(guī)定SC0.4,對玻璃的遮陽系數要求為：0.4/0.7=0.57建筑施工圖設計說明中就應在玻璃選用要求上明確必須選用遮陽系數不得大于0.57。3、外窗的氣密性不應低于建筑外窗氣密性性能分級及其檢測方法GB7107規(guī)定的4級。外窗良好的氣密性，可以抵御夏季和冬季的室外空氣滲透到室內，從而降低能耗。窗的開啟方式與氣密性有直接的關系

19、，從檢測結果得知，平開窗大部分都能滿足4級以上的要求，但推拉窗有一半以上達不到4級，所以節(jié)能建筑應優(yōu)先考慮平開窗的形式，多層建筑采用外平開，高層建筑出于安全的考慮，可以選用內平開；選用推拉窗，要達到氣密性4級，則應對其制作工藝和五金配件提出較高的要求，造價上可能會更高。窗的材質同樣與氣密性有關，相對而言，PVC窗、彩鋼板窗和WELUX木窗的熱工性能和氣密性比較容易滿足規(guī)定性指標要求。（四）透明玻璃幕墻全玻璃幕墻的作為建筑外墻，其熱工性能無論如何也難以達到1.0 W/(m2K)的傳熱系數要求，即便進行權衡判斷，也很難達到要求。同一朝向不應是全透明玻璃幕墻，窗墻面積比應控制在0.7以內。1、通過調

20、整立面的虛實對比解決，如入口大廳的立面采用了全玻璃幕墻，則該朝向的實墻面積可以通過加權平均解決，即減少其它的外窗玻璃面積，至少留出30%的實墻面積，玻璃幕墻有實墻面的襯托，更加突出效果。2、由于結構承重和消防的要求，梁和防火窗檻墻的800mm高度是必不可少的，全透明玻璃幕墻會清楚地反映出鋼砼的立面，對立面效果并不有利，不妨將此部位處理成非透明玻璃幕墻，如選用彩釉玻璃，其背后襯托50厚的保溫玻璃棉，可以按照實墻對待，熱工性能完全滿足K=1.0W/m2K的傳熱系數要求，也保證了窗墻面積比的要求。3、玻璃幕墻的傳熱系數規(guī)定為K=2.5W/m2K，為了達到這一指標，宜采用隱框幕墻，玻璃采用LOW-E中

21、空玻璃。雖然玻璃的傳熱系數不能作為幕墻的傳熱系數，但由于金屬型材隱蔽在玻璃的背后，可以近似參照玻璃的傳熱系數確定玻璃幕墻的熱工性能。如LOU-E玻璃的本身傳熱系數為1.7-1.8W/(m2/K),其隱框玻璃幕墻的傳熱系數一般在2.0 W/(m2/K)左右，完全符合規(guī)定指標。常用玻璃的熱工性能玻璃類型普通單層玻璃9厚空氣層的普通中空玻璃12厚空氣層的普通中空玻璃12厚空氣層的普通中空低輻射玻璃傳熱系數K5.8-6.43.2-3.52.8-3.21.6-1.8遮陽系數SC0.3-0.90.2-0.80.2-0.80.25-0.6 4、明框玻璃幕墻應采用斷熱金屬型材和LOW-E中空玻璃，半隱框玻璃幕

22、墻應在明框與玻璃之間采取有效的隔熱措施。 5、透明玻璃幕墻的氣密性應滿足建筑幕墻物理性能分級GB15225規(guī)定的3級，幕墻應采用高質量的硅酮密封膠、耐候膠和優(yōu)質的三元乙丙密封膠條。（五）地面和地下室外墻熱阻限值1.2(m2K)/ W 1）回填地面：40厚細石鋼砼面層150厚1：8加氣混凝土碎塊實鋪100厚C20混凝土80厚碎石墊層素土夯實地面熱阻值R材料厚度導熱系數熱阻細石鋼砼面層401.740.023加氣混凝土2000.360.56混凝土層1001.510.066碎石層1002.040.05素土夯實6001.160.52R=0.11+0.023+0.56+0.066+0.05+0.52=1.33>1.2(m2k)/W2)地下室外墻：Ø 20厚1：2水泥砂漿Ø 250厚鋼砼墻Ø 膨脹聚苯板保護層Ø 回填土熱阻R計算材料厚度導熱系數熱阻水泥砂漿200.930.022鋼砼墻體2501.740.14水泥砂漿200.930.022膨脹聚苯板500.0551.1R=0.11+0.022+0.14+0.022+1.1=1.394>1.2(m2k)/W3） 地下室地面熱阻RØ 40厚細石砼面層Ø 35厚擠塑聚苯板Ø 300厚鋼混凝土底板Ø 100厚碎石墊層地下室地面熱阻R材料