公共建筑節(jié)能權(quán)衡簡易判斷

公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》應(yīng)用中的簡易權(quán)衡判斷法建筑節(jié)能，權(quán)衡，應(yīng)用，判斷，設(shè)計(jì)建筑節(jié)能，權(quán)衡，應(yīng)用，判斷，設(shè)計(jì)提要本文根據(jù)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)原理，提出了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189應(yīng)用中的簡易權(quán)衡判斷法，可用于玻璃幕墻設(shè)計(jì)中。關(guān)鍵詞公共建筑，節(jié)能設(shè)計(jì)，權(quán)衡判斷1.刖言為降低建筑能源消耗，減少能源浪費(fèi)，國家建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189,并于2005年7月1日在全國實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能目標(biāo)50%由改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，提高空調(diào)采暖設(shè)備和照明設(shè)備效率來分擔(dān)，其中改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能分擔(dān)13~25%。門窗和玻璃幕墻的熱工性能遠(yuǎn)低于普通外墻，為達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑的窗墻面積比和屋頂透明部分的面積有明確的規(guī)定：建筑每個(gè)朝向窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應(yīng)大于0.7；屋頂透明部分的面積不應(yīng)大于屋頂總面積的20%；當(dāng)不滿足這兩項(xiàng)條文規(guī)定時(shí)，必須進(jìn)行權(quán)衡判斷。上述這些條文為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格遵守。權(quán)衡判斷是一種性能化設(shè)計(jì)方法，具體做法是先構(gòu)想出一棟虛擬建筑，稱之為參考建筑，然后分別計(jì)算參考建筑和實(shí)際設(shè)計(jì)建筑的全年采暖和空調(diào)能耗，并依據(jù)這兩個(gè)能耗的比較結(jié)果做出判斷。當(dāng)實(shí)際設(shè)計(jì)建筑能耗大于參考建筑能耗時(shí)，調(diào)整部分設(shè)計(jì)參數(shù)，例如提高窗戶和玻璃幕墻的保溫隔熱性能、縮小窗戶和玻璃幕墻的面積，甚至是調(diào)整整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，重新計(jì)算所設(shè)計(jì)建筑的能耗，直至設(shè)計(jì)建筑的能耗不大于參考建筑的能耗為止。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡計(jì)算很復(fù)雜，一般要采用動(dòng)態(tài)軟件進(jìn)行計(jì)算，不易實(shí)現(xiàn)。本文提出的簡易權(quán)衡判斷法可省去權(quán)衡計(jì)算的復(fù)雜過程，調(diào)整前后節(jié)能機(jī)理簡單、明確，計(jì)算方法簡便，可用于工程實(shí)踐中。簡易權(quán)衡判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外窗、透明幕墻和屋頂透明部分的熱工性能一般用傳熱系數(shù)K和遮陽系數(shù)SC表征，外墻、非透明幕墻和屋頂非透明部分的熱工性能僅用傳熱系數(shù)K表征。設(shè)建筑物某朝向的總面積為S，透明部分(包括外窗和透明幕墻)面積為S1，透明部分的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)分別為K1和SC1，非透明部分(包括外墻和非透明幕墻)面積為S2,非透明部分的傳熱系數(shù)為K2,S=S1+S2，室內(nèi)外溫差為△「太陽輻射照度為I，則通過該朝向由室外傳入室內(nèi)的熱量Q1為：Q1=0.889xSC1xS1xI+ATxK1xS1+ATxK2xS2(1)將透明部分的面積加大至S3,透明部分的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)分別調(diào)整為SC2和K3,則非透明部分的面積縮小至S4,非透明部分的傳熱系數(shù)仍為K2,S=S3+S4,室內(nèi)外溫差和太陽輻射照度不變，則通過該朝向由室外傳入室內(nèi)的熱量Q2為:Q2=0.889xSC2xS3xI+ATxK3xS3+ATxK2xS4(2)令0.889xSC1xS1xI=0.889xSC2xS3xI(3)有SC1xS1=SC2xS3(4)用S除（4）式兩邊，得SC1xS1/S=SC2xS3/S（5）則S1/S和S3/S分別為兩種情況的窗墻面積比，設(shè)其分別為el和e2，由（5）式得，SC2=SC1xe1/e2（6）在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189中，對(duì)于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，當(dāng)窗墻面積比e1=0.7時(shí)，對(duì)于不同朝向，遮陽系數(shù)都有限值要求，令SC1取限值，記為SC1*，當(dāng)窗墻面積比e2>0.7時(shí)，只要透明部分的遮陽系數(shù)按（6）式取值，則可保證太陽光透過透明部分射向室內(nèi)的熱量與窗墻面積比為0.7,遮陽系數(shù)取限值的透明部分傳遞的太陽能嚴(yán)格相同，與太陽輻射照度無關(guān)，即在任何地區(qū)、任何季節(jié)、任何時(shí)候，兩者都成立，即0.889xSC2xS3xI=0.889xSC1*xS3xIxe1/e2=0.889xSC1*xS3xIxS1/SxS/S3=0.889xSC1*xS1xI同理，令A(yù)TxK1xS1=ATxK3xS3（7）有K1xS1=K3xS3（8）用S除（8）式兩邊，得K1xS1/S=K3xS3/S（9）則S1/S和S3/S分別為兩種情況的窗墻面積比，設(shè)其分別為e1和e2，由（9）式得，K3=K1xe1/e2（10）在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189中，對(duì)于不同地區(qū)，當(dāng)窗墻面積比e1=0.7時(shí)，傳熱系數(shù)都有限值要求，令K1取限值，記為K1*，當(dāng)窗墻面積比e2>0.7時(shí)，只要透明部分的傳熱系數(shù)按（10）式取值，則可保證通過透明部分傳遞的環(huán)境熱量與窗墻面積比為0.7,傳熱系數(shù)取限值的透明部分傳遞的環(huán)境熱量嚴(yán)格相同，與室內(nèi)外溫差無關(guān)，即在任何地區(qū)、任何季節(jié)、任何時(shí)候，兩者都成立，即ATxK3xS3=ATxK1*xS3xe1/e2=ATxK1*xS3xS1/SxS/S3=ATxK1*xS1對(duì)于非透明部分，由于窗墻面積比大于0.7時(shí)的面積S4小于窗墻面積比為0.7時(shí)的S2,所以有ATxK2xS4<ATxK2xS2當(dāng)窗墻面積比大于0.7時(shí)，只要透明部分的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)分別按（6）式和（10）式取值，非透明部分的傳熱系數(shù)保持不變，則可保證通過該朝向傳遞的室內(nèi)外熱量小于窗墻面積比等于0.7時(shí)，透明部分的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)分別取限值時(shí)傳遞的室內(nèi)外熱量，即已經(jīng)滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189的要求，不必再進(jìn)行整體的權(quán)衡計(jì)算。由于上述計(jì)算僅限于該朝向一個(gè)平面，而不是通常意義上的整體權(quán)衡計(jì)算，故稱該方法為簡易權(quán)衡判斷法。對(duì)于屋頂，當(dāng)其透明部分大于屋頂總面積的20%時(shí)，只要其傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)分別按（6）式和（10）式取值，即已經(jīng)滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189的要求，不必再進(jìn)行整體的權(quán)衡計(jì)算。應(yīng)用窗墻面積比的上限0.7一般是不易達(dá)到的，因?yàn)榇皦γ娣e比要扣除該朝向的非透明部分，如樓板、窗欖墻等，屋頂透明部分占屋頂總面積比的上限0.2一般也不易達(dá)到，因?yàn)橥该魑蓓斠话銉H在建筑個(gè)別部位采用，如中庭、休息廳、餐廳等。但是對(duì)于某些特殊建筑，如會(huì)展中心、藝術(shù)中心、機(jī)場候機(jī)大廳、售樓處、售車處等建筑某個(gè)朝向的窗墻面積比可能會(huì)超過0.7，個(gè)別采光頂為主的建筑，其屋頂透明部分占屋頂總面積比的上限0.2也可能突破，即使超過，這兩個(gè)數(shù)不會(huì)超過很多，可按（6）式和（10）式分別選取遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)。為應(yīng)用方便，按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189的要求，針對(duì)不同地區(qū)，表1給出部分窗墻面積大于0.7條件下透明部分的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)限值，滿足上述的簡易權(quán)衡判斷.由表1可見，隨著窗墻面積比的增加，對(duì)玻璃的保溫隔熱性能的要求也在增加，在現(xiàn)代化玻璃技術(shù)飛速發(fā)展的今天，可選擇的玻璃品種很多，完全能滿足表1的要求，如Low-e中空玻璃、雙銀Low-e中空玻璃、Low-e雙層中空玻璃、真空玻璃、陽光控制鍍膜玻璃和室內(nèi)外遮陽系統(tǒng)等。在滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，究竟采用何種玻璃和何種遮陽系統(tǒng)，可結(jié)合建筑學(xué)要求確定。結(jié)束語《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189給出的權(quán)衡判斷法并不限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整部位和方法，只要最后設(shè)計(jì)建筑的采暖和空調(diào)能耗不大于參考建筑的采暖和空調(diào)能耗即可。由于調(diào)整前后設(shè)計(jì)參數(shù)可不關(guān)聯(lián)，因此必須分別進(jìn)行整個(gè)參考建筑和設(shè)計(jì)建筑采暖和空調(diào)能耗計(jì)算，既復(fù)雜又不易實(shí)現(xiàn)，須采用動(dòng)態(tài)計(jì)算軟件計(jì)算。需要考慮的因素也很多，如風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間、室內(nèi)溫度、室內(nèi)照明功率密度、照明時(shí)間、人均使用面積、人員逐時(shí)在室率、電器設(shè)備功率及其逐時(shí)使用率等。本文介紹的簡易權(quán)衡判斷法，調(diào)整前后設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)聯(lián)，僅調(diào)整相關(guān)透明部分的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)，使通過該朝向