建筑節(jié)能設計計算

2021.3.13淺談建筑節(jié)能設計〔一〕為什么要做節(jié)能設計建筑節(jié)能保溫設計屬于建筑設計的重要組成部分，其目的是為了保證室內具有足夠的熱環(huán)境質量，同時盡能夠地節(jié)約采暖能耗。當然，為了保證冰冷地域和嚴寒地域冬季室內熱環(huán)境到達應有規(guī)范，除建筑保溫外，還需求有采暖設備來供應熱量。但在同樣供熱條件下，建筑保溫性能良好與否是決議室內環(huán)境的重要條件。2006年，我國政府在建立節(jié)約型和資源環(huán)保性社會的背景下推出了<綠色建筑評價規(guī)范〔GB/T50378-2006〕>，其制定的目的可概括為“四節(jié)一環(huán)保〞——節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材和環(huán)境維護。圖1<規(guī)范>權重分配〔一〕為什么要做節(jié)能設計<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB50189-2005中第1.0.3條：按本規(guī)范進展的建筑節(jié)能設計，在保證一樣的室內環(huán)境參數(shù)條件下，與未采取節(jié)能措施前相比，全年采暖、通風、空氣調理和照明的總能耗應減少50%。在公共建筑中，尤其以辦公建筑、大中型商場，一級高檔旅館飯店等幾類建筑，在建筑的規(guī)范、功能及設置全年空調采暖系統(tǒng)等方面有許多共性，而且其采暖空調能耗特別高，采暖空調理能潛力也最大。在公共建筑〔特別是大型商場、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等〕的全年能耗中，大約50%~60%耗費于空調制冷與采暖系統(tǒng)，20%~30%用于照明。而在空調采暖這部分能耗中，大約20%~50%由外圍構造傳熱耗費〔夏熱冬暖地域大約20%，夏熱冬冷地域大約35%，冰冷地域大約40%，嚴寒地域大約50%〕。從目前情況分析，這些建筑在維護構造、采暖空調系統(tǒng)，以及照明方面，共有節(jié)約能源50%的潛力?！捕澄覈ㄖ?jié)能設計現(xiàn)行規(guī)范節(jié)能計算選用規(guī)范：1.<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范GB50189-2005>2.<民用建筑熱工設計規(guī)范GB50176-93>3.<夏熱冬冷地域居住建筑節(jié)能設計規(guī)范JGJ134-2021>4.<夏熱冬暖地域居住建筑節(jié)能設計規(guī)范JGJ134-2021>5.<嚴寒和冰冷地域居住建筑節(jié)能設計規(guī)范JGJ26-2021>參考構造做法圖集：1.<屋面節(jié)能建筑構造06J204>2.<公共建筑節(jié)能構造-嚴寒和冰冷地域06J908-1>3.<公共建筑節(jié)能構造-夏熱冬冷和夏熱冬暖地域06J908-2>4.<外墻外保溫建筑構造10J121>注：工業(yè)建筑原那么上不進展節(jié)能設計計算。〔二〕我國建筑節(jié)能設計現(xiàn)行規(guī)范闡明：在我們所做的公共建筑設計中能夠會涉及居住建筑的設計，如職工宿舍，這種情況下需參考居住建筑節(jié)能設計相關規(guī)范。夏熱冬冷地域的范圍大致為隴海線以南，南嶺以北，四川盆地以東，包括上海、重慶二直轄市，湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部，四川、貴州二省東半部，江蘇、河南二省南半部，福建省北半部，陜西、甘肅二省南端，廣東、廣西二省區(qū)北端，涉及16個省、市、自治區(qū)。該地域面積約180萬平方公里，人口5.5億左右，國內消費總值約占全國的48％，是一個人口密集、經(jīng)濟興隆的地域，是我們設計任務中常接觸的區(qū)域。因此，在后面的講解中主要以<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范GB50189-2005>和<夏熱冬冷地域居住建筑節(jié)能設計規(guī)范JGJ134-2021>為主要參考資料進展援用講解。〔三〕施工圖中的建筑節(jié)能設計深度根據(jù)2021年1月1日施行的<建筑工程設計文件編制深度規(guī)定>4.3.10建筑施工圖所帶節(jié)能計算書應滿足以下要求：1.嚴寒地域A區(qū)，嚴寒地域B區(qū)及冰冷地域需計算體形系數(shù)，夏熱冬冷地域與夏熱冬暖地域不需計算體形系數(shù)；2.各單一朝向窗墻面積比計算〔包括天窗屋面比〕，設計外窗包括玻璃幕墻的可視部分的熱工性能滿足規(guī)范的限制要求；3.設計外墻〔包括玻璃幕墻的非可視部分〕、屋面、與室外接觸的架空樓板〔或外挑樓板〕、地面、地下室外墻、外門、采暖與非采暖房間的隔墻和樓板、分戶墻等的熱工性能計算；4.當規(guī)范允許的個別限值超越要求，按照圍護構造熱工性能的權衡判別，使圍護構造總體熱工性能滿足節(jié)能要求?！菜摹彻步ㄖ?jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的1.體型系數(shù)：建筑物與室外大氣接觸的外外表積與其所包圍的體積的比值。外外表積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積。建筑物外外表積應按墻面面積、屋頂面積和下外表直接接觸室外空氣的樓板面積的總和計算。體型系數(shù)對建筑能耗影響非常顯著。體型系數(shù)越小，單位建筑面積對應的外外表積越小，外圍構造的傳熱損失越小。從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應該將體型系數(shù)控制在一較低的程度上。--<夏熱冬冷地域住宅建筑節(jié)能設計規(guī)范>JGJ134-20214.1.2嚴寒、冰冷地域建筑的體型系數(shù)應小于或等于0.40。--<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB_50189-2005

〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的S=F0/V0F0=E1+E2+E3+E4+R1R1=R*1.2V0=M1*h1+M2*h2+…+〔R*hi〕/3S：體形系數(shù)F0：建筑物的外外表積V0：建筑物的體積表4.0.3夏熱冬冷地域居住建筑的體型系數(shù)限值建筑層數(shù)≦3層（4-11）層≧12層建筑的體型系數(shù)0.550.400.35體形系數(shù)的計算方法：R1：建筑屋頂總外表積E1--E4：建筑物各外立面面積M1、M2–Mi：建筑物各層面積h1、h2…h(huán)i：建筑物各層層高R：建筑屋頂面積2.窗墻面積比：窗墻面積比是指窗戶洞口與房間立面單元面積〔即建筑層高與開間定位線圍成的面積〕之比。建筑層高：建筑物上下兩層間的高度差值〔普通以樓面高度間的差值或上下橫梁間的差值〕稱建筑層高。開間定位線即軸線。

〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB_50189-2005第4.2.4條：建筑每個朝向的窗〔包括透明幕墻〕墻面積比均不應大于0.70。當窗〔包括透明幕墻〕墻面積比小于0.40時，玻璃〔或其他透明資料〕的可見光透射比不應小于0.40。當不能滿足本條文的規(guī)定時，必需按本規(guī)范第4.3節(jié)的規(guī)定進展權衡判別。該條為強迫性條文。<夏熱冬冷地域住宅建筑節(jié)能設計規(guī)范>JGJ134-2021中對不同朝向的窗墻比有明確要求，如下表?！菜摹彻步ㄖ?jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的外窗〔包括透明幕墻〕的節(jié)能要求:外窗的可開啟面積不應小于窗面積的30%；透明幕墻應具有可開啟部分或設有通風換氣安裝。外窗的氣密性不應低于<建筑外窗氣密性能分級及其檢測方法>GB7107規(guī)定的4級。透明幕墻的氣密性不應低于<建筑幕墻物理性能分級>GB/T15225規(guī)定的3級。附：<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB_50189-2005第4.2.45條夏熱冬冷地域，夏熱冬暖地域的建筑以及冰冷地域中制冷負荷大的建筑，外窗〔包括透明幕墻〕宜設置外部遮陽。〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的3.遮陽系數(shù)：表征對太陽輻射透射得熱的減弱程度，英文為ShadingCoefficient縮寫為SC。在我國GB/T2680中稱為遮擋系數(shù)，縮寫為Se定義：實踐太陽得熱量與經(jīng)過厚度為3mm厚規(guī)范玻璃的太陽得熱量的比值。遮陽系數(shù)越小，阻撓陽光熱量向室內輻射的性能越好。遮陽系數(shù)為窗戶重要熱工性能目的。SC=SCCXSD=SCBX(1-FK/Fc)XSD式中：SC—窗的綜合遮陽系數(shù)；SCC——窗本身的遮陽系數(shù)；SD—外遮陽的遮陽系數(shù)；SCB—玻璃的遮陽系數(shù)；FK—窗框的面積；FC—窗的面積，F(xiàn)K/Fc為窗框面積比，PVC塑鋼窗或木窗框比可取0.30，鋁合金窗窗框比可取0.20，其他框材的窗按相近原那么取值。外遮陽系數(shù)的計算外遮陽系數(shù)的計算外遮陽系數(shù)的計算外遮陽系數(shù)的計算外遮陽系數(shù)的計算外遮陽系數(shù)的計算外遮陽系數(shù)的計算〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的4.傳熱系數(shù)〔K值〕：是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護構造兩側空氣溫差為1度〔K，℃〕，1s內經(jīng)過1平方米面積傳送的熱量，單位是瓦/平方米·度〔W/㎡·K，此處K可用℃替代〕。節(jié)能計算結果能否符合規(guī)范很大程度上取決于建筑物各圍護構造的傳熱系數(shù)能否在規(guī)定限值以內，因此，傳熱系數(shù)的計算是節(jié)能計算中的重要部分。傳熱系數(shù)的計算方法：K=1/R0

R0—圍護構造的傳熱阻R0=R+Ri+ReRi—內外表換熱阻〔普通取0.11〕Re—外外表換熱阻〔普通取0.04〕R—維護構造熱阻R=δ/λδ—資料層厚度λ—資料導熱系數(shù)多層維護構造熱阻：R=R1+R2+…+Rn〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的5.熱阻〔R〕：表征維護構造本身或其中某層資料阻抗傳熱才干的物理量。6.導熱系數(shù)(λ)：在穩(wěn)態(tài)條件下，1m厚的物體，兩側外表溫差為1℃,1h內經(jīng)過1m2面積傳送的熱量。7.蓄熱系數(shù)(S)：當某一足夠厚度單一資料層一側遭到諧波熱作用時,外表溫度按同一周期動搖,經(jīng)過外表的熱流波幅與外表溫度波幅的比值。其值越大，資料的熱穩(wěn)定性越好。(溫度波幅：當溫度呈周期性動搖時，最高值或最低值與平均值之差)8.熱惰性目的〔D值〕：表征維護構造對溫度波衰減快慢程度的無量綱目的。單一資料維護構造，D=RS;多層資料維護構造，D=∑RS。D值越大，溫度波在其中衰減越快，維護構造的熱穩(wěn)定性越好?！菜摹彻步ㄖ?jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的①導熱系數(shù)(λ)、蓄熱系數(shù)(S)、干密度(ρ)等均可從<民用建筑熱工設計規(guī)范>GB50176-93附表4.1查得。②假設有規(guī)范中附表4.2所列情況者，資料的導熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)計算值應分別按以下兩式修正：λc=λ*aSc=S*aa---修正系數(shù)，應按附表4.2采用?！菜摹彻步ㄖ?jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的〔四〕公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)目的〔五〕節(jié)能計算步驟1.確定工程所屬氣候分區(qū)圖2全國氣候分區(qū)圖〔五〕節(jié)能計算步驟〔五〕節(jié)能計算步驟根據(jù)<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB_50189-2005表4.2.1查出該建筑所處城市所在氣候分區(qū)，不同氣候分區(qū)對建筑物不同部位維護構造的傳熱系數(shù)限值要求有所不同，當該城市不在表中時，應判別該城市氣候條件與表中哪個城市最接近，維護構造的熱工性能應符合那個城市所在氣候分區(qū)的的規(guī)定；〔五〕節(jié)能計算步驟或查出建筑所處城市的城市氣候條件，根據(jù)<民用建筑熱工設計規(guī)范>GB50176-93表3.3.1進展判別?！参濉彻?jié)能計算步驟〔五〕節(jié)能計算步驟確定氣候分區(qū)后，計算體型系數(shù)，確定相應節(jié)能設計目的：室內設計溫度，風速等?！惨砸幌臒岫涞赜蚓C合值班室為例〕〔五〕節(jié)能計算步驟步驟：1.計算四個朝向的窗墻比；2.根據(jù)窗墻比查詢遮陽系數(shù)限值，確定能否需求計算遮陽系數(shù)；該綜合值班室由于窗墻比皆小于0.2，遮陽系數(shù)無限制故不需求計算；假設大于0.2那么需按照前面所羅列公式進展計算，對比<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB_50189-2005表4.2.2-1—表4.2.2-5判別能否符合規(guī)范，當不能滿足時按照規(guī)范中第4.3條進展權衡。3.查出窗戶傳熱系數(shù)、可見光透過率，對比<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>GB_50189-2005表4.2.2-1—表4.2.2-5判別能否符合規(guī)范，當不能滿足時按照規(guī)范中第4.3條進展權衡。2.窗墻比以及窗戶熱工性能計算〔五〕節(jié)能計算步驟查得〔五〕節(jié)能計算步驟3.屋頂傳熱系數(shù)計算查得計算計算查得查得厚度δ/〔導熱系數(shù)λ*導熱修正系數(shù)a〕=熱阻〔五〕節(jié)能計算步驟1.查屋頂所選用圖集，得知屋頂?shù)氖┕すば蛞约案鳂嬙鞂淤Y料，繪制表格羅列其中；2.查閱<民用建筑熱工設計規(guī)范>附錄4得出各構造資料的各計算參數(shù)：導熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、比熱容、干密度等；3.運用查的的參數(shù)根據(jù)前面所講的計算方法，計算得出屋頂?shù)目倐鳠嶙鑂,即可得出傳熱系數(shù)1/R;4.查閱<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>表4.2.2-1至4.2.2-5判別計算所得出的傳熱系數(shù)能否符合規(guī)范；5.假設傳熱系數(shù)不符合規(guī)范，那么按照<公共建筑節(jié)能設計規(guī)范>第4.3節(jié)的規(guī)定進展權衡判別，調整資料后再重新計算直至符合規(guī)范。步驟：〔五〕節(jié)能計算步驟4.外墻傳熱系數(shù)計算建筑外墻保溫設計：在框架構造中外墻由填充墻和框架梁柱共同作用，框架梁柱屬于熱橋部位，所以外墻平均傳熱系數(shù)目的需分別計算，最終以其平均傳熱系數(shù)為目的。計算公式：Km=(KpFp+Kb1Fb1+K