《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》應(yīng)用中的簡易權(quán)衡判斷法(一)

1、 公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中的簡易權(quán)衡判斷法(一)來源:北京中新方建筑科技研究中心作者:劉忠偉 日期:2006-3-10要 本文根據(jù)建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計原理，提出了公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提GB50189 應(yīng)用中的簡易權(quán)衡判斷法，可用于玻璃幕墻設(shè)計中。關(guān)鍵詞 公共建筑，節(jié)能設(shè)計，權(quán)衡判斷1前言為降低建筑能源消耗，減少能源浪費，國家建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189，并于 2005 年 7 月 1 日在全國實施。該標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能目標(biāo) 50%由改善圍護結(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)，其中改善圍護結(jié)構(gòu)熱工性能分擔(dān) 1325%。門窗和玻璃幕墻的熱工性

2、能遠(yuǎn)低于普通外墻，為達到節(jié)能目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)對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)不滿足這兩項條文規(guī)定時，必須進行權(quán)衡判斷。上述這些條文為強制性條文，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，然后分別計算參考建筑和實際設(shè)計建筑的全年采暖和空調(diào)能耗，并依據(jù)這兩個能耗的比較結(jié)果做出判斷。當(dāng)實際設(shè)計建筑能耗大于參考建筑能耗時，調(diào)整部分設(shè)計參數(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)整整個建筑圍護結(jié)構(gòu)的

3、保溫隔熱性能，重新計算所設(shè)計建筑的能耗，直至設(shè)計建筑的能耗不大于參考建筑的能耗為止。圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡計算很復(fù)雜，一般要采用動態(tài)軟件進行計算，不易實現(xiàn)。本文提出的簡易權(quán)衡判斷法可省去權(quán)衡計算的復(fù)雜過程，調(diào)整前后節(jié)能機理簡單、明確，計算方法簡便，可用于工程實踐中。2簡易權(quán)衡判斷圍護結(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

4、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 T，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=0.889SC1S1I+ TK1S1+ TK2S2 （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=0.889SC2S3I+ TK3S3+ TK2S4 （2） 令 0.889SC1S1I=0.889SC2S3I （3）有 SC1S1=SC2S3 （4

5、）用 S 除（4）式兩邊，得SC1S1/S=SC2S3/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 e1 和 e2，由（5）式得，SC2=SC1e1/e2 （6）在公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189 中，對于寒冷地區(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，對于不同朝向，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 e20.7 時，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

6、季節(jié)、任何時候，兩者都成立，即0.889SC2S3I=0.889SC1*S3Ie1/e2=0.889SC1*S3IS1/SS/S3=0.889SC1*S1I同理，令 TK1S1= TK3S3 （7）有K1S1=K3S3 （8）用 S 除（8）式兩邊，得K1S1/S=K3S3/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=K1e1/e2 (10)在公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189 中，對于不同地區(qū)，當(dāng)窗墻面積比e1=0.7 時，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 e20.7 時，只要透明部分的傳熱

7、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)、任何時候，兩者都成立，即 TK3S3= TK1*S3e1/e2= TK1*S3S1/SS/S3= TK1*S1對于非透明部分，由于窗墻面積比大于 0.7 時的面積 S4 小于窗墻面積比為0.7 時的 S2，所以有 TK2S4 TK2S2當(dāng)窗墻面積比大于 0.7 時，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，透明部分的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)分別取限值時傳遞的室內(nèi)外熱量，即已經(jīng)滿足公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) GB50189 的要求，不必再進行整體的權(quán)衡計算。由于上述計算僅限于該朝向一個平面，而不是通常意義上的整體權(quán)衡