公共建筑節(jié)能權衡簡易判斷

公共建筑節(jié)能設計標準》應用中的簡易權衡判斷法建筑節(jié)能，權衡，應用，判斷，設計建筑節(jié)能，權衡，應用，判斷，設計提要本文根據(jù)建筑圍護結構節(jié)能設計原理，提出了《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189應用中的簡易權衡判斷法，可用于玻璃幕墻設計中。關鍵詞公共建筑，節(jié)能設計，權衡判斷1.刖言為降低建筑能源消耗，減少能源浪費，國家建設部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189,并于2005年7月1日在全國實施。該標準節(jié)能目標50%由改善圍護結構熱工性能，提高空調采暖設備和照明設備效率來分擔，其中改善圍護結構熱工性能分擔13~25%。門窗和玻璃幕墻的熱工性能遠低于普通外墻，為達到節(jié)能目標，該標準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)墻面積比均不應大于0.7；屋頂透明部分的面積不應大于屋頂總面積的20%；當不滿足這兩項條文規(guī)定時，必須進行權衡判斷。上述這些條文為強制性條文，必須嚴格遵守。權衡判斷是一種性能化設計方法，具體做法是先構想出一棟虛擬建筑，稱之為參考建筑，然后分別計算參考建筑和實際設計建筑的全年采暖和空調能耗，并依據(jù)這兩個能耗的比較結果做出判斷。當實際設計建筑能耗大于參考建筑能耗時，調整部分設計參數(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，甚至是調整整個建筑圍護結構的保溫隔熱性能，重新計算所設計建筑的能耗，直至設計建筑的能耗不大于參考建筑的能耗為止。圍護結構熱工性能的權衡計算很復雜，一般要采用動態(tài)軟件進行計算，不易實現(xiàn)。本文提出的簡易權衡判斷法可省去權衡計算的復雜過程，調整前后節(jié)能機理簡單、明確，計算方法簡便，可用于工程實踐中。簡易權衡判斷圍護結構的外窗、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，設其分別為el和e2，由（5）式得，SC2=SC1xe1/e2（6）在《公共建筑節(jié)能設計標準》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*，當窗墻面積比e2>0.7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格相同，與太陽輻射照度無關，即在任何地區(qū)、任何季節(jié)、任何時候，兩者都成立，即0.889xSC2xS3xI=0.889xSC1*xS3xIxe1/e2=0.889xSC1*xS3xIxS1/SxS/S3=0.889xSC1*xS1xI同理，令ATxK1xS1=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，設其分別為e1和e2，由（9）式得，K3=K1xe1/e2（10）在《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189中，對于不同地區(qū)，當窗墻面積比e1=0.7時，傳熱系數(shù)都有限值要求，令K1取限值，記為K1*，當窗墻面積比e2>0.7時，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)境熱量嚴格相同，與室內外溫差無關，即在任何地區(qū)、任何季節(jié)、任何時候，兩者都成立，即ATxK3xS3=ATxK1*xS3xe1/e2=ATxK1*xS3xS1/SxS/S3=ATxK1*xS1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ATxK2xS4<ATxK2xS2當窗墻面積比大于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外熱量，即已經(jīng)滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189的要求，不必再進行整體的權衡計算。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衡計算，故稱該方法為簡易權衡判斷法。對于屋頂，當其透明部分大于屋頂總面積的20%時，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)能設計標準》GB50189的要求，不必再進行整體的權衡計算。應用窗墻面積比的上限0.7一般是不易達到的，因為窗墻面積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0.2一般也不易達到，因為透明屋頂一般僅在建筑個別部位采用，如中庭、休息廳、餐廳等。但是對于某些特殊建筑，如會展中心、藝術中心、機場候機大廳、售樓處、售車處等建筑某個朝向的窗墻面積比可能會超過0.7，個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，這兩個數(shù)不會超過很多，可按（6）式和（10）式分別選取遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)。為應用方便，按《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189的要求，針對不同地區(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，滿足上述的簡易權衡判斷.由表1可見，隨著窗墻面積比的增加，對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外遮陽系統(tǒng)等。在滿足節(jié)能設計的基礎上，究竟采用何種玻璃和何種遮陽系統(tǒng)，可結合建筑學要求確定。結束語《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189給出的權衡判斷法并不限制圍護結構設計參數(shù)的調整部位和方法，只要最后設計建筑的采暖和空調能耗不大于參考建筑的采暖和空調能耗即可。由于調整前后設計參數(shù)可不關聯(lián)，因此必須分別進行整個參考建筑和設計建筑采暖和空調能耗計算，既復雜又不易實現(xiàn)，須采用動態(tài)計算軟件計算。需要考慮的因素也很多，如風機盤管系統(tǒng)日運行時間、室內溫度、室內照明功率密度、照明時間、人均使用面積、人員逐時在室率、電器設備功率及其逐時使用率等。本文介紹的簡易權衡判斷法，調整前后設計參數(shù)相關聯(lián)，僅調整相關透明部分的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)，使通過該朝向