第三四章建筑规划设计与节能,建筑单体设计与节能

建筑节能与太阳房设计BuildingEnergyConservationandSolarHouse,赵华,第三章新节能标准,第一节适用范围的规定第二节相关的热工指标计算方法的规定第三节建筑热工设计规定,第四章建筑热工设计计算,第一节适用范围的规定,新标准(JGJ26_95)中规范适用于严寒和寒冷地区，主要包括东北、华北和西北地区(简称三北地区)等年日平均温度低于或等于5C的天数，一般都在90天以上，最长的满洲里达211天。习惯上称这些地区为采暖区，其面积占我国国土面积的70。新标准适用于集中采暖的新建和扩建居住建筑热工与采暖节能设计。居住建筑主要包括住宅建筑(约占92)和集体宿舍、招待所、旅馆、托幼建筑等。集中采暖系指由分散锅炉房、小区锅炉房和城市热网等热源，通过管道向建筑物供热的采暖方式。,第二节相关的热工指标计算方法的规定,一、建筑物耗热量指标计算公式,qH建筑物耗热量指标(W/m2)；qHT单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量(W/m2)；qINF单位建筑面积的空气渗透耗热量(W/m2)；qIH单位建筑面积的建筑内部得热(包括炊事、照明、家电和人体散热)，住宅建筑取3.80(W/m2)。,二、单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量计算公式,ti全部房间平均室内计算温度，一般住宅建筑取16te采暖期室外平均温度()，应按本书附录二中所列参数i围护结构传热系数的修正系数，应按本书附录四采用Ki围护结构的传热系数W(m2K)，对于外墙应取其平均传热系数，计算方法见本书附录六Fi围护结构的面积(m2)，应按本书附录七的规定计算A0建筑面积（m2），按各层外墙线围成面积的总和计算。,三、单位建筑面积的空气渗透耗热量,C空气比热容，取0.28wh(kgK)；空气密度(kg/m3，取te条件下的值；N换气次数，住宅建筑取05(1/h)；V换气体积(m3)，应按本书附录七的规定计算。A0建筑面积（m2）,四、采暖耗煤量指标,qc采暖耗煤量指标(kgm标准煤)；qH建筑物耗热量指标(W/m2)；z采暖期天数(d)，应按本书附录二采用；Hc标准煤热值，取8.14103whkg；1室外管网输送效率，采取节能措施前，取0.85采取节能措施后，取0.90；2锅炉运行效率，采取节能措施前，取0.55，采取节能措施后，取0.68。,不同地区采暖往宅建筑耗热量指标和采暖耗煤量指标不应超过附录二规定的数值。集体宿舍、招待所、旅馆、托幼建筑等采暖居住建筑围护结构的保温应达到当地采暖住宅建筑相同的水平。,第三节建筑热工设计规定,一、对建筑物朝向的规定朝向对太阳辐射得热量和空气渗透耗热量都有影响，主立面朝向冬季主导风向，空气渗透耗热量增加。东西向板式多层住宅的传热耗热量比南北向的高5左右。从节能的角度出发规定：建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房间宜避开冬季主导风向。建筑朝向由多种因素决定的，不仅仅取决于采暖能耗,二、对建筑物体形系数的规定耗热量指标随体形系数的增长而增长。体形系数应尽可能地小。多数的多层板式居住建筑，层数达到6层，单元数达到4个以上，体形系数大都控制在03以下，中高层及高层居住建筑更容易做到。近年来居住建筑多样化，建筑物的体形变得复杂，平、立面出现过多的凹凸面。多层建筑，体形系数易超过030规定：建筑物的体形系数宜控制在0.30及0.30以下；若体形系数大于0.30，屋顶和外墙应加强保温，将建筑物耗热量指标控制在规定水平，总体上实现节能50的目标。,三、对采暖居住建筑楼梯间、外廊和出入口的规定沈阳以南地区，居住建筑的楼梯间一般都不采暖，入口处也不设门斗。有些居住建筑的楼梯间不采暖，有些没有单元门，有些甚至是开敞式的，有些居住建筑的外廊也不设门窗，对节能很不利。计算表明：一栋多层住宅，楼梯间采暖比不采暖，耗热量减少5左右；楼梯间开敞比设置门窗，耗热量要增加10左右。因此，从有利于节能和从实际出发，作出规定：采暖居住建筑的楼梯间和外廊应设置门窗；在采暖期室外平均温度为-6-0.1的地区，楼梯间不采暖时，楼梯间隔墙和户门应采取保温措施；-6.0以下地区，楼梯间应采暖，入口处应设置门斗等避风设施。,四、对不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限值的规定我国城市新建的多层和中高层住宅建筑，其体形系数一般小于或等于030，近年来有些地区住宅建筑的体形系数有增大的趋势，在制定各部分围护结构传热系数限值时，考虑到这种情况，规定不同地区采暖居住建筑各部分围护结构的传热系数不应超过表3-1规定的限值。表中各部分围护结构传热系数限值，是分别针对体形系数等于0.30和0.35的住宅建筑，其耗热量指标均满足新标准规定要求，并按新标准规定的计算方法确定的。表中，外墙列有两列数据，一列数据适用于体形系数小于或等于030的建筑物，另一列数据适用于体形系数大于030的建筑物。,这种规定的基本出发点是保证占绝大多数的采暖住宅建筑，其耗热量指标小于或等于新标准规定的数值；允许占极少数的采暖住宅建筑，其耗热量指标大于新标准规定的数值。从总体上保证实现节能50这一目标。由于新标准要求集体宿舍等采暖居住建筑围护结构保温达到当地采暖住宅建筑相同的水平，因此，表31不仅适用于采暖住宅建筑，同时也适用于其他采暖居住建筑。,五、对外墙传热系数应考虑周边热桥影响的规定“热桥”建筑物因抗震的需要，在外墙周边往往需要设置混凝土圈梁和抗震柱。热桥增加传热热损失，围护结构的热桥部位应采取保温措施，以保证其内表面温度不低于室内空气露点。,国外根据实际情况在计算上采用两种做法：一种是，考虑周边热桥的影响，用外墙的平均传热系数来代替主体部位的传热系数；另一种是，将周边热桥部位与主体部位分开考虑，周边热桥部位另行确定其传热系数。我国采用前一种做法。具体做法是，外墙因受周边热桥影响，其平均传热系数按面积加权平均法求得(参见本书附录六)。表31中规定的外墙传热系数实际上系指外墙平均传热系数。采取这种做法，将使通过外墙的传热热损失的计算结果与实际接近一步。对于屋顶部位，考虑到平屋顶等一般都是外保温结构，受混凝土圈梁等周边热桥的影响较小，故不予考虑。,七、关于在严寒地区建筑物周边直接接触土壤的外墙和地面应采取保温措施的规定采暖期室外平均温度低于-5.0C的地区，建筑物外墙在室内地坪以下的垂直墙面以及周边直接接触土壤的地面应采取保温措施。在室内地坪以下的垂直墙面，其传热系数不应超过表31规定的周边地面传热系数限值。在外墙周边从外墙内侧算起2.0m范围内，地面传热系数不应超过0.30W/(m2K)。执行本条规定，相当于在垂直墙面外侧或内侧加5070mm厚，以及从外墙内侧算起2.0m范围内，地面下部加铺70mm厚聚苯乙烯泡沫塑料等具有一定抗压强度、吸湿性较小的保温层。,八、天津地区2004年新节能标准中对围护结构传热系数的限值天津地区2004年新节能标准以户均建筑面积100m2左右、56层、层高28米、34个单元组合、体形系数为030左右的南北向住宅为计算基准建筑。根据建筑物耗热量指标144Wm2的要求，利用计算基准建筑分解各部分围护结构传热系数值，以传热系数限值和其他相关指标控制建筑物的节能设计，实现天津地区从总体上在19801981年住宅通用设计的基础上节能65的任务。各部分围护结构传热系数的限值见表32。,第四章建筑热工设计计算,采暖建筑节能设计中一项重要内容就是对建筑进行节能计算评价。这些计算大部分为对相关建筑参数的计算。,【例1】试求北京地区80住2-4住宅建筑耗热量指标，采暖耗煤量指标。已知该住宅为砖混结构，4个单元6层楼，层高2.7m，南北向，单层钢窗，楼梯间不采暖；采暖期z=125d，采暖期室外平均温度te=-1.6C；建筑面积Ao=3258.8m2建筑体积V0=8749.4m3;外表面积F=2459.9m2；体形系数I=0.281，换气体积V=0.6V0=5249.6m3。,一、已知建筑布局、尺寸、朝向和构造，求建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标,传热耗热量,0.91,0.60,0.60,1,屋顶传热耗热量,外墙传热耗热量,有阳台外窗传热耗热量,无阳台外窗传热耗热量,阳台门下部芯板传热耗热量,楼梯间隔墙传热耗热量,户门传热耗热量,地面传热耗热量,非周边,周边,传热耗热量,空气渗透耗热量,传热耗热量指标,空气渗透耗热量指标,建筑物耗热量指标,建筑物耗煤量指标,【例2】试求天津地区一住宅建筑耗热量指标，采暖耗煤量指标。已知该住宅为砖混结构，2个单元6层。层高2.8m，南北向，外窗均为单框双玻塑钢窗；楼梯间不采暖；天津地区采暖期为E0=119d，采暖期室外平均温度te=-1.2C，建筑面积A0=2498.25m2；建筑体积V0=6854.39m3；外表面积F0=2048.08m2；体形系数S=0.299.,天津地区采暖期天数为119天，室外平均温度te为-1.2，建筑物耗热量指标为20.5w/m2，采暖耗煤量指标为11.8kg/m2。根据以上参数，可将节能标准中规定的各计算公式作如下简化：单位建筑面积通过围护结构的传热量(w/m2)i某一围护结构传热系数的修正系数；Ki某一围护结构的传热系数，对于外墙应取其平均传热系数w/(m2K)；Fi某一围护结构的面积应按附录中计算(m2)；Ao建筑面积，应按附录中规定计算(m2)；,单位建筑面积的空气渗透耗热量按下式计算：多层建筑楼梯间不采暖时：,高层和中高层建筑楼梯间，走道，前室不采暖时：,楼梯间采暖时：,式中V0建筑体积，应按建筑外表面积和底层地面围成的体积计算(m3)；A0建筑面积，应按各层外墙外包围线围成面积的总和计算(m2)；,采暖耗煤量指标按下式计算,式中qe采暖耗煤量指标(kg/m2)标准煤，标准煤热值取814103wh/kg；锅炉运行效率2=0.68，室外管网的输送效率l=0.90。,计算结果表明，该建筑采取节能设计后其建筑耗热量指标为17.71w/m2，达到天津市二步节能限制标准20.5w/m2的要求，且屋顶、外墙、门窗、楼梯间内隔墙等部位的传热系数均达到天津市二步节能要求。,二、根据规定的建筑物耗热量指标，求外墙或窗户所需传热系数【例3】试求北京地区住宅建筑满足耗热量指标qH=20.6w/m2时外墙所需传热系数。已知建筑物平面、朝向、建筑面积、体积、窗墙面积比、楼梯间隔墙、地面均同【例1】。屋顶传热系数K=0.80，双玻钢窗K=4.0，阳台门下部K=1.7，户门K=2.7。外墙所需传热系数的计算见表45。,计算结果表明：北京地区住宅建筑满足耗热量指标qH=20.6w/m2时，外墙所需传热系数为1.16w/(m2K)，但建筑物体形系数应小于或等于030，窗户采用双玻金属窗。,【例4】试求北京地区住宅建筑满足耗热量指标qH=20.6w/m2时窗户所需传热系数。已知建筑物平面、朝向、建筑面积、体积、窗墙面积比、楼梯间隔墙、地面均同【例1】。屋顶传热系数K=0.80，外墙传热系数K=0.90，阳台门下部K=1.7，户门K=2.7。窗户所需传热系数的计算见表46。,计算结果表明：北京地区住宅建筑满足耗热量指标qH=20.6W/m2时，窗户所需传热系数为5.33W/(m2K)【可采用单层塑料窗K=4.70W/(m2K)，但建筑物体形系数应小于或等于030，外墙传热系数应小于或等于0.90W/(m2K)。,【例5】外墙为240厚砖墙，带钢筋混凝土圈梁和抗震柱。房间开间尺寸为3.3m，层高2.7m。窗户1.5m1.5m。采用纤维增强聚苯板(50mm厚)外保温。外墙构造见图4-3。用材料的导热系数w/(mK)：砖墙0.81，钢筋混凝土1.74，聚苯板0.045。求外墙平均传热系数。外墙构造见图43。,外墙平均传热系数的计算外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数应按下式计算：