公共建筑节能权衡简易判断

公共建筑节能设计标准》应用中的简易权衡判断法建筑节能，权衡，应用，判断，设计建筑节能，权衡，应用，判断，设计提要本文根据建筑围护结构节能设计原理，提出了《公共建筑节能设计标准》GB50189应用中的简易权衡判断法，可用于玻璃幕墙设计中。关键词公共建筑，节能设计，权衡判断1.刖言为降低建筑能源消耗，减少能源浪费，国家建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《公共建筑节能设计标准》GB50189,并于2005年7月1日在全国实施。该标准节能目标50%由改善围护结构热工性能，提高空调采暖设备和照明设备效率来分担，其中改善围护结构热工性能分担13~25%。门窗和玻璃幕墙的热工性能远低于普通外墙，为达到节能目标，该标准对建筑的窗墙面积比和屋顶透明部分的面积有明确的规定：建筑每个朝向窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.7；屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%；当不满足这两项条文规定时，必须进行权衡判断。上述这些条文为强制性条文，必须严格遵守。权衡判断是一种性能化设计方法，具体做法是先构想出一栋虚拟建筑，称之为参考建筑，然后分别计算参考建筑和实际设计建筑的全年采暖和空调能耗，并依据这两个能耗的比较结果做出判断。当实际设计建筑能耗大于参考建筑能耗时，调整部分设计参数，例如提高窗户和玻璃幕墙的保温隔热性能、缩小窗户和玻璃幕墙的面积，甚至是调整整个建筑围护结构的保温隔热性能，重新计算所设计建筑的能耗，直至设计建筑的能耗不大于参考建筑的能耗为止。围护结构热工性能的权衡计算很复杂，一般要采用动态软件进行计算，不易实现。本文提出的简易权衡判断法可省去权衡计算的复杂过程，调整前后节能机理简单、明确，计算方法简便，可用于工程实践中。简易权衡判断围护结构的外窗、透明幕墙和屋顶透明部分的热工性能一般用传热系数K和遮阳系数SC表征，外墙、非透明幕墙和屋顶非透明部分的热工性能仅用传热系数K表征。设建筑物某朝向的总面积为S，透明部分(包括外窗和透明幕墙)面积为S1，透明部分的传热系数和遮阳系数分别为K1和SC1，非透明部分(包括外墙和非透明幕墙)面积为S2,非透明部分的传热系数为K2,S=S1+S2，室内外温差为△「太阳辐射照度为I，则通过该朝向由室外传入室内的热量Q1为：Q1=0.889xSC1xS1xI+ATxK1xS1+ATxK2xS2(1)将透明部分的面积加大至S3,透明部分的传热系数和遮阳系数分别调整为SC2和K3,则非透明部分的面积缩小至S4,非透明部分的传热系数仍为K2,S=S3+S4,室内外温差和太阳辐射照度不变，则通过该朝向由室外传入室内的热量Q2为:Q2=0.889xSC2xS3xI+ATxK3xS3+ATxK2xS4(2)令0.889xSC1xS1xI=0.889xSC2xS3xI(3)有SC1xS1=SC2xS3(4)用S除（4）式两边，得SC1xS1/S=SC2xS3/S（5）则S1/S和S3/S分别为两种情况的窗墙面积比，设其分别为el和e2，由（5）式得，SC2=SC1xe1/e2（6）在《公共建筑节能设计标准》GB50189中，对于寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，当窗墙面积比e1=0.7时，对于不同朝向，遮阳系数都有限值要求，令SC1取限值，记为SC1*，当窗墙面积比e2>0.7时，只要透明部分的遮阳系数按（6）式取值，则可保证太阳光透过透明部分射向室内的热量与窗墙面积比为0.7,遮阳系数取限值的透明部分传递的太阳能严格相同，与太阳辐射照度无关，即在任何地区、任何季节、任何时候，两者都成立，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）式两边，得K1xS1/S=K3xS3/S（9）则S1/S和S3/S分别为两种情况的窗墙面积比，设其分别为e1和e2，由（9）式得，K3=K1xe1/e2（10）在《公共建筑节能设计标准》GB50189中，对于不同地区，当窗墙面积比e1=0.7时，传热系数都有限值要求，令K1取限值，记为K1*，当窗墙面积比e2>0.7时，只要透明部分的传热系数按（10）式取值，则可保证通过透明部分传递的环境热量与窗墙面积比为0.7,传热系数取限值的透明部分传递的环境热量严格相同，与室内外温差无关，即在任何地区、任何季节、任何时候，两者都成立，即ATxK3xS3=ATxK1*xS3xe1/e2=ATxK1*xS3xS1/SxS/S3=ATxK1*xS1对于非透明部分，由于窗墙面积比大于0.7时的面积S4小于窗墙面积比为0.7时的S2,所以有ATxK2xS4<ATxK2xS2当窗墙面积比大于0.7时，只要透明部分的遮阳系数和传热系数分别按（6）式和（10）式取值，非透明部分的传热系数保持不变，则可保证通过该朝向传递的室内外热量小于窗墙面积比等于0.7时，透明部分的遮阳系数和传热系数分别取限值时传递的室内外热量，即已经满足《公共建筑节能设计标准》GB50189的要求，不必再进行整体的权衡计算。由于上述计算仅限于该朝向一个平面，而不是通常意义上的整体权衡计算，故称该方法为简易权衡判断法。对于屋顶，当其透明部分大于屋顶总面积的20%时，只要其传热系数和遮阳系数分别按（6）式和（10）式取值，即已经满足《公共建筑节能设计标准》GB50189的要求，不必再进行整体的权衡计算。应用窗墙面积比的上限0.7一般是不易达到的，因为窗墙面积比要扣除该朝向的非透明部分，如楼板、窗榄墙等，屋顶透明部分占屋顶总面积比的上限0.2一般也不易达到，因为透明屋顶一般仅在建筑个别部位采用，如中庭、休息厅、餐厅等。但是对于某些特殊建筑，如会展中心、艺术中心、机场候机大厅、售楼处、售车处等建筑某个朝向的窗墙面积比可能会超过0.7，个别采光顶为主的建筑，其屋顶透明部分占屋顶总面积比的上限0.2也可能突破，即使超过，这两个数不会超过很多，可按（6）式和（10）式分别选取遮阳系数和传热系数。为应用方便，按《公共建筑节能设计标准》GB50189的要求，针对不同地区，表1给出部分窗墙面积大于0.7条件下透明部分的传热系数和遮阳系数限值，满足上述的简易权衡判断.由表1可见，随着窗墙面积比的增加，对玻璃的保温隔热性能的要求也在增加，在现代化玻璃技术飞速发展的今天，可选择的玻璃品种很多，完全能满足表1的要求，如Low-e中空玻璃、双银Low-e中空玻璃、Low-e双层中空玻璃、真空玻璃、阳光控制镀膜玻璃和室内外遮阳系统等。在满足节能设计的基础上，究竟采用何种玻璃和何种遮阳系统，可结合建筑学要求确定。结束语《公共建筑节能设计标准》GB50189给出的权衡判断法并不限制围护结构设计参数的调整部位和方法，只要最后设计建筑的采暖和空调能耗不大于参考建筑的采暖和空调能耗即可。由于调整前后设计参数可不关联，因此必须分别进行整个参考建筑和设计建筑采暖和空调能耗计算，既复杂又不易实现，须采用动态计算软件计算。需要考虑的因素也很多，如风机盘管系统日运行时间、室内温度、室内照明功率密度、照明时间、人均使用面积、人员逐时在室率、电器设备功率及其逐时使用率等。本文介绍的简易权衡判断法，调整前后设计参数相关联，仅调整相关透明部分的遮阳系数和传热系数，使通过该朝向