2001年第31卷第4期 ・12・
标准规范
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》简介
中国建筑科学研究院 郎四维☆ 林海燕重庆大学 付祥钊
中国建筑业协会建筑节能专业委员会 涂逢祥
提要 建设部行业标准J已由建设
部批准,于2001年8月1日实施。本文简要介绍该的主要内容。
关键词 夏热冬冷地区 ) 节能综合指标(性能性指标)
Energiecofresidentialbuildingsinhotsummerand
coldnterzones:Mainpointsofanindustrystandard
ByLangSiwei★,LinHaiyan,FuXiangzhaoandTuFengxiang
Abstract DesignStandardforEnergyEfficiencyofResidentialBuildingsinHotSummerandColdWinterZone(JGJ13422001)asanindustrystandardhasbeenapprovedbytheMinistryofConstruction,ChinaandwillbeissuedandcomeintoeffectonAugust1,2001.Reportstheprinciplesfollowedduringtheformulationofthestandardandoutlinesitsmajorpoints.
Keywords hotsummerandcoldwinterzone,limitedvalueofheattransfercoefficientforbuildingenvelope(prescriptiveindex),comprehensiveindexforenergyefficiency(performanceindex)
★ChinaAcademyofBuildingResearch
①1 概述
夏热冬冷地区的范围,大致为陇海线以南,南岭以北,
四川盆地以东,大体上可以说是长江中下游地区。该地区包括上海、重庆二直辖市,湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部,四川、贵州二省东半部,江苏、河南二省南半部,福建省北半部,陕西、甘肃二省南端,广东、广西二省区北端,亦即涉及16个省、市、自治区。在此地区居住的城乡人口约有5.5亿,国内生产总值约占全国的48%。由此可见,这个地区是我国人口最密集、经济文化较为发达的地区,其政治、经济地位极为重要。
夏热冬冷地区的建筑气候特征,表现为夏季闷热,冬季湿冷,气温的日较差小,年降水量大,日照偏少。长期以来,夏热冬冷地区建筑的隔热保温状况基本上没有改善,多层建筑的外墙主要沿用24cm实心黏土砖墙,即使采用其它墙体材料,也以24cm的砖墙作为参照对象。不少地方改
用19cm厚混凝土空心砌块,但砌块的保温隔热性能更差。普遍采用单层玻璃窗,窗墙面积比有增大趋势。建筑外遮阳较少,门窗气密性不好,冷空气渗透严重。屋顶以平屋顶为主,架空屋面对夏季隔热有一定效果,采用较多。在气候十分严酷、建筑保温隔热又很差的条件下,室内热环境条件极差。随着我国经济的高速增长,该地区的城镇居民纷纷采取措施,自行解决住宅冬夏季的室内热环境问题,夏季空调冬季供暖成了一种很普遍的现象。大部分家庭冬季采用的供暖器有电红外线取暖器、电散热器,并逐渐增加应用热泵型(冷暖型)分体空调器。夏季则已由电风扇进而应用分
①☆郎四维,男,1941年3月生,研究员,所长,中国制冷学会
副理事长
100013北京市北三环东路30号空调所
(010)84272233-2325
E2mail:[email protected]收稿日期:2001-06-19
暖通空调HV&AC 标准规范・13・
体空调器。由于住宅建筑围护结构的热工性能普遍很差,目前空调供暖的能耗高、浪费很大。所以,无论是改善居民
室内热环境条件,还是节能(节电)、减少燃煤量,减少CO2排放量,保护环境,制定该地区的建筑节能标准已是刻不容缓。
根据建设部《建筑节能“九五”计划和2010年规则》所提出的“夏热冬冷地区新建民用建筑2000年开始执行建筑热环境和节能标准”的要求,建设部于1999年12月12日批准并划拨资金编制建设部行标《夏热冬冷地区居住建筑
(以下简称)。由中国建筑科学研究节能设计标准》《标准》
院、重庆建筑大学为主编单位,参加单位是:中国建筑业协会建筑节能专业委员会、上海市建筑科学研究院、同济大学、江苏省建筑科学研究院、东南大学、中国建筑西南设计研究院、成都市墙体改革和建筑节能办公室、武汉市建工科研设计院、武汉市建筑节能办公室、重庆市建筑技术发展中心、北京中建建筑科学技术研究院、技中心、北京振利高新技术公司、爱迪士(术有限公司。同时,究所(LBNL)月9～10日在上海召开了该标准审查会,2001年8月1日颁布实施。2 编制标准的主要原则2.1 基础住宅能耗值的确定:根据调查,该地区普通砖混结构住宅外墙为240mm砖墙(包括黏土实心砖和多孔空心砖),传热系数K=2.0W/(m2・K);外窗采用单层窗,
2
K=6.4W/(m・K);屋面为钢筋混凝土屋面板加简单保温隔热措施,K=1.5W/(m2・K);换气次数考虑1.5h-1。在保证主要居室冬天18℃、夏天26℃的条件下,冬季用能效比为1的电暖器供暖,夏季用额定制冷工况时能效比为2.2的空调器降温,计算出一个全年供暖空调能耗,将这个供暖空调能耗作为基础住宅能耗值。2.2 节能目标为50%,即在上述基础能耗值基础上节能50%。由提高围护结构保温隔热及气密性指标和改善供暖空调(设备)系统能效比来实现,并控制采用节能措施后增加的建筑造价在10%左右。2.3 《标准》中有两种指标来控制节能设计。一种为规定性指标,即规定该地区居住建筑围护结构传热系数限值和供暖空调设备最低能效比值;另一种为节能综合指标(或称性能性指标),即规定居住建筑每m2建筑面积允许的供暖空调设备能耗指标。规定性指标操作容易、简便;性能性指标则给设计者更多、更灵活的余地。2.4 由于夏热冬冷地区地域广阔,气候也有一定的差异,该标准以供暖等度日数线和空调等度日数线为纽带,各地可以查取当地的供暖等度日数线和空调等度日数线,来确定其规定性指标和性能性指标值。2.5 夏热冬冷地区的建筑围护结构处于不稳定传热过程,为了获得围护结构合理、准确的传热系数及建筑能耗计算结果,该《标准》采取反应系数计算方法,并应用美国劳伦斯伯克利国家研究所开发的DOE22软件作为计算工具。
3 标准的核心内容
本《标准》的主要技术内容是:总则;术语;室内热环境和建筑节能设计指标;建筑和建筑热工节能设计;建筑物的节能综合指标;采暖、空调和通风节能设计。3.1 室内热环境指标
室内热环境质量指标体系包括温度、湿度、风速、壁面温度等。该标准只规定了温度和换气指标,原因是考虑到一般住宅极少控制湿度、风速等参数。换气则是从人体卫生角度考虑必不可少的指标。
《标准》规定居室温度夏季控制在26～28℃,冬季控制在16～18℃;冬夏季换气次数取1.0h-1。和该地区原来恶劣的室内热环境相比,,基本达到了热舒适的水平,,提高幅,,,但另一方面又要消耗大量的能量,因此要确定一个合理的换气次数。目前住宅建筑的层高约为2.5m,按人均居住面积15m2计算,每h换气1次,人均占有新风37.5m3,接近国标《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》二级客房的水平,这是《标准》中换气次数取1.0-1
h的参考依据。潮湿是夏热冬冷地区气候的一大特点,在室内热环境主要设计指标中尽管没有明确提出相对湿度设计指标,但实际上,在空调机运行的状态下,室内潮湿情况会得以明显改善。3.2 建筑围护结构传热系数限值确定原则
根据对该地区主要城市应用DOE22进行敏感性分析后,认为50%节能目标中,由提高围护结构保温隔热及气密性指标和改善供暖空调(设备)系统能效比各承担25%左右较为合理。目前居住建筑供暖空调设备(系统)主要由用户(或开发商)自行选定,作敏感性分析时,供暖设备的额定能效比取1.9,主要是考虑冬季供暖设备部分使用家用冷暖型(风冷热泵)空调器,部分仍使用直接电热型供暖器;夏季空调设备额定能效比取2.3,主要是考虑家用空调器国家标准规定的最低能效比。由此确定的外窗传热系数限值及围护结构各部分传热系数限值如《标准》中表4.0.4,表4.0.8所示(见本文表1,表2)。 一般而言,窗户(包括阳台门的透明部分)的传热能力比外墙强很多,而且夏季白天太阳辐射热还通过窗户直接进入室内,所以窗墙面积比越大,供暖和空调的能耗也越大。从节能的角度出发,必须限制窗墙面积比。在一般情况下,应以满足室内采光要求作为窗墙面积比的确定原则。
近年来居住建筑的窗墙面积比有越来越大的趋势,这是因为商品住宅的购买者大都希望自己的住宅更加通透明亮。考虑到临街建筑立面美观的需要,适当地增大窗墙面积比是可以的,但应同时考虑减小窗户的传热系数,并加强夏季活动遮阳。 在夏热冬冷地区人们无论是过渡季节还是冬、夏两季
2001年第31卷第4期 ・14・标准规范
表1 不同朝向、不同窗墙面积比的外窗传热系数
朝
向
窗外环境条件
外窗的传热系数K/W/(m2・K)
窗墙面积窗墙面积窗墙面积窗墙面积窗墙面积比≤0.25比>0.25比>0.30比>0.35比>0.45
且≤0.30且≤0.35且≤0.45且≤0.50
4.7
4.7
3.2
2.5
-
主要是作为评价建筑围护结构在稳态传热条件下的指标。在非稳态传热条件下,除了用传热系数之外,还应该同时使用用抵抗温度波和热流波在建筑围护结构中传播能力的热惰性指标D来评价围护结构的热工性能。因此《标准》表4.0.8(本文表2)对外墙和屋顶同时提出了传热系数和热惰性指标的要求。3.3 建筑物的节能综合指标
《标准》之所以对居住建筑的设计作了诸如表4.0.4(本文表1)和表4.0.8(本文表2)列出的许多规定,最终的同时也是惟一的目的是要保证设计出的建筑是节能的。然而,居住建筑的设计是丰富多彩的,。,使设(或称,它一方面给了设计师更大的,另一方面仍保证所设计的建筑是节能的。
建筑物的节能综合指标主要是供暖年耗电量和空调年耗电量,标准中对应于不同的供暖度日数和空调度日数给出了每m2建筑面积供暖年耗电量和空调年耗电量的最大限值。对一栋具体的居住建筑,按照标准严格规定的统一计算条件,计算出它的供暖年耗电量和空调年耗电量,如果这两者之和不超过标准中给出的相应最大限值之和,这栋建筑就是节能建筑,反之它就不符合节能要求,就应该在设计上作调整。
由于夏热冬冷地区的气候特性,室内外温差比较小,一天之内温度波动对围护结构传热的影响比较大,尤其是夏季,白天室外气温很高,又有很强的太阳辐射,热量通过围护结构从室外传入室内;夜里室外温度下降比室内温度快,热量有可能通过围护结构从室内传向室外。由于这个原因,为了比较准确地计算供暖、空调负荷,并与现行国标《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87保持一致,需要采用动态计算方法。
动态的计算方法有很多,本标准采用了反应系数计算方法,使用美国劳伦斯伯克利国家研究所开发的DOE22软件,对居住建筑的热过程进行全年8760h的动态模拟,根据模拟结果计算出供暖年耗电量和空调年耗电量。
为了在不同的建筑之间建立起一个公平合理的可比性,标准中特意规定了统一的供暖年耗电量和空调年耗电量的计算条件。统一的计算条件包括室内的计算温度设定、供暖设备和空调设备的能效比取值以及内负荷的确定等等。3.4 供暖、空调和通风节能设计
该地区不属于以往称之为的集中供暖地区,所以一般居住建筑很少采用集中供暖系统。随着经济发展及生活水平的提高,采用何种供暖空调方式已由用户或开发商来确定。本标准这一章主要是强调居住建筑供暖空调方式及其设备的选择,应根据当地资源情况,经技术经济分析,以及用户对设备及运行费用的承担能力综合考虑确定。《标准》
北(偏东60°到偏冬季最冷月室
外平均气温西60°范围)
>5℃冬季最冷月室外平均气温≤5℃
东、西(东或西无外遮阳措施偏北30°到偏有外遮阳(其南60°范围)太阳辐射
透过率≤
4.7
3.2
3.2
2.5
-
4.74.7
3.23.2
-3.2
-2.5
-2.5
南(偏东30°到偏西30°范围)
4.74.73.22.52.5
表2 围护结构各部分的传热系数K/W/(m2・K)和
热惰性指标D
屋顶K≤1.0D≥3.0K≤0.8D≥2.5
外墙K≤1.5D≥3.0K≤1.0D≥2.5
外窗户门
按表K≤2.0K≤1.5K≤3.0
3当屋顶和外墙的K值满足要求,但D值不满足要求时,应按照《民用建筑热工设
计规范》GB50176-93第5.1.1条来验算隔热设计要求。
普遍有开窗加强房间通风的习惯。一是自然通风改善了室内空气品质;二是夏季在两个连晴高温期之间的阴雨降温过程或降雨后连晴高温开始升温过程的夜间,室外气候凉爽宜人,加强房间通风能带走室内余热和积蓄冷量,可以减少空调运行时的能耗。这都需要较大的开窗面积。
与供暖地区的居住建筑节能标准相比,本标准的窗墙比比较大,但窗的传热系数比较小。
在放宽窗墙面积比限值的情况下,必须提高对外窗热工性能的要求,才能真正做到住宅的节能。技术经济分析也表明,提高外窗热工性能,所需资金不多,每m2建筑面积约10～20元,比提高外墙热工性能的资金效益高3倍以上。同时,放宽窗墙面积比,提高外窗热工性能,给建筑师和开发商提供了更大的灵活性,以满足这一地区人们提高居住建筑水平的要求。
夏季透过窗户进入室内的太阳辐射热构成了空调负荷的主要部分,设置外遮阳是减少太阳辐射热进入室内的一个有效措施。冬季透过窗户进入室内的太阳辐射热可以减小供暖负荷,所以设置活动式外遮阳是比较合理的。
夏热冬冷地区夏季外围护结构严重地受到不稳定温度波的作用,例如夏季实测得到的屋面外表面最高温度可高达60℃以上,而夜间则可降至25℃左右。对处于这种温度波幅很高的非稳态传热条件下的建筑围护结构来说,只采用传热系数这个指标不能全面地评价围护结构的热工性能。传热系数只是代表了围护结构传热能力的一个量,它
暖通空调HV&AC 标准规范・15・
引导选用能效比高的供暖空调设备(系统)。比如,一般情况下,居住建筑宜采用电驱动的风冷或水源热泵型空调器
(机组),或燃气(油)、蒸汽或热水驱动的吸收式冷(热)水机组,或采用燃气(油、其它燃料)的供暖炉供暖等;而不宜采用直接电热式供暖设备。同时,规定如果采用集中供暖空调方式以及选用供暖空调设备时,其能效比必须符合国家现行有关标准中的规定值。3.5 动态模拟计算的气象资料
逐时气象资料是应用动态模拟计算软件进行建筑室内热环境及全年供暖空调能耗分析最主要的条件,对于这类模拟计算,至少需要逐小时温度、湿度、风速以及太阳总辐射量和直接辐射量等数据。此外,为了消除逐年气候随机变化的影响,应用一种典型气象年的气象资料要比直接应用某一年实际气象资料更为合理。典型气象年(TMY,typicalmeteorologicalyear)是以近几十年的月平均值为依据,选取各月接近多年的平均值组成典型气象年取的月平均值在不同的年份,资料不连续,平滑处理。但是,迄今为止,象年资料得到了开发,,气象资料并非逐时的6,和每日最大/最小值,量。这样提出了两个问题,即为了组成典型气象年,首先需要不同城市几十年气象资料;其次,得到典型气象年后,还要由6h(或3h)时间间隔记录产生出逐小时典型气象年资料。如果从我国气象局去抄录购买各城市多年的气象资料,其工作量及费用都是可观的。我们通过美国劳伦斯伯克利国家研究所从美国国家气象资料服务中心得到了我国的气象资料,这些资料均系根据该城市当地气象台的气象广播、由美国军事卫星记录下来的16年(1982～1997年)的资料。因此,尽管数据库从美国政府组织获得,但气象资料本身符合当地记录。然而,这些资料包含的参数为干球温度、露点温度、大气压力、风速和风向、不同高度的云层量;并按3h的时间间隔记录。我们要做的研究工作是,由不同高度的云层量获得太阳辐射资料,由3h间隔记录获得逐时资料。通过研究我们提出了计算水平面上太阳辐射量的模型,并以国内实测的逐日太阳辐射量验证了计算值的可靠性;提出了插补干球温度计算方法,白天采用傅里叶级数原理,而夜间采用线性回归法,它已成功地应用于对3h时间间隔的测量值进行插补。至今已开发了26个中国城市的典型气象年资料,并正继续开发其它城市的典型气象年资料,以用于动态模拟计算。3.6 围护结构节能设计增加的造价
实施建筑节能一方面可以节省建筑的供暖、空调运行费用,但另一方面也确实要增加建筑的造价。因此在确定节能目标和提出具体措施时要综合考虑两方面的因素。夏热冬冷地区地域辽阔,地区间的经济发展水平、城镇建设水平相差很大。有些地区建筑节能工作已经开展得很有成绩,建造节能建筑的经验已经比较丰富。而有些地区建筑节能工作则刚刚起步,情况差异很大。本标准只是从建筑
围护结构和供暖、空调设备两方面提出了节能指标要求,并不规定达到这些指标的具体技术措施。
按本标准规定的围护结构节能设计指标,单项措施的费用情况大致如下:塑料单玻窗传热系数可达到4.7W/(m2・K),单价为250元/m2左右;塑料双玻窗传热系数可达到3.2W/(m2・K),单价为350元/m2左右;传热系数达到2.5W/(m2・K)的塑料中空玻璃窗,单价在450元/m2左右。外墙采用水泥砂浆+矩形多孔空心砖+保温砂浆的构造,传热系数可达到1.4W/(m2・K)左右,节能增加费用按单位墙面面积计约15元/m2;如采用聚苯乙烯泡沫塑料作外墙外保温,墙体的传热系数可以降得很低,每m2墙面面积的保温造价120元左右3cm厚的聚苯板做保温层,2・K)左右,节能增加50/2,各地都会有。随着建筑节能工作的广泛,采取经济合理的技术措施,在保证达到节能目标的同时,尽可能地降低建筑造价。一般情况下,节能50%住宅的节能投资增长率可控制在10%左右。4 实施标准的节能前景4.1 计算条件
框算2000年末夏热冬冷地区城乡各类建筑面积共180亿m2,其中城市居住建筑面积18.7亿m2,城市一年新建居住建筑面积为2.2亿m2。本地区11个主要城市典型建筑在设计使用条件下全年供暖空调耗能量平均值为88.3kWh/m2。
由于居住建筑设备多由住户安排,实际节能效果按50%的一半即25%计算,即在本地区全部城市建筑中全面实施本标准,一年可以节能18.7亿m2×88.3kWh/m2×25%=412.8亿kWh;如在本地区全部城市新建建筑中全面实施本标准,一年可以节能2.2亿m2×88.3kWh/m2×25%=48.6亿kWh。4.2 节煤量
我国目前发电仍以火电为主,火电供电煤耗(单位发电量所消耗的煤折成碳当量,下同)以0.41kg/(kWh)计,可见,如本地区全部城市建筑全面执行本标准,一年的节能量相当于412.8亿kWh×0.41kg/(kWh)=1693万t;新建建筑中全面实施本标准,一年的节能量相当于48.6亿kWh×0.41kg/(kWh)=199万t。4.3 减排量
一年节约1693万t标准煤,相当于减少污染物排放量为:CO24507万t;SO210.4万t;NOx15.2万t;烟尘4.2万t;煤渣555.3万t。
一年节约标准煤199万t,相当于减少污染物排放量为:CO2529.7万t;SO21.2万t;NOx1.8万t;烟尘0.5万t;煤渣65.2万t。
由此可见,本标准的执行,对于夏热冬冷地区节约能源、保护环境,将起到重要作用。
2001年第31卷第4期 ・12・
标准规范
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》简介
中国建筑科学研究院 郎四维☆ 林海燕重庆大学 付祥钊
中国建筑业协会建筑节能专业委员会 涂逢祥
提要 建设部行业标准J已由建设
部批准,于2001年8月1日实施。本文简要介绍该的主要内容。
关键词 夏热冬冷地区 ) 节能综合指标(性能性指标)
Energiecofresidentialbuildingsinhotsummerand
coldnterzones:Mainpointsofanindustrystandard
ByLangSiwei★,LinHaiyan,FuXiangzhaoandTuFengxiang
Abstract DesignStandardforEnergyEfficiencyofResidentialBuildingsinHotSummerandColdWinterZone(JGJ13422001)asanindustrystandardhasbeenapprovedbytheMinistryofConstruction,ChinaandwillbeissuedandcomeintoeffectonAugust1,2001.Reportstheprinciplesfollowedduringtheformulationofthestandardandoutlinesitsmajorpoints.
Keywords hotsummerandcoldwinterzone,limitedvalueofheattransfercoefficientforbuildingenvelope(prescriptiveindex),comprehensiveindexforenergyefficiency(performanceindex)
★ChinaAcademyofBuildingResearch
①1 概述
夏热冬冷地区的范围,大致为陇海线以南,南岭以北,
四川盆地以东,大体上可以说是长江中下游地区。该地区包括上海、重庆二直辖市,湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部,四川、贵州二省东半部,江苏、河南二省南半部,福建省北半部,陕西、甘肃二省南端,广东、广西二省区北端,亦即涉及16个省、市、自治区。在此地区居住的城乡人口约有5.5亿,国内生产总值约占全国的48%。由此可见,这个地区是我国人口最密集、经济文化较为发达的地区,其政治、经济地位极为重要。
夏热冬冷地区的建筑气候特征,表现为夏季闷热,冬季湿冷,气温的日较差小,年降水量大,日照偏少。长期以来,夏热冬冷地区建筑的隔热保温状况基本上没有改善,多层建筑的外墙主要沿用24cm实心黏土砖墙,即使采用其它墙体材料,也以24cm的砖墙作为参照对象。不少地方改
用19cm厚混凝土空心砌块,但砌块的保温隔热性能更差。普遍采用单层玻璃窗,窗墙面积比有增大趋势。建筑外遮阳较少,门窗气密性不好,冷空气渗透严重。屋顶以平屋顶为主,架空屋面对夏季隔热有一定效果,采用较多。在气候十分严酷、建筑保温隔热又很差的条件下,室内热环境条件极差。随着我国经济的高速增长,该地区的城镇居民纷纷采取措施,自行解决住宅冬夏季的室内热环境问题,夏季空调冬季供暖成了一种很普遍的现象。大部分家庭冬季采用的供暖器有电红外线取暖器、电散热器,并逐渐增加应用热泵型(冷暖型)分体空调器。夏季则已由电风扇进而应用分
①☆郎四维,男,1941年3月生,研究员,所长,中国制冷学会
副理事长
100013北京市北三环东路30号空调所
(010)84272233-2325
E2mail:[email protected]收稿日期:2001-06-19
暖通空调HV&AC 标准规范・13・
体空调器。由于住宅建筑围护结构的热工性能普遍很差,目前空调供暖的能耗高、浪费很大。所以,无论是改善居民
室内热环境条件,还是节能(节电)、减少燃煤量,减少CO2排放量,保护环境,制定该地区的建筑节能标准已是刻不容缓。
根据建设部《建筑节能“九五”计划和2010年规则》所提出的“夏热冬冷地区新建民用建筑2000年开始执行建筑热环境和节能标准”的要求,建设部于1999年12月12日批准并划拨资金编制建设部行标《夏热冬冷地区居住建筑
(以下简称)。由中国建筑科学研究节能设计标准》《标准》
院、重庆建筑大学为主编单位,参加单位是:中国建筑业协会建筑节能专业委员会、上海市建筑科学研究院、同济大学、江苏省建筑科学研究院、东南大学、中国建筑西南设计研究院、成都市墙体改革和建筑节能办公室、武汉市建工科研设计院、武汉市建筑节能办公室、重庆市建筑技术发展中心、北京中建建筑科学技术研究院、技中心、北京振利高新技术公司、爱迪士(术有限公司。同时,究所(LBNL)月9～10日在上海召开了该标准审查会,2001年8月1日颁布实施。2 编制标准的主要原则2.1 基础住宅能耗值的确定:根据调查,该地区普通砖混结构住宅外墙为240mm砖墙(包括黏土实心砖和多孔空心砖),传热系数K=2.0W/(m2・K);外窗采用单层窗,
2
K=6.4W/(m・K);屋面为钢筋混凝土屋面板加简单保温隔热措施,K=1.5W/(m2・K);换气次数考虑1.5h-1。在保证主要居室冬天18℃、夏天26℃的条件下,冬季用能效比为1的电暖器供暖,夏季用额定制冷工况时能效比为2.2的空调器降温,计算出一个全年供暖空调能耗,将这个供暖空调能耗作为基础住宅能耗值。2.2 节能目标为50%,即在上述基础能耗值基础上节能50%。由提高围护结构保温隔热及气密性指标和改善供暖空调(设备)系统能效比来实现,并控制采用节能措施后增加的建筑造价在10%左右。2.3 《标准》中有两种指标来控制节能设计。一种为规定性指标,即规定该地区居住建筑围护结构传热系数限值和供暖空调设备最低能效比值;另一种为节能综合指标(或称性能性指标),即规定居住建筑每m2建筑面积允许的供暖空调设备能耗指标。规定性指标操作容易、简便;性能性指标则给设计者更多、更灵活的余地。2.4 由于夏热冬冷地区地域广阔,气候也有一定的差异,该标准以供暖等度日数线和空调等度日数线为纽带,各地可以查取当地的供暖等度日数线和空调等度日数线,来确定其规定性指标和性能性指标值。2.5 夏热冬冷地区的建筑围护结构处于不稳定传热过程,为了获得围护结构合理、准确的传热系数及建筑能耗计算结果,该《标准》采取反应系数计算方法,并应用美国劳伦斯伯克利国家研究所开发的DOE22软件作为计算工具。
3 标准的核心内容
本《标准》的主要技术内容是:总则;术语;室内热环境和建筑节能设计指标;建筑和建筑热工节能设计;建筑物的节能综合指标;采暖、空调和通风节能设计。3.1 室内热环境指标
室内热环境质量指标体系包括温度、湿度、风速、壁面温度等。该标准只规定了温度和换气指标,原因是考虑到一般住宅极少控制湿度、风速等参数。换气则是从人体卫生角度考虑必不可少的指标。
《标准》规定居室温度夏季控制在26～28℃,冬季控制在16～18℃;冬夏季换气次数取1.0h-1。和该地区原来恶劣的室内热环境相比,,基本达到了热舒适的水平,,提高幅,,,但另一方面又要消耗大量的能量,因此要确定一个合理的换气次数。目前住宅建筑的层高约为2.5m,按人均居住面积15m2计算,每h换气1次,人均占有新风37.5m3,接近国标《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》二级客房的水平,这是《标准》中换气次数取1.0-1
h的参考依据。潮湿是夏热冬冷地区气候的一大特点,在室内热环境主要设计指标中尽管没有明确提出相对湿度设计指标,但实际上,在空调机运行的状态下,室内潮湿情况会得以明显改善。3.2 建筑围护结构传热系数限值确定原则
根据对该地区主要城市应用DOE22进行敏感性分析后,认为50%节能目标中,由提高围护结构保温隔热及气密性指标和改善供暖空调(设备)系统能效比各承担25%左右较为合理。目前居住建筑供暖空调设备(系统)主要由用户(或开发商)自行选定,作敏感性分析时,供暖设备的额定能效比取1.9,主要是考虑冬季供暖设备部分使用家用冷暖型(风冷热泵)空调器,部分仍使用直接电热型供暖器;夏季空调设备额定能效比取2.3,主要是考虑家用空调器国家标准规定的最低能效比。由此确定的外窗传热系数限值及围护结构各部分传热系数限值如《标准》中表4.0.4,表4.0.8所示(见本文表1,表2)。 一般而言,窗户(包括阳台门的透明部分)的传热能力比外墙强很多,而且夏季白天太阳辐射热还通过窗户直接进入室内,所以窗墙面积比越大,供暖和空调的能耗也越大。从节能的角度出发,必须限制窗墙面积比。在一般情况下,应以满足室内采光要求作为窗墙面积比的确定原则。
近年来居住建筑的窗墙面积比有越来越大的趋势,这是因为商品住宅的购买者大都希望自己的住宅更加通透明亮。考虑到临街建筑立面美观的需要,适当地增大窗墙面积比是可以的,但应同时考虑减小窗户的传热系数,并加强夏季活动遮阳。 在夏热冬冷地区人们无论是过渡季节还是冬、夏两季
2001年第31卷第4期 ・14・标准规范
表1 不同朝向、不同窗墙面积比的外窗传热系数
朝
向
窗外环境条件
外窗的传热系数K/W/(m2・K)
窗墙面积窗墙面积窗墙面积窗墙面积窗墙面积比≤0.25比>0.25比>0.30比>0.35比>0.45
且≤0.30且≤0.35且≤0.45且≤0.50
4.7
4.7
3.2
2.5
-
主要是作为评价建筑围护结构在稳态传热条件下的指标。在非稳态传热条件下,除了用传热系数之外,还应该同时使用用抵抗温度波和热流波在建筑围护结构中传播能力的热惰性指标D来评价围护结构的热工性能。因此《标准》表4.0.8(本文表2)对外墙和屋顶同时提出了传热系数和热惰性指标的要求。3.3 建筑物的节能综合指标
《标准》之所以对居住建筑的设计作了诸如表4.0.4(本文表1)和表4.0.8(本文表2)列出的许多规定,最终的同时也是惟一的目的是要保证设计出的建筑是节能的。然而,居住建筑的设计是丰富多彩的,。,使设(或称,它一方面给了设计师更大的,另一方面仍保证所设计的建筑是节能的。
建筑物的节能综合指标主要是供暖年耗电量和空调年耗电量,标准中对应于不同的供暖度日数和空调度日数给出了每m2建筑面积供暖年耗电量和空调年耗电量的最大限值。对一栋具体的居住建筑,按照标准严格规定的统一计算条件,计算出它的供暖年耗电量和空调年耗电量,如果这两者之和不超过标准中给出的相应最大限值之和,这栋建筑就是节能建筑,反之它就不符合节能要求,就应该在设计上作调整。
由于夏热冬冷地区的气候特性,室内外温差比较小,一天之内温度波动对围护结构传热的影响比较大,尤其是夏季,白天室外气温很高,又有很强的太阳辐射,热量通过围护结构从室外传入室内;夜里室外温度下降比室内温度快,热量有可能通过围护结构从室内传向室外。由于这个原因,为了比较准确地计算供暖、空调负荷,并与现行国标《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87保持一致,需要采用动态计算方法。
动态的计算方法有很多,本标准采用了反应系数计算方法,使用美国劳伦斯伯克利国家研究所开发的DOE22软件,对居住建筑的热过程进行全年8760h的动态模拟,根据模拟结果计算出供暖年耗电量和空调年耗电量。
为了在不同的建筑之间建立起一个公平合理的可比性,标准中特意规定了统一的供暖年耗电量和空调年耗电量的计算条件。统一的计算条件包括室内的计算温度设定、供暖设备和空调设备的能效比取值以及内负荷的确定等等。3.4 供暖、空调和通风节能设计
该地区不属于以往称之为的集中供暖地区,所以一般居住建筑很少采用集中供暖系统。随着经济发展及生活水平的提高,采用何种供暖空调方式已由用户或开发商来确定。本标准这一章主要是强调居住建筑供暖空调方式及其设备的选择,应根据当地资源情况,经技术经济分析,以及用户对设备及运行费用的承担能力综合考虑确定。《标准》
北(偏东60°到偏冬季最冷月室
外平均气温西60°范围)
>5℃冬季最冷月室外平均气温≤5℃
东、西(东或西无外遮阳措施偏北30°到偏有外遮阳(其南60°范围)太阳辐射
透过率≤
4.7
3.2
3.2
2.5
-
4.74.7
3.23.2
-3.2
-2.5
-2.5
南(偏东30°到偏西30°范围)
4.74.73.22.52.5
表2 围护结构各部分的传热系数K/W/(m2・K)和
热惰性指标D
屋顶K≤1.0D≥3.0K≤0.8D≥2.5
外墙K≤1.5D≥3.0K≤1.0D≥2.5
外窗户门
按表K≤2.0K≤1.5K≤3.0
3当屋顶和外墙的K值满足要求,但D值不满足要求时,应按照《民用建筑热工设
计规范》GB50176-93第5.1.1条来验算隔热设计要求。
普遍有开窗加强房间通风的习惯。一是自然通风改善了室内空气品质;二是夏季在两个连晴高温期之间的阴雨降温过程或降雨后连晴高温开始升温过程的夜间,室外气候凉爽宜人,加强房间通风能带走室内余热和积蓄冷量,可以减少空调运行时的能耗。这都需要较大的开窗面积。
与供暖地区的居住建筑节能标准相比,本标准的窗墙比比较大,但窗的传热系数比较小。
在放宽窗墙面积比限值的情况下,必须提高对外窗热工性能的要求,才能真正做到住宅的节能。技术经济分析也表明,提高外窗热工性能,所需资金不多,每m2建筑面积约10～20元,比提高外墙热工性能的资金效益高3倍以上。同时,放宽窗墙面积比,提高外窗热工性能,给建筑师和开发商提供了更大的灵活性,以满足这一地区人们提高居住建筑水平的要求。
夏季透过窗户进入室内的太阳辐射热构成了空调负荷的主要部分,设置外遮阳是减少太阳辐射热进入室内的一个有效措施。冬季透过窗户进入室内的太阳辐射热可以减小供暖负荷,所以设置活动式外遮阳是比较合理的。
夏热冬冷地区夏季外围护结构严重地受到不稳定温度波的作用,例如夏季实测得到的屋面外表面最高温度可高达60℃以上,而夜间则可降至25℃左右。对处于这种温度波幅很高的非稳态传热条件下的建筑围护结构来说,只采用传热系数这个指标不能全面地评价围护结构的热工性能。传热系数只是代表了围护结构传热能力的一个量,它
暖通空调HV&AC 标准规范・15・
引导选用能效比高的供暖空调设备(系统)。比如,一般情况下,居住建筑宜采用电驱动的风冷或水源热泵型空调器
(机组),或燃气(油)、蒸汽或热水驱动的吸收式冷(热)水机组,或采用燃气(油、其它燃料)的供暖炉供暖等;而不宜采用直接电热式供暖设备。同时,规定如果采用集中供暖空调方式以及选用供暖空调设备时,其能效比必须符合国家现行有关标准中的规定值。3.5 动态模拟计算的气象资料
逐时气象资料是应用动态模拟计算软件进行建筑室内热环境及全年供暖空调能耗分析最主要的条件,对于这类模拟计算,至少需要逐小时温度、湿度、风速以及太阳总辐射量和直接辐射量等数据。此外,为了消除逐年气候随机变化的影响,应用一种典型气象年的气象资料要比直接应用某一年实际气象资料更为合理。典型气象年(TMY,typicalmeteorologicalyear)是以近几十年的月平均值为依据,选取各月接近多年的平均值组成典型气象年取的月平均值在不同的年份,资料不连续,平滑处理。但是,迄今为止,象年资料得到了开发,,气象资料并非逐时的6,和每日最大/最小值,量。这样提出了两个问题,即为了组成典型气象年,首先需要不同城市几十年气象资料;其次,得到典型气象年后,还要由6h(或3h)时间间隔记录产生出逐小时典型气象年资料。如果从我国气象局去抄录购买各城市多年的气象资料,其工作量及费用都是可观的。我们通过美国劳伦斯伯克利国家研究所从美国国家气象资料服务中心得到了我国的气象资料,这些资料均系根据该城市当地气象台的气象广播、由美国军事卫星记录下来的16年(1982～1997年)的资料。因此,尽管数据库从美国政府组织获得,但气象资料本身符合当地记录。然而,这些资料包含的参数为干球温度、露点温度、大气压力、风速和风向、不同高度的云层量;并按3h的时间间隔记录。我们要做的研究工作是,由不同高度的云层量获得太阳辐射资料,由3h间隔记录获得逐时资料。通过研究我们提出了计算水平面上太阳辐射量的模型,并以国内实测的逐日太阳辐射量验证了计算值的可靠性;提出了插补干球温度计算方法,白天采用傅里叶级数原理,而夜间采用线性回归法,它已成功地应用于对3h时间间隔的测量值进行插补。至今已开发了26个中国城市的典型气象年资料,并正继续开发其它城市的典型气象年资料,以用于动态模拟计算。3.6 围护结构节能设计增加的造价
实施建筑节能一方面可以节省建筑的供暖、空调运行费用,但另一方面也确实要增加建筑的造价。因此在确定节能目标和提出具体措施时要综合考虑两方面的因素。夏热冬冷地区地域辽阔,地区间的经济发展水平、城镇建设水平相差很大。有些地区建筑节能工作已经开展得很有成绩,建造节能建筑的经验已经比较丰富。而有些地区建筑节能工作则刚刚起步,情况差异很大。本标准只是从建筑
围护结构和供暖、空调设备两方面提出了节能指标要求,并不规定达到这些指标的具体技术措施。
按本标准规定的围护结构节能设计指标,单项措施的费用情况大致如下:塑料单玻窗传热系数可达到4.7W/(m2・K),单价为250元/m2左右;塑料双玻窗传热系数可达到3.2W/(m2・K),单价为350元/m2左右;传热系数达到2.5W/(m2・K)的塑料中空玻璃窗,单价在450元/m2左右。外墙采用水泥砂浆+矩形多孔空心砖+保温砂浆的构造,传热系数可达到1.4W/(m2・K)左右,节能增加费用按单位墙面面积计约15元/m2;如采用聚苯乙烯泡沫塑料作外墙外保温,墙体的传热系数可以降得很低,每m2墙面面积的保温造价120元左右3cm厚的聚苯板做保温层,2・K)左右,节能增加50/2,各地都会有。随着建筑节能工作的广泛,采取经济合理的技术措施,在保证达到节能目标的同时,尽可能地降低建筑造价。一般情况下,节能50%住宅的节能投资增长率可控制在10%左右。4 实施标准的节能前景4.1 计算条件
框算2000年末夏热冬冷地区城乡各类建筑面积共180亿m2,其中城市居住建筑面积18.7亿m2,城市一年新建居住建筑面积为2.2亿m2。本地区11个主要城市典型建筑在设计使用条件下全年供暖空调耗能量平均值为88.3kWh/m2。
由于居住建筑设备多由住户安排,实际节能效果按50%的一半即25%计算,即在本地区全部城市建筑中全面实施本标准,一年可以节能18.7亿m2×88.3kWh/m2×25%=412.8亿kWh;如在本地区全部城市新建建筑中全面实施本标准,一年可以节能2.2亿m2×88.3kWh/m2×25%=48.6亿kWh。4.2 节煤量
我国目前发电仍以火电为主,火电供电煤耗(单位发电量所消耗的煤折成碳当量,下同)以0.41kg/(kWh)计,可见,如本地区全部城市建筑全面执行本标准,一年的节能量相当于412.8亿kWh×0.41kg/(kWh)=1693万t;新建建筑中全面实施本标准,一年的节能量相当于48.6亿kWh×0.41kg/(kWh)=199万t。4.3 减排量
一年节约1693万t标准煤,相当于减少污染物排放量为:CO24507万t;SO210.4万t;NOx15.2万t;烟尘4.2万t;煤渣555.3万t。
一年节约标准煤199万t,相当于减少污染物排放量为:CO2529.7万t;SO21.2万t;NOx1.8万t;烟尘0.5万t;煤渣65.2万t。
由此可见,本标准的执行,对于夏热冬冷地区节约能源、保护环境,将起到重要作用。