城市化进程中的建筑与城市物理环境
——第+两全营建筑物理学本会议论文集
内蒙古居住建筑节能设计研究
刘铮1聂广强1巴特尔2
(1.内蒙古工业大学建筑工程学院,呼和浩特010060;2.内蒙古建筑科学研究所,呼和浩特010051)
摘要:在全国大力推行节能减排的形势下,节能65%的《内蒙古居住建筑节能设计标准》DBJ03—35一Z008顺应建筑节能的发展需求,历经一年多的研究与论证现已完善成稿,即将发布。在编制过程中,笔者主要负责建筑与建筑热工设计部分的编制工作,其中包括:内蒙古居住建筑节能设计气候分区划定、不同地区居住建筑设计的节能要求、围护结构热工性能限值的确定、不同类型居住建筑的耗热量指标和采暖耗煤量指标的制定、以及外围护结构的构造设计要求等。对这几个主要问题都进行了一系列的研究工作,最终做出了较为切合本地区实际情况的具体规定。现将有关工作汇报如下,以便与同行交流。
关键词:内蒙古;居住建筑;节能;设计标准
1引言
为了深入贯彻国家节约能源的政策,有效控制居住建筑的使用能耗,根据内蒙古自治区建设厅的要求,由内蒙古建筑科学研究所和内蒙古工业大学等单位共同编制了《内蒙古居住建筑节能设计标准》DBJ03—35—2008(下文中简称为《标准》)。在《标准》的编制过程中,认真研究了国家已颁布并实施的《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26__95和内蒙古自治区的《民用建筑节能设计标准实施细则(采暖居住建筑部分)》DBl5/T25卜1997(下文中简称为《细则》),结合本地区的实际情况与需求,吸收借鉴有关省份节能65%居住建筑节能设计地方标准的一些成果,在分析研究本地区居住建筑的现状和发展趋势的基础上,在节约能源、改善居住建筑室内热环境、提高能源利用率的前提下,编写了《标准》中建筑与建筑热工设计部分的内容。包括对内蒙古居住建筑节能设计气候分区、不同地区居住建筑节能设计的要求、围护结构热工性能限值的确定、不同类型居住建筑的耗热量指标和采暖耗煤量指标的制定、以及外围护结构的构造设计等。对这几个主要问题的分析与解决,现归纳总结如下。
2对问题的分析与解决方案
2.1内蒙古居住建筑节能设计气候分区
在全国的气候分区中内蒙古属严寒地区,其冬季采暖期室外平均温度在一3.1~一16.O℃的范围内‘11。在《细则》中,区域划分以温度变化l~2℃为一区间,共有11个区间。分析各区间内围护结构的传热系数限值,依据合并同类项的思路,利用采暖期室外平均温度,将区域划分为A1、A2、Bl、和B2区。分区依据见表1。
基金资助:国家自然科学基金项目,内蒙古草原生态聚居模式与生态民居体系研究(项目批准号:50468001)作者简介:刘铮(1963一),女,河北省,教授,硕士。Email:L矗锄g@彻仇y.com
城市化进程中的建筑与城市物理环境
——第十属全国建筑物理学术会议论文集
表1内蒙古居住建筑节能设计气候分区
根据文献[1】附录A所列数据,确定了内蒙古居住建筑节能设计气候分区与主要城镇及区域。
表2居住建筑节能设计气候分区与主要城镇及区域
分区
代码
.主要城镇与区域根河市、图里河、三河镇、牙克石市、东乌珠穆沁旗、阿巴嘎旗、阿尔山市、新巴尔虎右旗、小二沟、新巴
尔虎左旗、满洲里市、鄂伦春自治旗、呼伦贝尔市海拉尔区、苏格河、乌拉盖、博兜图
那仁宝勒格、锡林浩特市、苏尼特左旗、西乌珠穆沁旗、鸟L』根塔拉、二连浩特市、乌兰浩特市、索伦、乌拉特中旗(海流图)、白云鄂博、达尔罕茂明安联合旗(百灵庙)、网子工旗、土牧尔台、化德县、察哈尔右翼中旗、克什克腾旗(经棚)、朱日和(温都尔庙)、镶黄旗(新宝力格镇)、正镶臼旗、太仆寺旗、多伦县赛日川吉(老东庙)、武川县、满都拉(满都拉庙)、事资县、阿鲁克尔沁旗(天山镇)、巴林左旗(林东镇)、巴林右旗(大板镇)、林西县、通辽市科尔沁区、开鲁县(开鲁镇)、扎鲁特旗(鲁北镇)、苏尼特右旗(赛一1In汉塔拉)、商都县、吉格德一吉格德查干(吉河德)、巴彦毛道、哈日奥日布格、呼热格其特呼都格、达拉特旗、虎勒盖尔、石拐矿区、呼和浩特市区、和林格尔、凉城、丰镇、兴和县、察哈尔右翼前旗、乌兰察布市集宁区、翁牛特旗、花都什、额济纳旗、固阳、拐子湖
准格尔(沙圪堵)、鄂托克旗(乌兰镇)、新街镇(扎萨克)、伊会霍洛旗、杭锦旗、鄂尔多斯市东胜区、鸟.
‘“拉特前旗、巴彦淖尔市临河区、五原县、包头市区、托克托县、清水河、宁城县、赤峰市直辖区、土默特左旗、杭锦后旗、磴口县、乌审旗、海渤湾、阿拉善左旗(巴彦浩特镇)、阿拉善右旗、额肯呼都格(上井子)、
吉兰太、中泉f、乌达
2.2不同地区居住建筑节能设计要求
在《标准》中,实现建筑节能的主要方法是通过在建筑设计过程中严格控制建筑物的体形系数、各朝向的窗墙面积比、以及各部分围护结构的热工性能限值。在体形系数方面,《细则》中仅对多层(4~6层)住宅的体形系数是否≤0.3有判据,而对于近十年来迅速发展起来的低层(2~3层)别墅、小高层(7~9层)和高层(≥10层)住宅,没有具体的限定。参照文献[2]将住宅分类以限定其体形系数,研究本地区地近年来所开发的商品楼的典型形式,经反复计算确定出不同类型住宅的体形系数限值。见表3。
表3居住建筑体形系数的限值
从上表中可以看出:作为标准的强制性条文l~3层的限值,在一般情况下难以实现。其原因之一是要从节能与节地方面控制在大城市大量开发2~3层的别墅住宅;原因之二是对别墅类住宅的整体热工性能,要通过建筑物采暖耗热量指标计算来加以严格控制。加之对农村牧区大量使用的单层住宅,又有规定:当建筑的体形系数大于限定值时,建筑的外围护结构热工性能满足《标准》限值要求即可,不必严格按建筑耗热量指标和采暖耗煤鼍指标控制计算进行外围护结构热工性能设计。
在各朝向窗墙面积比方面,《细则》与文献【3】中都针对多层集合式住宅规定了南向≤0.35、东西向≤0.30和北向≤O.25的设计限值。实践证明:我国同属于严寒地区的居住建筑差异性较大,表现在窗墙面积比方面,单一的限值不仅难以起到控制或限制作用,而且明显与现实相脱节。认真分析684
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各个气候区域内居住建筑设计的科学性、以及其使用中的合理性,特以强制性条文的形式限定了各朝向的窗墙面积比。见表4。
表4各朝向窗墙面积比限值
同时对表中所指的朝向做出解释,即,在表中的“北向”代表从北偏东小于60。至北偏西小于60。的范围;“东向、西向”代表从东或西偏北小于等于30。至东或西偏南小于60。的范围;“南向”代表从南偏东小于等于30。至南偏西小于等于30。的范围。
2.3围护结构热工性能限值
居住建筑各部分围护结构热工性能的限值确定,是一项兼顾部分、整体均衡的统筹工作,既要考虑各部分外围护结构在进一步的节能中应起到的作用,又要考虑到当地建筑市场材料的供应情况、以及节能构造的可行性。首先,以多层集合式住宅节能50%的围护结构热工性能限值为参考基础;其次,以建筑外围护结构从原有承担节能35%到承担54%来实现节能65%的任务,初步确立部分限值;第三,在围护结构的内涵中参考文献[4】增加了变形缝的两侧墙和分隔采暖与不采暖空间隔墙;第四,通过从实际设计中选择代表性建筑形式、建立各气候区大中城市的参照建筑(即在体形系数和窗墙面积比方面满足要求的建筑,共计32栋)、应用建筑物耗热量指标和采暖耗煤量作为总体的控制指标,最终确定了各部位的最大传热系数值。见表5。
表5内蒙古主要城镇采暖居住建筑各部分围护结构热工性能限值
注:表中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的外墙平均传热系数值I(m。
2.4建筑物耗热量指标与采暖耗煤量
《标准》规定:当所设计建筑的体形系数、窗墙面积比、各部分围护结构的热工性能都符合限值的要求时,进行建筑物耗热量指标与采暖耗煤量计算,一定满足其附录A中的限值要求,即达到了节能设计的要求,也可逐条满足而无需计算。当所设计建筑的体形系数、窗墙面积比、围护结构685
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的热工性能中的某一项或多项不符合《标准》的规定时,应进行建筑物耗热量指标与采暖耗煤量计算,根据计算结果更改设计、调整某些参数,直至满足其附录A中的限值要求。
又居住建筑耗热量指标按下式计算:
qH29H・T+gINF—gI・H
式中gH一建筑物耗热量指标,W/nr:gH.下一单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量,W/m2;gINr一单位建筑面积的空气渗透耗热量,W/m2;qI.r单位建筑面积的建筑物内部包括炊事、照明和人体散热等的得热量,取3.80镇居住建筑采暖期耗热量指标和耗煤量指标数据。W/m2。所以,确定在每一个城镇不同类型居住建筑耗热量指标与耗煤量是编制《标准》的重要工作内容。在《细则》的能耗基础上,在保持gINF和口I.H不变的条件下,计算得出其附录A所列的95个城
又有研究资料表明:体形系数每增加O.01,耗热量指标增加2。5%【5】。据此确定,多层住宅直接取其附录A表中所列数据;低层住宅取所列数据的1.55倍;中高层住宅取所列数据的0.95倍;高层住宅取所列数据的O.90倍。经过参照建筑物能耗验算,可确保符合《标准》的建筑是节能建筑。2.5外围护结构的构造设计要求
外墙、屋顶以及楼地面应优先采用国家建筑标准设计图集中适用于严寒地区居住建筑的节能保温系统与构造设计。外墙与屋顶采用外保温或夹芯保温系统时,应尽量减少混凝土出挑构件和附墙构件。当外墙有混凝土出挑构件和附墙构件时,应对外墙出挑构件以及附墙部件采取隔断热桥或保温措施。
应对窗洞口四周室外部分的侧墙面进行保温与防护处理,避免窗洞口四周室内部分的侧墙面结露。应对变形缝、沉降缝和抗震缝处的屋面、外墙缝隙采用弹性保温材料加以封闭。变形缝两侧墙面宜采用内保温。底面接触室外空气的架空或外挑楼板宜采用外保温系统。底层地面除下设保温层并达到设计要求外,在采暖期室外平均温度低于一6.O℃的地区,外墙的保温层宜向下延伸至当地冻土层的l/2深度以下。
3结束语
本《标准》是内蒙古地区在居住建筑节能设计方面的第三部设计标准,更是对国内外相关成果借鉴与应用的探索。在近期《标准》将颁布,实施后各项条文势必要经过全面的实践检验,对于以上问题的处理方案是否科学合理,考虑因素是否周全等,尚期待各界同仁的关注与研讨。
参考文献:
[1】内蒙古自治区建设厅,内蒙古自治区技术监督局.内蒙古民用建筑节能设计标准实施细则(采暖居住建筑部分)
DB15厂r259—1997[S】.7—9,16—21.
[2】
【3】
【4】
[5】辽宁省建设厅,辽宁省质量技术监督局.辽宁省居住建筑节能设计标准DB2l/J10922—07[S】.5.6.中国人民共和国建设部.民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)JGJ26__95[S】.北京市规划委员会等.北京居住建筑节能设计标准DBJll—602—2006[S】.10.王立雄.建筑节能【M】.北京:建筑工业出版社,2004:103.686
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——第+两全营建筑物理学本会议论文集
内蒙古居住建筑节能设计研究
刘铮1聂广强1巴特尔2
(1.内蒙古工业大学建筑工程学院,呼和浩特010060;2.内蒙古建筑科学研究所,呼和浩特010051)
摘要:在全国大力推行节能减排的形势下,节能65%的《内蒙古居住建筑节能设计标准》DBJ03—35一Z008顺应建筑节能的发展需求,历经一年多的研究与论证现已完善成稿,即将发布。在编制过程中,笔者主要负责建筑与建筑热工设计部分的编制工作,其中包括:内蒙古居住建筑节能设计气候分区划定、不同地区居住建筑设计的节能要求、围护结构热工性能限值的确定、不同类型居住建筑的耗热量指标和采暖耗煤量指标的制定、以及外围护结构的构造设计要求等。对这几个主要问题都进行了一系列的研究工作,最终做出了较为切合本地区实际情况的具体规定。现将有关工作汇报如下,以便与同行交流。
关键词:内蒙古;居住建筑;节能;设计标准
1引言
为了深入贯彻国家节约能源的政策,有效控制居住建筑的使用能耗,根据内蒙古自治区建设厅的要求,由内蒙古建筑科学研究所和内蒙古工业大学等单位共同编制了《内蒙古居住建筑节能设计标准》DBJ03—35—2008(下文中简称为《标准》)。在《标准》的编制过程中,认真研究了国家已颁布并实施的《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26__95和内蒙古自治区的《民用建筑节能设计标准实施细则(采暖居住建筑部分)》DBl5/T25卜1997(下文中简称为《细则》),结合本地区的实际情况与需求,吸收借鉴有关省份节能65%居住建筑节能设计地方标准的一些成果,在分析研究本地区居住建筑的现状和发展趋势的基础上,在节约能源、改善居住建筑室内热环境、提高能源利用率的前提下,编写了《标准》中建筑与建筑热工设计部分的内容。包括对内蒙古居住建筑节能设计气候分区、不同地区居住建筑节能设计的要求、围护结构热工性能限值的确定、不同类型居住建筑的耗热量指标和采暖耗煤量指标的制定、以及外围护结构的构造设计等。对这几个主要问题的分析与解决,现归纳总结如下。
2对问题的分析与解决方案
2.1内蒙古居住建筑节能设计气候分区
在全国的气候分区中内蒙古属严寒地区,其冬季采暖期室外平均温度在一3.1~一16.O℃的范围内‘11。在《细则》中,区域划分以温度变化l~2℃为一区间,共有11个区间。分析各区间内围护结构的传热系数限值,依据合并同类项的思路,利用采暖期室外平均温度,将区域划分为A1、A2、Bl、和B2区。分区依据见表1。
基金资助:国家自然科学基金项目,内蒙古草原生态聚居模式与生态民居体系研究(项目批准号:50468001)作者简介:刘铮(1963一),女,河北省,教授,硕士。Email:L矗锄g@彻仇y.com
城市化进程中的建筑与城市物理环境
——第十属全国建筑物理学术会议论文集
表1内蒙古居住建筑节能设计气候分区
根据文献[1】附录A所列数据,确定了内蒙古居住建筑节能设计气候分区与主要城镇及区域。
表2居住建筑节能设计气候分区与主要城镇及区域
分区
代码
.主要城镇与区域根河市、图里河、三河镇、牙克石市、东乌珠穆沁旗、阿巴嘎旗、阿尔山市、新巴尔虎右旗、小二沟、新巴
尔虎左旗、满洲里市、鄂伦春自治旗、呼伦贝尔市海拉尔区、苏格河、乌拉盖、博兜图
那仁宝勒格、锡林浩特市、苏尼特左旗、西乌珠穆沁旗、鸟L』根塔拉、二连浩特市、乌兰浩特市、索伦、乌拉特中旗(海流图)、白云鄂博、达尔罕茂明安联合旗(百灵庙)、网子工旗、土牧尔台、化德县、察哈尔右翼中旗、克什克腾旗(经棚)、朱日和(温都尔庙)、镶黄旗(新宝力格镇)、正镶臼旗、太仆寺旗、多伦县赛日川吉(老东庙)、武川县、满都拉(满都拉庙)、事资县、阿鲁克尔沁旗(天山镇)、巴林左旗(林东镇)、巴林右旗(大板镇)、林西县、通辽市科尔沁区、开鲁县(开鲁镇)、扎鲁特旗(鲁北镇)、苏尼特右旗(赛一1In汉塔拉)、商都县、吉格德一吉格德查干(吉河德)、巴彦毛道、哈日奥日布格、呼热格其特呼都格、达拉特旗、虎勒盖尔、石拐矿区、呼和浩特市区、和林格尔、凉城、丰镇、兴和县、察哈尔右翼前旗、乌兰察布市集宁区、翁牛特旗、花都什、额济纳旗、固阳、拐子湖
准格尔(沙圪堵)、鄂托克旗(乌兰镇)、新街镇(扎萨克)、伊会霍洛旗、杭锦旗、鄂尔多斯市东胜区、鸟.
‘“拉特前旗、巴彦淖尔市临河区、五原县、包头市区、托克托县、清水河、宁城县、赤峰市直辖区、土默特左旗、杭锦后旗、磴口县、乌审旗、海渤湾、阿拉善左旗(巴彦浩特镇)、阿拉善右旗、额肯呼都格(上井子)、
吉兰太、中泉f、乌达
2.2不同地区居住建筑节能设计要求
在《标准》中,实现建筑节能的主要方法是通过在建筑设计过程中严格控制建筑物的体形系数、各朝向的窗墙面积比、以及各部分围护结构的热工性能限值。在体形系数方面,《细则》中仅对多层(4~6层)住宅的体形系数是否≤0.3有判据,而对于近十年来迅速发展起来的低层(2~3层)别墅、小高层(7~9层)和高层(≥10层)住宅,没有具体的限定。参照文献[2]将住宅分类以限定其体形系数,研究本地区地近年来所开发的商品楼的典型形式,经反复计算确定出不同类型住宅的体形系数限值。见表3。
表3居住建筑体形系数的限值
从上表中可以看出:作为标准的强制性条文l~3层的限值,在一般情况下难以实现。其原因之一是要从节能与节地方面控制在大城市大量开发2~3层的别墅住宅;原因之二是对别墅类住宅的整体热工性能,要通过建筑物采暖耗热量指标计算来加以严格控制。加之对农村牧区大量使用的单层住宅,又有规定:当建筑的体形系数大于限定值时,建筑的外围护结构热工性能满足《标准》限值要求即可,不必严格按建筑耗热量指标和采暖耗煤鼍指标控制计算进行外围护结构热工性能设计。
在各朝向窗墙面积比方面,《细则》与文献【3】中都针对多层集合式住宅规定了南向≤0.35、东西向≤0.30和北向≤O.25的设计限值。实践证明:我国同属于严寒地区的居住建筑差异性较大,表现在窗墙面积比方面,单一的限值不仅难以起到控制或限制作用,而且明显与现实相脱节。认真分析684
城市化进程中的建筑与城市物理环境
——第+园全国建筑物理学术会议论文集
各个气候区域内居住建筑设计的科学性、以及其使用中的合理性,特以强制性条文的形式限定了各朝向的窗墙面积比。见表4。
表4各朝向窗墙面积比限值
同时对表中所指的朝向做出解释,即,在表中的“北向”代表从北偏东小于60。至北偏西小于60。的范围;“东向、西向”代表从东或西偏北小于等于30。至东或西偏南小于60。的范围;“南向”代表从南偏东小于等于30。至南偏西小于等于30。的范围。
2.3围护结构热工性能限值
居住建筑各部分围护结构热工性能的限值确定,是一项兼顾部分、整体均衡的统筹工作,既要考虑各部分外围护结构在进一步的节能中应起到的作用,又要考虑到当地建筑市场材料的供应情况、以及节能构造的可行性。首先,以多层集合式住宅节能50%的围护结构热工性能限值为参考基础;其次,以建筑外围护结构从原有承担节能35%到承担54%来实现节能65%的任务,初步确立部分限值;第三,在围护结构的内涵中参考文献[4】增加了变形缝的两侧墙和分隔采暖与不采暖空间隔墙;第四,通过从实际设计中选择代表性建筑形式、建立各气候区大中城市的参照建筑(即在体形系数和窗墙面积比方面满足要求的建筑,共计32栋)、应用建筑物耗热量指标和采暖耗煤量作为总体的控制指标,最终确定了各部位的最大传热系数值。见表5。
表5内蒙古主要城镇采暖居住建筑各部分围护结构热工性能限值
注:表中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的外墙平均传热系数值I(m。
2.4建筑物耗热量指标与采暖耗煤量
《标准》规定:当所设计建筑的体形系数、窗墙面积比、各部分围护结构的热工性能都符合限值的要求时,进行建筑物耗热量指标与采暖耗煤量计算,一定满足其附录A中的限值要求,即达到了节能设计的要求,也可逐条满足而无需计算。当所设计建筑的体形系数、窗墙面积比、围护结构685
城市化进程中的建筑与城市物理环境
——第十两全亘建筑物理学术会议论文集
的热工性能中的某一项或多项不符合《标准》的规定时,应进行建筑物耗热量指标与采暖耗煤量计算,根据计算结果更改设计、调整某些参数,直至满足其附录A中的限值要求。
又居住建筑耗热量指标按下式计算:
qH29H・T+gINF—gI・H
式中gH一建筑物耗热量指标,W/nr:gH.下一单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量,W/m2;gINr一单位建筑面积的空气渗透耗热量,W/m2;qI.r单位建筑面积的建筑物内部包括炊事、照明和人体散热等的得热量,取3.80镇居住建筑采暖期耗热量指标和耗煤量指标数据。W/m2。所以,确定在每一个城镇不同类型居住建筑耗热量指标与耗煤量是编制《标准》的重要工作内容。在《细则》的能耗基础上,在保持gINF和口I.H不变的条件下,计算得出其附录A所列的95个城
又有研究资料表明:体形系数每增加O.01,耗热量指标增加2。5%【5】。据此确定,多层住宅直接取其附录A表中所列数据;低层住宅取所列数据的1.55倍;中高层住宅取所列数据的0.95倍;高层住宅取所列数据的O.90倍。经过参照建筑物能耗验算,可确保符合《标准》的建筑是节能建筑。2.5外围护结构的构造设计要求
外墙、屋顶以及楼地面应优先采用国家建筑标准设计图集中适用于严寒地区居住建筑的节能保温系统与构造设计。外墙与屋顶采用外保温或夹芯保温系统时,应尽量减少混凝土出挑构件和附墙构件。当外墙有混凝土出挑构件和附墙构件时,应对外墙出挑构件以及附墙部件采取隔断热桥或保温措施。
应对窗洞口四周室外部分的侧墙面进行保温与防护处理,避免窗洞口四周室内部分的侧墙面结露。应对变形缝、沉降缝和抗震缝处的屋面、外墙缝隙采用弹性保温材料加以封闭。变形缝两侧墙面宜采用内保温。底面接触室外空气的架空或外挑楼板宜采用外保温系统。底层地面除下设保温层并达到设计要求外,在采暖期室外平均温度低于一6.O℃的地区,外墙的保温层宜向下延伸至当地冻土层的l/2深度以下。
3结束语
本《标准》是内蒙古地区在居住建筑节能设计方面的第三部设计标准,更是对国内外相关成果借鉴与应用的探索。在近期《标准》将颁布,实施后各项条文势必要经过全面的实践检验,对于以上问题的处理方案是否科学合理,考虑因素是否周全等,尚期待各界同仁的关注与研讨。
参考文献:
[1】内蒙古自治区建设厅,内蒙古自治区技术监督局.内蒙古民用建筑节能设计标准实施细则(采暖居住建筑部分)
DB15厂r259—1997[S】.7—9,16—21.
[2】
【3】
【4】
[5】辽宁省建设厅,辽宁省质量技术监督局.辽宁省居住建筑节能设计标准DB2l/J10922—07[S】.5.6.中国人民共和国建设部.民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)JGJ26__95[S】.北京市规划委员会等.北京居住建筑节能设计标准DBJll—602—2006[S】.10.王立雄.建筑节能【M】.北京:建筑工业出版社,2004:103.686