中华人民共和国国家标准公共建筑节能设计标准GB 50189-2005 1
主编部门:中华人民共和国建设部
批准部门:中华人民共和国建设部
施行日期:2005年7月1日
中华人民共和国建设部
公告
第319号
建设部关于发布国家标准《公共建筑节能设计标准》的公告
现批准《公共建筑节能设计标准》为国家标准,编号为GB 50189-2005,自2005年7月1日起实施。其中,第4.1.2、4.2.2、4.2.4、4.2.6、5.1.1、5.4.2(1、2、3、5、6)、5.4.3、5.4.5、5.4.8、5.4.9条(款)为强制性条文,必须严格执行。原《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》GB 50189-93同时废止。
本标准由建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国建设部
2005年4月4日
前言
根据建设部建标[2002]85号文件"关于印发《2002年度工程建设国家标准制定、修订计划》的通知"的要求,由中国建筑科学研究院、中国建筑业协会建筑节能专业委员会为主编单位,会同全国21个单位共同编制本标准。
在标准编制过程中,编制组进行了广泛深入的调查研究,认真总结了制定不同地区居住建筑节能设计标准的丰富经验,吸收了发达国家编制建筑节能设计标准的最新成果,认真研究分析了我国公共建筑的现状和发展,并在广泛征求意见的基础上,通过反复讨论、修改和完善,最后召开全国性会议邀请有关专家审查定稿。
本标准共分为5章和3个附录。主要内容是:总则,术语,室内环境节能设计计算参数,建筑与建筑热工设计,采暖、通风和空气调节节能设计等。
本标准中用黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本标准由建设部负责管理和对强制性条文的解释,中国建筑科学研究院负责具体技术内容的解释。
本标准在执行过程中,请各单位注意总结经验,积累资料,随时将有关意见和建议反馈给中国建筑科学研究院(北京市北三环东路30号,邮政编码100013),以供今后修订时参考。
本标准主编单位、参编单位和主要起草人:
主编单位:
中国建筑科学研究院
中国建筑业协会建筑节能专业委员会
参编单位:
中国建筑西北设计研究院
中国建筑西南设计研究院
同济大学
中国建筑设计研究院
上海建筑设计研究院有限公司
上海市建筑科学研究院
中南建筑设计院
中国有色工程设计研究总院
中国建筑东北设计研究院
北京市建筑设计研究院
广州市设计院
深圳市建筑科学研究院
重庆市建设技术发展中心
北京振利高新技术公司
北京金易格幕墙装饰工程有限责任公司
约克(无锡)空调冷冻科技有限公司
深圳市方大装饰工程有限公司
秦皇岛耀华玻璃股份有限公司
特灵空调器有限公司
开利空调销售服务(上海)有限公司
乐意涂料(上海)有限公司
北京兴立捷科技有限公司
主要起草人:郎四维 林海燕 涂逢祥 陆耀庆 冯 雅 龙惟定 潘云钢 寿炜炜 刘明明 蔡路得 罗 英 金丽娜 卜一秋 郑爱军 刘俊跃 彭志辉 黄振利 班广生 盛 萍 曾晓武 鲁大学 余中海 杨利明 张 盐 周 辉 杜 立
1 总则
1.0.1 为贯彻国家有关法律法规和方针政策,改善公共建筑的室内环境,提高能源利用效率,制定本标准。
1.0.2 本标准适用于新建、改建和扩建的公共建筑节能设计。
1.0.3 按本标准进行的建筑节能设计,在保证相同的室内环境参数条件下,与未采取节能措施前相比,全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%。公共建筑的照明节能设计应符合国家现行标准《建筑照明设计标准》GB 50034-2004的有关规定。
1.0.4 公共建筑的节能设计,除应符合本标准的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语
3 室内环境节能设计计算参数
3.0.1 集中采暖系统室内计算温度宜符合表3.0.1-1的规定;空气调节系统室内计算参数宜符合表3.0.1-2的规定。
3.0.2 公共建筑主要空间的设计新风量,应符合表3.0.2的规定。
4 建筑与建筑热工设计
4.1 一般规定
4.1.1 建筑总平面的布置和设计,宜利用冬季日照并避开冬季主导风向,利用夏季自然通风。建筑的主朝向宜选择本地区最佳朝向或接近最佳朝向。
4.1.2 严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。当不能满足本条文的规定时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。
4.2 围护结构热工设计
4.2.1 各城市的建筑气候分区应按表4.2.1确定。
4.2.2 根据建筑所处城市的建筑气候分区,围护结构的热工性能应分别符合表4.2.2-1、表4.2.2-2、表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5以及表4.2.2-6的规定,其中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的平均值Km。当建筑所处城市属于温和地区时,应判断该城市的气象条件与表4.2.1中的哪个城市最接近,围护结构的热工性能应符合那个城市所属气候分区的规定。当本条文的规定不能满足时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。
4.2.3 外墙与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度。
4.2.4 建筑每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.70。当窗(包括透明幕墙)墙面积比小于0.40时,玻璃(或其他透明材料)的可见光透射比不应小于0.4。当不能满足本条文的规定时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。
4.2.5 夏热冬暖地区、夏热冬冷地区的建筑以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑,外窗(包括透明幕墙)宜设置外部遮阳,外部遮阳的遮阳系数按本标准附录A确定。
4.2.6 屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%,当不能满足本条文的规定时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。
4.2.7 建筑中庭夏季应利用通风降温,必要时设置机械排风装置。
4.2.8 外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%;透明幕墙应具有可开启部分或设有通风换气装置。
4.2.9 严寒地区建筑的外门应设门斗,寒冷地区建筑的外门宜设门斗或应采取其他减少冷风渗透的措施。其他地区建筑外门也应采取保温隔热节能措施。
4.2.10 外窗的气密性不应低于《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》GB 7107规定的4级。
4.2.11 透明幕墙的气密性不应低于《建筑幕墙物理性能分级》GB/T 15225规定的3级。
4.3 围护结构热工性能的权衡判断
4.3.1 首先计算参照建筑在规定条件下的全年采暖和空气调节能耗,然后计算所设计建筑在相同条件下的全年采暖和空气调节能耗,当所设计建筑的采暖和空气调节能耗不大于参照建筑的采暖和空气调节能耗时,判定围护结构的总体热工性能符合节能要求。当所设计建筑的采暖和空气调节能耗大于参照建筑的采暖和空气调节能耗时,应调整设计参数重新计算,直至所设计建筑的采暖和空气调节能耗不大于参照建筑的采暖和空气调节能耗。
4.3.2 参照建筑的形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能应与所设计建筑完全一致。在严寒和寒冷地区,当所设计建筑的体形系数大于本标准第4.1.2条的规定时,参照建筑的每面外墙均应按比例缩小,使参照建筑的体形系数符合本标准第4.1.2条的规定。当所设计建筑的窗墙面积比大于本标准第4.2.4条的规定时,参照建筑的每个窗户(透明幕墙)均应按比例缩小,使参照建筑的窗墙面积比符合本标准第4.2.4条的规定。当所设计建筑的屋顶透明部分的面积大于本标准第4.2.6条的规定时,参照建筑的屋顶透明部分的面积应按比例缩小,使参照建筑的屋顶透明部分的面积符合本标准第4.2.6条的规定。
4.3.3 参照建筑外围护结构的热工性能参数取值应完全符合本标准第4.2.2条的规定。<, /P>
4.3.4 所设计建筑和参照建筑全年采暖和空气调节能耗的计算必须按照本标准附录B的规定进行。
5 采暖、通风和空气调节节能设计
5.1 一般规定
5.1.1 施工图设计阶段,必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。
5.1.2 严寒地区的公共建筑,不宜采用空气调节系统进行冬季采暖,冬季宜设热水集中采暖系统。对于寒冷地区,应根据建筑等级、采暖期天数、能源消耗量和运行费用等因素,经技术经济综合分析比较后确定是否另设置热水集中采暖系统。
5.2 采暖
5.2.1 集中采暖系统应采用热水作为热媒。
5.2.2 设计集中采暖系统时,管路宜按南、北向分环供热原则进行布置并分别设置室温调控装置。
5.2.3 集中采暖系统在保证能分室(区)进行室温调节的前提下,可采用下列任一制式;系统的划分和布置应能实现分区热量计量。
1 上/下分式垂直双管;
2 下分式水平双管;
3 上分式垂直单双管;
4 上分式全带跨越管的垂直单管;
5 下分式全带跨越管的水平单管。
5.2.4 散热器宜明装,散热器的外表面应刷非金属性涂料。
5.2.5 散热器的散热面积,应根据热负荷计算确定。确定散热器所需散热量时,应扣除室内明装管道的散热量。
5.2.6 公共建筑内的高大空间,宜采用辐射供暖方式。
5.2.7 集中采暖系统供水或回水管的分支管路上,应根据水力平衡要求设置水力平衡装置。必要时,在每个供暖系统的入口处,应设置热量计量装置。
5.2.8 集中热水采暖系统热水循环水泵的耗电输热比(EHR),应符合下式要求:
5.3 通风与空气调节
5.3.1 使用时间、温度、湿度等要求条件不同的空气调节区,不应划分在同一个空气调节风系统中。
5.3.2 房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制的空气调节区,其空气调节风系统宜采用全空气空气调节系统,不宜采用风机盘管系统。
5.3.3 设计全空气空气调节系统并当功能上无特殊要求时,应采用单风管送风方式。
5.3.4 下列全空气空气调节系统宜采用变风量空气调节系统:
1 同一个空气调节风系统中,各空调区的冷、热负荷差异和变化大、低负荷运行时间较长,且需要分别控制各空调区温度;
2 建筑内区全年需要送冷风。
5.3.5 设计变风量全空气空气调节系统时,宜采用变频自动调节风机转速的方式,并应在设计文件中标明每个变风量末端装置的最小送风量。
5.3.6 设计定风量全空气空气调节系统时,宜采取实现全新风运行或可调新风比的措施,同时设计相应的排风系统。新风量的控制与工况的转换,宜采用新风和回风的焓值控制方法。
5.3.7 当一个空气调节风系统负担多个使用空间时,系统的新风量应按下列公式计算确定:
5.3.8 在人员密度相对较大且变化较大的房间,宜采用新风需求控制。即根据室内C02浓度检测值增加或减少新风量,使C02浓度始终维持在卫生标准规定的限值内。
5.3.9 当采用人工冷、热源对空气调节系统进行预热或预冷运行时,新风系统应能关闭;当采用室外空气进行预冷时,应尽量利用新风系统。
5.3.10 建筑物空气调节内、外区应根据室内进深、分隔、朝向、楼层以及围护结构特点等因素划分。内、外区宜分别设置空气调节系统并注意防止冬季室内冷热风的混合损失。
5.3.11 对有较大内区且常年有稳定的大量余热的办公、商业等建筑,宜采用水环热泵空气调节系统。
5.3.12 设计风机盘管系统加新风系统时,新风宜直接送入各空气调节区,不宜经过风机盘管机组后再送出。
5.3.13 建筑顶层、或者吊顶上部存在较大发热量、或者吊顶空间较高时,不宜直接从吊顶内回风。
5.3.14 建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时,宜设置排风热回收装置。排风热回收装置(全热和显热)的额定热回收效率不应低于60%。
1 送风量大于或等于3000m3/h的直流式空气调节系统,且新风与排风的温度差大于或等于8℃;
2 设计新风量大于或等于4000m3/h的空气调节系统,且新风与排风的温度差大于或等于8℃;
3 设有独立新风和排风的系统。
5.3.15 有人员长期停留且不设置集中新风、排风系统的空气调节区(房间),宜在各空气调节区(房间)分别安装带热回收功能的双向换气装置。
5.3.16 选配空气过滤器时,应符合下列要求:
1 粗效过滤器的初阻力小于或等于50Pa(粒径大于或等于5.Oμm,效率:80%>E≥20%);终阻力小于或等于100Pa;
2 中效过滤器的初阻力小于或等于80Pa(粒径大于或等于1.Oμm,效率:70%>E≥20%);终阻力小于或等于160Pa;
3 全空气空气调节系统的过滤器,应能满足全新风运行的需要。
5.3.17 空气调节风系统不应设计土建风道作为空气调节系统的送风道和已经过冷、热处理后的新风送风道。不得已而使用土建风道时,必须采取可靠的防漏风和绝热措施。
5.3.18 空气调节冷、热水系统的设计应符合下列规定:
1 应采用闭式循环水系统;
2 只要求按季节进行供冷和供热转换的空气调节系统,应采用两管制水系统;
3 当建筑物内有些空气调节区需全年供冷水,有些空气调节区则冷、热水定期交替供应时,宜采用分区两管制水系统;
4 全年运行过程中,供冷和供热工况频繁交替转换或需同时使用的空气调节系统,宜采用四管制水系统;
5 系统较小或各环路负荷特性或压力损失相差不大时,宜采用一次泵系统;在经过包括设备的适应性、控制系统方案等技术论证后,在确保系统运行安全可靠且具有较大的节能潜力和经济性的前提下,一次泵可采用变速调节方式;
6 系统较大、阻力较高、各环路负荷特性或压力损失相差悬殊时,应采用二次泵系统;二次泵宜根据流量需求的变化采用变速变流量调节方式;
7 冷水机组的冷水供、回水设计温差不应小于5℃。在技术可靠、经济合理的前提下宜尽量加大冷水供、回水温差;
8 空气调节水系统的定压和膨胀,宜采用高位膨胀水箱方式。
5.3.19 选择两管制空气调节冷、热水系统的循环水泵时,冷水循环水泵和热水循环水泵宜分别设置。
5.3.20 空气调节冷却水系统设计应符合下列要求:
1 具有过滤、缓蚀、阻垢、杀菌、灭藻等水处理功能;
2 冷却塔应设置在空气流通条件好的场所;
3 冷却塔补水总管上设置水流量计量装置。
5.3.21 空气调节系统送风温差应根据焓湿图(h-d)表示的空气处理过程计算确定。空气调节系统采用上送风气流组织形式时,宜加大夏季设计送风温差,并应符合下列规定:
1 送风高度小于或等于5m时,送风温差不宜小于5℃;
2 送风高度大于5m时,送风温差不宜小于10℃;
3 采用置换通风方式时,不受限制。
5.3.22 建筑空间高度大于或等于10m、且体积大于10000m3时,宜采用分层空气调节系统。
5.3.23 有条件时,空气调节送风宜采用通风效率高、空气龄短的置换通风型送风模式。
5.3.24 在满足使用要求的前提下,对于夏季空气调节室外计算湿球温度较低、温度的日较差大的地区,空气的冷却过程,宜采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级冷却方式。
5.3.25 除特殊情况外,在同一个空气处理系统中,不应同时有加热和冷却过程。
5.3.26 空气调节风系统的作用半径不宜过大。风机的单位风量耗功率(Ws)应按下式计算,并不应大于表5.3.26中的规定。
5.3.27 空气调节冷热水系统的输送能效比(ER)应按下式计算,且不应大于表5.3.27中的规定值。
5.3.28 空气调节冷热水管的绝热厚度,应按现行国家标准《设备及管道保冷设计导则》GB/T 15586的经济厚度和防表面结露厚度的方法计算,建筑物内空气调节冷热水管亦可按本标准附录C的规定选用。
5.3.29 空气调节风管绝热层的最小热阻应符合表5.3.29的规定。
5.3.30 空气调节保冷管道的绝热层外,应设置隔汽层和保护层。
5.4 空气调节与采暖系统的冷热源
5.4.1 空气调节与采暖系统的冷、热源宜采用集中设置的冷(热)水机组或供热、换热设备。机组或设备的选择应根据建筑规模、使用特征,结合当地能源结构及其价格政策、环保规定等按下列原则经综合论证后确定:
1 具有城市、区域供热或工厂余热时,宜作为采暖或空调的热源;
2 具有热电厂的地区,宜推广利用电厂余热的供热、供冷技术;
3 具有充足的天然气供应的地区,宜推广应用分布式热电冷联供和燃气空气调节技术,实现电力和天然气的削峰填谷,提高能源的综合利用率;
4 具有多种能源(热、电、燃气等)的地区,宜采用复合式能源供冷、供热技术;
5 具有天然水资源或地热源可供利用时,宜采用水(地)源热泵供冷、供热技术。
5.4.2 除了符合下列情况之一外,不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源:
1 电力充足、供电政策支持和电价优惠地区的建筑;
2 以供冷为主,采暖负荷较小且无法利用热泵提供热源的建筑;
3 无集中供热与燃气源,用煤、油等燃料受到环保或消防严格限制的建筑;
4 夜间可利用低谷电进行蓄热、且蓄热式电锅炉不在日间用电高峰和平段时间启用的建筑;
5 利用可再生能源发电地区的建筑;
6 内、外区合一的变风量系统中需要对局部外区进行加热的建筑。
5.4.3 锅炉的额定热效率,应符合表5.4.3的规定。
5.4.4 燃油、燃气或燃煤锅炉的选择,应符合下列规定:
1 锅炉房单台锅炉的容量,应确保在最大热负荷和低谷热负荷时都能高效运行;
2 锅炉台数不宜少于2台,当中、小型建筑设置1台锅炉能满足热负荷和检修需要时,可设1台;
3 应充分利用锅炉产生的多种余热。
5.4.5 电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水(热泵)机组,在额定制冷工况和规定条件下,性能系数(COP)不应低于表5.4.5的规定。
5.4.6 蒸气压缩循环冷水(热泵)机组的综合部分负荷性能系数(IPLV)不宜低于表5.4.6的规定。
5.4.7 水冷式电动蒸气压缩循环冷水(热泵)机组的综合部分负荷性能系数(IPLV)宜按下式计算和检测条件检测:
5.4.8 名义制冷量大于7100W、采用电机驱动压缩机的单元式空气调节机、风管送风式和屋顶式空气调节机组时,在名义制冷工况和规定条件下,其能效比(EER)不应低于表5.4.8的规定。
5.4.9 蒸汽、热水型溴化锂吸收式冷水机组及直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组应选用能量调节装置灵敏、可靠的机型,在名义工况下的性能参数应符合表5.4.9的规定。
5.4.10 空气源热泵冷、热水机组的选择应根据不同气候区,按下列原则确定:
1 较适用于夏热冬冷地区的中、小型公共建筑;
2 夏热冬暖地区采用时,应以热负荷选型,不足冷量可由水冷机组提供;
3 在寒冷地区,当冬季运行性能系数低于1.8或具有集中热源、气源时不宜采用。
注:冬季运行性能系数系指冬季室外空气调节计算温度时的机组供热量(W)与机组输入功率(W)之比。
5.4.11 冷水(热泵)机组的单台容量及台数的选择,应能适应空气调节负荷全年变化规律,满足季节及部分负荷要求。当空气调节冷负荷大于528kW时不宜少于2台。
5.4.12 采用蒸汽为热源,经技术经济比较合理时应回收用汽设备产生的凝结水。凝结水回收系统应采用闭式系统。
5.4.13 对冬季或过渡季存在一定量供冷需求的建筑,经技术经济分析合理时应利用冷却塔提供空气调节冷水。
5.5 监测与控制
5.5.1 集中采暖与空气调节系统,应进行监测与控制,其内容可包括参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、能量计量以及中央监控与管理等,具体内容应根据建筑功能、相关标淮、系统类型等通过技术经济比较确定。
5.5.2 间歇运行的空气调节系统,宜设自动启停控制装置;控制装置应具备按预定时间进行最优启停的功能。
5.5.3 对建筑面积20000m2以上的全空气调节建筑,在条件许可的情况下,空气调节系统、通风系统,以及冷、热源系统宜采用直接数字控制系统。
5.5.4 冷、热源系统的控制应满足下列基本要求:
1 对系统冷、热量的瞬时值和累计值进行监测,冷水机组优先采用由冷量优化控制运行台数的方式;
2 冷水机组或热交换器、水泵、冷却塔等设备连锁启停;
3 对供、回水温度及压差进行控制或监测;
4 对设备运行状态进行监测及故障报警;
5 技术可靠时,宜对冷水机组出水温度进行优化设定。
5.5.5 总装机容量较大、数量较多的大型工程冷、热源机房,宜采用机组群控方式。
5.5.6 空气调节冷却水系统应满足下列基本控制要求:
1 冷水机组运行时,冷却水最低回水温度的控制;
2 冷却塔风机的运行台数控制或风机调速控制;
3 采用冷却塔供应空气调节冷水时的供水温度控制;
4 排污控制。
5.5.7 空气调节风系统(包括空气调节机组)应满足下列基本控制要求:
1 空气温、湿度的监测和控制;
2 采用定风量全空气空气调节系统时,宜采用变新风比焓值控制方式;
3 采用变风量系统时,风机宜采用变速控制方式;
4 设备运行状态的监测及故障报警;
5 需要时,设置盘管防冻保护;
6 过滤器超压报警或显示。
5.5.8 采用二次泵系统的空气调节水系统,其二次泵应采用自动变速控制方式。
5.5.9 对末端变水量系统中的风机盘管,应采用电动温控阀和三挡风速结合的控制方式。
5.5.10 以排除房间余热为主的通风系统,宜设置通风设备的温控装置。
5.5.11 地下停车库的通风系统,宜根据使用情况对通风机设置定时启停(台数)控制或根据车库内的CO浓度进行自动运行控制。
5.5.12 采用集中空气调节系统的公共建筑,宜设置分楼层、分室内区域、分用户或分室的冷、热量计量装置;建筑群的每栋公共建筑及其冷、热源站房,应设置冷、热量汁量装置。
附录A 建筑外遮阳系数计算方法
A.0.1 水平遮阳板的外遮阳系数和垂直遮阳板的外遮阳系数应按下列公式计算确定:
A.0.2 水平遮阳板和垂直遮阳板组合成的综合遮阳,其外遮阳系数值应取水平遮阳板和垂直遮阳板的外遮阳系数的乘积。
A.0.3 窗口前方所设置的并与窗面平行的挡板(或花格等)遮阳的外遮阳系数应按下式计算确定:
A.0.4 幕墙的水平遮阳可转换成水平遮阳加挡板遮阳,垂直遮阳可转化成垂直遮阳加挡板遮阳,如图A.0.4所示。图中标注的尺寸A和B用于计算水平遮阳和垂直遮阳遮阳板的外挑系数PF,C为挡板的高度或宽度。挡板遮阳的轮廓透光比η可以近似取为1。
附录B 围护结构热工性能的权衡计算
B.0.1 假设所设计建筑和参照建筑空气调节和采暖都采用两管制风机盘管系统,水环路的划分与所设计建筑的空气调节和采暖系统的划分一致。
B.0.2 参照建筑空气调节和采暖系统的年运行时间表应与所设计建筑一致。当设计文件没有确定所设计建筑空气调节和采暖系统的年运行时间表时,可按风机盘管系统全年运行计算。
B.0.3 参照建筑空气调节和采暖系统的日运行时间表应与所设计建筑一致。当设计文件没有确定所设计建筑空气调节和采暖系统的日运行时间表时,可按表B.0.3确定风机盘管系统的日运行时间表。
B.0.4 参照建筑空气调节和采暖区的温度应与所设计建筑一致。当设计文件没有确定所设计建筑空气调节和采暖区的温度时,可按表B.0.4确定空气调节和采暖区的温度。
B.0.5 参照建筑各个房间的照明功率应与所设计建筑一致。当设计文件没有确定所设计建筑各个房间的照明功率时,可按表B.0.5-1确定照明功率。参照建筑和所设计建筑的照明开关时间按表B.0.5-2确定。
B.0.6 参照建筑各个房间的人员密度应与所设计建筑一致。当不能按照设计文件确定设计建筑各个房间的人员密度时,可按表B.0.6-1确定人员密度。参照建筑和所设计建筑的人员逐时在室率按表B.0.6-2确定。
B.0.7 参照建筑各个房间的电器设备功率应与所设计建筑一致。当不能按设计文件确定设计建筑各个房间的电器设备功率时,可按表B.0.7-1确定电器设备功率。参照建筑和所设计建筑电器设备的逐时使用率按表B.0.7-2确定。
B.0.8 参照建筑与所设计建筑的空气调节和采暖能耗应采用同一个动态计算软件计算。
B.0.9 应采用典型气象年数据计算参照建筑与所设计建筑的空气调节和采暖能耗。
附录C 建筑物内空气调节冷、热水管的经济绝热厚度
C.0.1 建筑物内空气调节冷、热水管的经济绝热厚度可按表C.0.1选用。
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用"必须",反面词采用"严禁";
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用"应",反面词采用"不应"或"不得";
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用"宜",反面词采用"不宜";
表示有选择,在一定条件下可以这样做的:
采用"可"。
2 标准中指明应按其他有关标准执行时,写法为:"应符合……的规定(或要求)"或"应按……执行"。
中华人民共和国国家标准公共建筑节能设计标准GB 50189-2005
1 总则
1.0.1 我国建筑用能已超过全国能源消费总量的1/4,并将随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。公共建筑用能数量巨大,浪费严重。制定并实施公共建筑节能设计标准,有利于改善公共建筑的热环境,提高暖通空调系统的能源利用效率,从根本上扭转公共建筑用能严重浪费的状况,为实现国家节约能源和保护环境的战略,贯彻有关政策和法规作出贡献。
我国已经编制了北方严寒和寒冷地区、中部夏热冬冷地区和南方夏热冬暖地区的居住建筑节能设计标准,并已先后发布实施。按照节能工作从居住建筑向公共建筑发展的部署,编制出公共建筑节能设计标准,以适应节能工作不断进展的需要。
1.0.2 建筑划分为民用建筑和工业建筑。民用建筑又分为居住建筑和公共建筑。公共建筑则包含办公建筑(包括写字楼、政府部门办公楼等),商业建筑(如商场、金融建筑等),旅游建筑(如旅馆饭店、娱乐场所等),科教文卫建筑(包括文化、教育、科研、医疗、卫生、体育建筑等),通信建筑(如邮电、通讯、广播用房)以及交通运输用房(如机场、车站建筑等)。目前中国每年竣工建筑面积约为20亿m2,其中公共建筑约有4亿m2。在公共建筑中,尤以办公建筑、大中型商场,以及高档旅馆饭店等几类建筑,在建筑的标准、功能及设置全年空调采暖系统等方面有许多共性,而且其采暖空调能耗特别高,采暖空调节能潜力也最大。
在公共建筑(特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等)的全年能耗中,大约50%~60%消耗于空调制冷与采暖系统,20%~30%用于照明。而在空调采暖这部分能耗中,大约20%~50%由外围护结构传热所消耗(夏热冬暖地区大约20%,夏热冬冷地区大约35%,寒冷地区大约40%,严寒地区大约50%)。从目前情况分析,这些建筑在围护结构、采暖空调系统,以及照明方面,共有节约能源50%的潜力。
对全国新建、扩建和改建的公共建筑,本标准提出了节能要求,并从建筑、热工以及暖通空调设计方面提出控制指标和节能措施。
1.0.3 各类公共建筑的节能设计,必须根据当地的具体气候条件,首先保证室内热环境质量,提高人民的生活水平;与此同时,还要提高采暖、通风、空调和照明系统的能源利用效率,实现国家的可持续发展战略和能源发展战略,完成本阶段节能50%的任务。
公共建筑能耗应该包括建筑围护结构以及采暖、通风、空调和照明用能源消耗。本标准所要求的50%的节能率也同样包含上述范围的节能成效。由于已发布《建筑照明设计标准》GB 50034-2004,建筑照明节能的具体指标及技术措施执行该标准的规定。
本标准提出的50%节能目标,是有其比较基准的。即以20世纪80年代改革开放初期建造的公共建筑作为比较能耗的基础,称为"基准建筑(Baseline)"。"基准建筑"围护结构、暖通空调设备及系统、照明设备的参数,都按当时情况选取。在保持与目前标准约定的室内环境参数的条件下,计算"基准建筑"全年的暖通空调和照明能耗,将它作为100%。我们再将这"基准建筑"按本标准的规定进行参数调整,即围护结构、暖通空调、照明参数均按本标准规定设定,计算其全年的暖通空调和照明能耗,应该相当于50%。这就是节能50%的内涵。
"基准建筑"围护结构的构成、传热系数、遮阳系数,按照以往20世纪80年代传统做法,即外墙K值取1.28W/(m2·K)(哈尔滨);1.70W/(m2·K)(北京);2.00W/(m2·K)(上海);2.35W/(m2·K)(广州)。屋顶K值取0.77W/(m2·K)(哈尔滨);1.26W/(m2·K)(北京);1.50W/(m2·K)(上海);1.55W/(m2·K)(广州)。外窗K值取3.26W/(m2·K)(哈尔滨);6.40W/(m2·K)(北京);6.40W/(m2·K)(上海);6.40W/(m2·K)(广州),遮阳系数SC均取0.80。采暖热源设定燃煤锅炉,其效率为0.55;空调冷源设定为水冷机组,离心机能效比4.2,螺杆机能效比3.8;照明参数取25W/m2。
本标准节能目标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。照明设备效率节能目标参数按《建筑照明设计标准》GB 50034-2004确定。本标准中对围护结构、暖通空调方面的规定值,就是在设定"基准建筑"全年采暖空调和照明的能耗为100%情况下,调整围护结构热工参数,以及采暖空调设备能效比等设计要素,直至按这些参数设计建筑的全年采暖空调和照明的能耗下降到50%,即定为标准规定值。
当然,这种全年采暖空调和照明的能耗计算,只可能按照典型模式运算,而实际情况是极为复杂的。因此,不能认为所有公共建筑都在这样的模式下运行。
通过编制标准过程中的计算、分析,按本标准进行建筑设计,由于改善了围护结构热工性能,提高了空调采暖设备和照明设备效率,从北方至南方,围护结构分担节能率约25%~13%;空调采暖系统分担节能率约20%~16%;照明设备分担节能率约7%~18%。由此可见,执行本标准后,全国总体节能率可达到50%。
1.0.4 本标准对公共建筑的建筑、热工以及采暖、通风和空调设计中应该控制的、与能耗有关的指标和应采取的节能措施作出了规定。但公共建筑节能涉及的专业较多,相关专业均制定有相应的标准,并作出了节能规定。在进行公共建筑节能设计时,除应符合本标准外,尚应符合国家现行的有关标准的规定。
2 术语
2.0.1 透明幕墙专指可见光可以直接透过它而进入室内的幕墙。除玻璃外透明幕墙的材料也可以是其他透明材料。在本标准中,设置在常规的墙体外侧的玻璃幕墙不作为透明幕墙处理。
2.0.3 空调系统运行时,除了通过运行台数组合来适应建筑冷量需求和节能外,在相当多的情况下,冷水机组处于部分负荷运行状态,为了控制机组部分负荷运行时的能耗,有必要对冷水机组的部分负荷时的性能系数作出一定的要求。参照国外的一些情况,本标准提出了用综合部分负荷性能系数(IPLV)来评价。它用一个单一数值表示的空气调节用冷水机组的部分负荷效率指标,基于机组部分负荷时的性能系数值、按照机组在各种负荷下运行时间的加权因素,通过计算获得。根据国家标准《蒸气压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》GB/T 18430.1-2001确定部分负荷下运行的测试工况;根据建筑类型、我国气候特征确定部分负荷下运行时间的加权值。
2.0.4 围护结构热工性能权衡判断是一种性能化的设计方法。为了降低空气调节和采暖能耗,本标准对建筑物的体形系数、窗墙比以及围护结构的热工性能规定了许多刚性的指标。所设计的建筑有时不能同时满足所有这些规定的指标,在这种情况下,可以通过不断调整设计参数并计算能耗,最终达到所设计建筑全年的空气调节和采暖能耗不大于参照建筑的能耗的目的。这种过程在本标准中称之为权衡判断。
2.0.5 参照建筑是进行围护结构热工性能权衡判断时,作为计算全年采暖和空调能耗用的假想建筑,参照建筑的形状、大小、朝向以及内部的空间划分和使用功能与所设计建筑完全一致,但围护结构热工参数和体形系数、窗墙比等重要参数应符合本标准的刚性规定。
3 室内环境节能设计计算参数
3.0.1 目前,业主、设计人员往往在取用室内设计参数时选用过高的标准,要知道,温湿度取值的高低,与能耗多少有密切关系,在加热工况下,室内计算温度每降低1℃,能耗可减少5%~10%;在冷却工况下,室内计算温度每升高1℃,能耗可减少8%~10%。为了节省能源,应避免冬季采用过高的室内温度,夏季采用过低的室内温度,特规定了建议的室内设计参数值,供设计人员参考。
本条文中列出的参数用于提醒设计人员取用合适的设计计算参数,并应用于冷(热)负荷计算。至于在应用权衡判断法计算参照建筑和所设计建筑的全年能耗时,可以应用此设计计算参数。如果计算资料不全,也可以应用附录C中约定的参数于参照建筑和所设计建筑中,因为权衡判断法计算只是用于获得围护结构的热工限值,并不表示建筑使用时的实际运行情况。
本条文中的参数参考《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019-2003和《全国民用建筑工程设计技术措施--暖通空调·动力》中有关内容,并根据工程实际应用情况提出的建议性意见,目的是从确保室内舒适环境的前提下,选取合理设计计算参数,达到节能的效果。
3.0.2 空调系统需要的新风主要有两个用途:一是稀释室内有害物质的浓度,满足人员的卫生要求;二是补充室内排风和保持室内正压。前者的指示性物质是C02,使其日平均值保持在0.1%以内;后者通常根据风平衡计算确定。
参考美国采暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE 62-2001《Ventilation for acceptable indoor air quality》第6.1.3.4条,对于出现最多人数的持续时间少于3h的房间,所需新风量可按室内的平均人数确定,该平均人数不应少于最多人数的1/2。例如,一个设计最多容纳人数为100人的会议室,开会时间不超过3h,假设平均人数为60人,则该会议室的新风量可取:30m3/(h·p)×60p=1800m3/h,而不是按30m3/(h·p)×100p=3000m3/h计算。另外假设平均人数为40人,则该会议室的新风量可取:30m3/(h·p)×50p=1500m3/h。
由于新风量的大小不仅与能耗、初投资和运行费用密切相关,而且关系到保证人体的健康。本标准给出的新风量,汇总了国内现行有关规范和标准的数据,并综合考虑了众多因素,一般不应随意增加或减少。
4 建筑与建筑热工设计
4.1 一般规定
4.1.1 建筑的规划设计是建筑节能设计的重要内容之一,要对建筑的总平面布置、建筑平、立、剖面形式、太阳辐射、自然通风等气候参数对建筑能耗的影响进行分析。也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖,多获得热量和减少热损失;夏季最大限度地减少得热并利用自然能来降温冷却,以达到节能的目的。
朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面设计应考虑多方面的因素,尤其是公共建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约,要想使建筑物的朝向对夏季防热、冬季保温都很理想是有困难的,因此,只能权衡各个因素之间的得失轻重,选择出这一地区建筑的最佳朝向和较好的朝向。通过多方面的因素分析、优化建筑的规划设计,采用本地区建筑最佳朝向或适宜的朝向,尽量避免东西向日晒。
4.1.2 强制性条文。严寒和寒冷地区建筑体形的变化直接影响建筑采暖能耗的大小。建筑体形系数越大,单位建筑面积对应的外表面面积越大,传热损失就越大。但是,体形系数的确定还与建筑造型、平面布局、采光通风等条件相关。体形系数限值规定过小,将制约建筑师的创造性,可能使建筑造型呆板,平面布局困难,甚至损害建筑功能。因此,如何合理地确定建筑形状,必须考虑本地区气候条件,冬、夏季太阳辐射强度、风环境、围护结构构造形式等各方面的因素。应权衡利弊,兼顾不同类型的建筑造型,尽可能地减少房间的外围护面积,使体形不要太复杂,凹凸面不要过多,以达到节能的目的。
在严寒和寒冷地区,如果所设计建筑的体形系数不能满足规定的要求,突破了0.40这个限值,则必须按本标准第4.3节的规定对该建筑进行权衡判断。进行权衡判断时,参照建筑的体形系数必须符合本条文的规定。
在夏热冬冷和夏热冬暖地区,建筑体形系数对空调和采暖能耗也有一定的影响,但由于室内外的温差远不如严寒和寒冷地区大,尤其是对部分内部发热量很大的商场类建筑,还有个夜间散热问题,所以不对体形系数提出具体的要求。
4.2 围护结构热工设计
4.2.1 本标准采用《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93的气候分区,其中又将严寒地区细分成A、B两个区。
4.2.2 强制性条文。由于我国幅员辽阔,各地气候差异很大。为了使建筑物适应各地不同的气候条件,满足节能要求,应根据建筑物所处的建筑气候分区,确定建筑围护结构合理的热工性能参数。编制本标准时,建筑围护结构的传热系数限值系按如下方法确定的:采用DOE-2程序,将"基准"建筑模型置于我国不同地区进行能耗分析,以现有的建筑能耗基数上再节约50%作为节能标准的目标,不断降低建筑围护结构的传热系数(同时也考虑采暖空调系统的效率提高和照明系统的节能),直至能耗指标的降低达到上述目标为止,这时的传热系数就是建筑围护结构传热系数的限值。确定建筑围护结构传热系数的限值时也从工程实践的角度考虑了可行性、合理性。
外墙的传热系数采用平均传热系数,即按面积加权法求得的传热系数,主要是必须考虑围护结构周边混凝土梁、柱、剪力墙等"热桥"的影响,以保证建筑在冬季采暖和夏季空调时,通过围护结构的传热量不超过标准的要求,不至于造成建筑耗热量或耗冷量的计算值偏小,使设计的建筑物达不到预期的节能效果。
北方严寒、寒冷地区主要考虑建筑的冬季防寒保温,建筑围护结构传热系数对建筑的采暖能耗影响很大。因此,在严寒、寒冷地区对围护结构传热系数的限值要求较高,同时为了便于操作,按气候条件细分成三片,以规定性指标作为节能设计的主要依据。
夏热冬冷地区既要满足冬季保温又要考虑夏季的隔热,不同于北方采暖建筑主要考虑单向的传热过程。上海、南京、武汉、重庆、成都等地节能居住建筑试点工程的实际测试数据和DOE-2程序能耗分析的结果都表明,在这一地区当改变围护结构传热系数时,随着K值的减少,能耗指标的降低并非按线性规律变化,对于公共建筑(办公楼、商场、宾馆等)当屋面K值降为0.8W/(m2·K),外墙平均K值降为1.1W/(m2·K)时,再减小K值对降低建筑能耗已不明显,如图4.2.2所示。因此,本标准考虑到以上因素,认为屋面K值定为0.7W/(m2·K),外墙K值为1.OW/(m2·K),在目前情况下对整个地区都是比较适合的。
夏热冬暖地区主要考虑建筑的夏季隔热,太阳辐射对建筑能耗的影响很大。太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因,同时还要考虑在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递,不能简单地采用降低墙体、屋面、窗户的传热系数,增加保温隔热材料厚度来达到节约能耗的目的,因此,在围护结构传热系数的限值要求上也就有所不同。
对于非透明幕墙,如金属幕墙、石材幕墙等幕墙,没有透明玻璃幕墙所要求的自然采光、视觉通透等功能要求,从节能的角度考虑,应该作为实墙对待。此类幕墙采取保温隔热措施也较容易实现。
在表4.2.2-6中对地面和地下室外墙的热阻R作出了规定。
在北方严寒和寒冷地区,如果建筑物地下室外墙的热阻过小,墙的传热量会很大,内表面尤其是墙角部位容易结露。同样,如果与土壤接触的地面热阻过小,地面的传热量也会很大,地表面也容易结露或产生冻脚现象。因此,从节能和卫生的角度出发,要求这些部位必须达到防止结露或产生冻脚的热阻值。
在夏热冬冷、夏热冬暖地区,由于空气湿度大,墙面和地面容易返潮。在地面和地下室外墙做保温层增加地面和地下室外墙的热阻,提高这些部位内表面温度,可减少地表面和地下室外墙内表面温度与室内空气温度间的温差,有利于控制和防止地面和墙面的返潮。因此对地面和地下室外墙的热阻作出了规定。
4.2.3 由于围护结构中窗过梁、圈梁、钢筋混凝土抗震柱、钢筋混凝土剪力墙、梁、柱等部位的传热系数远大于主体部位的传热系数,形成热流密集通道,即为热桥。本条规定的目的主要是防止冬季采暖期间热桥内外表面温差小,内表面温度容易低于室内空气露点温度,造成围护结构热桥部位内表面产生结露;同时也避免夏季空调期间这些部位传热过大增加空调能耗。内表面结露,会造成围护结构内表面材料受潮,影响室内环境。因此,应采取保温措施,减少围护结构热桥部位的传热损失。
4.2.4 强制性条文。每个朝向窗墙面积比是指每个朝向外墙面上的窗、阳台门及幕墙的透明部分的总面积与所在朝向建筑的外墙面的总面积(包括该朝向上的窗、阳台门及幕墙的透明部分的总面积)之比。
窗墙面积比的确定要综合考虑多方面的因素,其中最主要的是不同地区冬、夏季日照情况(日照时间长短、太阳总辐射强度、阳光入射角大小)、季风影响、室外空气温度、室内采光设计标准以及外窗开窗面积与建筑能耗等因素。一般普通窗户(包括阳台门的透明部分)的保温隔热性能比外墙差很多,窗墙面积比越大,采暖和空调能耗也越大。因此,从降低建筑能耗的角度出发,必须限制窗墙面积比。
由于我国幅员辽阔,南北方、东西部地区气候差异很大。窗、透明幕墙对建筑能耗高低的影响主要有两个方面,一是窗和透明幕墙的热工性能影响到冬季采暖、夏季空调室内外温差传热;另外就是窗和幕墙的透明材料(如玻璃)受太阳辐射影响而造成的建筑室内的得热。冬季,通过窗口和透明幕墙进入室内的太阳辐射有利于建筑的节能,因此,减小窗和透明幕墙的传热系数抑制温差传热是降低窗口和透明幕墙热损失的主要途径之一;夏季,通过窗口透明幕墙进入室内的太阳辐射成为空调降温的负荷,因此,减少进入室内的太阳辐射以及减小窗或透明幕墙的温差传热都是降低空调能耗的途径。由于不同纬度、不同朝向的墙面太阳辐射的变化很复杂,墙面日辐射强度和峰值出现的时间是不同的,因此,不同纬度地区窗墙面积比也应有所差别。
在严寒和寒冷地区,采暖期室内外温差传热的热量损失占主导地位。因此,对窗和幕墙的传热系数的要求高于南方地区。反之,在夏热冬暖和夏热冬冷地区,空调期太阳辐射得热所引起的负荷可能成为了主要矛盾,因此,对窗和幕墙的玻璃(或其他透明材料)的遮阳系数的要求高于北方地区。
近年来公共建筑的窗墙面积比有越来越大的趋势,这是由于人们希望公共建筑更加通透明亮,建筑立面更加美观,建筑形态更为丰富。本条文把窗墙面积比的上限定为0.7已经是充分考虑了这种趋势。某个立面即使是采用全玻璃幕墙,扣除掉各层楼板以及楼板下面梁的面积(楼板和梁与幕墙之间的间隙必须放置保温隔热材料),窗墙比一般不会再超过0.7。
但是,与非透明的外墙相比,在可接受的造价范围内,透明幕墙的热工性能相差得较多。因此,不宜提倡在建筑立面上大面积应用玻璃(或其他透明材料的)幕墙。如果希望建筑的立面有玻璃的质感,提倡使用非透明的玻璃幕墙,即玻璃的后面仍然是保温隔热材料和普通墙体。
当建筑师追求通透、大面积使用透明幕墙时,要根据建筑所处的气候区和窗墙比选择玻璃(或其他透明材料),使幕墙的传热系数和玻璃(或其他透明材料)的遮阳系数符合本标准第4.2.2条的几个表的规定。虽然玻璃等透明材料本身的热工性能很差,但近年来这些行业的技术发展很快,镀膜玻璃(包括Low-E玻璃)、中空玻璃等产品丰富多彩,用这些高性能玻璃组成幕墙的技术也已经很成熟,如采用Low-E中空玻璃、填充惰性气体、暖边间隔技术和"断热桥"型材龙骨或双层皮通风式幕墙完全可以把玻璃幕墙的传热系数由普通单层玻璃的6.OW/(m2·K)以上降到1.5W/(m2·K)。在玻璃间层中设百叶或格栅则可使玻璃幕墙具有良好的遮阳隔热性能。
在第4.2.2条的几个表中对严寒地区的窗户(或透明幕墙)和寒冷地区北向的窗户(或透明幕墙),未提出遮阳系数的限制值,此时应选用遮阳系数大的玻璃(或其他透明材料),以利于冬季充分利用太阳辐射热。对窗墙比比较小的情况,也未提出遮阳系数的限制,此时选用玻璃(或其他透明材料)应更多地考虑室内的采光效果。
第4.2.2条的几个表对幕墙的热工性能的要求是按窗墙面积比的增加而逐步提高的,当窗墙面积比较大时,对幕墙的热工性能的要求比目前实际应用的幕墙要高,这当然会造成幕墙造价有所增加,但这是既要建筑物具有通透感又要保证节约采暖空调系统消耗的能源所必须付出的代价。
本标准允许采用"面积加权"的原则,使某朝向整个玻璃(或其他透明材料)幕墙的热工性能达到第4.2.2条的几个表中的要求。例如某宾馆大厅的玻璃幕墙没有达到要求,可以通过提高该朝向墙面上其他玻璃(或其他透明材料)热工性能的方法,使该朝向整个墙面的玻璃(或其他透明材料)幕墙达标。
本条规定对公共建筑达到节能的目标是关键性的、非常重要的。如果所设计的建筑满足不了规定性指标的要求,突破了限值,则必须按本标准第4.3节的规定对该建筑进行权衡判断。权衡判断时,参照建筑的窗墙面积比、窗的传热系数等必须遵守本条规定。
4.2.5 公共建筑的窗墙面积比较大,因而太阳辐射对建筑能耗的影响很大。为了节约能源,应对窗口和透明幕墙采取外遮阳措施,尤其是南方办公建筑和宾馆更要重视遮阳。
大量的调查和测试表明,太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因。日本、美国、欧洲以及香港等国家和地区都把提高窗的热工性能和阳光控制作为夏季防热以及建筑节能的重点,窗外普遍安装有遮阳设施。我国现有的窗户传热系数普遍偏大,空气渗透严重,而且大多数建筑无遮阳设施。因此,在第4.2.2条的几个表中对外窗和透明幕墙的遮阳系数应作出明确的规定。当窗和透明幕墙设有外部遮阳时,表中的遮阳系数应该是外部遮阳系数和玻璃(或其他透明材料)遮阳系数的乘积。
以夏热冬冷地区6层砖混结构试验建筑为例,南向四层一房间大小为6.1m(进深)× 3.9m(宽)×2.8m(高),采用1.5m×1.8m单框铝合金窗在夏季连续空调时,计算不同负荷逐时变化曲线,可以看出通过实体墙的传热量仅占整个墙面传热量的30%,通过窗的传热量所占比例最大,而且在通过窗的传热中,主要是太阳辐射得热,温差传热部分并不大,如图4.2.5-1、图4.2.5-2所示。因此,应该把窗的遮阳作为夏季节能措施一个重点来考虑。
由于我国幅员辽阔,南北方如广州、武汉、北京等地区、东西部如上海、重庆、西安、兰州、乌鲁木齐等地气候条件各不相同,因此在附录B中对外窗和透明幕墙遮阳系数的要求也有所不同。
夏季,南方水平面太阳辐射强度可高达1000W/m2以上,在这种强烈的太阳辐射条件下,阳光直射到室内,将严重地影响建筑室内热环境,增加建筑空调能耗。因此,减少窗的辐射传热是建筑节能中降低窗口得热的主要途径。应采取适当遮阳措施,防止直射阳光的不利影响。而且夏季不同朝向墙面辐射日变化很复杂,不同朝向墙面日辐射强度和峰值出现的时间不同,因此,不同的遮阳方式直接影响到建筑能耗的大小。
在严寒地区,阳光充分进入室内,有利于降低冬季采暖能耗。这一地区采暖能, 耗在全年建筑总能耗中占主导地位,如果遮阳设施阻挡了冬季阳光进入室内,对自然能源的利用和节能是不利的。因此,遮阳措施一般不适用于北方严寒地区。
在夏热冬冷地区,窗和透明幕墙的太阳辐射得热在夏季增大了空调负荷,冬季则减小了采暖负荷,应根据负荷分析确定采取何种形式的遮阳。一般而言,外卷帘或外百叶式的活动遮阳实际效果比较好。
4.2.6 强制性条文。夏季屋顶水平面太阳辐射强度最大,屋顶的透明面积越大,相应建筑的能耗也越大,因此对屋顶透明部分的面积和热工性能应予以严格的限制。
由于公共建筑形式的多样化和建筑功能的需要,许多公共建筑设计有室内中庭,希望在建筑的内区有一个通透明亮,具有良好的微气候及人工生态环境的公共空间。但从目前已经建成工程来看,大量的建筑中庭的热环境不理想且能耗很大,主要原因是中庭透明材料的热工性能较差,传热损失和太阳辐射得热过大。1988年8月深圳建筑科学研究所对深圳一公共建筑中庭进行现场测试,中庭四层内走廊气温达到40℃以上,平均热舒适值PMV≥2.63,即使采用空调室内也无法达到人们所要求的舒适温度。
对于那些需要视觉、采光效果而加大屋顶透明面积的建筑,如果所设计的建筑满足不了规定性指标的要求,突破了限值,则必须按本标准第4.3节的规定对该建筑进行权衡判断。权衡判断时,参照建筑的屋顶透明部分面积和热工性能必须符合本条的规定。
4.2.7 建筑中庭空间高大,在炎热的夏季,中庭内的温度很高。应考虑在中庭上部的侧面开设一些窗户或其他形式的通风口,充分利用自然通风,达到降低中庭温度的目的。必要时,应考虑在中庭上部的侧面设置排风机加强通风,改善中庭热环境。
4.2.8 公共建筑一般室内人员密度比较大,建筑室内空气流动,特别是自然、新鲜空气的流动,是保证建筑室内空气质量符合国家有关标准的关键。无论在北方地区还是在南方地区,在春、秋季节和冬、夏季的某些时段普遍有开窗加强房间通风的习惯,这也是节能和提高室内热舒适性的重要手段。外窗的可开启面积过小会严重影响建筑室内的自然通风效果,本条规定是为了使室内人员在较好的室外气象条件下,可以通过开启外窗通风来获得热舒适性和良好的室内空气品质。
近来有些建筑为了追求外窗的视觉效果和建筑立面的设计风格,外窗的可开启率有逐渐下降的趋势,有的甚至使外窗完全封闭,导致房间自然通风不足,不利于室内空气流通和散热,不利于节能。例如在我国南方地区通过实测调查与计算机模拟:当室外干球温度不高于28℃,相对湿度80%以下,室外风速在1.5m/s左右时,如果外窗的可开启面积不小于所在房间地面面积的8%,室内大部分区域基本能达到热舒适性水平;而当室内通风不畅或关闭外窗,室内干球温度26℃,相对湿度80%左右时,室内人员仍然感到有些闷热。人们曾对夏热冬暖地区典型城市的气象数据进行分析,从5月到10月,室外平均温度不高于28℃的天数占每月总天数,有的地区高达60%~70%,最热月也能达到10%左右,对应时间段的室外风速大多能达到1.5m/s左右。所以做好自然通风气流组织设计,保证一定的外窗可开启面积,可以减少房间空调设备的运行时间,节约能源,提高舒适性。为了保证室内有良好的自然通风,明确规定外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%是必要的。
4.2.9 公共建筑的性质决定了它的外门开启频繁。在严寒和寒冷地区的冬季,外门的频繁开启造成室外冷空气大量进入室内,导致采暖能耗增加。设置门斗可以避免冷风直接进入室内,在节能的同时,也提高门厅的热舒适性。除了严寒和寒冷地区之外,其他气候区也存在着相类似的现象,因此也应该采取各种可行的节能措施。
4.2.10 公共建筑一般室内热环境条件比较好,为了保证建筑的节能,要求外窗具有良好的气密性能,以抵御夏季和冬季室外空气过多地向室内渗漏,因此对外窗的气密性能要有较高的要求。
4.2.11 目前国内的幕墙工程,主要考虑幕墙围护结构的结构安全性、日光照射的光环境、隔绝噪声、防止雨水渗透以及防火安全等方面的问题,较少考虑幕墙围护结构的保温隔热、冷凝等热工节能问题。为了节约能源,必须对幕墙的热工性能有明确的规定。这些规定已经体现在条文4.2.2中。
由于透明幕墙的气密性能对建筑能耗也有较大的影响,为了达到节能目标,本条文对透明幕墙的气密性也作了明确的规定。
4.3 围护结构热工性能的权衡判断
4.3.1 公共建筑的设计往往着重考虑建筑外形立面和使用功能,有时难以完全满足第4章条款的要求,尤其是玻璃幕墙建筑的"窗墙比"和对应的玻璃热工性能很可能突破第4.2.2条的限制。为了尊重建筑师的创造性工作,同时又使所设计的建筑能够符合节能设计标准的要求,引入建筑围护结构的总体热工性能是否达到要求的权衡判断。权衡判断不拘泥于建筑围护结构各个局部的热工性能,而是着眼于总体热工性能是否满足节能标准的要求。