建筑節(jié)能設(shè)計

建筑節(jié)能保溫設(shè)計屬于建筑設(shè)計的重要組成部分，其目的是為了保證室內(nèi)具有足夠的熱環(huán)境質(zhì)量，同時盡可能地節(jié)約采暖能耗。當(dāng)然，為了保證寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)冬季室內(nèi)熱環(huán)境達(dá)到應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)，除建筑保溫外，還需要有采暖設(shè)備來供給熱量。但在同樣供熱條件下，建筑保溫性能良好與否是決定室內(nèi)環(huán)境的重要條件?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015中3.1.4：建筑設(shè)計應(yīng)遵循被動節(jié)能措施優(yōu)先的原則，充分利用天然采光、自然通風(fēng)，結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱和遮陽措施，降低建筑的用能需求。在公共建筑中，尤其以辦公建筑、大中型商場，一級高檔旅館飯店等幾類建筑，在建筑的標(biāo)準(zhǔn)、功能及設(shè)置全年空調(diào)采暖系統(tǒng)等方面有許多共性，而且其采暖空調(diào)能耗特別高，采暖空調(diào)節(jié)能潛力也最大。在公共建筑（特別是大型商場、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等）的全年能耗中，大約50%~60%消耗于空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)，20%~30%用于照明。而在空調(diào)采暖這部分能耗中，大約20%~50%由外圍結(jié)構(gòu)傳熱消耗（夏熱冬暖地區(qū)大約20%，夏熱冬冷地區(qū)大約35%，寒冷地區(qū)大約40%，嚴(yán)寒地區(qū)大約50%）。從目前情況分析，這些建筑在維護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)系統(tǒng)，以及照明方面，共有節(jié)約能源50%的潛力。我國建筑節(jié)能設(shè)計現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)：節(jié)能計算選用規(guī)范：1.《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2015》2.《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范GB50176-2016》3.《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ134-2010》4.《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GJ134-2012》5.《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ26-2010》參考構(gòu)造做法圖集：1.《屋面節(jié)能建筑構(gòu)造06J204》2.《公共建筑節(jié)能構(gòu)造-嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)06J908-1》3.《公共建筑節(jié)能構(gòu)造-夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)06J908-2》4.《外墻外保溫建筑構(gòu)造10J121》注：工業(yè)建筑原則上不進(jìn)行節(jié)能設(shè)計計算。說明：在我們所做的公共建筑設(shè)計中可能會涉及居住建筑的設(shè)計，如職工宿舍，這種情況下需參考居住建筑節(jié)能設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。夏熱冬冷地區(qū)的范圍大致為隴海線以南，南嶺以北，四川盆地以東，包括上海、重慶二直轄市，湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部，四川、貴州二省東半部，江蘇、河南二省南半部，福建省北半部，陜西、甘肅二省南端，廣東、廣西二省區(qū)北端，涉及16個省、市、自治區(qū)。該地區(qū)面積約180萬平方公里，人口5.5億左右，國內(nèi)生產(chǎn)總值約占全國的48％，是一個人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，是我們設(shè)計工作中常接觸的區(qū)域。因此，在后面的講解中主要以《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2015》和《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ134-2010》為主要參考資料進(jìn)行引用講解。根據(jù)2009年1月1日施行的《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》4.3.10建筑施工圖所帶節(jié)能計算書應(yīng)滿足以下要求：1.嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)，嚴(yán)寒地區(qū)B區(qū)及寒冷地區(qū)需計算體形系數(shù)，夏熱冬冷地區(qū)與夏熱冬暖地區(qū)不需計算體形系數(shù)；2.各單一朝向窗墻面積比計算（包括天窗屋面比），設(shè)計外窗包括玻璃幕墻的可視部分的熱工性能滿足規(guī)范的限制要求；3.設(shè)計外墻（包括玻璃幕墻的非可視部分）、屋面、與室外接觸的架空樓板（或外挑樓板）、地面、地下室外墻、外門、采暖與非采暖房間的隔墻和樓板、分戶墻等的熱工性能計算；4.當(dāng)規(guī)范允許的個別限值超過要求，按照圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡判斷，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)總體熱工性能滿足節(jié)能要求。公共建筑節(jié)能計算的幾個重要參數(shù)指標(biāo)：1.體型系數(shù)：建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。外表面積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積。建筑物外表面積應(yīng)按墻面面積、屋頂面積和下表面直接接觸室外空氣的樓板面積的總和計算。體型系數(shù)對建筑能耗影響非常顯著。體型系數(shù)越小，單位建筑面積對應(yīng)的外表面積越小，外圍結(jié)構(gòu)的傳熱損失越小。從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應(yīng)該將體型系數(shù)控制在一較低的水平上。--《夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JGJ134-20103.2.1

嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)公共建筑體形系數(shù)應(yīng)符合表3．2．1的規(guī)定。表3.2.1嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)公共建筑體形系數(shù)單棟建筑面積A（m2）建筑體形系數(shù)300＜A≤800≤0.50A＞800≤0.40-《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015

夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的體型系數(shù)限值建筑層數(shù)≦3層（4-11）層≧12層建筑的體型系數(shù)0.550.400.35體形系數(shù)的計算方法：S=F0/V0F0=E1+E2+E3+E4+R1；R1=R*1.2V0=M1*h1+M2*h2+…+（R*hi）/3S：體形系數(shù)；F0：建筑物的外表面積；V0：建筑物的體積。R1：建筑屋頂總表面積E1--E4：建筑物各外立面面積

M1、M2–Mi：建筑物各層面積h1、h2…h(huán)i：建筑物各層層高R：建筑屋頂面積2.窗墻面積比：窗墻面積比是指窗戶洞口與房間立面單元面積（即建筑層高與開間定位線圍成的面積）之比。建筑層高：建筑物上下兩層間的高度差值（一般以樓面高度間的差值或上下橫梁間的差值）稱建筑層高。開間定位線即軸線。《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015：3.2.2

嚴(yán)寒地區(qū)甲類公共建筑各單一立面窗墻面積比(包括透光幕墻)均不宜大于0.60；其他地區(qū)甲類公共建筑各單一立面窗墻面積比(包括透光幕墻)均不宜大于0.70?！断臒岫涞貐^(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JGJ134-2010中對不同朝向的窗墻比有明確要求，如下表：外窗（包括透明幕墻）的節(jié)能要求：外窗的可開啟面積不應(yīng)小于窗面積的30%；透明幕墻應(yīng)具有可開啟部分或設(shè)有通風(fēng)換氣裝置。外窗的氣密性不應(yīng)低于《建筑外窗氣密性能分級及其檢測方法》GB7107規(guī)定的4級。透明幕墻的氣密性不應(yīng)低于《建筑幕墻物理性能分級》GB/T15225規(guī)定的3級?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015：3.2.5

夏熱冬暖、夏熱冬冷、溫和地區(qū)的建筑各朝向外窗(包括透光幕墻)均應(yīng)采取遮陽措施；寒冷地區(qū)的建筑宜采取遮陽措施。當(dāng)設(shè)置外遮陽時應(yīng)符合下列規(guī)定：1

東西向宜設(shè)置活動外遮陽，南向宜設(shè)置水平外遮陽；2

建筑外遮陽裝置應(yīng)兼顧通風(fēng)及冬季日照。3.遮陽系數(shù)：表征對太陽輻射透射得熱的減弱程度，英文為ShadingCoefficient縮寫為SC。在我國GB/T2680中稱為遮擋系數(shù)，縮寫為Se定義：實(shí)際太陽得熱量與通過厚度為3mm厚標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量的比值。遮陽系數(shù)越小，阻擋陽光熱量向室內(nèi)輻射的性能越好。遮陽系數(shù)為窗戶重要熱工性能指標(biāo)。SC=SCC×SD=SCB×(1-FK/Fc)×SD式中：SC—窗的綜合遮陽系數(shù)；SCC—窗本身的遮陽系數(shù)；SD—外遮陽的遮陽系數(shù)；SCB—玻璃的遮陽系數(shù)；FK—窗框的面積；FC—窗的面積，F(xiàn)K/Fc為窗框面積比，PVC塑鋼窗或木窗框比可取0.30，鋁合金窗窗框比可取0.20，其他框材的窗按相近原則取值。外遮陽系數(shù)的計算：4.傳熱系數(shù)（K值）：是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度（K，℃），1s內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量，單位是瓦/平方米·度（W/㎡·K，此處K可用℃代替）。節(jié)能計算結(jié)果是否符合標(biāo)準(zhǔn)很大程度上取決于建筑物各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)是否在規(guī)定限值以內(nèi)，因此，傳熱系數(shù)的計算是節(jié)能計算中的重要部分。傳熱系數(shù)的計算方法：K=1/R0

R0—圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻R0=R+Ri+Re

Ri—內(nèi)表面換熱阻（一般取0.11）；Re—外表面換熱阻（一般取0.04）；R—維護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻

R=δ/λ

δ—材料層厚度；λ—材料導(dǎo)熱系數(shù)；多層維護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻：R=R1+R2+…+Rn5.熱阻（R）：表征維護(hù)結(jié)構(gòu)本身或其中某層材料阻抗傳熱能力的物理量。6.導(dǎo)熱系數(shù)(λ)：在穩(wěn)態(tài)條件下，1m厚的物體，兩側(cè)表面溫差為1℃，1h內(nèi)通過1m2面積傳遞的熱量。7.蓄熱系數(shù)(S)：當(dāng)某一足夠厚度單一材料層一側(cè)受到諧波熱作用時,表面溫度按同一周期波動,通過表面的熱流波幅與表面溫度波幅的比值。其值越大，材料的熱穩(wěn)定性越好。

(溫度波幅：當(dāng)溫度呈周期性波動時，最高值或最低值與平均值之差)8.熱惰性指標(biāo)（D值）：表征維護(hù)結(jié)構(gòu)對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標(biāo)。單一材料維護(hù)結(jié)構(gòu)，D=RS;多層材料維護(hù)結(jié)構(gòu)，D=∑RS。D值越大，溫度波在其中衰減越快，維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性越好。①導(dǎo)熱系數(shù)(λ)、蓄熱系數(shù)(S)、干密度(ρ)等均可從《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176-2016附表B.1常用建筑材料熱物理性能計算參數(shù)查得。②若有規(guī)范中附表4.2所列情況者，材料的導(dǎo)熱系數(shù)和蓄熱系數(shù)計算值應(yīng)分別按下列兩式修正：λc=λ*a；Sc=S*aa--修正系數(shù)，應(yīng)按附表B.1常用建筑材料熱物理性能計算參數(shù)采用。節(jié)能計算步驟：1.確定工程所屬氣候分區(qū)根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB_50189-2015表3.1.2查出該建筑所處城市所在氣候分區(qū)，不同氣候分區(qū)對建筑物不同部位維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值要求有所不同，當(dāng)該城市不在表中時，應(yīng)判斷該城市氣象條件與表中哪個城市最接近，維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能應(yīng)符合那個城市所在氣候分區(qū)的的規(guī)定；或查出建筑所處城市的城市氣象條件，根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176-2016表4.1.1，4.1.2進(jìn)行判斷。2.窗墻比以及窗戶熱工性能計算步驟：1）計算四個朝向的窗墻比；2）根據(jù)窗墻比查詢遮陽系數(shù)限值，確定是否需要計算遮陽系數(shù)；該綜合值班室由于窗墻比皆小于0.2，遮陽系數(shù)無限制故不需要計算；若大于0.2則需按照前面所羅列公式進(jìn)行計算，對比《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015表3.3.1-1～表3.3.1-6的規(guī)定判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)不能滿足時按照標(biāo)準(zhǔn)中要求進(jìn)行權(quán)衡。3）查出窗戶傳熱系數(shù)、可見光透過率，對比《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015表3.3.1-1～表3.3.1-6的規(guī)定判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)不能滿足時按照標(biāo)準(zhǔn)中要求進(jìn)行權(quán)衡。3.屋頂傳熱系數(shù)計算：步驟：1）查屋頂所選用圖集，得知屋頂?shù)氖┕すば蛞约案鹘Y(jié)構(gòu)層材料，繪制表格羅列其中；2）查閱《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》附錄4得出各結(jié)構(gòu)材料的各計算參數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、比熱容、干密度等；3）使用查的的參數(shù)根據(jù)前面所講的計算方法，計算得出屋頂?shù)目倐鳠嶙鑂，即可得出傳熱系數(shù)1/R；4）查閱《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》表3.3.1-1～表3.3.1-6判斷計算所得出的傳熱系數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)；5）若傳熱系數(shù)不符合標(biāo)準(zhǔn)，則按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第3.4節(jié)的規(guī)定進(jìn)行權(quán)衡判斷，調(diào)整材料后再重新計算直至符合標(biāo)準(zhǔn)。4.外墻傳熱系數(shù)計算：建筑外墻保溫設(shè)計：在框架結(jié)構(gòu)中外墻