《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》應(yīng)用中的簡(jiǎn)易權(quán)衡判斷法(一)

    提  要  本文根據(jù)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)原理，提出了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189應(yīng)用中的簡(jiǎn)易權(quán)衡判斷法，可用于玻璃幕墻設(shè)計(jì)中。


    關(guān)鍵詞 公共建筑，節(jié)能設(shè)計(jì)，權(quán)衡判斷

    1．前言

    為降低建筑能源消耗，減少能源浪費(fèi)，國(guó)家建設(shè)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189，并于2005年7月1日在全國(guó)實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能目標(biāo)50%由改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，提高空調(diào)采暖設(shè)備和照明設(shè)備效率來(lái)分擔(dān)，其中改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能分擔(dān)13~25%。門窗和玻璃幕墻的熱工性能遠(yuǎn)低于普通外墻，為達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑的窗墻面積比和屋頂透明部分的面積有明確的規(guī)定：建筑每個(gè)朝向窗（包括透明幕墻）墻面積比均不應(yīng)大于0.7；屋頂透明部分的面積不應(yīng)大于屋頂總面積的20%；當(dāng)不滿足這兩項(xiàng)條文規(guī)定時(shí)，必須進(jìn)行權(quán)衡判斷。上述這些條文為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格遵守。


    權(quán)衡判斷是一種性能化設(shè)計(jì)方法，具體做法是先構(gòu)想出一棟虛擬建筑，稱之為參考建筑，然后分別計(jì)算參考建筑和實(shí)際設(shè)計(jì)建筑的全年采暖和空調(diào)能耗，并依據(jù)這兩個(gè)能耗的比較結(jié)果做出判斷。當(dāng)實(shí)際設(shè)計(jì)建筑能耗大于參考建筑能耗時(shí)，調(diào)整部分設(shè)計(jì)參數(shù)，例如提高窗戶和玻璃幕墻的保溫隔熱性能、縮小窗戶和玻璃幕墻的面積，甚至是調(diào)整整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，重新計(jì)算所設(shè)計(jì)建筑的能耗，直至設(shè)計(jì)建筑的能耗不大于參考建筑的能耗為止。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡計(jì)算很復(fù)雜，一般要采用動(dòng)態(tài)軟件進(jìn)行計(jì)算，不易實(shí)現(xiàn)。本文提出的簡(jiǎn)易權(quán)衡判斷法可省去權(quán)衡計(jì)算的復(fù)雜過(guò)程，調(diào)整前后節(jié)能機(jī)理簡(jiǎn)單、明確，計(jì)算方法簡(jiǎn)便，可用于工程實(shí)踐中。


    2．簡(jiǎn)易權(quán)衡判斷　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外窗、透明幕墻和屋頂透明部分的熱工性能一般用傳熱系數(shù)K和遮陽(yáng)系數(shù)SC表征，外墻、非透明幕墻和屋頂非透明部分的熱工性能僅用傳熱系數(shù)K表征。設(shè)建筑物某朝向的總面積為S，透明部分（包括外窗和透明幕墻）面積為S₁，透明部分的傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)分別為K₁和SC₁，非透明部分（包括外墻和非透明幕墻）面積為S₂，非透明部分的傳熱系數(shù)為K₂，S=S₁+S₂，室內(nèi)外溫差為ΔT，太陽(yáng)輻射照度為I，則通過(guò)該朝向由室外傳入室內(nèi)的熱量Q₁為：

　　Q₁=0.889×SC₁×S₁×I+ΔT×K₁×S₁+ΔT×K₂×S₂ （1）

　　將透明部分的面積加大至S₃，透明部分的傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)分別調(diào)整為SC₂和K₃，則非透明部分的面積縮小至S₄，非透明部分的傳熱系數(shù)仍為K₂，S=S₃+S₄，室內(nèi)外溫差和太陽(yáng)輻射照度不變，則通過(guò)該朝向由室外傳入室內(nèi)的熱量Q₂為:

　　Q₂=0.889×SC₂×S₃×I+ΔT×K₃×S₃+ΔT×K₂×S₄ （2）
　　令0.889×SC₁×S₁×I=0.889×SC₂×S₃×I （3）
　　有SC₁×S₁=SC₂×S₃ （4）
　　用S除（4）式兩邊，得
　　SC₁×S₁/S=SC₂×S₃/S （5）
　　則S₁/S和S₃/S分別為兩種情況的窗墻面積比，設(shè)其分別為e₁和e₂，由（5）式得，
　　SC₂=SC₁×e₁/e₂ （6）

　　在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189中，對(duì)于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，當(dāng)窗墻面積比e₁=0.7時(shí)，對(duì)于不同朝向，遮陽(yáng)系數(shù)都有限值要求，令SC₁取限值，記為SC₁*，當(dāng)窗墻面積比e₂＞0.7時(shí)，只要透明部分的遮陽(yáng)系數(shù)按（6）式取值，則可保證太陽(yáng)光透過(guò)透明部分射向室內(nèi)的熱量與窗墻面積比為0.7，遮陽(yáng)系數(shù)取限值的透明部分傳遞的太陽(yáng)能嚴(yán)格相同，與太陽(yáng)輻射照度無(wú)關(guān)，即在任何地區(qū)、任何季節(jié)、任何時(shí)候，兩者都成立，即
　　0.889×SC₂×S₃×I=0.889×SC₁*×S₃×I×e₁/e₂=0.889×SC₁*×S₃×I×S₁/S×S/S₃=0.889×SC₁*×S₁×I
　　同理，令
　　ΔT×K₁×S₁=ΔT×K₃×S₃ （7）有
　　K₁×S₁=K₃×S₃ （8）
　　用S除（8）式兩邊，得
　　K₁×S₁/S=K₃×S₃/S （9）
　　則S₁/S和S₃/S分別為兩種情況的窗墻面積比，設(shè)其分別為e₁和e₂，由（9）式得，
　　K₃=K₁×e₁/e₂ (10)

　　在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189中，對(duì)于不同地區(qū)，當(dāng)窗墻面積比e₁=0.7時(shí)，傳熱系數(shù)都有限值要求，令K₁取限值，記為K₁*，當(dāng)窗墻面積比e₂＞0.7時(shí)，只要透明部分的傳熱系數(shù)按（10）式取值，則可保證通過(guò)透明部分傳遞的環(huán)境熱量與窗墻面積比為0.7，傳熱系數(shù)取限值的透明部分傳遞的環(huán)境熱量嚴(yán)格相同，與室內(nèi)外溫差無(wú)關(guān)，即在任何地區(qū)、任何季節(jié)、任何時(shí)候，兩者都成立，即
　　ΔT×K₃×S₃=ΔT×K₁*×S₃×e₁/e₂=ΔT×K₁*×S₃×S₁/S×S/S₃=ΔT×K₁*×S₁
　　對(duì)于非透明部分，由于窗墻面積比大于0.7時(shí)的面積S₄小于窗墻面積比為0.7時(shí)的S₂，所以有
　　ΔT×K₂×S₄＜ΔT×K₂×S₂

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