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《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)

來(lái)源:北京中新方建筑科技研究中心  作者:劉忠偉  日期:2006-3-10
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    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

 
    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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