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S
1,透明部分的傳熱系數(shù)和
遮陽(yáng)系數(shù)分別為K
1和SC
1,非透明部分(包括外墻和非透明幕墻)面積為S
2,非透明部分的傳熱系數(shù)為K
2,S=S
1+S
2,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Q
1為:
Q
1=0.889×SC
1×S
1×I+ΔT×K
1×S
1+ΔT×K
2×S
2 (1)
將透明部分的面積加大至S
3,透明部分的傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)分別調(diào)整為SC
2和K
3,則非透明部分的面積縮小至S
4,非透明部分的傳熱系數(shù)仍為K
2,S=S
3+S
4,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Q
2為:
Q
2=0.889×SC
2×S
3×I+ΔT×K
3×S
3+ΔT×K
2×S
4 (2)
令0.889×SC
1×S
1×I=0.889×SC
2×S
3×I (3)
有SC
1×S
1=SC
2×S
3 (4)
用S除(4)式兩邊,得
SC
1×S
1/S=SC
2×S
3/S (5)
則S
1/S和S
3/S分別為兩種情況的窗墻面積比,設(shè)其分別為e
1和e
2,由(5)式得,
SC
2=SC
1×e
1/e
2 (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e
1=0.7時(shí),對(duì)于不同朝向,遮陽(yáng)系數(shù)都有限值要求,令SC
1取限值,記為SC
1*,當(dāng)窗墻面積比e
2>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×SC
2×S
3×I=0.889×SC
1*×S
3×I×e
1/e
2=0.889×SC
1*×S
3×I×S
1/S×S/S
3=0.889×SC
1*×S
1×I
同理,令
ΔT×K
1×S
1=ΔT×K
3×S
3 (7)有
K
1×S
1=K
3×S
3 (8)
用S除(8)式兩邊,得
K
1×S
1/S=K
3×S
3/S (9)
則S
1/S和S
3/S分別為兩種情況的窗墻面積比,設(shè)其分別為e
1和e
2,由(9)式得,
K
3=K
1×e
1/e
2 (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e
1=0.7時(shí),傳熱系數(shù)都有限值要求,令K
1取限值,記為K
1*,當(dāng)窗墻面積比e
2>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×K
3×S
3=ΔT×K
1*×S
3×e
1/e
2=ΔT×K
1*×S
3×S
1/S×S/S
3=ΔT×K
1*×S
1
對(duì)于非透明部分,由于窗墻面積比大于0.7時(shí)的面積S
4小于窗墻面積比為0.7時(shí)的S
2,所以有
ΔT×K
2×S
4<ΔT×K
2×S
2
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