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第12章 浙江省居住建筑节能性能检测与能耗评价方法研究(1)

2.1浙江省居住建筑节能设计评价

为了保护环境、节约能源、改善环境,国家和政府制定了一系列建筑节能标准和技术法规。我国建筑节能标准经历了从居住建筑到公共建筑,从严寒地区到夏热冬冷地区、夏热冬暖地区发展的过程。从材料热工性能检测到设计阶段建筑节能设计到施工完成后的现场检测,各项标准及技术法规越来越完善。

目前,浙江省居住建筑节能设计可参照的标准除2001年国家颁布实施的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134‐2001)外,还有2002年颁布实施的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准——杭州地区实施细则》、《杭州地区居住建筑节能设计技术要点》以及2003年颁布实施的《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)。

建筑节能设计是一项巨大的综合工程,涉及建筑热环境、室外气候条件、建筑能耗、建筑设备、建筑热工性能、建筑功能、规划布局、单体设计等众多因素。如何判断居住建筑节能设计是否满足节能标准,国家标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134‐2001)和《浙江省标准居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)中提出了两套并行的指标体系,即规定性指标和性能性指标,从而形成了建筑节能设计的两种方法:规定性设计与性能性设计。规定性设计和性能性设计相辅相成,互为补充。

2.1.1规定性设计方法存在的问题及解决对策

1.规定性设计概述

(1)概念

规定性设计又称为规定指标法,是指对建筑物的体形系数、窗墙面积比、围护结构(包括屋顶、外墙、分户墙、分户楼板、架空楼板、外窗、户门)传热系数、遮阳系数、热惰性指标分别提出限值。当设计建筑的以上各项指标均满足要求时,即可以判定该建筑达到节能标准要求。

(2)规定性指标确定

基准建筑是指20世纪80年代改革开放初建造的建筑,墙体为240mm砖墙,架空通风屋顶,单层金属窗。在保证主要居室冬季18℃、夏季26℃的条件下,换气次数为1.5次/h,冬季用能效比为1的电暖器采暖,夏季用额定制冷工况能效比为2.2的空调器降温,由此计算出的建筑全年采暖、空调用电量作为基准建筑的能耗。

(3)规定性设计方法的优缺点

规定性设计方法是一种简单的建筑节能设计方法,设计人员可直接按照规范条文设计,简单易行,摆脱了复杂高深的计算分析,节省了大量时间。但是,规定性设计方法很难对建筑节能设计进行优化,阻碍了新技术的应用,有时会影响设计人员的创造性。

2.规定性设计存在的问题

居住建筑节能设计虽然已经有明确的标准可以参照,但在具体执行过程中仍存在大量问题。其主要原因是建筑节能篇章编制不规范、内容不全,甚至出现无条文可参照的情况。

通过大量工程实践总结,按规定指标法对建筑进行节能评价,主要存在以下问题:

(1)外墙平均传热系数计算存在争议。规范中规定墙体平均传热系数为一个开间的平均值。但是,由于开间大小不同,同样的保温做法,传热系数平均值可能存在较大差异。

(2)热桥部分计算热阻时,计算方法不够明确。具体而言,对于较长的柱、建筑内部剪力墙(垂直外墙),计算热阻时没有明确厚度取值方法。地下室外墙、地面热阻计算也不够明确。

(3)墙体及屋面材料导热系数取值、导热系数修正系数取值、外门窗传热系数取值不够明确。是否可以根据检测报告取值,相同材料不同检测报告数值不同,设计该如何取值不够明确。

(4)对封闭式阳台没有作明确规定。

(5)没有明确空调与非空调房间地面的区别。

(6)对于有天井的建筑,窗墙比计算没有明确。

(7)对于阳光间,窗墙比、窗与屋顶面积比也没有明确。

3.规定性设计存在问题的解决对策

针对上述存在的问题,建议以《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)为基础进行补充完善。完善节能标准的同时,也可以为广大建筑设计人员提供方便。

(1)外墙传热系数

外墙平均传热系数包括外墙主体部位和周边混凝土圈梁和抗震柱等热桥部位,按照面积加权平均求得传热系数。由于墙体周边热桥部位对墙体的传热系数影响很大,因此需要考虑其影响。另外,建筑物通过外墙损耗的能源与外墙传热系数成正比。由于外墙存在热桥或由不同材料组成,因此,当用单一值表示外墙的热工性能时,需要计算其平均传热系数。《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)中规定的平均传热系数为一个建筑开间的传热系数。但在一个建筑中,建筑开间大小不一。相同的墙体(主体)构造做法中,开间小,热桥所占比例大,平均传热系数就大;反之,开间大,平均传热系数就小。可见,采用一个开间的平均传热系数来衡量整个外墙的传热系数,不能反映实际情况。因此,外墙传热系数应取整栋建筑的外墙平均传热系数,即建筑物各朝向外围护结构(不含屋顶、门窗)的传热系数按各朝向围护结构面积加权平均的数值,或建筑物不同外围护结构(不含屋顶)的传热系数按各自围护结构面积加权平均的数值。某个朝向平均传热系数是指某一朝向不同外围护结构(不含门窗)的传热系数按各自围护结构面积(不含门窗面积)加权平均的数值。

(2)墙体、屋面及楼面材料热工参数取值

不同的标准、不同文献提供的建筑材料热工参数存在差异,给设计人员节能计算取值带来了疑惑。同一种材料在不同检测机构的检测结果可能存在较大偏差;同一种材料,在不同条件下检测所得的数据可能完全不同;同一名称的材料,不同生产厂家的产品性能有好有坏。因此,需要给建筑设计人员一个明确的统一取值。墙体、屋面及楼面材料导热系数取值。

保温材料检测所得的热工性能参数,不得直接用于设计计算。由于建筑施工图中不可能标明采用的具体厂家的产品,因此,不能把某个厂家材料测量报告的值直接用于计算。

节能计算材料热工参数采用规定值,一般厂家生产的产品性能优于规定值,这样计算偏于安全。上海市已经明确规定,保温材料检测所得热工性能参数不能直接用于设计计算。由于目前社会上建筑节能检测机构良莠不齐,有的检测报告存在明显问题,这样的规定能够避免虚假检测报告造成的不良影响。当然,节能计算材料热工参数采用规定值,也会带来新的问题,这样不利于设计采用优质产品,这个问题需要进一步研究。

(3)外窗、门传热系数取值

虽然《浙江省居住建筑节能设计标准》提供了多种门窗传热系数的取值范围,但是,同种类型的门窗,其框材和玻璃也可能不同,这就给设计人员具体确定门窗的热工性能参数带来了麻烦。为方便设计人员取值,在对相同类型的门窗进行大量测试的基础上,规定了一个统一的传热系数。

(4)梁、柱、剪力墙热阻计算

居住建筑常见的结构形式有砖混结构、框架结构和框架剪力墙结构。梁、柱、过梁等热桥部位边界条件比较复杂,传热也比较复杂,既有轴向传热,又有侧向传热。为方便计算,忽略了侧向传热,简化为单向一维传热。具体而言:砖混结构建筑的构造柱、圈梁、过梁厚度与墙体一致,计算热桥热阻时,厚度按照墙厚取值。

框架结构建筑框架梁、框架柱的厚度往往大于墙体厚度;构造柱、门窗过梁的厚度与墙体相同。计算框架梁、框架柱的热阻时,其厚度可以取柱的宽度和梁的厚度。对构造柱、门窗过梁的厚度按照墙体厚度取值。

框架剪力墙结构中的剪力墙厚度往往与墙体相同,在剪力墙热阻计算时,厚度取外墙厚度。框架剪力墙结果中的框架柱、框架梁、构造柱、门窗过梁的热阻计算同框架结构。

上述梁、柱热桥做外保温或内保温时,在原梁、柱热阻基础上加保温层热阻。

(5)窗墙比计算

封闭式阳台且不设置阳台门时,其外窗面积按照封闭阳台的透明部分计算;阳台采用封闭式设计,且通向房间处设有透明玻璃门时,按透明阳台门洞口尺寸计算外窗面积;内天井上空的天窗,按朝向计入不同朝向的窗面积中;屋顶设有日光间、太阳房时,其透明的墙体、屋顶部分,分别计入相应朝向的外窗墙面积和屋顶透明部分面积中;屋顶的平天窗、斜屋面天窗、老虎窗计入屋顶透明部分面积中。

(6)非空调房间

由于地下车库、储藏室、设备用房、机房、屋顶楼梯间等为非空调房间,地面热阻与外墙传热系数对建筑能耗影响不大。因此,车库、设备用房等非空调房间地下室地面不做节能要求。对于电梯机房和屋顶楼梯间的外墙,根据具体情况进行分析。与空调房间接触的地下室顶板及楼梯间地板,应进行保温处理,此处的传热系数不应小于2.0W/(m2·K)。

2.1.2性能性设计方法(对比评定法)存在的问题及对策

1.性能性设计概述

(1)概念

性能性设计不再对建筑的体形系数、窗墙面积比、围护结构传热系数等做硬性的规定,当某一方面无法满足时,能够灵活地采取增强其他方面的措施来达到节能50%的目的。这种设计方法具有充分的灵活性,便于选用最优化的节能方案。

(2)性能性指标确定

采用性能性设计时,设计人员可自行确定具体的技术参数,但是,必须同时满足建筑热环境指标和建筑能耗指标的要求。

建筑热环境指标是建筑能耗分析比较的基础。在建筑能耗动态模拟计算中,应以由浙江省气象中心提供的当地典型气象年的气象参数作为计算气象参数,包括当地实时的大气温度、湿度、太阳辐射和气流状况等,并对建筑设备、使用状况按标准取值。参照《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)中对建筑物热环境指标的规定,室内计算条件设定为:

①室内计算温度,冬季全天为18℃;夏季全天为26℃;

②室外气象计算参数采用当地典型气象年;

③采暖空调居室,换气次数为1.0次/h;

④采暖、空调设备为家用空气源热泵空调器,空调额定能效比取2.3,采暖额定能效比取1.9;

⑤室内照明得热为0.0141kW·h/(m2·d),室内其他得热平均强度为4.3W/m2。

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134‐2001)以各地区的节能综合指标限值(包括建筑物耗热量、耗冷量指标和采暖、空调全年用电量)作为节能设计的性能性指标。

不同形式的居住建筑,如高层建筑、多层建筑、排屋、别墅等,单位面积能耗相差较大。如果只是简单地以一个固定的限值来衡量不同类型的建筑是否达到节能要求,显然是不合实际的。因此,在《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)中提出了一种新的性能性设计方法——“对比评定法”。

“对比评定法”是先按照所设计建筑物的大小和形状设计一个节能建筑,称之为“参照建筑”。将所设计建筑物与参照建筑进行对比计算,综合评定的指标采用采暖、空调全年耗电量,并应符合下列规定:在相同的计算条件下,用相同的计算方法,所设计建筑的空调采暖年耗电量EC应不大于参照建筑的空调采暖年耗电量ECref。

(3)性能性设计方法的计算方法

对比评定法是在保证实现节能目标的前提下,使建筑节能设计标准具有充分的灵活性,便于选用最优化的节能方案,同时,也充分考虑了建筑师的创造性。对比评定法采用动态模拟计算。目前,国际上的动态计算方法很多,我国主要以美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的DOE‐2程序为内核进行模拟计算,用来预测全年8760h建筑物逐时的室内热环境参数和能耗。

(4)性能性设计方法的优缺点

性能性设计方法是一种高级的建筑节能设计方法,是当今国际工程节能设计的发展方向,代表了更高的设计水平,具有充分的灵活性和创造性,能根据实际工程情况得出最优化的设计方案,有利于科学技术的发展和新成果的应用。但是,性能性设计方法需要采用动态模拟计算,分析计算复杂,需要依靠计算机进行辅助设计。

2.对比评定法存在的问题

按照《浙江省标准居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)中的规定,采用对比评定法进行居住建筑节能设计,主要存在以下问题:

(1)对比评定法是一种进行相对比较的设计方法,放弃了对体形系数的控制。一般而言,体形系数大,参照建筑能耗增大,造成能耗大的设计建筑也很容易达标。

(2)计算软件采用不同版本的气候参数,导致计算能耗值差异较大。

(3)外窗遮阳系数不够明确。目前,限于技术条件,还没有遮阳系数测量标准。

(4)对于空调房间的限定不够明确,如敞开式厨房没有明确界定。

(5)倾斜墙面、倾斜玻璃幕墙没有统一的等效处理规定。

(6)不同单位编制的软件,计算结果会有一定的差异。

(7)建筑节能设计人员技术水平低,在计算过程中取值不正确,有的甚至故意弄虚作假,导致能耗计算报告不能真实反映实际情况。

(8)审图人员关于建筑节能标准规范的培训不充分,尤其对建筑能耗计算软件不熟悉,从而导致对建筑节能能耗计算报告不能做出客观的评价。

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