一、公共節能建築沒有規定明確的熱量指標
在《公共建築節能設計標準》中沒有明確規定設計建築的耗熱量指標,而是把該指標隱藏在設計建築的體形係數、窗牆面積比、外圍護結構傳熱係數、外窗的氣密性等的要求中。這就有利於設計人員在一般的公共建築設計中,可直接插取相關表格裡規定的數值,就可進行公共節能建築的設計。只要設計建築的相應數據滿足標準規定的限值要求,就不用再作更多的繁鎖計算。
只要設計建築的體形係數、窗牆面積比、外圍護結構的傳熱係數、外窗的氣密性等都達到了《公共建築節能設計標準》的相關規定數值的要求,就可直接判定該設計為節能的公共建築設計。這就為直觀、方便、快速的對公共建築節能設計的審查創造了有利的條件。
二、參照建築及其耗熱量指標
由於公共建築的複雜性和多樣性,加上《公共建築節能設計標準》是函蓋我國各氣候區的節能設計標準,很難(在1980年~1981年)找到全國或地方的通用的公共建築設計標準圖。也就是說,公共建築的節能是在什麼基準建築上的節能不太明確。
在特殊的條件下,設計人員希望有更寬鬆的設計環境和更好發揮他們創造性的空間;房屋投資者也要求對自己的新建公共建築的功能、立面藝術造型等預留有更多的選擇餘地。在這種情況下,設計建築的體形係數、或窗牆面積比就有可能突破標準中規定的限值,甚至體形係數和窗牆面積比都可能超過規定的限值,但仍須使該設計建築成為節能的公共建築。此時的設計建築是否達到了節能設計標準的要求,很難用標準中規定的數據直接進行判斷,要通過一個「參照建築」的耗熱量指標來間接的完成設計建築是否是節能公共建築的判斷工作。這就要求設計人員進行必要的建築熱工和節能計算。
三、參照建築應具備的條件
《公共建築節能設計標準》中明確規定:「參照建築的形狀、大小、朝向、內部的空間劃分和使用功能應與設計建築完全一致」,「參照建築的每面外牆均應按比例縮小」。有些設計人員反映說:「對這兩條規定很難理解,也很難操作」。並且說:「參照建築……與設計建築完全一致,這豈不是說參照建築就是設計建築嗎」?其實,參照建築是要根據設計建築和標準的要求來縮小體形係數、或窗牆面積比、或體形係數和窗牆面積比(因體形係數或窗牆面積比,超過了標準要求),也就是外牆和外窗的傳熱面積過大。一定要使參照建築的體形係數、窗牆面積比都達到標準中規定限值的要求。當然,此時的參照建築,其形狀、大小、外牆面積、採光功能等都會隨之改變,所以「完全一致」實際上是不易實現的。
另外,「參照建築的每面外牆均應按」(什麼)「比例縮小」?也不夠明確。這就給建築設計人員、審圖人員都帶來較多的操作困難。
本文僅對採暖公共建築的相關問題作一點探討。
四、參照建築耗熱量指標及其計算
1、參照建築的體形係數必須滿足標準的要求
根據體形係數的定義、標準要求的體形係數和設計建築的具體情況,能計算出參照建築的總高或層高。為此,可建立如下方程:
(ST+L1h1+L2h2+……+Lnhn)/(S1h1+S2h2+……+Snhn)=0.4 (1)
或(ST+∑ LKhK)/∑SKhK=0.4
式中 S1、S2、……Sn——設計建築第1、第2……第n層的建築面積,m2。這也是參照建築與設計建築對應樓層的建築面積。這裡一定要取參照建築的建築面積與設計建築的建築面積完全相等。
h1、h2……hn——參照建築第1、第2……第n層的層高,m;
L1、L2、……Ln——設計建築第1、第2……第n層平面外牆的外周長,m。也是參照建築對應樓層平面外牆的外周長。
ST——設計建築的屋頂面積,㎡。它也是參照建築的屋頂面積。
0.4——標準中限制的不許超過的體形係數。
當設計的公共建築為平屋頂時,即ST=S1,則(1)式變為:
(ST+∑ LKhK)/∑SKhK=0.4 (2)
式中 K——第1、2、3、……n層的樓層數字。
當設計的平屋頂公共建築各樓層的建築面積都相同時,即
ST=S1 =S2=……=Sn
L1=L2=……=Ln,
此時(2)式可變為:
(S1+ L1∑hK)/S1∑hK=0.4 (3)
當設計的平屋頂公共建築各樓層的建築面積都相同,而且層高也相等時,則(3)式就變為:
(S1+ L1H)/S1H=0.4 (4)
式中 H——參照建築的總高,m。此時有H=nh1
2、求參照建築的高度和外牆的立面面積及窗牆面積比
(1)當設計的平屋頂公共建築的各層建築面積都相等,且各樓層的層高也相等時:
①參照建築的總高H為:
H=S1/(0。4S1—L1) (5)
②參照建築各朝向立面的面積為:
SW=bWH
SS= bSH
SD=bDH (6)
SN=bNH
式中 SW、SS、SD、SN——參照建築(東、南、西、北)各朝向立面的面積,㎡;
bW、bS、bD、bN——參照建築(東、南、西、北)各朝向平面圖外牆的邊長,m。
③參照建築各朝向的窗牆面積比和計算參數的選取。
根據計算出的參照建築各立面的面積(SW、SS、SD、SN)和設計建築各朝向的窗戶面積(這裡取設計建築的外窗為參照建築的外窗),分別計算各朝向的窗牆面積比。
當計算出來的窗牆面積比滿足標準要求時,可直接選用標準中所規定(對應條件)的外牆及門窗的傳熱係數、與設計建築的門窗面積(也是參照建築的門窗面積)、參照建築的外牆面積(參照建築對應立面面積減去該立面的門窗面積),作為計算參照建築耗熱量指標的計算參數。
當計算出來的窗牆面積比不滿足標準要求時,則應在標準的對應表格中選取標準要求的窗牆面積比,並根據在標準中選取的窗牆面積比的數值和計算得到的參照建築立面面積(SW、SS、SD、SN),來計算參照建築各朝向的窗面積和外牆面積(計算出的參照建築立面面只減去計算得出的該門窗的面積),並用這些面積及標準中(與之對應的)要求的傳熱係數,作為計算參照建築耗熱量指標的計算參數。
④求參照建築的耗熱量指標
根據求得的參照建築各外圍護結構的傳熱面積(參照建築的地面面積就是設計建築的地面面積)、標準中(對應)要求的各傳熱係數,按《民用建築節能設計標準》JGJ26-95中的耗熱量指標計算方法,求出參照建築的耗熱量指標。
(2)當設計建築的各樓層的建築面積不同,且層高也不相等時
當設計建築的各樓層的建築面積不同,且層高也不相等時,則應用(1)式來計算參照建築和各層層高、各朝向立面面積、各朝向窗牆面積比、各傳熱面積,並在標準中選取對應的傳熱係數。
①參照建築各層的層高
參照建築各層的層高應按設計建築對應層高的比例來計算。
例如,設計建築的標準層的層高為3.3m,1層和2層為3.6m,頂層為3.0m,則可求得設計建築各層層高與標準層高的比例係數,即:
3.6/3.3=1.091; 3.0/3.3=0.91。
可設參照建築的標準層高h(m),則參照建築第1層和第2層的層高都為1.091 h(m),頂層的層高為0.91 h(m)。由於參照建築的屋頂面積和各樓層的建築面積應與設計建築的屋頂面積和各樓層的建築面積相等,就可用(1)式求得參照建築的標準層的層高h(m)。再利用比例係數(1.091、0.91)就能求得參照建築第1層和第2層、頂層的層高(都用h及它前面帶一個比例係數來表)。