深圳市建設局 深圳市經濟貿易局
深圳市住宅局 深圳市規劃與國土資源局
關於印發《深圳市居住建築節能
設計規範》的通知
(2003年7月31日)
深建字〔2003〕79號
為了貫徹執行《中華人民共和國節約能耗法》、建設部《建築節能技術政策》和《建築節能「九五」計劃和2010年規劃》及有效利用能源,加快我市建築節能工作的步伐,根據《深圳市建設工程質量管理條例》第十一條的規定,市建設局會同市經濟貿易局、住宅局、規劃與國土資源局聯合編制了《深圳市居住建築節能設計規範》(以下簡稱《規範》),該《規範》編號為SJG10-2003,自2003年10月1日起施行。
本《規範》由深圳市建設局負責管理,深圳市建築科學研究院負責具體解釋。
深圳市居住建築節能設計規範
Design code for Energy Efficiency of
Residential Buildings in Shenzhen
SJG10-2003
批准部門:深圳市建設局
施行日期:2003年10月1日
2003 深圳
前 言
根據深建技〔2001〕11號文的要求,規範編制組經廣泛調查研究,認真總結實踐經驗,參考有關國際標準和國內其他省(市)有關標準,並在廣泛徵求意見的基礎上,制定了本規範。
本規範的主要技術內容是:1.總則,2.術語,3.室內熱環境和建築節能設計指標,4.建築和建築熱工節能設計,5.建築物的節能綜合指標,6.空調和通風節能設計,7.其它建築設備節能設計。
本規範由深圳市建設局歸口管理,授權由深圳市建築科學研究院負責具體技術內容的解釋。本規範在執行過程中如發現需要修改和補充之處,請將意見和有關資料寄送深圳市建築科學研究院(深圳市振華路8號設計大廈,郵編:518031),以供今後修訂時參考。
本規範組織編制機構:深圳市經濟貿易局
深圳市建設局
深圳市住宅局
本規範主編單位:深圳市經濟貿易局資源節約與綜合利用辦公室
深圳市建設局科技教育處
深圳市住宅局規劃設計處
深圳市建築科學研究院
本規範參加單位:深圳市建築設計研究總院
深圳萬科企業股份有限公司
本規範主要起草人員:葉 青 劉俊躍 李承宗 李勁鵬 李曉君 朱銀洪
羅 剛 吳大農 肖景文 周 泓 徐俊雄 黃俊紅
(按姓氏筆劃順序排序)
目 次
1 總則
2 術語
3 室內熱環境和建築節能設計指標
4 建築和建築熱工節能設計
5 建築物的節能綜合指標
6 空調和通風節能設計
附錄A 外牆平均傳熱係數的計算
附錄B 建築面積和體積的計算
附錄C 本規範用詞說明
1 總 則
1.0.1 為貫徹國家節約能源、保護環境的有關政策和法規,改善深圳市居住建築熱環境,提高居住建築使用過程中的能源利用效率,制定本規範。
1.0.2 本規範適用於深圳市新建、改建和擴建居住建築的節能設計。
1.0.3 居住建築的節能設計,應從規劃、建築、熱工、空調、照明等多方面採取措施,在保證舒適的室內熱環境的前提下,將使用能耗控制在規定的範圍內。
1.0.4 居住小區宜通過採用生態設計,改善小區熱環境與空氣品質;居住建築應通過採用增強建築圍護結構隔熱性能和提高空調設備能效比等節能措施,在保證相同的室內熱環境質量和衛生換氣指標的前提下,與未採取節能措施前相比,空調能耗應節約50%。
1.0.5 居住建築的節能設計,除應符合本規範的規定外,尚應符合國家現行有關強制性標準的規定。
2 術 語
2.0.1 建築物耗冷量指標(qc)index of cool loss of building
按照夏季室內熱環境設計標準和設定的計算條件,計算出的單位建築面積在單位時間內消耗的由空調設備提供的冷量。
2.0.2 空調年耗電量(Ec)annual cooling electricity consumption
按照夏季室內熱環境設計標準和設定的計算條件,計算出的單位建築面積空調設備每年消耗的電能。
2.0.3 空調設備能效比(EER)energy efficiency ratio
在額定工況下,空調設備提供的冷量與設備本身所消耗的能量之比。同一設備在不同工況下的能效比不同,涉及能效比數值時,必須指定工況。
2.0.4 熱惰性指標(D)index of thermal inertia
表徵圍護結構反抗溫度波動和熱流波動能力的無量綱指標,其值等於材料層熱阻與蓄熱係數的乘積。
2.0.5 典型氣象年(TMY)Typical Meteorological Year
以近30年的月平均值為依據,從近10年的資料中選取接近30年平均值的各月
組成一年,作為典型氣象年。由於選取的各月在不同的年份,資料不連續,尚需要進行月間平滑處理。
2.0.6 衛生換氣ventilation for health
為滿足室內衛生要求而必需的通風換氣。
2.0.7 穿堂通風cross ventilation
在風壓作用下,室外空氣從建築物一側進入,穿過內部,從另一側流出的自然通風。
2.0.8 單側通風one-side ventilation
依靠同一面牆上開啟的外門窗進行室內外空氣交換的通風方式。
2.0.9 空氣動力係數air-dynamical coefficient
建築物表面某一點上由風造成的壓力與風(未受建築物幹擾)的動壓之比值。
2.0.10 體型係數shape coefficient of building
建築物與室外大氣直接接觸的外表面面積與其所包圍的體積的比值。
2.0.11 室內熱環境indoor thermal environment
影響人體熱感受的室內環境因素的總稱。由室內幹球溫度、空氣溼度、風速和平均輻射溫度綜合表徵。
2.0.12 太陽輻射solar radiation
太陽表面以電磁波的方式向宇宙空間發射出的熱能。
2.0.13 短波輻射short-wavelength radiation
物體發射的波長不大於3μm的電磁波輻射。由於太陽發射的電磁波長很短,主要在0.3-3μm範圍內,所以太陽輻射是短波輻射。
2.0.14 長波輻射long-wavelength radiation
物體發射的波長大於3μm的電磁波輻射。地面、建築外表面及大氣的溫度都遠低於太陽表面溫度,它們發射的電磁波的波長大於3μm,屬於長波輻射。
2.0.15 窗牆面積比area ratio of window to wall
窗戶洞口面積與其所在房間立面單元面積(即建築層高與開間定位線圍成的面積)的比值。
2.0.16 換氣次數air changes
通風量的計量單位之一。單位時間室內空氣的更換次數,即通風量與房間容積的比值。
2.0.17 熱環境綜合評價指標(PMV)Predicted Mean Vote
表徵人體熱反應(冷熱感)的評價指標,代表了同一環境中大多數人的冷熱感覺的平均。
3 室內熱環境和建築節能設計指標
3.0.1 居住建築在採用空調時,室內熱環境質量應達到熱舒適水平,並滿足衛生換氣要求;在通風時應達到本規範表3.0.2規定的可居住水平。
3.0.2 夏季建築室內熱環境質量指標與衛生換氣次數應符合表3.0.2。
表3.0.2 夏季建築室內熱環境質量與衛生換氣次數
指 標 名 稱
舒適水平
可居住水平
綜合性指標(PMV)
≤0.7
主要指標(幹球溫度)
24-28℃
日均值≤29℃
衛生換氣次數
1.5次/小時
1.5次/小時
空氣相對溼度
≤70%
3.0.3 居住建築夏季空調室內熱環境設計指標應符合下列要求:
1 臥室、起居室室內幹球溫度取26±2℃;
2 衛生換氣次數取1.5次/小時;
3 臥室、起居室室內空氣相對溼度≤70%。
3.0.4 居住建築夏季通風夜間室內熱環境設計指標中,臥室室內幹球溫度不應大於30℃。
4 建築和建築熱工節能設計
4.1 自然通風設計
4.1.1 應強化整個居住小區的通風換氣,避免居住小區內出現滯流區。用地面積在15萬㎡以上的居住小區應進行氣流模擬設計。
4.1.2 自然通風設計應以夏季為主,並綜合利用風壓、熱壓作用,重點考慮夜間自然通風。宜使小區各建築的主立面迎向夏季主導風向,或將夏季主導風引向建築的主立面。
4.1.3 在確定建築物的相對位置時,應使建築物處於周圍建築物的氣流旋渦區
之外。
4.1.4 建築物的單體設計應有利於自然通風。
4.1.5 宜採用穿堂通風,避免單側通風。採用穿堂通風時,應使進風窗迎向主導風向,排風窗背向主導風向;應通過建築造型或窗口設計等措施增大進、排風窗空氣動力係數的差值。
4.1.6 當由兩個和兩個以上房間共同組成穿堂通風時,房間的氣流流通面積應
大於進排風窗面積。
4.1.7 由一套住房共同組成穿堂通風時,臥室、起居室應為進風房間,廚房、衛生間應為排風房間。進行建築造型、窗口設計時,應使廚房、衛生間窗口的空氣動力係數小於其它房間窗口的空氣動力係數。
4.1.8 採用單側通風時,通風窗所在外牆與主導風向間的夾角宜為40°- 65°。應通過窗口及窗戶設計,在同一窗口上形成面積相近的下部進風區和上部排風區,並宜通過增加窗口高度以增大進、排風區的空氣動力係數差值。
4.1.9 採用單側通風時,窗戶設計應使進風氣流深入房間。外窗(包括陽臺門)的可開啟面積不應小於所在房間樓面面積的10%。
4.1.10 採用單側通風時,窗口設計應防止其它房間的排氣進入本房間窗口。宜利用室外風驅散房間排氣氣流。
4.1.11 宜考慮夏季陣雨、暴雨時,關閉外窗情況下的自然通風措施。
4.2 遮陽設計
4.2.1 建築物的朝向宜採用南向或東南向。
4.2.2 建築外窗(含陽臺門透明部分)應設置夏季遮陽設施,外遮陽設施應與建築物外立面造型相協調。建築外窗太陽輻射透過率不應大於0.3。
4.2.3 建築外窗的遮陽設施不應阻礙自然通風,並應避免遮陽設施吸收的太陽輻射熱被進風氣流帶入室內。建築外窗的遮陽設施不應阻礙房間夜間的長波輻射散熱和房間獲得冬季太陽輻射熱。
4.2.4 建築外窗宜設置活動外遮陽設施。活動外遮陽設施應方便操作和維護,應能承受夏季晴天時的風力,保持設定位置,並必須保證暴風雨時,外遮陽設施結構上的安全。
4.2.5 對附近建築外牆投向外窗的反射輻射和發射輻射應採取遮擋措施。
對著外窗的東、西、東北、西北向外牆不應採用熱反射型外隔熱措施。
4.3 圍護結構性能要求
4.3.1 建築物1-6層的外窗及陽臺門的氣密性等級,不應低於現行國家標準《建築外窗空氣滲透性能分級及其檢測方法》(GB7107-86)規定的Ⅲ級;7層及7層以上的外窗及陽臺門的氣密性等級,不應低於該標準規定的Ⅱ級。
4.3.2 圍護結構各部分的傳熱係數和熱惰性指標應符合表4.3.2的規定。其中外牆的傳熱係數應考慮結構性熱橋的影響,取平均傳熱係數,其計算方法應符合本規範附錄A的規定。
表4.3.2 圍護結構各部分的傳熱係數(K[W/(m2.K)])和熱惰性指標(D)
屋 頂*
外 牆*
外 窗
(含陽臺門透明部分)
分戶牆和樓板
底部自然通風的架空樓板
戶 門
K≤1.0
D≥3.0
K≤1.5
D≥3.0
K≤4.7
K≤2.0
K≤1.5
K≤3.0
註:1. 當屋頂和外牆的K值滿足要求,但D值不滿足要求時,應按照國家標準《民用建築熱工設計規範》( GB50176-93)第5.0.1條來驗算隔熱設計要求。
2. 當屋頂、外牆、外窗任一項的K值不滿足要求時,應進行能耗計算分析。
4.3.3 圍護結構的外表面宜採用淺色飾面材料。平屋頂和東、西、東北、西北向外牆可採用綠化等生態設計方法,提高隔熱性能。
5 建築物的節能綜合指標
5.0.1 當設計的居住建築不符合本規範第4.2.2和4.3.2條中的各項規定時,則應按本規範第5.0.2、5.0.3和5.0.4條的規定計算建築物節能綜合指標。計算出的建築物節能綜合指標應符合本規範第5.0.5條的規定。
5.0.2 本規範採用建築物耗冷量指標和空調年耗電量為建築物的節能綜合指標。
5.0.3 建築物的節能綜合指標應採用動態方法計算。
5.0.4 建築物的節能綜合指標按下列條件計算:
1 室外氣象計算參數採用典型氣象年。
2 空調居室室內計算幹球溫度為26℃,衛生換氣次數為1.5次/小時。
3 空調設備為家用風冷空調器,空調器(機)額定能效比為2.5。
4 不計室內其它熱源散熱。
5 建築面積和體積應按本規範附錄B計算。
5.0.5 計算出的每棟建築的單位建築面積空調年耗電量和最熱月平均建築物耗冷量指標不應超過表5.0.5的限值。
表5.0.5 建築物的節能綜合指標的限值
空調年耗電量 Ec (kWh/m2)
26.5
建築物耗冷量指標 qc (W/m2)
27.5
6 空調和通風節能設計
6.1 空調節能設計
6.1.1 居住建築空調方式及其設備的選擇,應優先考慮能源利用效率,經技術經濟分析和環境評價綜合考慮確定。
6.1.2 居住建築採用集中空調時,應設計分室(戶)溫度控制及分戶冷量計量設施。採用的集中冷源機組,其性能應符合現行有關標準的規定。
6.1.3 居住建築採用房間空氣調節器進行空調時,其能效比應符合國家標準《房間空氣調節器能源效率限定值及節能評價值》(GB12021.3-2000)中第5條「節能評價值」的規定。
6.1.4 集中空調系統的水泵、風機宜採用變頻調速節能技術。
6.1.5 採用戶式中央空調和集中空調系統時,應著重分析比較部分負荷下的能
效比。
6.1.6 居住建築空調可向空氣、水體、大地排熱。應通過能源利用效率、環境影響、技術經濟等方面的分析確定空調排熱體。
6.1.7 當具備地面水資源(如江河、海水等),或有適合的廢水等水源條件時,空調冷源可向水體排熱。在向水體排熱時,應分析排熱對水體溫度的影響。
6.1.8 當需抽取地下水作為空調冷源的冷卻用水時,應報請有關管理部門批准,抽取的地下水必須能有效回灌。
6.1.9 具有以下情況之一時,空調系統宜採用埋管式巖土換熱器向大地排熱:
1 對室外環境要求較高的居住建築,如別墅、別墅小區、高級住宅區等;
2 不具備向空氣、水體排熱條件的。
6.1.10 當採用風冷空調向空氣排熱時,建築平面和立面設計應考慮空調設備的位置,做到既不影響建築立面景觀,又有利於空調設備夏季排熱,並應便於清洗和維護室外換熱器設備和部件。
6.2 通風節能設計
6.2.1 居住建築通風設計應處理好室內氣流組織,提高通風效率。
6.2.2 當室外空氣溫度不高於28℃時,應首先採用通風降溫措施改善室內熱環境。在夏季高溫時,應避免熱風大量侵入室內。
6.2.3 居住建築通風設計應首先考慮採用自然通風。當夏季夜間自然通風不能
滿足20次/小時換氣次數要求時,可採用機械通風。機械通風裝置的設置,應使居室氣壓高於廚房、衛生間氣壓。宜在廚房、衛生間設機械排風,居室設機械送風。
6.2.4 空調房間的排風宜經廚房、衛生間等非空調房間排出,充分利用排風中的冷量。
6.2.5 採用集中空調或戶式中央空調的建築,可在新風系統與排風系統之間設冷、熱量回收裝置。沒有排風系統的,可利用排風減少窗戶的冷、熱耗量。
6.2.6 建築外窗等通風設施宜有方便靈活的開關調節裝置,以滿足不同天氣條
件下的不同通風要求。
7 其它建築設備的節能設計
7.0.1 居住建築室內照明應採用發光效率不低於每瓦60流明、顯色指數(Ra)不小於80並帶電子整流器的光源。
7.0.2 多層居住建築宜採用太陽能技術供應熱水。太陽能熱水系統的設置應與
建築物相協調。
7.0.3 居住建築可採用成熟可靠的熱泵技術供應熱水。
7.0.4 居住建築生活供水系統宜採用變頻恆壓系統。
附錄A
外牆平均傳熱係數的計算
(A.0.1)
A.0.1 外牆受周邊熱橋的影響,其平均傳熱係數按下式計算:
式中 Km——外牆的平均傳熱係數[W/(m2.K)];
KP——外牆主體部位的傳熱係數[W/(m2.K)],按國家標準《民用建築熱工設計規範》(GB50176-93)的規定計算;
KB1、KB2、KB3——外牆周邊熱橋部位的傳熱係數[W/(m2.K)];
FP——外牆主體部位的面積(m2);
FB1、FB2、FB3——外牆周邊熱橋部位的面積(m2)。
外牆主體部位和周邊熱橋部位如圖A.0.1所示。
圖A.0.1外牆主體部位與周邊熱橋部位示意
附錄B
建築面積和體積的計算
B.0.1 在進行建築節能綜合指標的計算時,建築面積應按各層外牆外包線圍成面積的總和計算。
B.0.2 建築體積應按建築物外表面和底層地面圍成的體積計算。
B.0.3 建築物外表面積應按牆面面積、屋頂面積和下表面直接接觸室外空氣的樓板面積的總和計算。
附錄C
本規範用詞說明
C.0.1 為便於在執行本規範條文時區別對待,對要求嚴格程度不同的用詞說明如下:
1 表示很嚴格,非這樣做不可的:
正面詞採用「必須」;
反面詞採用「嚴禁」。
2 表示嚴格,在正常情況下均應這樣做的:
正面詞採用「應」;
反面詞採用「不應」或「不得」。
3 表示允許稍有選擇,在條件許可時首先應這樣做的:
正面詞採用「宜」;
反面詞採用「不宜」。
4 表示有選擇,在一定條件下可以這樣做的:
採用「可」。
C.0.2 規範中指明應按其他有關標準執行時,寫法為:「應符合……的規定」或「應按……執行」。
深圳市居住建築節能設計規範
Design code for Energy Efficiency of
Residential Buildings in Shenzhen
SJG10-2003
條 文 說 明
深 圳
前 言
《深圳市居住建築節能設計規範》(SJG10-2003),已經深圳市建設局2003年7月31日以深建字〔2003〕79號文印發。
為便於廣大設計、施工、科研等有關人員在使用本規範時能正確理解和執行條文規定,本規範編制組按章、節、條順序編制了本規範的條文說明,供使用者參考。在使用中如發現本條文說明有不妥之處,請將意見函寄深圳市建築科學研究院。
目 次
1 總則
2 術語
3 室內熱環境和建築節能設計指標
4 建築和建築熱工節能設計
5 建築物的節能綜合指標
6 空調和通風節能設計
7 其它建築設備節能設計
1 總 則
1.0.1 《中華人民共和國節約能源法》已於1998年1月1日起實行。其中第三十七條專門規定「建築物的設計和建造應當依照有關法律、行政法規的規定,採用節能型的建築結構、材料、器具和產品,提高保溫隔熱性能,減少採暖、製冷、照明的能耗」。建設部《建築節能「十五」計劃綱要》要求:「加快夏熱冬冷和夏熱冬暖地區居住建築節能工作步伐」,並規定:「夏熱冬暖地區各省和自治區2002年制定當地的建築節能規劃和政策,組織建築節能試點工程,2003年大中城市開始執行夏熱冬暖地區居住建築節能設計標準,2005年小城市普遍執行,2007年各縣城均予執行。」
深圳市屬亞熱帶季風海洋性氣候,具有夏熱冬暖的氣候特點。夏熱時間長(一般4~10月),每年從5月上旬至10月中旬近半年的時間中溫度超過25℃,相對溼度在60%以上。高溫高溼氣候持久,使用空調時間長。冬季大部分時間氣溫在10℃以上,日照率為35%,基本不用採暖。同時,由於受海洋影響,白天風大,從海洋吹向陸地;夜間風速低,從陸地吹向海洋。晝夜溫差較小,夏季只有4~5℃。氣候條件優於夏熱冬冷地區夏季悶熱、冬季陰冷潮溼的氣候,室內熱環境也優於夏熱冬冷地區。但是,深圳市的建築能耗狀況仍不容樂觀。由於深圳市經濟比較發達,現代居住建築、公共建築、商業建築的大量增加和空調的普遍應用,使建築能耗大大增加。深圳市空調電耗佔全市用電量的1/3,而且峰谷差加大,已達2∶1。由此可見,深圳市有必要制定居住建築節能設計規範,更好地貫徹國家有關建築節能的方針、政策和法規制度,改善居住建築熱環境,提高空調的能源利用效率,實現節約能源,保護環境,提高人民生活質量的現代化目標。
1.0.2 本規範的內容主要是對深圳市居住建築從建築、熱工和空調設計方面提出節能措施,對空調能耗規定控制指標。
1.0.3 居住建築的節能設計需要多方面綜合考慮,設計的目的首先要滿足室內熱環境舒適的條件,同時應將空調能耗控制在規定的範圍內。
1.0.4 居住小區生態設計是提高小區熱環境和空氣品質的最有效方式,小區熱
環境和空氣品質的改善能明顯減少圍護結構的耗冷量、增加建築自然通風的時間,從而減少建築空調能耗。深圳市既有居住建築圍護結構的熱工性能差,室內熱環境質量有待提高,空調能源利用效率低。本規範具有雙重意義,首先是要保證室內熱環境質量,提高人民的居住水平;同時要提高空調能源利用效率,貫徹執行國家可持續發展戰略,實現節能50%的目標。
居住建築節能50%的具體含義是:以未實施節能規範之前,深圳居住建築為達到規定的室內熱環境水平,空調所消耗的能源為基礎能耗;實施節能規範後,符合節能規範的居住建築,達到同樣規定的室內熱環境水平,空調所消耗的能源只有基礎能耗的50%。
通過用DOE-2軟體對深圳市的代表性居住建築進行計算分析得出,要達到3.0.1
~3.0.4條規定的室內熱環境的舒適性水平,每平方米建築面積全年空調(不包含冬季採暖)所消耗的電能為48.89~55.61kWh/m2,平均為52.49kWh/m2,這即是深圳居住建築的基礎能耗。按節能50%的目標,實施節能規範後,深圳居住建築的空調年耗電量應控制在26.3kWh/m2(建築面積)左右。
1.0.5 本規範對居住建築的有關建築、熱工、通風和空調設計中所採取的節能措施和應該控制的能耗指標做出了規定,參考了中華人民共和國行業標準《夏熱冬冷地區居住建築節能設計標準》、《夏熱冬暖地區居住建築節能設計標準》、美國加利福尼亞州地方標準《Energy Efficiency Standards for Residential and Nonresidential Buildings》。但建築節能涉及的專業較多,相關專業均制定了相應的標準和節能規定。所以,深圳市居住建築節能設計,除符合本規範外,尚應符合國家現行的有關強制性標準、規範的規定。
2 術 語
2.0.1 建築物耗冷量指標用符號qc表示,單位為W/m2。如果用穩態的方法計算,qc是一個固定的值。本規範採用的是動態計算方法,所以不同時間的建築物耗冷量指標是變化的。為了使用上的方便,這裡的建築物耗冷量指標是將建築物在一年中最熱月份一個月的耗冷量(kWh)除以該月的小時數和建築面積所獲得的值。在實際使用中,這個指標主要用來衡量建築圍護結構熱工性能的優劣。將建築耗冷量指標乘以一個月的小時數和建築面積,再除以所用空調設備的最熱月平均能效比,就可以得出該建築物最熱月份的空調耗電量。
2.0.2 為了將夏季臥室和起居室的空氣溫度控制在設計指標26℃並保持每小時1.5次的通風換氣。
2.0.3 空調設備能效比(EER)是表徵空調設備能源利用效率的一個重要參數。能效比受工況影響,額定工況下的能效比稱為額定能效比。能效比越高,設備的能源利用效率越高。實際使用中,受客觀條件影響,設備實際的能效比有可能不等於額定能效比。
2.0.4 熱惰性指標D是表徵圍護結構抵抗熱流波和溫度波在材料層中傳播的一個無量綱數,其值等於各材料層熱阻與其蓄熱係數的乘積之和,即D=SR.S,R為圍護結構材料層的熱阻,S為對應材料層的蓄熱係數。
2.0.5 對建築物進行全年動態能量模擬分析時,要輸入氣象資料。一般應用典型氣象年、能量計算氣象年(Weather Year for Energy Calculations–WYEC)等。本規範採用典型氣象年進行分析計算。
2.0.6 由於室內人員活動、設備運行等,室內空氣會逐漸汙濁,室內空氣品質變差,不能滿足室內衛生要求,即達不到為保證人員健康等而規定的室內空氣品質要求。因此必須進行通風換氣,隨時補充一定量的新鮮空氣,以使室內空氣品質達到要求。
2.0.7 利用建築不同牆面處的風壓不同而產生的一種自然通風方式,由於其通常是從住宅的一側流入,穿過住宅後從另一側流出,故稱為穿堂風。利用穿堂通風,可有效地避免單側通風中出現的進排氣流摻混、短路、進氣氣流不能充分深入房間內部等缺點。
穿堂通風主要靠風壓作用,熱壓很難在住宅中形成穿堂通風。如果室外風力弱,儘管建築上創造了條件,仍不能形成穿堂通風。同時,穿堂通風要取得好效果,除室外風要有一定強度外,主要房間的外門窗應進風,次要房間(廚、衛等)的外窗應排風。
2.0.8 同一建築的外圍護結構上,如果有兩個風壓值不同的窗孔,空氣動力係數大的窗孔將會進風,空氣動力係數小的窗孔將會排風。
2.0.9 體型係數的大小對建築能耗的影響較大。體型係數越大,單位建築面積對應的外表面積越大,能耗越高。從建築節能的角度看,理應儘量減小體型係數。但是,體型係數不只是影響外圍護結構的傳熱損失,它和建築造型、平面布局、功能劃分、採光通風等若干方面也有密切關係。體型係數過小,將制約建築師的創造性,建築造型難以豐富多彩,平面布局困難,功能劃分難以合理,要損害建築的使用功能。對於深圳市而言,建築節能的重點是如何利用好自然通風和降低夏季建築外窗的輻射透過率,體型係數過小必定會影響採光和自然通風,因此深圳市不宜限制體型係數。
2.0.10 太陽輻射是地球接受到的一種自然能源,是地球的基本熱源,也是決定地球氣候的主要因素。
2.0.12 10太陽輻射是地球接受到的一種自然能源,是地球的基本熱源,也是決定地球氣候的主要因素。
2.0.13~2.0.14 物體溫度越高,輻射的波長越短。太陽表面溫度約6000K,它發射的電磁波長很短,主要在0.3~3μm的範圍內,稱為太陽短波輻射(其中包括波長為0.3~0.4μm的從紫外光、波長為0.4~0.7μm的可見光到和波長為0.7~3.0μm的紅外光的可見光)。地面在接受太陽短波輻射而增升溫的同時,也時時刻刻以電磁波形式向外輻射能量電磁波而冷卻。地面發射的電磁波長因為地面溫度較低而較長,波長主要在3~120μm的範圍內,屬遠紅外區間,與太陽短波輻射相比,稱為地面長波輻射。
地面的輻射能力,主要決定於地面本身的溫度。由於輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強,所以,白天地面溫度較高,地面輻射較強;夜間地面溫度較低,地面輻射較弱。
大氣對太陽短波輻射幾乎是透明的,卻強烈吸收地面長波輻射。大氣在吸收地面長波輻射的同時,它自己也向外輻射波長更長的長波輻射(因為大氣的溫度比地面更低)。因此,大氣,尤其是對流層中的大氣,主要靠吸收地面輻射而增溼溫。
熱。
217
2.0.17 PMV值是丹麥的範格爾(P.O.Fanger)教授提出的表徵人體熱反應(冷熱感)的評價指標,代表了同一環境中大多數人的冷熱感覺的平均。PMV = 0時意味著室內熱環境為最佳熱舒適狀態。ISO7730對PMV的推薦值為PMV 值在= -0.5~+0.5之間。
PMV 熱 感 覺 標 尺
3 室內熱環境和建築節能設計指標
熱感覺
寒冷
冷
微冷
適中
微熱
熱
酷熱
PMV值
-3
-2
-1
0
+1
+2
+3
3.0.1 改善居住建築室內熱環境質量,同時提高能源利用效率,實現建築節能,是本規範的兩大基本目標,因此單列一章確定室內熱環境和建築節能設計指標。
室內熱環境質量標準的高低,對建築、建築供配電和空調設備的投資、能耗、運行費用都有顯著的影響,需要相應的社會經濟與能源的支撐及及個人承受能力。在確定室內熱環境質量標準時,須考慮到整個深圳市不同區域社會經濟發展及居民個體存在的差異。故按不同程度,確定熱舒適水平和可居住水平兩個等級的室內熱環境質量標準。
熱舒適水平是指:使居住者在室內既不感到熱,也不感到冷的舒適狀態的熱環境質量水平。可居住水平是指:居住者在室內感到熱或冷,但尚可在室內正常生活(睡眠、學習、家務勞動等)。
由於深圳市地處東南沿海,夏熱冬暖,冬季大部分時間內氣溫在10℃以上,冬季日照率為35%,基本不用採暖,其建築節能的重點是提高夏季室內熱環境質量和降低空調能耗。因此,本規範中只規定了夏季的室內熱環境質量標準。
3.0.2 影響熱感覺有6個指標:幹球溫度、空氣溼度、風速、平均輻射溫度、人體活動強度及衣著。前4個是熱環境因素,後2個是人為因素。國際標準ISO7730以丹麥範格爾(P.O.Fanger)教授的熱舒適方程為理論基礎,將上述6個因素綜合為PMV,再將PMV與不滿意率(PPD)聯繫。,形成PMV—PPD熱環境質量指標體系。ISO7730推薦的熱環境質量指標為PMV = -0.5~+0.5,對應不滿意率PPD≤10%。PMV是由熱感受6個因素共同決定的,合理組合綜合考慮這6個因素,可在保證熱環境質量的前提下,降低能耗。
採用PMV—PPD指標有兩個好處,一是拓廣寬了節能的途徑;二是便於和國際接軌。PMV—PPD值可用熱舒適儀直接測得,也可用熱舒適方程計算。ISO7730給出了計算PMV—PPD的熱舒適方程,我國的暖通空調設計手冊也採用了這個熱舒適方程。
室內熱環境質量的指標體系包括幹球溫度、溼度、風速、壁面溫度等多項指標。本規範主要指標只提了幹球溫度指標,原因是在室內熱環境的諸多指標中,起主要作用的是幹球溫度指標。換氣指標則是從人體衛生角度考慮必不可少的指標。另外,深圳是海濱城市,空氣相對溼度大。,相對溼度大也常常是不舒適的重要原因,。所以又將換氣次數指標和室內空氣相對溼度要求列出。
綜合考慮現狀與發展,本規範採用兩個控制室內熱環境質量的指標。,一是綜合性指標——PMV,另一個是主要指標——幹球溫度。,工程設計中可根據具體情況決定採用哪一個指標。採用換氣次數指標是為了保證室內的衛生條件。相對溼度是舒適性指標,故可居住水平中沒有相對溼度要求。
室內熱環境質量標準的高低,對能耗與投資都有顯著影響。在同樣的技術水平下,夏季室溫每提高1℃,空調冷負荷可減少約10%,空調運行時間相應減少,空調能耗從而可減少20%以上。
室內熱環境質量標準的高低,對居住條件、生活水平(特別是工作和學習效率)、身體健康有重大影響。研究表明,空氣溫度在25℃左右,腦力勞動的工作效率最高。以25℃時的工作效率為100%,35℃時只有50%。深圳市的調查結果表明,夏季室內空氣溫度不超過28℃時,多數人對室內熱環境表示滿意;對氣溫不超過30℃的住房,一般表示雖不舒服,有點熱,但尚能夠居住,能夠睡眠、學習或做作家務等。
綜合考慮室內熱環境質量的效益和能耗費用,並考慮到社會經濟發展的不同程度,室內熱環境質量標準分為兩個等級。一個為舒適性熱環境質量水平,夏季PMV≤0.7(幹球溫度24~28℃)。另一個是可居住性熱環境標準,夏季日平均幹球溫度≤29℃。
3.0.3~3.0.4 室內熱環境質量設計指標準規定了幹球溫度的變化範圍,具體設計還需確定一個基準值。通過調查表明,目前使用空調器的家庭,55.9%的空調運行的設定溫度為26℃左右,。362%的空調設定溫度為小於等於24℃的佔36.2%,家庭成員一般為青年。家庭空調設定溫度大於等於28℃的佔7.9%,家庭成員通常為中老年人。3.0.2條規定的舒適性熱環境質量設計指標準為夏季幹球溫度為24~28℃,因此夏季居室空調溫度控制在26±2℃。
衛生換氣是指控制室內空氣汙染物濃度,保持室內空氣品質符合衛生標準的通風換氣。空調房間的換氣次數是室內衛生條件的一個重要的設計指標。室外的新鮮空氣進入室內,一方面有利於確保室內的衛生條件,但另一方面又要消耗大量的能量,因此要確定一個合理的換氣次數。
在GB50198《旅遊旅館建築熱工與空氣調節節能設計標準》(GB50198-93)中,規定的不同等級旅遊旅館客房新風換氣量為:一級客房每人每小時50m3;,二級客房40m3;,三級客房30m3。美國ASHRE標準(62-1989))推薦的住宅居室新風換氣量為每人每小時45.5m3。住宅建築的層高為2.5m以上,按人均居住面積15m2計算,1小時換氣1.5次,人均佔有新風56.25m3。,數量上超過了一級客房的水平。但是,這並不表明超過了一級客房的衛生水平。
室內空氣的衛生水平與許多因素有關。根據通風方程, ,其中L為通風量,x為室內空氣汙染源散發的汙染物量,CN是室內空氣衛生標準所允許的汙染物濃度,CW是室外空氣中的汙染物濃度。由於住宅內的物品、人員活動比賓館客房複雜,室內空氣汙染源散發的汙染物量明顯大於客房。因此,儘管人均新風量高於一級客房,但室內空氣品質會不及一級客房。深圳市溼熱的特點,使細菌繁殖速度比乾燥的北方快得多。,要達到相當的室內衛生條件,深圳市居住建築的通風換氣量必然比北方多。
夏季可居住水平的關鍵在夜間,設計重點在夜間通風。夏季夜間通風時,使室內幹球溫度≤30℃的通風量大大超過1.5次/h,能充分滿足衛生換氣的要求。所以夏季通風夜間室內熱環境設計指標中沒有再列衛生換氣的要求。
4 建築和建築熱工節能設計
4.1 自然通風設計
4.1.1 換氣共分五個層次,即室內換氣、建築換氣、小區換氣、城市換氣、區域換氣。每個層次的換氣都受上一層次制約,例如夏季長江流域受副熱帶高壓的控制,換氣不良,造成重慶、武漢、南京等城市成為「火爐」。而深圳的城市換氣良好,是深圳市各小區夏季熱環境比其它城市小區良好的主要原因。而建築和室內的換氣是否良好,首先取決於小區換氣是否良好,尤其是用地面積15萬㎡平方米以上的小區,若換氣不良,小區內各棟建築和各房間很難有實現自然通風的條件。所以本條文強調規劃設計中應強化整個小區的通風換氣,而且規定用地面積15萬㎡平方米以上的小區應進行氣流模擬設計。
4.1.2 春秋季和夏季涼爽時間是指室外氣溫低於室內設計溫度的時間。組織好建築物室內外的自然通風,不僅有利於改善室內熱環境,而且可減少開空調的時間,有利於降低建築物的實際使用能耗。
當室外氣溫高於室內溫度時,自然通風不但不能改善室內熱環境,反而會惡化室內熱環境。只有當室外空氣狀態處於舒適區,低於夏季室內設計溫度時,自然通風才能有效地改善室內熱環境。當夏季室外溫度<28℃時,可利用自然通風達到熱舒適水平,當夏季室外溫度<29℃時,可利用自然通風達到可居住水平。使小區各建築的主
立面迎向夏季涼爽時間的主導風向,或將夏季涼爽時間的主導風引向建築的主立面,有利於建築室內的自然通風。當小區建築較多時,由於建築物的幹擾,吹向每棟建築物的氣流方向不是當地氣象臺所提供的主導風向,所以需要使小區各建築的主立面迎向夏季主導風向,或將夏季主導風引向建築的主立面。
4.1.3 室外氣流吹過建築物時,氣流將發生繞流,在建築物的頂部和後側形成彎曲循環氣流。屋頂上部的渦流區稱為回流空腔,建築物背風面的渦流區稱為迴旋氣流區。這兩個區域的靜壓力均低於大氣壓力,形成負壓區,這個區域即是氣流旋渦區。通過實地觀測表明:深圳市夏季氣流旋渦區的空氣溫度要比主流區高1℃以上。當主流區的建築利用自然通風達到室內熱舒適時,氣流旋渦區內的建築還需用空調才能達到熱舒適,增加空調能耗。另外,在氣流旋渦區內,汙染物會逐漸積聚。建築物若處在周圍建築的氣流旋渦區內,汙染物會隨進風進入室內,反而降低了室內空氣品質,。這是應該避免的。
4.1.5~4.1.7 穿堂通風可有效避免單側通風中出現的進排氣流摻混、短路、進氣氣流不能充分深入房間內部等缺點,因此宜採用穿堂通風。深圳市室外風力較強,為有效利用穿堂風提供了良好的條件。建築造型中應充分利用這個優勢,組織好室內氣流,最大限度地減少空調的使用時間,獲得節能效果。
要得到好的穿堂通風效果,還應使主要房間處於上遊段,避免廚房、衛生間等房間的汙濁空氣隨氣流流入其它房間,影響室內空氣品質。由於是空氣動力係數小的窗口排風,因此設計中應使廚、衛窗口的空氣動力係數小於其它房間窗口的空氣動力係數。
總之,要獲得良好的自然穿堂風,需要如下一些基本條件:
(1)(1)室外風要達到一定強度;
(2)(2)室外空氣首先進入臥室、客廳等主要房間;
(3)(3)穿堂氣流通道上,應避免出現喉部;
(4)(4)氣流通道宜短而直;
(5)(5)減小建築外門窗的氣流阻力。
深圳市晝夜的風是反向的,在進排風口的布置上應注意這個問題。
4.1.8~4.1.10 單側通風通常效果都比較弱不太理想,因此在採用單側通風時,要有強化措施使單面外牆窗口出現不同的風壓分布,同時增大室內外溫差下的熱壓作用。進排風區口的空氣動力係數差值增大,可加強風壓作用;;增加窗口高度可加強熱壓作用。建築外窗可開啟面積的大小是影響窗口出現不同風壓分布和加強熱壓作用的主要因素。在深圳市可利用自然通風的室外氣象條件下:即室外幹球溫度不高於28℃,相對溼度80%,室外風速在1.5m/s左右時,通過實測調查與計算機模擬得出,當外窗的可開啟面積不小於所在房間地面面積的10%時,室內大部分區域基本能達到可居住水平。根據調查,深圳市既有居住建築的窗地面積比一般在16%到30%之間,而根據《住宅設計規範》(GB50096-1999)的規定:為保證住宅側面採光,窗地面積比值不得小於1/7(即14.3%)。考慮到深圳居住建築普遍使用推拉窗和平開窗,推拉窗的最大可開啟面積為50%,平開窗為100%。所以本條文規定的「外窗(包括陽臺門)的可開啟面積不應小於所在房間的地面面積的10%」是合理的。
4.1.11 夏季陣雨、暴雨時,為避免室內物品受汙,多數情況下居民會關閉外窗。這種情況下會造成室內通風不暢,影響室內熱環境。。根據實測和調查:當室內通風不暢或關閉外窗,室內幹球溫度26℃,相對溼度80%左右時,室內人員仍然感到有些悶熱,所以需對夏季陣雨、暴雨時關閉外窗情況下的自然通風措施加以考慮。
4.2 遮陽設計
4.2.1 太陽輻射得熱對建築能耗的影響很大,夏季太陽輻射得熱增加製冷負荷,冬季太陽輻射得熱降低採暖負荷。根據太陽高度角和方位角的變化規律,建築的南向夏季可以減少太陽輻射得熱,冬季可以增加太陽輻射得熱,是最有利的建築朝向。由於深圳夏季的主導風為東南風,東南向建築有利於自然通風,而太陽輻射得熱又不是很強,所以在深圳,東南朝向是推薦朝向。但由於建築物的朝向還要受到許多其他因素的制約,不可能都做到南或東南向,所以本條用了「宜」字。
4.2.2 夏季透過窗戶進入室內的太陽輻射熱構成了空調負荷的主要部分,設置外遮陽是減少太陽輻射熱進入室內的一個有效措施。透過窗戶進入室內的太陽輻射與射到沒有任何遮擋措施窗口的太陽輻射之比稱為外窗的太陽輻射透過率。採取遮陽等措施,降低夏季外窗的輻射透過率,不但可大幅度降低空調設備的能耗,還可以明顯改善自然通風條件下的室內熱環境質量。現場實測表明,有效的遮陽,可使室內空氣最高溫度降低1.4℃,平均溫度降低0.7℃;使室內各表面溫度下降1.2℃,從而延長採用自然通風的時間,減少使用空調的時間,獲得節能效果。模擬計算表明,空調耗電量節能率都比相同外圍護結構條件下僅夏季採取外遮陽一項措施,就可以獲得26%以上的節能率。因此,窗戶外遮陽是深圳居住建築節能的最主要的技術措施。冬季透過窗戶進入室內的太陽輻射熱可以減小採暖負荷,所以設置活動式外遮陽是比較合理的。外窗夏季的輻射透過率不大於0.3,再輔以牆體隔熱和提高空調設備能效比等措施,能夠達到節能50%的要求。
常用遮陽設施的太陽輻射熱透過率可參見下表:
表1 常用遮陽設施的太陽輻射透過率
外窗類型
窗簾內遮陽
活動外遮陽
淺色較緊密織物
淺色緊密織物
鋁製百葉捲簾(淺色)
金屬或木製百葉捲簾(淺色)
單層普通玻璃窗:
3-6mm厚玻璃
0.45
0.35
0.09
0.12
單框雙層普通玻璃窗:
3+3mm厚玻璃
6+6mm厚玻璃
0.42
0.42
0.35
0.35
0.09
0.13
0.13
0.15
在建築外窗設置遮陽,應與其它節能措施結合起來,不應影響其它節能措施的效果,使得事倍功半。
當窗玻璃的夏季太陽輻射透過率小於等於0.3時可不採用外窗遮陽。但要考慮冬季利用太陽輻射改善室內熱環境,窗玻璃的冬季太陽輻射透過率應儘可能得地大。這就意味著窗玻璃的太陽輻射透過率應可按季節進行調整。低輻射玻璃(Low-e玻璃)的太陽輻射透過率可以低到0.3,這時不需再設遮陽。但是低輻射玻璃同時也阻擋了冬季通過玻璃窗進入室內的太陽輻射熱,不利於冬季太陽能採暖利用,從全年看,節能效果不及活動外遮陽,並且對室內的自然採光有負面影響。
4.2.3 自然通風時,在通風窗口設置遮陽有多方面的影響,一是可以降低窗口輻射溫度和室內各表面溫度,從而降低全天的室內平均輻射溫度;二是遮陽體將自己本身吸收的太陽輻射熱轉移給進風氣流,會引起白天室溫上升;再者,若遮陽設施夜間仍擋在窗口,會影響夜間降溫的通風量和室內通過窗口向夜空長波輻射散熱,使夜間室內溫度下降較慢。因此,遮陽設施的太陽輻射吸收率應小,夜間應離開窗口。
冬天,太陽輻射熱是提高室內熱環境質量的一個有利因素,應充分利用,因此應避免外窗的遮陽對太陽輻射的阻礙。採用活動外遮陽,冬季時將其移離窗口,是比較有效的節能措施。
4.2.4 實測表明:在深圳,通過開窗進行自然通風時,採用布簾、百葉等輕質量懸掛的活動遮陽措施來降溫,效果並不顯著。分析其原因,是由於深圳市室外風速高,常把遮陽吹開,太陽輻射仍進入室內。同時,大量室外空氣湧入室內,形成穿堂風,使室內、外氣溫相近。因此在外窗開啟的情況下,利用遮陽的方法改善深圳市的室內熱環境,應使遮陽設施能穩定地固定在窗口,不能被風吹開,同時又不能影響室內通風。
4.2.5 外牆投向附近外窗的反射輻射和發射輻射會增加透過外窗的輻射熱,惡
化室內熱環境,應避免這種情況。東、西、東北、西北向外牆受日照較多,表面溫度較高,輻射較強,宜採用綠化遮陽隔熱措施,降低其外表面溫度,減弱其反射和輻射強度。
4.3 圍護結構性能要求
4.3.1 為了保證空調時居住建築的換氣次數得以控制,要求外窗及陽臺門具有良好的氣密性。現行國家標準《建築外窗空氣滲透性能分級及其檢測方法》(GB7107-86)規定的Ⅲ級所對應的空氣滲透數據是:在10Pa壓差下,每小時每米縫隙的空氣滲透量在1.5~2.5m3之間;Ⅱ級所對應的空氣滲透數據是:在10Pa壓差下,每小時每米縫隙的空氣滲透量在0.5~1.5m3之間。
4.3.2 大量的動態模擬計算結果表明,對一般的居住建築,在窗戶太陽輻射透過率≤0.3的前提下,當外窗,、牆和屋頂等的熱工性能滿足表4.3.2的規定時,此類量大面廣的居住建築空調年耗電量能滿足節能50%的要求,對這些建築無需再用動態方法進行計算。
規定熱惰性指標是考慮了深圳市夏季外圍護結構嚴重地受到不穩定溫度波作用,只採用傳熱係數這個指標不能全面地評價圍護結構的熱工性能。傳熱係數只是描述圍護結構傳熱能力的一個性能參數,是在穩態傳熱條件下建築圍護結構的評價指標。在非穩態傳熱的條件下,圍護結構的熱工性能除了用傳熱係數這個參數之外,還應該用抵抗溫度波和熱流波在建築圍護結構中傳播能力的熱惰性指標D來評價。
當外牆和屋頂採用含有輕質的絕熱材料的複合結構時,會出現熱惰性指標值很低的情況。這樣,在夏季不開啟空調機的自然通風條件下,屋頂和外牆的內表面最高計算溫度有可能高於國家標準《民用建築熱工設計規範》(GB50176-93)的規定。為了避免出現這種情況,並提高空調時室內溫度的穩定性,在表4.3.2中,,規定了屋頂和外牆的熱惰性指標不應低於3.0。
但是,不是所有的採用含有輕質的絕熱材料的複合結構的外牆和屋頂都能滿足熱惰性指標值高於3.0的,出現這種情況時,屋頂和外牆的內表面溫度應按照國家標準《民用建築熱工設計規範》(GB50176-93)的規定進行核算。《民用建築熱工設計規範》(GB50176-93)的關於屋頂和外牆的內表面溫度的規定是最低要求,可以根據實際情況,適當提高要求。
PVC塑料和鋁合金單框雙層玻璃窗的傳熱係數可滿足規定的4.7W/(m2.K)。使用雙層玻璃窗是一種發展的方向,是深圳市節能居住建築兼顧通透明亮、節能、放寬窗牆面積比、提高外窗熱工性能的主要技術途徑。因為外窗是圍護結構各部分中熱工性能最差的部分,提高外窗的熱工性能,常常是大幅度提高整個圍護結構熱工性能的捷徑。另外,提高外窗的熱工性能的節能投資回收期也是較短的。
採用平均傳熱係數,即按面積加權法求得外牆的傳熱係數,考慮了圍護結構周邊混凝土梁、柱、剪力牆等「熱橋」的影響,以保證建築在夏季空調時通過圍護結構的傳熱量小於標準的要求,不致不至於造成建築耗冷量的計算值偏小,使設計的建築物達不到預期的節能效果。
根據實際測試數據和DOE-2程序能耗分析的結果,在深圳市當改變圍護結構傳熱係數時,隨著K值的減小,能耗指標的降低並非按線性規律變化,當屋面K值降為1.0W/(m2.K),外牆平均K值降為1.5 W/(m2.K)時,再減小K值對降低建築能耗的作用已不太明顯。因此,本規範考慮到以上因素和降低圍護結構的K值所增加的建築造價,認為屋面K值定為1.0W/(m2.K),外牆K值為1.5W/(m2.K),在目前情況下對整個深圳市都是比較適合的。
本規範對牆體和屋頂傳熱係數的要求是不太高的。主要原因是考慮到深圳市建築節能的重點在自然通風和外窗遮陽上,這兩項措施的節能效果遠高於改善牆體和屋頂的熱工性能。但在技術、經濟許可的條件下,使用高效保溫材料來提高牆體的保溫性能(例如採取聚苯笨乙烯泡沫塑料做牆體外保溫),進一步降低牆體的 K值,只要增加保溫層的厚度即可,造價不會成比例增加,所以進一步降低K值是可行的,也是經濟的。屋頂的情況也是如此。如果採用聚苯笨乙烯泡沫塑料做屋頂的保溫層,保溫層適當增厚,不會大幅度增加屋面的總造價,而屋面的K值則會明顯降低,也是經濟合理的。
建築物的使用壽命比較長,從長遠來看,應鼓勵圍護結構採用較高檔的節能技術和產品,熱工性能指標突破本規範的規定。深圳市經濟比較發達,也是夏熱冬暖地區建築節能工作開展得比較早的地區,應該往這個方向努力。
本規範對樓板和分戶牆提出了保溫性能的要求。這是因為在深圳市,是否開啟空調設備是居民的個人行為,如果相鄰的住戶不採用空調,而樓板和分戶牆的保溫性能又太差,則開啟空調設備的住戶的室內能量會大量通過樓板和分戶牆損失掉。在樓板和分戶牆上採取一些措施,達到表4.3.2的要求是不困難的,而且增加造價不多。
用DOE-2模擬分析表明,在深圳,當窗戶太陽輻射透過率小於等於0.3時,窗牆面積比的變化對空調的能耗影響不大。窗牆面積比每增加0.1,單位建築面積的空調年耗電量只增加0.11~0.30kWh;節能率僅下降0.2~0.6個百分點。而且,外窗可開啟面積過小,會造成自然通風不良,夏季不能充分利用自然通風,增加空調運行時間和能耗。所以深圳居住建築,在加強窗戶夏季遮陽的前提下,根據室內外視覺感受、自然通風、自然採光等的要求確定窗戶面積是比較合理的,對居住建築窗牆面積比不提出要求。
4.3.3 採用淺色飾面材料的圍護結構外牆面,在夏季有太陽直射時,能反射較多的太陽輻射熱,從而能降低空調時的得熱量和自然通風時的內表面溫度,當無太陽直射時,它又能把圍護結構內部在白天所積蓄的太陽輻射熱較快地向外天空輻射出去,因此,無論是對降低空調耗電量還是對改善無空調時的室內熱環境都有重要意義。
5 建築物的節能綜合指標
5.0.1 本規範為居住建築提供了兩條節能設計達標的途徑,一條途徑是符合第
四章的規定,另一條途徑是滿足第五章的要求。
第四章列出的是居住建築節能設計的規定性指標。對於圍護結構的熱工性能能符合第四章的有關規定的居住建築,它們的空調能耗已經在編制本標準的過程中經過了大量的計算,節能50%的目標是有保證的,不必再進行本章所規定的計算。
本章列出的是居住建築節能設計的性能性指標。對於那些在某些方面不符合第四章有關規定的居住建築,本規範具有一定的靈活性。這類居住建築可以採取在其它方面增強措施的方法,仍然達到節能50%的目標。例如一棟建築外牆的傳熱係數超過了第四章的規定,它可以採取降低外窗輻射透過率的方法,仍然達到節能50%的目標。但是對這一類建築就必須經過計算證明它達到了本章規定的性能性指標要求,才能判定其能滿足節能50%的要求。
5.0.2 建築物的耗冷量指標綜合反映了建築設計和圍護結構熱工性能的優劣,因此是節能建築的重要控制指標。
圍護結構熱工性能好的居住建築,在不配備空調設備的條件下,夏季的室內溫度情況也要比一般居住建築好。
建築節能除了改善建築圍護結構的熱工性能之外,提高空調設備的效率也是一個很重要的方面。
本規範沒有明確劃定空調期,而是用空調年耗電量作為控制指標,主要原因是深圳市的居住建築目前極少配備集中供冷系統,降溫基本上是居民的個人行為,春季,氣溫驟升時,不論是否已到了所謂的空調期,居民都有可能開啟空調器降溫。
空調設備的運行時間很集中,用電的峰值負荷對電網的壓力很大,除了耗電量之外,空調的用電負荷也是一個重要指標,設計時應予以足夠的重視。
5.0.3 根據深圳市的氣候特性,一天之內溫度波動對圍護結構傳熱的影響比較大,尤其是夏季,白天室外氣溫很高,又有很強的太陽輻射,熱量通過圍護結構從室外傳入室內;夜裡室外溫度下降比室內溫度快,熱量有可能通過圍護結構從室內傳向室外。由於這個原因,為了比較準確地計算空調負荷,並與現行國標《採暖通風與空氣調節設計規範》(GBJ19-87)保持一致,需要採用動態計算方法。
動態的計算方法有很多,暖通空調設計手冊裡的冷負荷計算法就是一種常用的動態的計算方法。
本規範採用了反應係數計算方法,並採用美國勞倫斯伯克力國家實驗室開發的DOE-2軟體作為計算工具。
DOE-2用反應係數法來計算建築圍護結構的傳熱量。反應係數法是先計算圍護結構內外表面溫度和熱流對一個單位三角波溫度擾量的反應,計算出圍護結構的吸熱、放熱和傳熱反應係數,然後將任意變化的室外溫度分解成一個個可迭加的三角波,利用導熱微分方程可迭加的性質,將圍護結構對每一個溫度三角波的反應迭加起來,得到任意一個時刻圍護結構表面的溫度和熱流。
DOE-2用反應係數法來計算建築圍護結構的傳熱量。反應係數的基本原理如下:
參照右圖,當室內溫度恆為零,室外側有一個單位等腰三角波形溫度擾量作用時,從作用時刻算起,單位面積壁體外表面逐時所吸收的熱量,稱為壁體外表面的吸熱反應係數,用符號X(j)表示;通過單位面積壁體逐時傳入室內的熱量,稱為壁體傳熱反應係數,用符號Y(j)表示;與上述情況相反,當室外溫度恆為零,室內側有一個單位等腰三角波形溫度擾量作用時,從作用時刻算起,單位面積壁體內表面逐時所吸收的熱量,稱為壁體內表面的吸熱反應係數,用符號Z(j)表示;通過單位面積壁體逐時傳至室外的熱量,仍稱為壁體傳熱反應係數,數值與前一種情況相等,固仍用符號Y(j)表示。
傳熱反應係數和內外壁面的吸熱反應係數的單位均為W/(m2.℃),符號括號中的j=0,1,2...,表示單位擾量作用時刻以後jDt小時。一般情況Dt均取1小時,所以X(5)就表示單位擾量作用時刻以後5小時的外壁面吸熱反應係數。
反應係數的計算可以參考專門的資料或使用專門的電腦程式,有了反應係數後就可以利用下式計算第n個時刻,室內從室外通過板壁圍護結構的傳熱得熱量HG(n)
(公式1)
式中:tz(n-j)是第n-j時刻室外綜合溫度;
tr(n-j)是第n-j時刻室內溫度;
當室內溫度tr不變時,此式還可以簡化成:
式中的K就是板壁的傳熱係數。
DOE-2軟體可以模擬建築物採暖、空調的熱過程。用戶可以輸入建築物的幾何形狀和尺寸,可以輸入建築圍護結構的細節,可以輸入室內人員、電器、炊事、照明等的作息時間,可以輸入一年8760個小時的氣象數據,可以選擇空調系統的類型和容量等參數。DOE-2根據用戶輸入的數據進行計算,計算結果以各種各樣的報告形式來提供。
5.0.4 本規範第五章的目的是審查那些不完全符合第四章規定的居住建築是否也能滿足節能50%的要求。為了在不同的建築之間建立起一個公平合理的可比性,並簡化審查工作量,本條規定了計算的標準條件。
在建築節能中,建築的能耗水平應是該建築歷年來的平均能耗。由於典型氣象年的原始數據與歷年平均值所用的原始氣象數據年相同,採用典型氣象年數據計算所得的年能耗與採用歷年平均氣象數據計算所得的年能耗最接近,最能反映能耗的「平均」情況。同時,典型氣象年的數據是最齊全的,因此,以典型氣象年作為能耗計算的氣象數據。
計算時取臥室和起居室室內溫度,夏季全天為26℃,換氣次數為1.5次/小時,其他房間不進行溫度控制。
空調設備額定能效比取2.5。
5.0.5 表5.0.5中所列的數據就是用DOE-2計算出來的,計算中嚴格按照5.0.4規定的計算條件,並通過大量的調查,選取了深圳市具有代表性的12個住宅小區進行外形、戶型、結構類型、圍護結構的構造、圍護結構熱工性能、層數、體型係數、窗牆面積比等各方面的統計分析,獲得計算所依據的建築模型:包括兩棟典型的高層建築(17層)和4棟典型的多層建築(5~7層)。這兩棟高層建築的建築面積各1萬平方米左右,體形係數0.288和0.31,南北朝向,一梯6戶,每戶建築面積71~107平方米,分為2~3個臥室,1個起居室,1個廚房,1~2個衛生間;這四44棟多層建築,一梯2~4戶,每戶建築面積100平方米左右。臥室和起居室控制溫度和換氣次數,衛生間和廚房不控制溫度。外牆的傳熱係數為1.39W/(m2.K),屋頂的傳熱係數為0.95W/(m2.K),窗戶的傳熱係數為4.7W/(m2.K),夏季外窗的輻射透過率為0.3。將這6棟典型建築放到深圳市的逐時氣象條件下計算,把計算的結果進行比較整理,。綜合分析各因素的影響,得出了表5.0.5中所列的數據。
設計的居住建築物用DOE-2計算的空調年耗電量不應超過表5.0.5中的規定值。
DOE-2的計算是逐時動態的,所以建築物耗冷量指標都不是一個固定的數值,而是每小時都變化的。為了使用上的方便,表5.0.5中所列的建築物耗冷量指標qc是將建築物在一年中最熱月份一個月的耗冷量除以該月的小時數和建築面積所獲得的值。計算耗冷量指標時所用的建築面積係指整棟建築的建築面積。
6 空調和通風節能設計
6.1 空調節能設計
6.1.1 隨著深圳市經濟發展,人民生活水平的不斷提高,對空調的需求逐年上升。對於居住建築選擇設計選擇集中空調系統方式,還是分戶空調方式,應根據當地能源、環保等因素,通過仔細的技術經濟分析來確定。同時,該地區居民採暖空調所需設備及運行費用全部由居民自行支付,因此,還要考慮用戶對設備及運行費用的承擔能力。對於一些特殊的居住建築,如幼兒院、養老院等,可根據具體情況設置集中採暖、空調設施。主要考慮以下情況:
(1)(1)深圳市的氣候條件和建築所在地點的氣流、水、土地等有關自然資源;
(2)(2)建築所在地點的能源資源和價格;
(3)(3)建築所在地點的環境狀況和相關環境法規;
(4)建築自身特點:住宅小區還是單幢住宅樓,高層住宅還是多層住宅樓,或別墅等;
(5)(5)當地生活水平、生活習慣和住戶經濟收入;
(6)(6)設備同時使用率、設備系統的部分負荷性能和調控性能;
(7)(7)設備費、運行費;
(8)(8)安裝方式,運行調節和維護管理工作量及條件;
(9)(9)對生態環境的影響;
(10)(10)對城市、小區或周圍環境的影響。
6.1.2 建設部2000年2月18日頒布了第76號令《民用建築節能管理規定》,
其中第八條規定:「設計單位應當依據建設單位的委託以及節能的標準和規範進行設計,保證建築節能設計質量。(一)嚴寒和寒冷地區設置集中採暖的新建、擴建和改建的居住建築設計,應當執行中華人民共和國《民用建築節能設計標準(採暖居住建築部分)》。(二)新建、擴建和改建的旅遊旅館的熱工與空氣調節設計,應當執行中華人民共和國《旅遊旅館建築熱工與空氣調節節能設計標準》。」因此,該地區採用集中空調方式時,應設置分室(戶)溫度控制及分戶計量設施,其它空調設計技術規定應執行或參照執行上述標準中有關條款。
目前已報批的國家標準《蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組 -- 戶用和類似用途冷水(熱泵)機組》中有關能效比的規定值。居住建築小區採用電或燃氣(油、蒸汽、熱水)驅動的冷(熱)水機組作為集中供冷熱源時,其能效比(性能係數)應符合目前已報批的國家標準《蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組——工商業用或類似用途的冷水(熱泵)機組》,、《直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組》,以及《蒸汽和熱水型溴化鋰吸收式冷水機組》中有關能效比的規定值。下列各表摘自上述各標準。
(1)(1)水冷冷風型空調機的能效比應不小於表1的規定值。
表1 水冷冷風型空調機能效比
名義製冷量(W)
EER(W/W)
>7000-4000
2.70
>14000-8000
2.75
>28000-0000
2.80
>50000-0000
2.85
>80000-00000
2.95
>100000-50000
3.00
>150000
3.00
C (2)(2)風冷冷風型空調機的能效比應不小於表2的規定值。
表2 風冷冷風型空調機能效比
名義製冷量(W)
EER(W/W)
>7000-4000
2.50
>14000-8000
2.50
>28000-0000
2.45
>50000-0000
2.40
>80000-00000
2.35
>100000-50000
2.30
>150000
2.30
(3)水源熱泵型空調機的能效比應不小於表3的規定值。
表3 水源熱泵型空調機能效比
名義製冷量(W)
EER(W/W)
>7000-4000
2.60
>14000-8000
2.65
>28000-0000
2.70
>50000-0000
2.75
>80000-00000
2.85
>100000-50000
2.90
>150000
2.90
(4)(4)空氣源熱泵型空調機的能效比應不小於表4的規定值。
表4 空氣源熱泵型空調機能效比
名義製冷量(W)
EER(W/W)
>7000-4000
2.26
>14000-8000
2.40
>28000-0000
2.35
>50000-0000
2.30
>80000-00000
2.25
>100000-50000
2.25
>150000
2.25
C (5)(5)蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組——戶用和類似用途冷水(熱泵)機組的能效比應不小於表5的規定值。
表5 蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)能效比
名義製冷量(kW)
EER(W/W)
風冷式
水冷式
蒸發冷卻
<8
2.30
-/FONT>
2.60
≥8-6
2.35
-/FONT>
2.70
≥16-1.5
2.40
3.30
2.80
≥31.5-0
2.45
3.40
2.90
H (6)蒸汽和熱水型溴化鋰吸收式冷水機組單位製冷量的加熱源的耗量應不大於表6的規定值。
表6 蒸汽和熱水型溴化鋰吸收式冷水機組名義工況和性能參數
名義工況
性能參數
型式
加熱源
冷水出口溫度℃
冷水進出口溫度差℃
冷卻水進口溫度℃
冷卻水出口溫度℃
單位製冷量的加熱源耗量kg/(kWh)
飽和蒸汽MPa
熱水℃
蒸汽單效型
0.1
-
7
5
30(32)
35(40)
2.35
蒸汽雙效型
0.25
13
35(38)
1.40
0.4
7
10
1.31
0.6
7
10
1.28
0.8
7
熱水型
-/FONT>
-
註:1.蒸汽壓力係指發生器(高壓發生器)蒸汽進口管箱處壓力;
2.熱水進口溫度由製造廠和用戶協商確定;
3.表中括號內的參數值為應用名義工況值。
(7)(7)直燃型溴化鋰吸收式冷(熱)水機組單位製冷(熱)量燃料的耗量應不大於表7的規定值。
表7 直燃型溴化鋰吸收式冷(熱)水機組名義工況和性能參數
項 目
製冷
制熱
冷(熱)水出口溫度
℃
7
60
冷(熱)水進、出口溫差
5
-
冷卻水進口溫度
32
單位製冷量冷卻水流量 m3/(kWh)
0.260
冷(熱)水、冷卻水側汙垢係數 m2·℃/kW
0.086
單位製冷(供熱)量燃料耗量
輕柴油
kg/(kWh)
0.077
0.093
重油
0.079
0.095
人工煤氣
Nm3(kWh)
0.221
0.271
天然氣
0.091
0.112
註:1.本標準中標準狀態(101.325kPa·0℃)下的體積單位以Nm3表示;
2.單位製冷(供熱)量燃料耗量是指下列熱值下的數值:
輕柴油低熱值:42.9MJ/kg;
重油低熱值:41.9MJ/kg;
人工煤氣高熱值:16.3MJ/Nm3;
天然氣高熱值:39.5MJ/Nm3。
(8)(8)燃氣取暖器的熱效率應不小於表8的規定值。
表8 燃氣取暖器熱效率規定指標
燃氣取暖器類型
熱效率
家用燃氣取暖器
66%
家用燃氣快速熱水器
80%
常壓容積式燃氣熱水器
70%(以高熱值計算)
6.1.3 中華人民共和國國家標準《房間空氣調節器能源效率限定值及節能評價值》(GB1201.3—2000)規定了房間空氣調節器的能源效率限定值與節能評價值,能源效率限定值是指房間空氣調節器在額定工況和規定條件下,能效比(或性能係數)的最小允許值;節能評價值是指在額定工況和規定條件下,節能型房間空氣調節器應達到的能效比(或性能係數)最小值。提高空調設備能效比是實現居住建築空調能耗節約50%的重要措施之一,所以強調居住建築所採用的房間空氣調節器的能效比應達到《房間空氣調節器能源效率限定值及節能評價值》(GB12021.3-2000)所規定的「節能評價值」,即不小於表9的規定值。
表9 房間空氣調節器節能評價值
類型
額定製冷量(CC)W
能效比(EER)W/W
冷風型
熱泵型
整體式
CC≤4500
2.35
2.30
CC>4500
-
-
分體式
CC≤2500
2.85
2.75
2500<CC≤4500
2.70
2.60
CC>4500
2.55
2.45
6.1.4 中央空調系統中水泵與風機的能耗也佔了很大一部分,在負荷調節時,用閥門來調節流量,消耗了很大的能量,所以水泵與風機都宜採用變頻調速節能技術。
6.1.5 空調設備絕大多數時間是在部分負荷狀態下運行,良好的部分負荷性能是節約全年空調耗電量,實現節能50%的關鍵因素之一,所以強調重視部分負荷下的能效比。
6.1.6 空調的排熱體可根據具體情況決定。風冷熱泵機組可以利用環境空氣作為熱泵機組的熱源與熱匯,取之不盡、用之不竭。但是,它也有二個主要的缺點,當冬季環境空氣溫度在4℃左右時,室外側熱交換器盤管表面溫度將低於冰點0℃,會出現結霜。霜層會減小蒸發器的傳熱能力,增大蒸發器的空氣阻力,嚴重時會使熱泵無法工作。所以要採取除霜措施,這會影響到室內熱環境品質量及並多耗能;另一個缺點便是它的出力正好與需求量(冷、熱負荷)以及性能係數、能效比值呈反比。尤其在冬季為了保持室內需要的室溫,往往需要設置輔助加熱裝置(一般為直接電熱)。水源熱泵機組不存在除霜問題,出力穩定,性能係數、能效比大大高於風冷熱泵。它利用水作為熱泵機組的熱源及熱匯,可以利用河水、湖水、海水及廢水等,以及打井取用的地下水。但利用地下井水時,必須確保有(真正的)回灌措施以及確保水源不被汙染,並必須符合當地有關規定。否則,會引起水資源保護及環境問題。如果沒有合適的水源可以利用,也可以採用封閉水循環系統,但需要在水循環系統中設置冷卻塔及加熱裝置,以便保持水循環系統中的水溫在一定的範圍內。如果在該建築附近有一定面積的土壤可以埋設專門的塑料管道(水平開槽埋設或垂直鑽孔埋設),可以採用地熱源熱泵機組,它利用土壤作熱源和熱匯,通過在管道裡流動的水進行熱交換,有很高的能效比,並有利於環保。
6.1.7 具備地面水資源(如江河、海水等),有適合的廢水等水源條件時,空調冷源可向水體排熱。採用向水體排熱時,應計算水源熱泵夏季排熱造成的地面水體溫度變化,分析此溫度變化對水體水質、水體中生物及對相關生活、生產的影響等,並應報請有關管理部門、單位或人員批准或同意。
6.1.8 抽取地下水可能會導致水質汙染,乃至地殼下陷等後果,所以必須在報請有關管理部門批准後,方可抽取地下水作為冷卻水。抽取地下水時必須確保:
(1)(1)地下水源不被汙染;
(2)(2)地下水分布狀況不被破壞。
要達到以上要求,抽取的地下水使用後必須有效回灌。
6.1.9 採用埋管式地源熱泵時,應計算所需的地下巖土體量,合理確定埋管形式和分布,不應影響土地表面積的使用;應計算排熱造成的地下巖土溫度的變化,分析相關的環境影響,不得造成危害。
6.1.10 採用風冷空調向空氣排熱,應注意以下問題:
(1)(1)應避免安裝在陽光直射的地方,宜安裝在東南、北或東南、西南向的外牆,西、西北和東、東北向外牆不宜安裝空調室外散熱設備。應維持室外散熱設備的進風溫度不超過43℃。
(2)空調室外換熱器四周應開敞通風,避免處於滯流區,應避免室外換熱器氣流短路或吸入其它空調器室外換熱器的排風或吸入廚房、衛生間排氣。
(4)(3)空調室外換熱器出風口前1.5倍風口直徑範圍內不應有障礙物。
(5)(4)不宜將多層或高層住宅的空調室外換熱器從下到上一條線地布置在外立面上,不應布置在豎向凹入處部內。
(6)(5)空調室外換熱器的排風不應吹向窗口或陽臺,排風口與前方窗口、陽臺距離應大於20倍排風口直徑,不應直接吹到行人區和綠化植物上。
(7)(6)應消除或減弱空調器(機)噪聲汙染。
6.2 通風節能設計
6.2.1 居住建築通風設計應處理好室內氣流組織,應使室外新鮮空氣首先進入居室,然後經廚房、衛生間排出,提高通風效率。
應避免廚房、衛生間的汙濁空氣進入居室,廚房衛生間排氣窗口應設於建築的負壓區。
居室採用密閉性能良好的窗戶,宜設置可限定風量的單向進風口,風量的限定值按1.5次/小時換氣確定。
廚房應設置局部機械排風,就近捕集和排除炊事油煙,其排風應避免汙損建築物外表面和侵入其它房間。
6.2.2~6.2.3 夏季通風歷來被視為改善室內熱環境的主要措施之一,利用通風降溫措施,是一種自然的降溫方式。但是在室外溫度很高(超過35℃)的情況下,全天開窗自然通風,白天大量熱風侵入室內,造成室內氣溫猛升,牆體、樓板、物品大量蓄熱。而夜間由於室外風小,房間換氣量少,不能迅速帶走室內蓄熱,致使室內氣溫居高不下。因此,夏季防熱降溫,不宜泛泛地提自然通風,應注意加強夜間通風。
若夜間自然通風量達大不到要求的通風量時,可採用機械通風,住宅可用通風換氣扇取代電扇加強夜間通風。,建築設計時要考慮夜間通風換氣扇的安裝位置。
6.2.4~6.2.5 排風中有可利用的冷熱量,設有排風系統的宜採取措施充分進行冷熱回收,提高能源利用效率。沒有排風系統的,通常是窗縫排風。可通過巧妙的窗縫設計,使排風掠過窗玻璃外表面,從而減少窗戶的冷熱耗量。
6.2.6 該措施使得通風換氣更加靈活自由,以滿足居住者的不同需要,並使居住者能調節通風設備,適應不同的天氣條件,減少空調運行時間,提高房間舒適性,獲得更大的節能效果。
7 其它建築設備的節能設計
我國建築節能的重點是改善室內熱環境,提高空調採暖的能源利用效率。,居住建築節能設計標準是圍繞這一重點編制的。但照明、熱水供應、生活供水的能耗也在隨著生活水平的提高而不斷增加,考慮到這一趨勢,編制了這一章。
這一章的內容顯得單薄,從分量上看不夠一章,需要充實。但由於這些方面的科學研究成果、工程技術和工程實踐經驗不足等基礎不足,一時難以充實。但這一章涉及的工程技術範圍又難以和其它章合併。,暫且從工程技術範圍考慮,單列一章。