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《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009/6/24 16:53:18

摘要:本标准适用于新建、改建和扩建的公共建筑节能设计。

  

         4、建筑与建筑热工设计

  4.1一般规定

  4.1.1建筑总平面的布置和设计,宜利用冬季日照并避开冬季主导风向,利用夏季自然通风。建筑的主朝向宜选择本地区最佳朝向或接近最佳朝向。


      建筑的规划设计是建筑节能设计的重要内容之一,要对建筑的总平面布置、建筑平、立、剖面形式、太阳辐射、自然通风等气候参数对建筑能耗的影响进行分析。也就是说在冬季最大限度地利用自然能来取暖,多获得热量和减少热损失;夏季最大限度地减少得热并利用自然能来降温冷却,以达到节能的目的。

朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并防止太阳辐射。然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面设计应考虑多方面的因素,尤其是公共建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约,要想使建筑物的朝向对夏季防热、冬季保温都很理想是有困难的,因此,只能权衡各个因素之间的得失轻重,选择出这一地区建筑的最佳朝向和较好的朝向。通过多方面的因素分析、优化建筑的规划设计,采用本地区建筑最佳朝向或适宜的朝向,尽量避免东西向日晒。

4.1.2严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。 当不能满足本条文的规定时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。(该条文对广西无要求)

               4.2.1 个城市的建筑气候分区应按表4.2.1确定。

               表4.2.1  主要城市所处气候分区


  4.2.2根据建筑所处城市的建筑气候分区,围护结构的热工性能应分别符合表4.2.2-1、表4.2.2-2、表4.2.2-3、表4.2.2-4、表4.2.2-5以及表4.2.2-6的规定,其中外墙的传热系数为包括结构性热桥在内的平均值Km。当建筑所处城市属于温和地区时,应判断该城市的气象条件与表4.2.1中的哪个城市最接近,围护结构的热工性能应符合那个城市所属气候分区的规定。当本条文的规定不能满足时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。

  表4.2.2-4夏热冬冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值


  表4.2.2-5夏热冬暖地区围护结构传热系数和遮阳系数限值

     


  表4.2.2-6不同气候区地面和地下室外墙热阻限值


  “在夏热冬冷、夏热冬暖地区,由于空气湿度大,墙面和地面容易返潮。在地面和地下室外墙做保温层增加地面和地下室外墙的热阻,提高这些部位内表面温度,可减少地表面和地下室外墙内表面温度与室内空气温度间的温差,有利于控制和防止地面和墙面的返潮。因此对地面和地下室外墙的热阻作出了规定。”

——条文说明。

事实上,在广西地下室作保温层并不能减少室内外温差,起到控制和防止地面和墙面的返潮。

4.2.3外墙与屋面的热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度。
由于围护结构中窗过梁、圈梁、钢筋混凝土抗震柱、钢筋混凝土剪力墙、梁、柱等部位的传热系数远大于主体部位的传热系数,形成热流密集通道,即为热桥。本条规定的目的主要是防止冬季采暖期间热桥内外表面温差小,内表面温度容易低于室内空气露点温度,造成围护结构热桥部位内表面产生结露;同时也避免夏季空调期间这些部位传热过大增加空调能耗。内表面结露,会造成围护结构内表面材料受潮,影响室内环境。因此,应采取保温措施,减少围护结构热桥部位的传热损失。
4.2.4建筑每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.70。当窗(包括透明幕墙)墙面积比小于0.40时,玻璃(或其他透明材料)的可见光透射比不应小于0.4。当不能满足本条文的规定时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断。

  强制性条文。每个朝向窗墙面积比是指每个朝向外墙面上的窗、阳台门及幕墙的透明部分的总面积与所在朝向建筑的外墙面的总面积(包括该朝向上的窗、阳台门及幕墙的透明部分的总面积)之比。
一般普通窗户(包括阳台门的透明部分)的保温隔热性能比外墙差很多,窗墙面积比越大,采暖和空调能耗也越大。因此,从降低建筑能耗的角度出发,必须限制窗墙面积比。

窗、透明幕墙对建筑能耗高低的影响主要有两个方面,一是窗和透明幕墙的热工性能影响到冬季采暖、夏季空调室内外温差传热;另外就是窗和幕墙的透明材料(如玻璃)受太阳辐射影响而造成的建筑室内的得热。冬季,通过窗口和透明幕墙进入室内的太阳辐射成为空调降温的负荷,因此,减少进入室内的太阳辐射以及减小窗或透明幕墙的温差传热都是降低空调能耗的途径。由于不同纬度、不同朝向的墙面太阳辐射的变化很复杂,墙面日辐射强度和峰值出现的时间是不同的,因此,不同纬度地区窗墙面积比也应有所差别。
本条规定对公共建筑达到节能的目标是关键性的、非常重要的。如果所设计的建筑满足不了规定性指标的要求,突破了限值,则必须按本标准第4.3节的规定对该建筑进行权衡判断。权衡判断时参照建筑的窗墙面积比、窗的传热系数等必须遵守本条规定。
4.2.5夏热冬暖地区、夏热冬冷地区的建筑以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑,外窗(包括透明幕墙)宜设置外部遮阳,外部遮阳的遮阳系数按本标准附录A确定。
公共建筑的窗墙面积比较大,因而太阳辐射对建筑能耗的影响很大。为了节约能源,应对窗口和透明幕墙采取外遮阳措施,尤其是南方办公建筑和宾馆更要重视遮阳。
太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因。我国现有的窗户传热系数普遍偏大,空气渗透严重,而且大多数建筑无遮阳设施。因此,在第4.2.2条的几个表中对外窗和透明幕墙的遮阳系数应作出明确的规定。当窗和透明幕墙设有外部遮阳时,表中的遮阳系数应该是外部遮阳系数和玻璃(或其他透明材料)遮阳系数的乘积。
夏季,南方水平面太阳辐射强度可高达1000W/㎡以上,在这种强烈的太阳辐射条件下,阳光直射到室内,将严重地影响建筑室内热环境,增加建筑空调能耗。因此,减少窗的辐射传热是建筑节能中降低窗口得热的主要途径。应采取适当遮阳措施,防止直射阳光的不利影响。而且夏季不同朝向墙面辐射日变化很复杂,不同朝向墙面日辐射强度和峰值出现的时间不同,因此,不同的遮阳方式直接影响到建筑能耗的大小。

  4.2.6屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%,当不能满足本条文的规定时,必须按本标准第4.3节的规定进行权衡判断

  强制性条文。

夏季屋顶水平面太阳辐射强度最大,屋顶的透明面积越大,相应建筑的能耗也越大,因此对屋顶透明部分的面积和热工性能应予以严格的限制。

由于公共建筑形式的多样化和建筑功能的需要,许多公共建筑设计有室内中庭,希望在建筑的内区有一个通透明亮,具有良好的微气候及人工生态环境的公共空间。但从目前已经建成工程来看,大量的建筑中庭的热环境不理想且能耗很大,主要原因是中庭透明材料的热工性能较差,传热损失和太阳辐射得热过大。1988年8月深圳建筑科学研究所对深圳一公共建筑中庭进行现场测试,中庭四层内走廊气温达到40℃以上,平均热舒适值PMV≥2.63,即使采用空调室内也无法达到人们所要求的舒适温度。

对于那些需要视觉、采光效果而加大屋顶透明面积的建筑,如果所设计的建筑满足不了规定性指标的要求,突破了限值,则必须按本标准第4.3节的规定对该建筑进行权衡判断。权衡判断时,参照建筑的屋顶透明部分面积和热工性能必须符合本条的规定。

4.2.7建筑中庭夏季应利用通风降温,必要时设置机械排风装置。
建筑中庭空间高大,在炎热的夏季,中庭内的温度很高。应考虑在中庭上部的侧面开设一些窗户或其他形式的通风口,充分利用自然通风,达到降低中庭温度的目的。必要时,应考虑在中庭上部的侧面设置排风机加强通风,改善中庭热环境。

  4.2.8外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%;透明幕墙应具有可开启部分或设有通风换气装置。

    公共建筑一般室内人员密度比较大,建筑室内空气流动,特别是自然、新鲜空气的流动,是保证建筑室内空气质量符合国家有关标准的关键。无论在北方地区还是在南方地区,在春、秋季节和冬、夏季的某些时段普遍有开窗加强房间通风的习惯,这也是节能和提高室内热舒适性的重要手段。外窗的可开启面积过小会严重影响建筑室内的自然通风效果,本条规定是为了使室内人员在较好的室外气象条件下,可以通过开启外窗通风来获得热舒适性和良好的室内空气品质。

近来有些建筑为了追求外窗的视觉效果和建筑立面的设计风格,外窗的可开启率有逐渐下降的趋势,有的甚至使外窗完全封闭,导致房间自然通风不足,不利于室内空气流通和散热,不利于节能。例如在我国南方地区通过实测调查与计算机模拟:当室外干球温度不高于28℃,相对湿度80%以下,室外风速在1.5m/s左右时,如果外窗的可开启面积不小于所在房间地面面积的8%,室内大部分区域基本能达到热舒适性水平;而当室内通风不畅或关闭外窗,室内干球温度26℃,相对湿度80%左右时,室内人员仍然感到有些闷热。人们曾对夏热冬暖地区典型城市的气象数据进行分析,从5月到10月,室外平均温度不高于28℃的天数占每月总天数,有的地区高达60%~70%,最热月也能达到10%左右,对应时间段的室外风速大多能达到1.5m/s左右。所以做好自然通风气流组织设计,保证一定的外窗可开启面积,可以减少房间空调设备的运行时间,节约能源,提高舒适性。为了保证室内有良好的自然通风,明确规定外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%是必要的。

4.2.9严寒地区建筑的外门应设门斗,寒冷地区建筑的外门宜设门斗或应采取其他减少冷风渗透的措施。其他地区建筑外门也应采取保温隔热节能措施。

4.2.10外窗的气密性不应低于《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》GB7107规定的4级。

4.2.11透明幕墙的气密性不应低于《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225规定的3级。

4.3围护结构热工性能的权衡判断

4.3.1首先计算参照建筑在规定条件下的全年采暖和空气调节能耗,然后计算所设计建筑在相同条件下的全年采暖和空气调节能耗,当所设计建筑的采暖和空气调节能耗不大于参照建筑的采暖和空气调节能耗时,判定围护结构的总体热工性能符合节能要求。当所设计建筑的采暖和空气调节能耗大于参照建筑的采暖和空气调节能耗时,应调整设计参数重新计算,直至所设计建筑的采暖和空气调节能耗不大于参照建筑的采暖和空气调节能耗。

4.3.2参照建筑的形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能应与所设计建筑完全一致。在严寒和寒冷地区,当所设计建筑的体形系数大于本标准第4.1.2条的规定时,参照建筑的每面外墙均应按比例缩小,使参照建筑的体形系数符合本标准第4.1.2条的规定。当所设计建筑的窗墙面积比大于本标准第4.2.4条的规定时,参照建筑的每个窗户(透明幕墙)均应按比例缩小,使参照建筑的窗墙面积比符合本标准第4.2.4条的规定。当所设计建筑的屋顶透明部分的面积大于本标准第4.2.6条的规定时,参照建筑的屋顶透明部分的面积应按比例缩小,使参照建筑的屋顶透明部分的面积符合本标准第4.2.6条的规定。



4.3.3参照建筑外围护结构的热工性能参数取值应完全符合本标准第4.2.2条的规定。



4.3.4所设计建筑和参照建筑全年采暖和空气调节能耗的计算必须按照本标准附录B的规定进行。

        附录B《维护结构热工性能的权衡计算》和按《标准》进行建筑节能设计详见附件:《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005

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