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公共建筑节能设计标准读解
http://news.aaart.com.cn   2007-2-28 14:42:18    Arting365.com

    中国建筑艺术网讯: 我国20世纪60年代中期至70年代,由于片面的强调降低基本建设的造价和减轻结构自重,导致一再削弱维护结构的保温隔热水平,采暖和空调能耗大    ,经济和社会效益都很差。现我国建筑用能已接近全国能源消费总量的1/3。

     建筑在我国分为工业建筑和民用建筑。工业建筑本身能耗不大,所以国家还未对工业建筑作节能方面的要求。民用建筑又分为两大类:居住建筑和公共建筑.在各专家编写规范之前的社会调查阶段中由电业总局与燃气公司提供的数据显示:就目前中国居民的消费水平和消费习惯而言,居住建筑能耗与公共建筑或国外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡节能设计,目的是提高人们生活的舒适性。而公共建筑提倡节能设计才是建立集约型社会的关键环节。公共建筑分为以下几类:办公建筑(写字楼、政府部门办公楼),商业建筑(商场、金融建筑),旅游建筑(旅馆、娱乐场所),科教文卫建筑(文化、教育、科研、医疗、卫生、体育),通信建筑(邮电、通讯、广播)以及交通运输(机场、车站等)。有数据显示:就政府部门办公楼每年所消耗能量相当于全国八亿农民全年全部的能耗:办公室里夏天穿毛衣御寒、冬天衬衣短袖解署、白天亮灯办公、热水机饮水机下班后没人关。现在全球范围内已开始能源紧张,尤以中国较为严重,随着中国经济的高速发展,对能源的使用和节约就更加迫切了。

      其实建筑节能并不是一个新的课题,而是建筑基础学科—建筑热工学的一个部分,我国也早在1993年颁布了相应的规范《民用建筑热工设计规范》, 1996年颁布了《民用建筑节能设计标注(采暖居住建筑部分)》, 2001年颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》,这些规范的颁布,也反应了我国建筑节能的发展轨迹:由北向南,由居住建筑到公共建筑。但由于种种原因,这些规范的条款未列入国家强制性条文范围内,各地也未发布政府令加以强调,所以执行力度也未达到应有的效果。但2005年7月1日颁布实施的《公共建筑节能设计标准》中有许多条款被列入国家的强制性条文内,相应的各地政府发布了具有地方法律效力的法令,上海市在2005年6月13日发布的政府令第50号:《上海市建筑节能管理办法》强制规定:自2005年7月15日起新建住宅与政府投资的公共建筑必须进行节能设计。《办法》的第九条与第十条分别对设计单位与图纸审查机构提出具体的要求。所以,对于建筑设计单位,建筑的节能设计已经进入了一个全新的时期!

     以下着重介绍《公共建筑节能设计标准》对有关建筑部分的要求。《标准》比刚才提到以往的有关规范要严格些,按照本标准设计,与未采取节能措施前相比,全年能耗应减少50%。《标准》的章节不多,共7页17条,但简明扼要,省去了复杂的热工公式,归纳总结出来几点要点,强调了规范的实用性。涉及到的基础知识及术语结合规范本身展开叙述:

一,热工设计的分区:按照我国的气候条件,划分为五个分区:严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区以及温和地区。

      热工分区的基本规律是:严寒地区和寒冷地区基本是我国的三北地区:东北,华北,西北。这些地区的地域辽阔,面积大,建筑节能设计起步也比较早,经验相对来说比较丰富,主要考虑的是冬季保温。夏热冬冷地区大体上是长江中下游地区,如:成都、武汉、南京、上海等,这些地区的建筑的节能设计由于历史原因起步较晚,面积虽然不是最大,但人口密度高,也是我国经济最发达地区,可以说这一地区的节能潜力最大,效果也会最明显。设计考虑的是冬季保温与夏季防热兼顾。夏热冬暖地区大体上是华南地区:福州、广州、南宁、台北等。这些地区的建筑设计主要考虑的是夏季防热。温和地区,冬暖夏凉,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考虑夏季防热,部分地区注意冬季保温。《公共建筑节能设计标准》在这五个分区的基础上根据公共建筑节能的设计特点作了些调整:把严寒地区细分为严寒A区与严寒B区,而温和地区不强制执行节能设计标准。

二,体形系数:即建筑的外表面积与体积之间的比值.体形系数越小就越有利于节能,减少外表面与室外空气的接触,就能减少散热。与以往的规范不同,新的《标准》中弱化了体形系数的概念,只在4.1.2条规定严寒地区与寒冷地区对体形系数的限制是≤0.4,其他地区该系数对建筑的节能体现不明显,所以不作限定。

三,热传导系数:这个概念是本标准的核心名词.所有的围护结构:门、窗、外墙、屋顶以及地面都围绕这个概念展开的。图纸审查或政府检查部门的抽查也是这个数据。她的名词解释为:围护结构两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位W/m2.k 。简单的说便是热量在某种材料里传递的速度,速度越小,那么这种材料的隔热性能也就越好。怎样求得这个数据呢? 传热系数K0=1/ R0 。 

     R0 ,传热阻 :R0 = Ri + ∑R + Re  单位:m2/K .W

      Ri 与Re 分别是材料内外表面的换热阻。他们是固定数据,可由表差得:0.11m2/K .W  0.04m2/K .W 。

      ∑R是各层材料的热阻之和。某单层材料的热阻R=δ/λ,δ为该材料的厚度,单位是m,λ为该材料的导热系数,单位是W/m .K。λ为此公式求值过程中的关键数据,也是每种材料的固有的属性。她的名词解释为:1m厚的物体,两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位W/m.k 。通常把导热系数λ小于0.3 W/m .K并能用于绝热工程的材料,叫做绝热材料。导热系数是绝热材料的最重要最基本的热物理指标。例如:普通混凝土λ=1.74W/m .K,钢筋混凝土λ=1.51W/m .K,多孔砖λ=0.58W/m .K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m .K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m .K,(这种材料在全球范围内尤其在欧美等发达国家作为建筑绝热工程中最普遍使用的材料),而铸铁λ=49.9W/m .K。实际的工程应用中,卡特比勒办公楼的外墙部分设计采用聚异氰脲酸酯(PIR),这种更新型的材料λ=0.020W/m .K,属绝热材料。这便是维护结构的传热系数K值的求解过程。 

下面结合《公共建筑节能设计标准》对上海地区的各部分围护结的隔热要求构逐一探讨:

1.屋面:K≤0.70W/m2.k

     我们的习惯做法一般可以满足这个要求。例如:120厚现浇混凝土楼板+20厚水泥砂浆找平层+泡沫混凝土找坡层最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m .K挤塑板(XPS)+防水层+20厚水泥砂浆保护层,这样的做法就可以达到K≤0.60W/m2.k。须注意关键的保温层一般应选用40厚挤塑板,若选用聚苯板,厚度应增加至60。

2.外墙:K≤1.0W/m2.k

     不作外墙保温的习惯做法是绝对达不到这个新规范要求的。例如:20厚水泥砂浆+240厚多孔砖+20厚水泥砂浆的无外墙外保温的传统构造传热系数K=1.66W/m2.k,即便在前段时间简易的外墙保温做法-保温砂浆,也达不到规范的新要求。经计算得知:在墙体与外墙砂浆之间增加20厚的λ=0.03W/m .K挤塑板,这样的构造使得外墙整体的传热系数K=0.86W/m2.k<1.0W/m2.k。这叫做外墙外保温技术,是业界内公认的一种效果很好的做法。他的优点是技术成熟,产品寿命较长,也可使外墙的主要部分受到保护,大大降低温度应力的起伏,提高结构的耐久性。但他的缺点是在高层建筑中有安全隐患,外墙面砖的做法受到限制。外墙内保温的做法不能很好的解决建筑热桥的问题,同时房间内部使用和改造都受到很大的限制,所以现在工程上已很少用这种做法了。还有一种做法叫做中间保温,做两层墙,中间夹保温材料,这种做法效果好,是建筑保温的发展趋势,国外的工程中这种做法早已普及,在我国的发展受到限制主要是因为一造价高,二构造做法与现行的做法差别太大,影响面广,难以一时普及。

3.外窗部分

     由于外窗在建筑中变化丰富,窗框材料、玻璃品种,有无遮阳等都会严重影响建筑热工性能,所以,规范在这部分的规定并没有一刀切。根据窗墙比系数的不同,对窗体的要求分成不同的几类。所谓窗墙比,并非窗和墙的面积的比值,而是窗与其所在墙体的面积之比。规范在保证外窗自然采光的范围内鼓励窗的面积越小越好,即窗墙比越小越好。因为就现在已知能做到的最好的窗:双玻中空双腔充惰性气体40厚,铝合金断热型材,这种窗体构造的传热系数K=1.5W/m2.k,而普通的单玻铝合金窗的传热系数K=6.4W/m2.k,是墙的6倍。据统计,通过窗流失的热量占建筑能耗的46%,因此控制窗墙比是个有效的节能手段。《标准》中强制规定“建筑每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.7”,此规定一出,必将会极大的影响建筑外观,金茂大厦或者东方艺术中心等全玻璃的建筑势必会大大的减少。夏热冬冷地区(上海)是这样详细规定的:当窗墙比≤0.2时,窗的传热系数K≤4.7W/m2.k。在实际工程的应用中,塑钢单玻窗或铝合金双玻窗可以满足要求,但钢铝单玻窗不满足要求。由此可见,在任何情况下,普通铝合金单玻窗是达不到要求的,必将会面临被淘汰的境地;当窗墙比在0.2和0.3之间时,窗的K≤3.5W/m2.k。双玻铝合金中空(16厚空气层)的传热系数K=3.6W/m2.k,同样不满足要求,若改为断热桥的铝合金型材便满足。当窗墙比在0.3和0.4之间,窗的传热系数K≤3.0W/m2.k。断热桥铝合金中空玻璃可以满足要求。当窗墙比在0.4至0.5之间,窗的K≤2.8W/m2.k。当窗墙比在0.5至0.7之间,窗的K≤2.5W/m2.k,一般情况下中空充惰性气体玻璃镀膜断热桥铝合金的窗体构造可满足要求。

      以上为《公共建筑节能设计标准》对窗的要求,窗体构造部分是平时总结的一般规律,规范并未提及,在遇到实际工程应进行具体分析和计算。《标准》除了对窗的传热系数做了具体规定外,还有另外一个有关窗的概念影响建筑的热工性能:遮阳系数,SC值。简言之,对太阳光的遮挡程度。共两种形式:有外遮阳式,无外遮阳式。并不是一提到遮阳就得在室外设置外遮阳挡板,无外遮阳时,通过玻璃的镀膜,也会产生遮阳的作用,当然规范提倡在夏热冬冷地区设置外遮阳措施。《标准》这样规定:有外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。遮阳系数越小,阻止阳光进入室内的效果就越好。外遮阳系数虽有很复杂的公式,但很容易理解。无外遮阳时,玻璃的遮阳系数是这样求得的:以3mm的标准白玻璃的太阳光透过率0.89为基数,建筑物所使用玻璃的太阳光透过率除以0.89得出的数字就是玻璃的遮阳系数。《标准》规定窗墙比≤0.2时,外窗玻璃的SC不作要求,其他情况的窗墙比要求SC在0.4和0.6之间,东南西向的玻璃鼓励镀膜。

      至此《公共建筑节能设计标准》的主要的硬性内容就总结完成了,最后,《标准》还提到了一个软概念:权衡判断,为尊重建筑师的创意,在设计过程中,即便有违反强制性条文的做法,也不一定会因此不能通过审查,可以通过提高建筑其他部分的的性能来满足整体建筑的计算能耗。

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