搜 索 高级搜索

4 建筑与围护结构热工设计

4.1 一般规定

4.1.1 建筑群的布置和建筑物的平面设计合理与否与建筑节能关系密切。建筑节能设计首先应从总体布置及单体设计开始,应考虑如何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,以达到节能的目的。具体来说,就是要在冬季充分利用日照,朝向上应尽量避开当地冬季主导风向。

4.1.2 太阳辐射得热对建筑能耗的影响很大,冬季太阳辐射得热可降低采暖负荷。由于太阳高度角和方位角的变化规律,南北朝向的建筑冬季可以增加太阳辐射得热。计算证明,建筑物的主体朝向如果由南北改为东西向,耗热量指标明显增大。从本标准表E.0.2围护结构传热系数的修正系数ε值可见,南向外墙的ε值,远低于其他朝向。根据严寒和寒冷各地区夏季的最多频率风向,建筑物的主体朝向为南北向,也有利于自然通风。因此南北朝向是最有利的建筑朝向。但由于建筑物的朝向还要受到许多其他因素的制约,不可能都做到南北朝向,所以本条用了“宜”字。
    各地区特别是严寒地区,外墙的传热耗热量占围护结构耗热量的28%以上,外墙面越多则耗热量越大,越容易产生结露、长毛的现象。如果一个房间有三面外墙,其散热面过多,能耗过大,对建筑节能极为不利。当一个房间有两面外墙时,例如靠山墙拐角的房间,不宜在两面外墙上均开设外窗,以避免增强冷空气的渗透,增大采暖耗热量。

4.1.3 本条文是强制性条文。
    建筑物体形系数是指建筑物的外表面积和外表面积所包围的体积之比。
    建筑物的平、立面不应出现过多的凹凸,体形系数的大小对建筑能耗的影响非常显著。体形系数越小,单位建筑面积对应的外表面积越小,外围护结构的传热损失越小。从降低建筑能耗的角度出发,应该将体形系数控制在一个较小的水平上。
    但是,体形系数不只是影响外围护结构的传热损失,它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关。体形系数过小,将制约建筑师的创造性,造成建筑造型呆板,平面布局困难,甚至损害建筑功能。因此,如何合理确定建筑形状,必须考虑本地区气候条件,冬、夏季太阳辐射强度、风环境、围护结构构造等各方面因素。应权衡利弊,兼顾不同类型的建筑造型,尽可能地减少房间的外围护面积,使体形不要太复杂,凹凸面不要过多,以达到节能的目的。
    表4.1.3中的建筑层数分为四类,是根据目前大量新建居住建筑的种类来划分的。如(1~3)层多为别墅、托幼、疗养院,(4~8)层的多为大量建造的住宅,其中6层板式楼最常见,(9~13)层多为高层板楼,14层以上多为高层塔楼。考虑到这四类建筑本身固有的特点,即低层建筑的体形系数较大,高层建筑的体形系数较小,因此,在体形系数的限值上有所区别。这样的分层方法与现行《民用建筑设计通则》GB 50352-2005有所不同。在《民用建筑设计通则》中,(1~3)为低层,(4~6)为多层,(7~9)为中高层,10层及10层以上为高层。之所以不同是由于两者考虑如何分层的依据不同,节能标准主要考虑体形系数的变化,《民用建筑设计通则》则主要考虑建筑使用的要求和防火的要求,例如6层以上的建筑需要配置电梯,高层建筑的防火要求更严等。从使用的角度讲,本标准的分层与《民用建筑设计通则》的分层不同并不会给设计人员带来任何新增的麻烦。
    体形系数对建筑能耗影响较大,依据严寒地区的气象条件,在0.3的基础上每增加0.01,能耗约增加2.4%~2.8%;每减少0.01,能耗约减少2.3%~3%。严寒地区如果将体形系数放宽,为了控制建筑物耗热量指标,围护结构传热系数限值将会变得很小,使得围护结构传热系数限值在现有的技术条件下实现有难度,同时投入的成本太大。本标准适当地将低层建筑的体形系数放大到0.50左右,将大量建造的6(4~8)层建筑的体形系数控制在0.30左右,有利于控制居住建筑的总体能耗。同时经测算,建筑设计也能够做到。高层建筑的体形系数一般在0.23左右。为了给建筑师更大的设计灵活空间,将严寒地区体形系数限值控制在0.25(≥14层)。寒冷地区体形系数控制适当放宽。
    本条文是强制性条文,一般情况下对体形系数的要求是必须满足的。一旦所设计的建筑超过规定的体形系数时,则要求提高建筑围护结构的保温性能,并按照本章第4.3节的规定进行围护结构热工性能的权衡判断,审查建筑物的采暖能耗是否能控制在规定的范围内。

4.1.4 本条文是强制性条文。
    窗墙面积比既是影响建筑能耗的重要因素,也受建筑日照、采光、自然通风等满足室内环境要求的制约。一般普通窗户(包括阳台的透明部分)的保温性能比外墙差很多,而且窗的四周与墙相交之处也容易出现热桥,窗越大,温差传热量也越大。因此,从降低建筑能耗的角度出发,必须合理地限制窗墙面积比。
    不同朝向的开窗面积,对于上述因素的影响有较大差别。综合利弊,本标准按照不同朝向,提出了窗墙面积比的指标。北向取值较小,主要是考虑居室设在北向时减小其采暖热负荷的需要。东、西向的取值,主要考虑夏季防晒和冬季防冷风渗透的影响。在严寒和寒冷地区,当外窗K值降低到一定程度时,冬季可以获得从南向外窗进入的太阳辐射热,有利于节能,因此南向窗墙面积比较大。由于目前住宅客厅的窗有越开越大的趋势,为减少窗的耗热量,保证节能效果,应降低窗的传热系数,目前的窗框和玻璃技术也能够实现。因此,将南向窗墙面积比严寒地区放大至0.45,寒冷地区放大至0.5。
    在严寒地区,南偏东30°~南偏西30°为最佳朝向,因此建筑各朝向偏差在30°以内时,按相应朝向处理;超过30°时,按不利朝向处理。比如:南偏东20°时,则认为是南向;南偏东30°时,则认为是东向。
    本标准中的窗墙面积比按开间计算。之所以这样做主要有两个理由:一是窗的传热损失总是比较大的,需要严格控制;二是建筑节能施工图审查比较方便,只需要审查最可能超标的开间即可。
    本条文是强制性条文,一般情况下对窗墙面积比的要求是必须满足的。一旦所设计的建筑超过规定的窗墙面积比时,则要求提高建筑围护结构的保温隔热性能(如选择保温性能好的窗框和玻璃,以降低窗的传热系数,加厚外墙的保温层厚度以降低外墙的传热系数等),并按照本章第4.3节的规定进行围护结构热工性能的权衡判断,审查建筑物耗热量指标是否能控制在规定的范围内。
    一般而言,窗户越大可开启的窗缝越长,窗缝通常都是容易热散失的部位,而且窗户的使用时间越长,缝隙的渗漏也越厉害。再者,夏天透过玻璃进入室内的太阳辐射热是造成房间过热的一个重要原因。这两个因素在本章第4.3节规定的围护结构热工性能的权衡判断中都不能反映。因此,即使是采用权衡判断,窗墙面积比也应该有所限制。从节能和室内环境舒适的双重角度考虑,居住建筑都不应该过分地追求所谓的通透。

4.1.5 严寒和寒冷地区冬季室内外温差大,楼梯间、外走廊如果敞开肯定会增强楼梯间、外走廊隔墙和户门的散热,造成不必要的能耗,因此需要封闭。
    从理论上讲,如果楼梯间的外表面(包括墙、窗、门)的保温性能和密闭性能与居室的外表面一样好,那么楼梯间不需要采暖,这是最节能的。
    但是,严寒地区(A)区冬季气候异常寒冷,该地区的居住建筑楼梯间习惯上是设置采暖的。严寒地区(B)区冬季气候也非常寒冷,该地区的有些城市的居住建筑楼梯间习惯上设置采暖,有些城市的居住建筑楼梯间习惯上不设置采暖。本标准尊重各地的习惯。设置采暖的楼梯间采暖设计温度应该低一些,楼梯间的外墙和外窗的保温性能对保持楼梯间的温度和降低楼梯间采暖能耗很重要,考虑到设计和施工上的方便,一般就按居室的外墙和外窗同样处理。