公共节能建筑耗热量指标浅析

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一、公共节能建筑没有规定明确的热量指标
    在《公共建筑节能设计标准》中没有明确规定设计建筑的耗热量指标，而是把该指标隐藏在设计建筑的体形系数、窗墙面积比、外围护结构传热系数、外窗的气密性等的要求中。这就有利于设计人员在一般的公共建筑设计中，可直接插取相关表格里规定的数值，就可进行公共节能建筑的设计。只要设计建筑的相应数据满足标准规定的限值要求，就不用再作更多的繁锁计算。

    只要设计建筑的体形系数、窗墙面积比、外围护结构的传热系数、外窗的气密性等都达到了《公共建筑节能设计标准》的相关规定数值的要求，就可直接判定该设计为节能的公共建筑设计。这就为直观、方便、快速的对公共建筑节能设计的审查创造了有利的条件。

    二、参照建筑及其耗热量指标
    由于公共建筑的复杂性和多样性，加上《公共建筑节能设计标准》是函盖我国各气候区的节能设计标准，很难（在1980年~1981年）找到全国或地方的通用的公共建筑设计标准图。也就是说，公共建筑的节能是在什么基准建筑上的节能不太明确。

    在特殊的条件下，设计人员希望有更宽松的设计环境和更好发挥他们创造性的空间；房屋投资者也要求对自己的新建公共建筑的功能、立面艺术造型等预留有更多的选择余地。在这种情况下，设计建筑的体形系数、或窗墙面积比就有可能突破标准中规定的限值，甚至体形系数和窗墙面积比都可能超过规定的限值，但仍须使该设计建筑成为节能的公共建筑。此时的设计建筑是否达到了节能设计标准的要求，很难用标准中规定的数据直接进行判断，要通过一个“参照建筑”的耗热量指标来间接的完成设计建筑是否是节能公共建筑的判断工作。这就要求设计人员进行必要的建筑热工和节能计算。

    三、参照建筑应具备的条件
    《公共建筑节能设计标准》中明确规定：“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设计建筑完全一致”，“参照建筑的每面外墙均应按比例缩小”。有些设计人员反映说：“对这两条规定很难理解，也很难操作”。并且说：“参照建筑……与设计建筑完全一致，这岂不是说参照建筑就是设计建筑吗”？其实，参照建筑是要根据设计建筑和标准的要求来缩小体形系数、或窗墙面积比、或体形系数和窗墙面积比（因体形系数或窗墙面积比，超过了标准要求），也就是外墙和外窗的传热面积过大。一定要使参照建筑的体形系数、窗墙面积比都达到标准中规定限值的要求。当然，此时的参照建筑，其形状、大小、外墙面积、采光功能等都会随之改变，所以“完全一致”实际上是不易实现的。

    另外，“参照建筑的每面外墙均应按”（什么）“比例缩小”？也不够明确。这就给建筑设计人员、审图人员都带来较多的操作困难。
    本文仅对采暖公共建筑的相关问题作一点探讨。

    四、参照建筑耗热量指标及其计算
    1、参照建筑的体形系数必须满足标准的要求
根据体形系数的定义、标准要求的体形系数和设计建筑的具体情况，能计算出参照建筑的总高或层高。为此，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——设计建筑第1、第2……第n层的建筑面积，m2。这也是参照建筑与设计建筑对应楼层的建筑面积。这里一定要取参照建筑的建筑面积与设计建筑的建筑面积完全相等。
             h1、h2……hn——参照建筑第1、第2……第n层的层高，m；
             L1、L2、……Ln——设计建筑第1、第2……第n层平面外墙的外周长，m。也是参照建筑对应楼层平面外墙的外周长。
             ST——设计建筑的屋顶面积，㎡。它也是参照建筑的屋顶面积。
             0.4——标准中限制的不许超过的体形系数。
    当设计的公共建筑为平屋顶时，即ST=S1，则（1）式变为：
            （ST+∑ LKhK）/∑SKhK=0.4                             （2）
          式中  K——第1、2、3、……n层的楼层数字。
    当设计的平屋顶公共建筑各楼层的建筑面积都相同时，即
             ST=S1 =S2=……=Sn
             L1=L2=……=Ln，
    此时（2）式可变为：
            （S1+ L1∑hK）/S1∑hK=0.4                             （3）
    当设计的平屋顶公共建筑各楼层的建筑面积都相同，而且层高也相等时，则（3）式就变为：
            （S1+ L1H）/S1H=0.4                                    （4）
          式中  H——参照建筑的总高，m。此时有H=nh1
               
                 
                  
                  
                 
        

        

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2、求参照建筑的高度和外墙的立面面积及窗墙面积比
   （1）当设计的平屋顶公共建筑的各层建筑面积都相等，且各楼层的层高也相等时：
    ①参照建筑的总高H为：
            H=S1/（0。4S1—L1）                       （5）

    ②参照建筑各朝向立面的面积为：
              SW=bWH
              SS= bSH
              SD=bDH                                   （6）
              SN=bNH
          式中  SW、SS、SD、SN——参照建筑（东、南、西、北）各朝向立面的面积，㎡；
                bW、bS、bD、bN——参照建筑（东、南、西、北）各朝向平面图外墙的边长，m。

    ③参照建筑各朝向的窗墙面积比和计算参数的选取。
    根据计算出的参照建筑各立面的面积（SW、SS、SD、SN）和设计建筑各朝向的窗户面积（这里取设计建筑的外窗为参照建筑的外窗），分别计算各朝向的窗墙面积比。

    当计算出来的窗墙面积比满足标准要求时，可直接选用标准中所规定（对应条件）的外墙及门窗的传热系数、与设计建筑的门窗面积（也是参照建筑的门窗面积）、参照建筑的外墙面积（参照建筑对应立面面积减去该立面的门窗面积），作为计算参照建筑耗热量指标的计算参数。

    当计算出来的窗墙面积比不满足标准要求时，则应在标准的对应表格中选取标准要求的窗墙面积比，并根据在标准中选取的窗墙面积比的数值和计算得到的参照建筑立面面积（SW、SS、SD、SN），来计算参照建筑各朝向的窗面积和外墙面积（计算出的参照建筑立面面只减去计算得出的该门窗的面积），并用这些面积及标准中（与之对应的）要求的传热系数，作为计算参照建筑耗热量指标的计算参数。

    ④求参照建筑的耗热量指标
根据求得的参照建筑各外围护结构的传热面积（参照建筑的地面面积就是设计建筑的地面面积）、标准中（对应）要求的各传热系数，按《民用建筑节能设计标准》JGJ26-95中的耗热量指标计算方法，求出参照建筑的耗热量指标。

    （2）当设计建筑的各楼层的建筑面积不同，且层高也不相等时
当设计建筑的各楼层的建筑面积不同，且层高也不相等时，则应用（1）式来计算参照建筑和各层层高、各朝向立面面积、各朝向窗墙面积比、各传热面积，并在标准中选取对应的传热系数。

   ①参照建筑各层的层高
    参照建筑各层的层高应按设计建筑对应层高的比例来计算。
    例如，设计建筑的标准层的层高为3.3m，1层和2层为3.6m，顶层为3.0m，则可求得设计建筑各层层高与标准层高的比例系数，即：
     3.6/3.3=1.091；  3.0/3.3=0.91。
    可设参照建筑的标准层高h(m)，则参照建筑第1层和第2层的层高都为1.091 h(m)，顶层的层高为0.91 h(m)。由于参照建筑的屋顶面积和各楼层的建筑面积应与设计建筑的屋顶面积和各楼层的建筑面积相等，就可用（1）式求得参照建筑的标准层的层高h(m)。再利用比例系数（1.091、0.91）就能求得参照建筑第1层和第2层、顶层的层高（都用h及它前面带一个比例系数来表）。
                           
    ②参照建筑各楼层立面的面积
    根据参照建筑各层楼的层高、设计建筑各层平面外墙的边长（参照建筑的平面与设计建筑的平面完全一样），求各朝向各楼层立面的面积。

    ③参照建筑各朝向各楼层外墙的窗墙面积比及外围护结构传热系数的选取
    当设计建筑各朝向各楼层的外窗面积（设计建筑的外窗面积）与参照建筑对应墙面（计算得到的参照建筑立面）的窗墙面积比满足标准要求时，可直接在标准对应的 体形系数和窗墙比栏中选取相应外围护结构的传热系数。

    当设计建筑各朝向各层的外窗面积与参照建筑对应墙面的窗墙面积比不满足标准要求时，则要根据标准（对各朝向）要求的窗墙面积比和计算出的参照建筑各对应立面面积，先计算出参照建筑各朝向外窗的面积、各朝向外墙的面积（立面面积减去计算出的外窗面积），并在标准中对应条件下选取各外围护结构的传热系数。再用上述第四、2，（1）中④的方法来计算参照建筑的耗热量指标。
               
                 
        

        

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五、设计建筑的耗热量指标
    设计建筑的耗热量指标一定要确保小于或等于参照建筑的耗热量指。这就要以参照建筑的耗热量指标作为硬性指标，根据设计建筑的实际情况来选择设计建筑各外围护结构的传热系数（即选择门窗的品种、规格、性能和屋顶、外墙、地面等的保温层材料及其厚度），其步骤和方法可按《民用建筑节能设计标准》JGJ26-95进行，直到使设计建筑的耗热量指标小于或等于参照建筑的耗热量指标为止。

    为使这种计算能尽快得到预想的结果，可以采用最少变量法来进行计算。

    例如，设计的公共建筑是个低层建筑（设计建筑的体形系数与标准要求的体形系数差距较大时），其屋顶的传热面积（与外墙面积相比较）一定占有很大的比重。此时，可以在技术经济条件允许的前提下，尽力加强屋顶的保温，并确定屋顶用的保温材料及其厚度，计算出屋顶的传热系数，此传热系数及屋顶的传热面积就已成为已知数。

    再选定窗户。特别是设计建筑的窗墙面积比与标准要求的差距较大时，宜优先选用传热系数更小、气密性更好的窗户。窗户选定后，窗的传热系数及传热面积也成为已知数。

    地面的保温也和屋顶一样很好施工，增加保温层的厚度不会使造价提高太多，也可以先确定地面用的保温材料及其厚度。这就使地面的传热系数及传热面积也成为已知数。

    这样一来，只有外墙的（平均）传热系数是个未知数（外墙传热面积也是已知数）。利用计算出的参照建筑的耗热量指标和设计建筑各外围护结构的传热面积、传热系数（已确定的已知数及仅有外墙的未知数）。这样，就可以建立起一个一元一次方程，解出外墙的平均传热系数Km。用Km值，就可以对设计建筑耗热量指标进行计算，以验证此指标是否与参照建筑的耗热量指标相等。再结合设计建筑外墙上热桥的实际情况，将求出的外墙（平均）传热系数乖上一个大于1.0(1.05～1.3)的修正系数，就可求出外墙主断面的传热系数，进而求得外墙保温层材料及其厚度。

    由于本人水平有限，以上分析难免有不妥之处，敬请批评指正。