住宅冷空气渗透耗热量计算的若干理念问题

1、刊于暖通空调2008年11期住宅冷空气渗透耗热量计算的若干理念和可操作性问题对使用北京市建筑设计技术细则中冷空气渗透耗热量计算方法的补充意见北京墨臣建筑设计事务所张锡虎摘要 在实施节能设计标准和门窗质量不断进步后，冷空气渗透耗热量大幅度降低，在采暖 负荷中已经不显得那样特别重要。但是，计算的基本概念是不容模糊的，任何计算方法也都 应该考虑其可操作性。本文对北京市建筑设计技术细则（设备专业）的冷空气渗透耗热 量计算方法，提出了对若干理念和可操作性方面的补充意见。关键词住宅冷空气渗透耗热量计算理念可操作性在紧锣密鼓实施多个节能设计标准之后，以及门窗质量的不断进步，采暖地区建筑的冷 空气渗透耗热量大

2、幅度降低。在实际工程设计的采暖负荷计算中，冷空气渗透耗热因素已经 不显得那样特别重要。但是，冷空气渗透耗热量计算的基本概念，是不容模糊的，而且，任 何计算方法都应该考虑其可操作性。淤澄清一个概念首先，要澄清一个概念，即不可以将所谓“0.5h-i次体积换气法”，与采暖设计热负荷 的冷空气渗透耗热量计算混为一谈。正如节能标准用于衡量全采暖期平均能耗水平的“建筑 物耗热量指标”（例如北京市现行居住建筑节能设计标准（DBJ 11-602-2006）s所依据 的14.65W/m2），与用于在采暖室外计算温度下需由采暖设备供给热量的“采暖设计热负荷指 标”（一般均大于30W/m2）不可混为一谈一样，也不可

3、以将0.5h-i次体积换气法，直接变通 为计算采暖设计热负荷冷空气渗透耗热量的方法。这个“0.5h-i次体积”，最早出现在1986年第一步节能30%的节能设计标准，即民用 建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）（JGJ 26-86）：2的“建筑物耗热量指标及采暖能 耗的估算”中。该标准规定：按本标准设计的居住建筑，整个建筑物的冷空气渗透耗热量， 按照换气次数0.5h-i次（即冷空气渗透量与换气体积的比值为0.5）、室内外温差为采暖期 平均值计算。1995年第二步节能50%的节能设计标准，即民用建筑节能设计标准（采暖居 住建筑部分）（JGJ 26-95）：3的“建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标”中

4、，上述规定没 有变化。需要注意的是：上述两个标准的“换气次数0.5h-i次”，是在作为比较基础的北京地区“80住2-4” 住宅通用设计冷空气渗透换气次数0.8h-i次基础上确定的。北京地区80住2-4采用的是单 层钢窗，每米缝长在压力差10Pa条件下的空气渗透量大多5ms/h。所谓“按本标准设计”， 是指要求每米缝长的空气渗透量，低层和多层应W 2.5m3/h，高层及中高层应W 1.5m3/h ；（4.2.5条）。即使按照标准规定的最低要求每米缝长2.5iWh计算，与原来的5iWh相比， 冷空气渗透量至少应该减少一半，即应为V0.5h-i次。但在条文说明中指出，“考虑到 窗户安装质量的影响，窗

5、户每米缝长的空气渗透量应乘上一修正系数，单层窗取1.35,双 层窗取1.20”，考虑到此修正系数后，因此定为0.5h-i次，即通过改善外窗气密性，使冷空 气渗透量减少约3540%，这显然带有明显的“估算”特征。上述标准中的“换气体积”并非是建筑总体积，而是建筑总体积的0.60 （楼梯间不 采暖时）和0.65 （楼梯间采暖时）。这也显然带有明显的“估算”特征。上述标准确定的换气次数0.5h-1次，并非直接根据卫生标准，卫生标准所要求的最小 新风量，与所在环境的人员密度有关，对于住宅，更与人均居住面积水平有关。在人均居住 面积相差较大的情况下，会有较大的差别。上述标准4.2.5条中，有“在采用密闭

6、窗或加密 封条情况下，应在窗户部位设置可调的换气装置或其它可行的换气设施”的注解，并没有与 换气次数0.5h-1次直接挂钩，而是要求为居住者提供根据需要随时改变通风换气量的条件， 即可以人少时少通风，人多时多通风。节能设计标准管的是按照节能目标幅度宏观控制能耗 水平，采用这个估算指标有一定的合理性，但不应该扩大到要保证在采暖室外计算温度下达 到室内计算温度的采暖设计负荷计算。北京市第三步节能65%的节能设计标准，即DBJ 01-60220044和DBJ 11-602-2006:1： 居住建筑节能设计标准的“建筑热工设计”中，对外窗气密性的要求比JGJ 26-95提高 了，规定所有住宅外窗每米缝

7、长的空气渗透量均应W 1.5m3/h。但是，在“建筑物耗热量指 标的计算”中，上述“换气次数0.5h-1次”的规定仍然沿用。在文献43.0.4条和文献 13.0.3条的条文说明中，有如下相同的一段话：“本条规定提出了对冬季采暖室内热环境 的最低要求，也是计算和比较采暖能耗的依据。通风换气主要通过外窗在风压和热压作用下 的渗透，也包括当外窗的气密性较好时的主动开窗通风。按照人均建筑面积32m2、净高2.55m、 换气体积按建筑体积的0.6倍、通风换气次数为0.5次/h计算，约相当于24.5m3/h 人， 考虑到住宅不可能昼夜满员，基本可满足卫生标准要求。”条文说明虽然论证了衡量能耗水 平的“建筑

8、物耗热量指标”中的冷空气渗透能耗，“考虑到住宅不可能昼夜满员，基本可满 足卫生标准要求”。但还是特别强调指出是用作“计算和比较采暖能耗的依据”，不能因此而 直接作为采暖设计负荷计算的依据。正如该标准对北京地区普通住宅夏季空调能耗检验，所 规定的室内热环境指标中的“体积通风换气次数：当利用空调机降温时，应不低于1.0次/h； 当利用自然通风降温时，不低于10次/h” 一样，不能作为夏季空调负荷计算的依据。淤冷空气渗透耗热量的3种计算方法其次，冷空气渗透耗热量的计算方法主要有3种，即：换气次数估算法、按照热压和风 压综合作用的缝隙法、在缝隙法基础上对人员长期停留房间按卫生要求的最小新风量校核。采暖

9、通风与空气调节设计规范8主要推荐（即“可按”）采用按照热压和风压综合 作用的缝隙法。对非高层建筑和工业建筑，D.0.3条和D.0.4条又允许（即也是“可按”） 采用换气次数估算法。但这种换气次数估算法，与节能设计标准的“0.5h-i次体积换气次数” 是不相干的。2004年版北京市建筑设计技术细则（设备专业）和2006年版北京市建筑设计 研究院建筑设备专业技术措施，规定（即“应按”）采用的是第2种方法。但是，又作 了一些推荐性（即“可进行以下简化计算”）的补充。如果可以把规范性规定与推荐性规定 结合在一起，就形成了第3种方法，即在按照热压和风压综合作用的缝隙法基础上，还需要 对人员长期停留房间按

10、卫生要求的新风量校核。可以回顾北京市建筑设计研究院历次设计技术措施对冷空气渗透耗热量计算方法的变 化。早期，即在GBJ 19-87采暖通风与空气调节设计规范卫之前，一直是按照“换气法” 计算的。即：北向房间1.0h-i次体积、西向房间0.75h-i次体积、东向房间0.5h-i次体积、 南向房间不计。在该阶段，每年都要组织技术力量，进行采暖实际运行情况的冬季观测，用 实测数据验证了上述技术规定的可靠性。在当时，北京地区民用建筑基本上采用单层木外窗， 缝隙很大，在“大风降温”的情况下，实际冷空气渗透量比上述按照“换气法”计算的还要 大，因此还需要对冬季最多频率风向的外窗，采用“糊窗缝”等防寒措施，

11、才能保证采暖室 温。（笔者曾长期工作过的设计工作楼，在每年采暖期开始前的最后一次大扫除后，都要进 行“糊窗缝”）采暖通风与空气调节设计规范（GBJ 19-87）实施以后，根据该规范附录七和八的 基本原理和北京地区具体气象条件，北京市建筑设计研究院废止了 “换气法”，改用“缝隙 法”，体现在该院1997年版本技术措施9中。但是，由于当时的钢窗质量很不可靠，在1.1.5.3 条和1.1.5.4条中明确说明“暂不考虑密闭系数”，因而，冷空气渗透量的总体计算结果， 与“换气法”差别不是很大。根据采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)，以及需要严格执行居住 建筑节能设计标准：3 ：4，

12、在2004年版北京市建筑设计技术细则(设备专业)：5和2006 年版北京市建筑设计研究院建筑设备专业技术措施中，又对冷空气渗透耗热量计算方 法作了修改，主要是按照节能标准对窗气密性规定使用缝隙法计算，由此而产生了冷空气渗 透量很小、在某些情况下不足以保证人员按卫生要求最小新风量的新问题。为此，对于住宅 在11.4.7条有如下规定：“通过门窗缝隙渗入的冷空气量可进行以下简化计算：建筑高度在18m及其以下有 楼梯间和走道的非开敞空间建筑建筑，单位长度缝隙渗入的冷空气量可按表11.4.7取 值；其他建筑应按11.4.211.4.5条进行计算，7层及其以上的住宅(4级窗)，各朝 向的单位缝隙长度的冷空

13、气渗透量Li可按附录C取值。当考虑卫生要求其冷空气 渗入总量L，不宜小于按房间净面积计算出的数值：住宅1.3 m3/ (hm2)”。2006年版北京市建筑设计研究院建筑设备专业技术措施：6，又将上述规定中的“房 间净面积”，修改为“房间使用面积”。这条规定的“注”中说：“住宅1.3 m3/ (hm2)是分别按房间净高2.6m和每 小时0.5次换气计算出的；对于住宅，可保证户内人员所需最小新风量在30m3/(hp)左右。” 照此反推，人均“房间使用面积”约为23m2。请注意和研究上述规定和注解中的完整含义：是指“冷空气渗入总量”，而不是具体 到每个不同朝向房间均相同；是指“不宜小于”，而不是“应

14、等于”；是指“按房间净面 积计算”或“按房间使用面积计算”，“净面积”或“使用面积”的概念虽然比较模糊，但并 不等同于节能标准中的“换气体积按建筑体积的0.60.65、通风换气次数为0.5次/h”。 淤对第3种方法的若干质疑？北京市建筑设计技术细则(设备专业)5中，提出了在热压和风压综合作用的缝隙 法基础上，对人员长期停留房间按卫生要求的最小新风量校核，其主要思路是合理的，但在 原理的解释和可操作性等方面，尚存在一些缺陷：作为计算基础，不论是2004年版北京市建筑设计技术细则(设备专业)5的“房 间净面积”，还是2006年版北京市建筑设计研究院建筑设备专业技术措施6中的“房间 使用面积”，概念

15、都是模糊的。现行住宅设计规范(GB 50096-1999-2003年版)四的3.5.1 条和3.5.2条，对“使用面积”的计算有详尽的规定，在施工图作业进行采暖负荷计算时， 难以得到这样的数值。按房间净面积和1.3m3/ (hm2)计算出的数值，是冷空气渗入的总量，还需要按照 从正压面渗入、从负压面渗出的原理，在住宅套内各房间之间进行合理分配。在住宅的套内，都会有不需要布置散热器的空间，这些空间的冷空气渗入负荷，应 该计入哪个布置散热器的空间？文献5和文献6对住宅说的是“其冷空气渗入总量L”，就是说L是整个套型的冷 空气渗入总量，而在论证这种方法的“工程实例和计算内容” 11时，则并不是以整个

16、套内 的渗透量，仅以某一普通住宅套内的北向和东向卫生间的渗透量对缝隙法和换气法的计算结 果进行比较。如果按照套内净面积计算冷空气渗入总量，缝隙法和换气法的差异，是否还符 合文献11表2和表3的计算结果？文献5和文献6中的11.4.8条，与11.4.7条相并列，有下列规定：“住宅楼梯间 不采暖时，应计算户门的冷空气渗入量，可暂按每米缝隙2m3/h计算”。此项户门的冷空气 渗入量，是否也属于“其冷空气渗入总量L”内？是否还需要在1.3 m3/ (hm2)基础上另 行增加户门的冷空气渗入量？上述方法的依据主要依靠数值推理，并没有进行采暖实际运行情况的冬季观测，用实 测数据加以验证。采用数值推理或模拟

17、计算来取代实际测量，当然比较简便，但这也是当前 研究工作中的一种“通病”。淤对按卫生要求新风量校核计算方法的补充因此，如果按照在缝隙法基础上对人员长期停留房间按卫生要求的新风量校核的方法计 算，应该加以灵活应用和完善。根据工程设计实际条件，所在单位的具体做法是：以住宅设计必须计算的套型建筑面积，取代“房间净面积”或“房间使用面积”作 为计算基础。可以按照住宅套型建筑面积1.3m3/ (hm2)计算冷空气渗入总量。例如：可以采 用1.5 m3/ (hm2)，但不再计算户门的冷空气渗入量。而20层以上住宅下部的若干层(如 28层住宅下部的18层)，则可取1.5 m3/ (hm2)。冷空气渗入总量在

18、各房间之间的分配，应该按照从正压面渗入、从负压面渗出的原 理，尽可能分配给建筑冬季最多风向(例如北向和西向)一侧的房间，南向可以基本不分配。 但由于不同户型各朝向房间面积的比例不同，以及套型建筑面积中有些空间并不布置散热 器，不可能规定出某一固定比例，可根据设计人的分析判断分配。可以将冷空气渗入总量，按照采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003 ) 8 附录E中“朝向修正系数”间的比例，对各朝向房间面积的比例进行分配。例如，冷空气渗 入总量为150m3/h，有北窗和西窗房间面积各为为15m2，如果平均分配，有北窗和西窗的房 间各为75m3/h，但有北窗和西窗房间的朝向修正系数为1

19、 ： 0.4,因此冷空气渗入总量的分 配，宜为有北窗房间107 m3/h，有西窗房间43 m3/h。以上分配方法虽不很精细，但由于建筑物及室内家具的热惰性和户内空间的相通性， 节能标准又强制要求采用散热器温控阀，一定程度的计算误差，不致会引起各房间温度的显 著不均匀。淤关于按卫生要求新风量校核计算方法的延伸北京市建筑设计技术细则（设备专业）R和2006年版建筑设备专业技术措施 又将对按卫生要求新风量校核计算方法，延伸到办公、单宿等建筑中，提出了“其冷空气渗 入总量L，不宜小于按房间使用面积计算出的1.5m3/（h哑）”。并说明这是按房间净高3.0m、 每小时0.5次换气计算出的。按照办公建筑设

20、计规范（JGJ67-2006） mi，普通办公室每人使用面积不应小于4m2, 单间办公室净面积不应小于1Om2，设计绘图室，每人使用面积不应小于6m2；研究工作室每 人使用面积不应小于5m2。按照公共建筑节能设计标准（GB 50189-2005）四，普通办公 室人均占有使用面积4m2，高级办公室人均占有使用面积8m2，说明人员密度有较大的差异。 如果按照通常的每人使用面积5m2计算，房间净高3.0m、每小时0.5 h-1换气，只相当于 7.5m3/（h 人），如何满足按卫生标准要求的最小新风量？按照宿舍建筑设计规范（JGJ 36-2005） 14，宿舍分为4类。如果房间净高为3.0m， 按照标

21、准最高（建设数量最少）的1类人均使用面积16m2计算，每小时0.5 h-1换气，也只 相当于24m3/（h 人），按照2类人均使用面积8m2计算，只相当于12m3/（h 人），按照3类 人均使用面积5m2计算，只相当于7.5m3/（h 人），而4类人均使用面积只有43 m2，又如 何满足按卫生标准要求的最小新风量？因此，对于不配置集中新风送风系统、只有采暖系统的此类建筑，采用住宅负荷计算的 的模式加以延伸，似不甚严密，还是按照采暖通风与空气调节设计规范D.0.3条和 D.0.4条推荐的换气次数估算法，或者根据建筑性质对应的长期停留人员密度，进行按卫生 要求的最小新风量校核，可能更为稳妥。淤应更

22、加重视同一热源系统各建筑采暖负荷和其他环节计算方法的同一 性作为比较基础的北京地区“80住2-4”住宅通用设计冷空气渗透耗热量，约占总耗热量 的23%，按照1986年第一步节能30%的节能设计标准，冷空气渗透耗热量约占总耗热量的 19%。在实施节能65%的多层、中高层和高层普通住宅中，约可占供暖总负荷的25%30%。 围护结构保温越好，围护结构的传热负荷越小，由于受按卫生标准要求的最小新风量的限制， 冷空气渗透负荷基本不变，其占的比重会越来越大。但是，采暖负荷计算最重要的原则，是 同一采暖热源系统各个建筑的采暖负荷计算方法应一致。其他因素（包括室内外计算温度的 取值、各项附加系数的取值、围护结构传热系数的取值、冷空气渗透耗热量计算，以及日益 增多的日射得热和内部产热量等），与此原则相比较，都只能说是“枝节问题”。另外，从采 暖计算负荷到确定采暖末端设备（例如散热器）的数量，还有热媒温度的合理确定等问题。笔者多次注意到，同一热源、由不同设计单位（或设计人）设计的不同建筑，常出现散 热器数量相差悬殊的现象，加剧了系统的失调度。因此，在关注冷空气渗透耗热量计算方法 的同时，应该更加重视同一采暖热源系统各个建筑的采暖负荷和其他环节计算方法的同一 性。参考文献：北京市建筑设计研究院.DBJ 11-602-2