《公共建筑节能设计标准》应用中的简易权衡判断法(一)

1、 公共建筑节能设计标准应用中的简易权衡判断法(一)来源:北京中新方建筑科技研究中心作者:刘忠伟 日期:2006-3-10要 本文根据建筑围护结构节能设计原理，提出了公共建筑节能设计标准提GB50189 应用中的简易权衡判断法，可用于玻璃幕墙设计中。关键词 公共建筑，节能设计，权衡判断1前言为降低建筑能源消耗，减少能源浪费，国家建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了公共建筑节能设计标准GB50189，并于 2005 年 7 月 1 日在全国实施。该标准节能目标 50%由改善围护结构热工性能，提高空调采暖设备和照明设备效率来分担，其中改善围护结构热工性能分担 1325%。门窗和玻璃幕墙的热工性

2、能远低于普通外墙，为达到节能目标，该标准对建筑的窗墙面积比和屋顶透明部分的面积有明确的规定：建筑每个朝向窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于 0.7；屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的 20%；当不满足这两项条文规定时，必须进行权衡判断。上述这些条文为强制性条文，必须严格遵守。权衡判断是一种性能化设计方法，具体做法是先构想出一栋虚拟建筑，称之为参考建筑，然后分别计算参考建筑和实际设计建筑的全年采暖和空调能耗，并依据这两个能耗的比较结果做出判断。当实际设计建筑能耗大于参考建筑能耗时，调整部分设计参数，例如提高窗户和玻璃幕墙的保温隔热性能、缩小窗户和玻璃幕墙的面积，甚至是调整整个建筑围护结构的

3、保温隔热性能，重新计算所设计建筑的能耗，直至设计建筑的能耗不大于参考建筑的能耗为止。围护结构热工性能的权衡计算很复杂，一般要采用动态软件进行计算，不易实现。本文提出的简易权衡判断法可省去权衡计算的复杂过程，调整前后节能机理简单、明确，计算方法简便，可用于工程实践中。2简易权衡判断围护结构的外窗、透明幕墙和屋顶透明部分的热工性能一般用传热系数 K 和遮阳系数 SC 表征，外墙、非透明幕墙和屋顶非透明部分的热工性能仅用传热系数 K 表征。设建筑物某朝向的总面积为 S，透明部分（包括外窗和透明幕墙）面积为 S1，透明部分的传热系数和遮阳系数分别为 K1 和SC1，非透明部分（包括外墙和非透明幕墙）面

4、积为 S2，非透明部分的传热系数为 K2，S=S1+S2，室内外温差为 T，太阳辐射照度为 I，则通过该朝向由室外传入室内的热量 Q1 为：Q1=0.889SC1S1I+ TK1S1+ TK2S2 （1）将透明部分的面积加大至 S3，透明部分的传热系数和遮阳系数分别调整为SC2 和 K3，则非透明部分的面积缩小至 S4，非透明部分的传热系数仍为 K2，S=S3+S4，室内外温差和太阳辐射照度不变，则通过该朝向由室外传入室内的热量 Q2 为:Q2=0.889SC2S3I+ TK3S3+ TK2S4 （2） 令 0.889SC1S1I=0.889SC2S3I （3）有 SC1S1=SC2S3 （4

5、）用 S 除（4）式两边，得SC1S1/S=SC2S3/S （5）则 S1/S 和 S3/S 分别为两种情况的窗墙面积比，设其分别为 e1 和 e2，由（5）式得，SC2=SC1e1/e2 （6）在公共建筑节能设计标准GB50189 中，对于寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，当窗墙面积比 e1=0.7 时，对于不同朝向，遮阳系数都有限值要求，令 SC1 取限值，记为 SC1*，当窗墙面积比 e20.7 时，只要透明部分的遮阳系数按（6）式取值，则可保证太阳光透过透明部分射向室内的热量与窗墙面积比为 0.7，遮阳系数取限值的透明部分传递的太阳能严格相同，与太阳辐射照度无关，即在任何地区、任何

6、季节、任何时候，两者都成立，即0.889SC2S3I=0.889SC1*S3Ie1/e2=0.889SC1*S3IS1/SS/S3=0.889SC1*S1I同理，令 TK1S1= TK3S3 （7）有K1S1=K3S3 （8）用 S 除（8）式两边，得K1S1/S=K3S3/S （9）则 S1/S 和 S3/S 分别为两种情况的窗墙面积比，设其分别为 e1 和 e2，由（9）式得，K3=K1e1/e2 (10)在公共建筑节能设计标准GB50189 中，对于不同地区，当窗墙面积比e1=0.7 时，传热系数都有限值要求，令K1 取限值，记为 K1*，当窗墙面积比 e20.7 时，只要透明部分的传热

7、系数按（10）式取值，则可保证通过透明部分传递的环境热量与窗墙面积比为 0.7，传热系数取限值的透明部分传递的环境热量严格相同，与室内外温差无关，即在任何地区、任何季节、任何时候，两者都成立，即 TK3S3= TK1*S3e1/e2= TK1*S3S1/SS/S3= TK1*S1对于非透明部分，由于窗墙面积比大于 0.7 时的面积 S4 小于窗墙面积比为0.7 时的 S2，所以有 TK2S4 TK2S2当窗墙面积比大于 0.7 时，只要透明部分的遮阳系数和传热系数分别按（6）式和（10）式取值，非透明部分的传热系数保持不变，则可保证通过该朝向传递的室内外热量小于窗墙面积比等于 0.7 时，透明部分的遮阳系数和传热系数分别取限值时传递的室内外热量，即已经满足公共建筑节能设计标准 GB50189 的要求，不必再进行整体的权衡计算。由于上述计算仅限于该朝向一个平面，而不是通常意义上的整体权衡