用DOE-2模拟分析表明,在深圳,当窗户太阳辐射透过率小于等于0.3时,窗墙面积比的变化对空调的能耗影响不大。窗墙面积比每增加0.1,单位建筑面积的空调年耗电量只增加0.11~0.30kWh;节能率仅下降0.2~0.6个百分点。而且,外窗可开启面积过小,会造成自然通风不良,夏季不能充分利用自然通风,增加空调运行时间和能耗。所以深圳居住建筑,在加强窗户夏季遮阳的前提下,根据室内外视觉感受、自然通风、自然采光等的要求确定窗户面积是比较合理的,对居住建筑窗墙面积比不提出要求。
4.3.3 采用浅色饰面材料的围护结构外墙面,在夏季有太阳直射时,能反射较多的太阳辐射热,从而能降低空调时的得热量和自然通风时的内表面温度,当无太阳直射时,它又能把围护结构内部在白天所积蓄的太阳辐射热较快地向外天空辐射出去,因此,无论是对降低空调耗电量还是对改善无空调时的室内热环境都有重要意义。
5 建筑物的节能综合指标
5.0.1 本规范为居住建筑提供了两条节能设计达标的途径,一条途径是符合第四章的规定,另一条途径是满足第五章的要求。
第四章列出的是居住建筑节能设计的规定性指标。对于围护结构的热工性能能符合第四章的有关规定的居住建筑,它们的空调能耗已经在编制本标准的过程中经过了大量的计算,节能50%的目标是有保证的,不必再进行本章所规定的计算。
本章列出的是居住建筑节能设计的性能性指标。对于那些在某些方面不符合第四章有关规定的居住建筑,本规范具有一定的灵活性。这类居住建筑可以采取在其它方面增强措施的方法,仍然达到节能50%的目标。例如一栋建筑外墙的传热系数超过了第四章的规定,它可以采取降低外窗辐射透过率的方法,仍然达到节能50%的目标。但是对这一类建筑就必须经过计算证明它达到了本章规定的性能性指标要求,才能判定其能满足节能50%的要求。
5.0.2 建筑物的耗冷量指标综合反映了建筑设计和围护结构热工性能的优劣,因此是节能建筑的重要控制指标。
围护结构热工性能好的居住建筑,在不配备空调设备的条件下,夏季的室内温度情况也要比一般居住建筑好。
建筑节能除了改善建筑围护结构的热工性能之外,提高空调设备的效率也是一个很重要的方面。
本规范没有明确划定空调期,而是用空调年耗电量作为控制指标,主要原因是深圳市的居住建筑目前极少配备集中供冷系统,降温基本上是居民的个人行为,春季,气温骤升时,不论是否已到了所谓的空调期,居民都有可能开启空调器降温。
空调设备的运行时间很集中,用电的峰值负荷对电网的压力很大,除了耗电量之外,空调的用电负荷也是一个重要指标,设计时应予以足够的重视。
5.0.3 根据深圳市的气候特性,一天之内温度波动对围护结构传热的影响比较大,尤其是夏季,白天室外气温很高,又有很强的太阳辐射,热量通过围护结构从室外传入室内;夜里室外温度下降比室内温度快,热量有可能通过围护结构从室内传向室外。由于这个原因,为了比较准确地计算空调负荷,并与现行国标《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19-87)保持一致,需要采用动态计算方法。
动态的计算方法有很多,暖通空调设计手册里的冷负荷计算法就是一种常用的动态的计算方法。
本规范采用了反应系数计算方法,并采用美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的DOE-2软件作为计算工具。
DOE-2用反应系数法来计算建筑围护结构的传热量。反应系数法是先计算围护结构内外表面温度和热流对一个单位三角波温度扰量的反应,计算出围护结构的吸热、放热和传热反应系数,然后将任意变化的室外温度分解成一个个可迭加的三角波,利用导热微分方程可迭加的性质,将围护结构对每一个温度三角波的反应迭加起来,得到任意一个时刻围护结构表面的温度和热流。
DOE-2用反应系数法来计算建筑围护结构的传热量。反应系数的基本原理如下:
参照右图(略),当室内温度恒为零,室外侧有一个单位等腰三角波形温度扰量作用时,从作用时刻算起,单位面积壁体外表面逐时所吸收的热量,称为壁体外表面的吸热反应系数,用符号X(j)表示;通过单位面积壁体逐时传入室内的热量,称为壁体传热反应系数,用符号Y(j)表示;与上述情况相反,当室外温度恒为零,室内侧有一个单位等腰三角波形温度扰量作用时,从作用时刻算起,单位面积壁体内表面逐时所吸收的热量,称为壁体内表面的吸热反应系数,用符号Z(j)表示;通过单位面积壁体逐时传至室外的热量,仍称为壁体传热反应系数,数值与前一种情况相等,固仍用符号Y(j)表示。
传热反应系数和内外壁面的吸热反应系数的单位均为W/(㎡℃),符号括号中的j=0,1,2...,表示单位扰量作用时刻以后jDt小时。一般情况Dt均取1小时,所以X(5)就表示单位扰量作用时刻以后5小时的外壁面吸热反应系数。
反应系数的计算可以参考专门的资料或使用专门的计算机程序,有了反应系数后就可以利用下式计算第n个时刻,室内从室外通过板壁围护结构的传热得热量HG(n)
∞ ∞
HG(n)= ∑ Y(j)t (n-j)-∑ Z(j)t (n-j) (公式1)
j=0 z j=0 r
式中:tz(n-j)是第n-j时刻室外综合温度;
tr(n-j)是第n-j时刻室内温度;
当室内温度tr不变时,此式还可以简化成:
∞
HG(n)= ∑ Y(j)t (n-j)-K.t
j=0 z r
式中的K就是板壁的传热系数。
DOE-2软件可以模拟建筑物采暖、空调的热过程。用户可以输入建筑物的几何形状和尺寸,可以输入建筑围护结构的细节,可以输入室内人员、电器、炊事、照明等的作息时间,可以输入一年8760个小时的气象数据,可以选择空调系统的类型和容量等参数。DOE-2根据用户输入的数据进行计算,计算结果以各种各样的报告形式来提供。
5.0.4 本规范第五章的目的是审查那些不完全符合第四章规定的居住建筑是否也能满足节能50%的要求。为了在不同的建筑之间建立起一个公平合理的可比性,并简化审查工作量,本条规定了计算的标准条件。
在建筑节能中,建筑的能耗水平应是该建筑历年来的平均能耗。由于典型气象年的原始数据与历年平均值所用的原始气象数据年相同,采用典型气象年数据计算所得的年能耗与采用历年平均气象数据计算所得的年能耗最接近,最能反映能耗的“平均”情况。同时,典型气象年的数据是最齐全的,因此,以典型气象年作为能耗计算的气象数据。
计算时取卧室和起居室室内温度,夏季全天为26℃,换气次数为1.5次/小时,其他房间不进行温度控制。
空调设备额定能效比取2.5。
5.0.5 表5.0.5中所列的数据就是用DOE-2计算出来的,计算中严格按照5.0.4规定的计算条件,并通过大量的调查,选取了深圳市具有代表性的12个住宅小区进行外形、户型、结构类型、围护结构的构造、围护结构热工性能、层数、体型系数、窗墙面积比等各方面的统计分析,获得计算所依据的建筑模型:包括两栋典型的高层建筑(17层)和4栋典型的多层建筑(5~7层)。这两栋高层建筑的建筑面积各1万平方米左右,体形系数0.288和0.31,南北朝向,一梯6户,每户建筑面积71~107平方米,分为2~3个卧室,1个起居室,1个厨房,1~2个卫生间;这四44栋多层建筑,一梯2~4户,每户建筑面积100平方米左右。卧室和起居室控制温度和换气次数,卫生间和厨房不控制温度。外墙的传热系数为1.39W/(㎡.K),屋顶的传热系数为0.95W/(㎡.K),窗户的传热系数为4.7W/(㎡.K),夏季外窗的辐射透过率为0.3。将这6栋典型建筑放到深圳市的逐时气象条件下计算,把计算的结果进行比较整理,。综合分析各因素的影响,得出了表5.0.5中所列的数据。
设计的居住建筑物用DOE-2计算的空调年耗电量不应超过表5.0.5中的规定值。
DOE-2的计算是逐时动态的,所以建筑物耗冷量指标都不是一个固定的数值,而是每小时都变化的。为了使用上的方便,表5.0.5中所列的建筑物耗冷量指标qc是将建筑物在一年中最热月份一个月的耗冷量除以该月的小时数和建筑面积所获得的值。计算耗冷量指标时所用的建筑面积系指整栋建筑的建筑面积。
6 空调和通风节能设计
6.1 空调节能设计
6.1.1 随着深圳市经济发展,人民生活水平的不断提高,对空调的需求逐年上升。对于居住建筑选择设计选择集中空调系统方式,还是分户空调方式,应根据当地能源、环保等因素,通过仔细的技术经济分析来确定。同时,该地区居民采暖空调所需设备及运行费用全部由居民自行支付,因此,还要考虑用户对设备及运行费用的承担能力。对于一些特殊的居住建筑,如幼儿院、养老院等,可根据具体情况设置集中采暖、空调设施。主要考虑以下情况:
(1)深圳市的气候条件和建筑所在地点的气流、水、土地等有关自然资源;