建筑节能设计

摘 要：本文探讨了我国建筑的节能的形势和目标,分析了居住建筑节能设计和公共建筑节能设计的一些内容.

关 键 词：居住建筑；公共建筑；节能设计

1.问题的提出

节能的概念,是1973年发生世界性石油危机后,由西方发达国家提出的,经过30年的研究与实践,至今已经经历了三个阶段.20世纪70年代提出的建筑节能（energy　sing　in　buildings）,其本质内涵仅仅着重于通过能源节约以降低资金投入,是最浅层次的建筑节能概念.20世纪80年代中后期提出的建筑节能（energy　conservation　in　building）已经将其升华至节约资源的高度,是基于资源有限论的理论框架得来的,意在减少建筑中能源的散失.20世纪90年代所提建筑节能则把建筑能耗与自然生态和人类社会的可持续发展结合起来,是最具积极意义的节能概念.节能并不是不消耗,而是大大提高能源的利用效率,同时大幅减少对环境的污染,即“生态建筑”、“绿色建筑”的重要内涵.我国建筑界对第三层次的节能概念有比较一致的看法,即在建筑中合理使用和有效利用能源、不断提高能源的利用效率、以最小的环境负荷获得舒适环境.基于生态理念的建筑节能,还必须加强对可再生能源的开发利用,所以并非消极意义上的节省,而是积极意义上提高利用率.

2.我国建筑的节能的形势和目标

节约能源和环境保护是我国的基本国策,亦是建设节约型社会的根本要求.我国国民经济和社会发展第十二个五年计划规定,2015年单位国内生产总值能源消耗必须要比2010年降低16%,任务较为艰巨.

经济增长和用能增加带来的环境污染问题成为了国民经济进一步发展的制约因素.既有建筑和新建建筑能否做到高效率节能,关系到我国的能源形势和可持续发展.大力发展建筑节能刻不容缓.

《“十二五”节能减排综合工作方案》提出总体要求和目标：至2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤,比2010年下降16%；实现节约能源6.7亿吨标准煤；全国化学需氧量和二氧化硫排放量控制在2347.6万吨和2086.4万吨,比2010年下降10%.至十二五末,非化石能源占一次能源消费总量比重达到11.4%.

为了完成“十二五”建筑节能的目标任务.将从几个方面部署建筑节能工作：（1）提高新建建筑能效水平,到2015年北方严寒及寒冷地区、夏热冬冷地区全面执行新颁布的节能设计标准,执行比例达到95%以上.北京、天津等特大城市执行更高水平的节能标准,新建建筑节能水平达到或接近同等气候条件发达国家水平.（2）进一步扩大既有居住建筑节能改造规模,实施北方既有居住建筑供热计量及节能改造4亿以上,地级以上城市达到节能50%强制性标准的既有建筑基本完成供热计量改造并同步实施按热量分户计量收费.（3）实施高耗能公共建筑改造6000万平方米,单位面积能耗下降10%,大型公建15%.（4）可再生能源建筑面积25亿平方米,形成常规能源替代能力3000万吨标准煤.（5）新建绿色建筑8亿平方米.城镇新建建筑20%以上达到绿色建筑标准要求.（6）新型墙体材料产量占墙体材料总量的65%以上,建筑应用比例达到75%以上.（7）形成以《节约能源法》和《民用建筑节能条例》为主体,部门规章、地方政府规章及规范性文件为配套的建筑节能体系.建立并实行建筑节能统计、监测、考核制度.

3.居住建筑节能设计

由于居住建筑基数庞大,居住建筑节能成为建筑节能设计的行业标准的重中之重.86年,住建部先后针对严寒和寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区分别发布了三个居住建筑节能设计的行业标准,并持续对标准进行适时的修订和补充.这些标准的认真实施,保证了在改善居住建筑的热环境的同时,降低了建筑能耗.

以下对各区居住建筑节能设计标准涉及的范围、评价标准及建筑热工节能设计等内容进行介绍：

3.1《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26-2010）

该标准由《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》86版经95年修订后,再次修订并更名.自2010年8月始实施.

严寒和寒冷地区,以各地1980～1981年住宅通用设计,4个单元6层楼,体形系数为0.30左右的建筑物的耗热等指标计算值,经线性处理后的数据作为基准能耗.要求居住建筑全年的采暖能耗在此基础上通过对建筑、热工、暖通系统采取节能措施,达到降低65%的节能目标.

对参数的选择作考虑：（1）根据采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26又可将严寒和寒冷地区又细分为5个气候子区.（2）冬季采暖室内计算温度取18℃,换气次数取0.5次/h.（3）朝向与布局：门窗尽可能设在避风向阳地段,朝向采用南北或接近南北向以便利用冬季日照,主要房间宜避开冬季主导风向.（4）形体系数越小则经济,但应结合外观布局等权衡利弊,统筹考虑.（5）窗墙比应做到限制,以降低建筑能耗,具体见标准规定.（6）在严寒两级地区楼梯间的外墙和外窗亦应采用保温措施.（7）标准对建筑围护结构的热工设计规定了各项性能参数,如屋面、外墙、架空或外挑楼板、分隔墙、分隔门户、阳台门下部芯板,外窗、围护结构部位、周边地区、地下室外墙等.（8）为减少冬季室外空气过多漏项室外,对外门（窗）气密性要求为严寒地区不低于6级；寒冷地区1～6层不低于4级；7层及以上不应低于6级.夏季仅对寒冷地区B区规定了外窗综合遮阳系数限值.另外严寒地区所有朝向和寒冷地区北向不应设置凸窗.（9）阳台和直接连通的房间之间应设置隔墙和门窗,否则应做相应处理.（10）应对外墙与屋面可能出现热桥部位进行验算.（11）外墙外侧的保温延伸至地坪以下,以提高其表面温度.

3.2《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）

夏热冬冷地区居住建筑须达到节能居住全年采暖、空调总能降低50%的节能目标.对主要参数的选择作如：（1）热环境设计计算指标：冬季卧室起居室室内设计温度应取18℃,换气次数为1.0次/h.夏季参数取26℃和1.0次/h.（2）朝向与布局：平立面设计和门窗设置应有利于自然通风；朝向宜采用南北向或接近南北向.（3）形体系数高于严寒及寒冷地区限值.（4）围护结构的热工性能：夏热冬冷地区,室内外温差传热既影响夏季的空调负荷,又影响冬季的采暖负荷,必须严格控制围护结构传热系数,又由于其夏季受到的是室外周期性不稳定热作用,仅考虑稳定传热下围护结构传热性能的传热系数是不全面的,还应考虑周期性不稳定状态下结构热稳定性的热惰性指标D.（5）外窗（门）部位的设计：外窗（含阳台门）的可开启面积不应小于外窗所在房间地面面积的5%.门窗气密性要求同寒冷地区.（6）围护结构的外表面宜采用浅色饰面材料,平屋顶宜采用绿化涂刷隔热涂料等隔热措施.

3.3《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ75-2003）

夏热冬暖地区分为南北两个区.北区内建筑节能设计应主要考虑夏季空调,兼顾冬季采暖；南区内应考虑夏季空调,可不考虑冬季采暖.采暖、空调总能耗要求降低50%.

主要指标参数介绍如：（1）室内热环境设计计算指标：夏季指标同夏热冬冷地区,北区冬季采暖室内设计计算温度为16℃,计算换气次数1.0次/h.（2）朝向与布局：由于夏热冬暖地区的主要气候特征是4～9月盛行东南风和西南风,且风速较大.居住区的总体规划和建筑平、立面设计应有利于自然通风.朝向宜采用南北向或接近南北向.（3）体形系数,三个分区建筑的体形系数均为标准的强制性条文.夏热冬暖地区北区建筑物的体形系数较为单一：单元式、通廊式住宅≤0.35,塔式住宅≤0.40.（4）建筑围护结构的热工设计：屋顶和外墙的热工性能同样需要考虑影响室内外温差传热,决定夏季空调和冬季采暖负荷的围护结构传热系数K,考虑反映围护结构热稳定性的热惰性指标D.并注意饰面颜色、内贴层、屋面材料、植物等的运用.（5）居住建筑的外墙（门）部件设计：窗墙面积比南北向限值大于夏热冬冷地区,东、西向小于夏热冬冷地区.对天窗亦有各项指标限值.设置外遮阳是减少辐射热进入室内的有效措施,尤其是东西向.活动式外遮阳则可兼顾冬、夏两季对太阳得热的要求.外窗气密性满足1～9层不应低于3级,10层及以上不应低于4级.

4.公共建筑节能设计

目前全国采用空调的办公建筑、大型商厦、宾馆为5亿多m2,每平方米耗电量是普通居民住宅的10-20倍,是欧洲、日本等发达国家同类建筑的数倍.因此抓紧做好公共建筑节能对社会节能将起到积极的导向作用.《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）作为国家标准发布于2005年4月,于7月开始实施.适用于全国新扩改建的公共建筑节能设计.节能设计标准要求为“基准建筑”（20世纪80年代初期建造的公共建筑）全年采暖、空调、通风和照明的能耗的50%.总平面的布置和设计,宜利用日照并避开冬季主导风向,利于夏季自然通风.主朝向宜尽量选择本地最佳朝向.体形系数仍为强制性条文,严寒寒冷地区不得超过0.40.围护结构的传热系数限值的规定.外墙传热系数考虑结构性热桥.每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于0.70.当小于0.40时,玻璃（或其他透明材料）的可见光透射比不应小于0.4.屋顶透明部分不应大于屋顶总面积的20%.外窗传热系数、综合遮阳系数、外门窗气密性、透明幕墙气密性等均应符合各标准规定的限值、级别.外窗可开启面积不得小于窗面积的30%,透明墙应具有可开启部分或设有通风换气装置.严寒、寒冷地区建筑外门设门斗或其他减少冷风渗透的措施.其他地区的外门应采取保温隔离节能措施.建筑中庭夏季应利用通风降温,必要时设置机械排风加强通风.等等.