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第13章 浙江省居住建筑节能性能检测与能耗评价方法研究(2)

(9)是否需要对一个小区内的所有建筑进行节能计算?如果只取代表性建筑进行计算,代表建筑如何确定?

(10)建筑物中非空调采暖房间是否需要参与动态计算?

(11)对于商住楼中商铺部分的节能设计应采用公共建筑节能设计标准还是居住建筑节能设计标准不明确。

(12)住宅顶层阁楼为空调采暖房间(活动室等)或非空调采暖房间(储藏间等)时,阁楼层应怎样处理?

3.对比评定法存在的问题解决对策

对于对比评定法,建议完善内容如下。

(1)参照建筑能耗修正

对于对比评定法中不考虑体形系数的问题,很多人已经认识到其严重性。居住建筑每小时换气1次,由于换气损失的能耗很少,建筑能耗与建筑体形系数近似呈线性关系,即建筑能耗随体形系数的增大而增大。《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)中规定参照建筑与设计建筑完全相同。因此,设计建筑体形系数大,建筑能耗增大,参照建筑体形系数也大,建筑能耗也随之增加,采用对比评定法进行综合判断很容易达标。由此可见,对比评定法实际上放弃了对建筑体形系数的控制,即放弃了对建筑能耗的控制。大量计算结果表明:采用对比评定法,设计建筑体形系数增大,在其他条件不变的情况下,节能率几乎没有变化。

由于认识到《浙江省居住建筑节能标准》(DB33/1015‐2003)中,对比评定法没有对体形系数进行控制这一缺陷,在浙江省建筑节能辅导教材中,提出了根据设计建筑体形系数对参照建筑能耗进行修正,即当设计建筑体形系数超过标准规定值时,参照建筑能耗应进行修正。具体而言,当条式建筑体形系数大于0.35,或点式建筑体形系数大于0.40时,参照建筑能耗应进行修正,即参照建筑能耗为软件计算结果乘以修正系数。修正系数为标准规定值除以设计建筑体形系数。

本课题组对不同类型的居住建筑进行了大量的计算分析,发现对于别墅、排屋等体形系数特别大的建筑,若按上述要求进行修正,要达到节能标准,对围护结构保温措施要求非常苛刻。

①点式建筑(别墅)

课题组以一栋体形系数为0.63的别墅为例进行分析计算。建筑外窗采用Low‐E 中空玻璃高级木窗,外墙、屋顶、外窗传热系数如下。

外墙:K=1.07W/(m2·K)(标准规定为1.5W/(m2·K));

屋顶:K=0.68W/(m2·K)(标准规定为1.0W/(m2·K));

外窗:K=2.24W/(m2·K)(标准规定为小于4.7W/(m2·K))。

建立该别墅的热工计算模型如图2‐5所示。按照《浙江省居住建筑节能设计标准》(DB33/1015‐2003)设定的要求进行计算可得:参照建筑全年单位面积能耗为126.09kW·h/m2;设计建筑全年单位面积能耗为94.62kW·h/m2。设计建筑能耗远远低于参照建筑能耗,节能效果显着。

按照浙江省居住建筑节能辅导教材提出的体形系数修正方法进行修正参照建筑能耗,别墅按点式建筑考虑(点式建筑规定的体形系数为0.4)。

进行进一步测试。假定将体形系数规定值放宽到0.45。修正后,参考建筑能耗为90.06kW·h/m2。对上述别墅再稍作改进,基本能达到标准。由此可见,对于别墅建筑,修正系数为0.45除以设计建筑体形系数;对于排屋,修正系数为0.40除以设计建筑体形系数。

②条式建筑(高层建筑)

再来分析一栋体形系数较大的条式高层建筑。该建筑体形系数为0.41,外窗为塑钢中空玻璃窗,外墙、屋顶、外窗传热系数如下:

外墙:K=1.40W/(m2·K)(标准规定为1.5W/(m2·K));

屋顶:K=0.80W/(m2·K)(标准规定为1.0W/(m2·K));

外窗:K=3.0W/(m2·K)(标准规定为小于4.7W/(m2·K))。

建立该条式高层的热工计算模型如图2‐6所示。按照《浙江省居住建筑节能设计标准》设定的要求进行计算可得:参照建筑全年单位面积能耗为67.47kW·h/m2;设计建筑全年单位面积能耗为61.02kW·h/m2。设计建筑能耗低于参考建筑,是符合节能要求的建筑。

按照浙江省居住建筑节能辅导教材提出的体形系数修正方法,对参照建筑能耗进行修正。条式建筑规定的体形系数为0.35。

通过改善外墙保温,外墙保温层由20mm增加到35mm。此时,外墙传热系数降为1.03W/(m2·K),全年单位面积能耗为57.3kW·h/m2,可以达到标准要求。由于多层与高层类似,这里不再分析。由此可见,对多层、高层建筑,采用标准规定的体形系数与设计建筑体形系数比对参考建筑能耗进行修正是合适的。

(2)气候参数

由于气候参数不同,同一模型计算所得的建筑能耗也不同。为减少这种差异,建议统一采用浙江省气象中心提供的气候参数。

(3)外窗遮阳系数

外窗的综合遮阳系数(SW)是由窗户自身遮阳系数(SC)和窗口遮阳构件的遮阳系数(SD)共同作用的一个综合遮阳效果系数,SW=SC×SD。

外窗遮阳系数,应根据相关规范或检测资料取值。

在节能计算中,遮阳系数不同,建筑能耗差异很大。根据现有条件对外窗遮阳系数进行统一,可以统一计算结果。

窗户自身遮阳系数(SC)是实际透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm透明玻璃的太阳辐射得热之比值。其值可通过检测方法测得,或者利用门窗性能模拟计算软件(如OPTICS、THERM、Window等)计算得到。

(4)敞开式厨房

对于精装修住宅,敞开式厨房与餐厅、客厅相连,按空调房间设置。对于普通住宅,应在厨房与餐厅之间加一内墙。

(5)倾斜墙面、倾斜玻璃幕墙

目前,节能设计软件还无法如实模拟倾斜墙面、倾斜玻璃幕墙。由于外墙及玻璃幕墙能耗与面积成正比,所以在建模时,倾斜墙面和倾斜玻璃幕墙的高度应为该墙面及玻璃幕墙的实际的斜面高度,而不是在垂直立面上的投影高度。

(6)建筑节能设计软件

要求使用以DOE‐2为内核的节能设计软件对建筑物进行节能模拟计算,如由中国建筑科学研究院开发的PKPM建筑节能设计软件和北京天正工程软件有限公司开发的天正建筑节能设计软件。今后,其他被广泛认可的节能设计软件也可采用,但需到建筑节能管理部门备案。

(7)动态计算时的材料取值

墙体、屋面及楼面材料导热系数取值,导热系数修正系数取值与规定性设计方法中相同。为避免人为弄虚作假,要求节能设计(验算)报告书提交给审图公司的同时,必须提交报审文件。

(8)审图人员建筑节能培训

建议组织审图人员定期进行建筑节能培训,要求审图人员正确理解相关的节能规定,对节能计算软件有一定的了解,能通过报审文件发现节能验算报告中存在的问题。

(9)代表性建筑的选择

根据建筑体形、建筑平面布局等不同,一种类型必须选择一个代表建筑进行计算。体形相近、平面布局相同的建筑,朝向差异小于10°且在规范规定的相同朝向范围内,应可视为同一类型。建筑平面相同,层数不同时,可认为同一类型,计算时取层数较少者。

(10)地下室

地下室为空调采暖房间的建筑,地下室必须进行节能计算,地下室全部为非空调采暖房间的建筑,地下室可以不进行节能计算。

(11)商住楼

当商住楼底层商铺单间面积大于300m2,商场部分按公共建筑进行节能设计;商场上部住宅按照居住建筑进行节能设计。底层商铺连接部分居住建筑,如果单间面积(包括二层及三层)在300m2及以下时,可统一按居住建筑节能设计标准进行设计。这里所指单间为一个使用单元或一个销售单元。

(12)阁楼

如果阁楼为空调采暖房间(如活动室、书房等),阁楼部分必须进行节能计算。如果阁楼为非空调采暖房间(如储藏间等),可按非空调房间进行节能计算,或不进行节能计算。

屋顶热工参数仍为上部屋顶热工参数,且阁楼不可作为密闭的水平空气层来模拟。

2.2建筑能耗软件完善

建筑节能性能性设计方法即对比评定法需要使用能耗模拟软件,我国居住建筑节能设计标准和浙江省居住建筑节能设计标准在标准制定过程中均采用以DOE‐2为内核的模拟软件。DOE‐2建筑能耗模拟软件引入我国,首先由中国建筑科学研究院物理所对其进行再开发,以方便国内设计人员使用。其后由中国建筑科学研究院上海分院在原有基础上进一步完善,特别对建模过程进行改进,利用CAD文件数据直接输入到节能软件,完成以DOE‐2为内核的建筑节能软件PBECA,并在国内推广应用,同时不断完善。课题组成员单位浙江大学建筑技术研究所长期以来采用PBECA进行建筑能耗模拟计算,并与软件编制单位中国建筑科学院上海分院密切合作,对软件应用中发现的问题及时反馈对方,使广泛使用的建筑节能模拟软件不断完善。本课题组关于浙江省居住建筑节能软件的完善工作,与中国建筑科学研究院上海分院共同完成,课题组提出要求及解决思路,由中国建筑科学研究院上海分院完成软件编制。本课题组提出的有关对比评定法所用能耗模拟软件存在的问题及需完善的部分基本都已反映到新的软件中,并在实际中应用。内容如下。

1.建筑底层架空楼板建模

在原先的能耗模拟软件中,建筑物地面必须是落地的,对于底层架空的建筑不能建模进行模拟。而在实际住宅建设中,为获得独特的室外空间效果,住宅建筑底层架空是很普遍的情况。

2.多种构造墙体的建模

原版本墙体只能为单一构造做法,墙体构造可以由多层材料组成。但是,当墙体有两种构造做法时不能建模。当时,设计人员为模拟两种构造组成的墙体,需要事先根据两种墙体构造的传热阻、面积,计算出平均传热阻(传热系数);然后以主体墙为基准,通过调整墙体厚度或保温层厚度,使其传热系数等于墙体平均传热系数,计算工作量增加很多。在实际住宅工程中,墙体由两种构造组成的情况十分普遍,最典型的情况是主体墙与构造柱、梁等的组合情况。

3.建筑房间数、层高的限制

原版软件对建筑房间数、层高设置限制,当房间数、层高超过一定数值时,建筑建模仍可完成,但计算结果是错误的。当时,为计算房间数、层高超限建筑时,需要计算建筑平面相同的不同层数的建筑单位面积能耗,获得标准层单位建筑面积能耗,再根据较低层数的建筑能耗及标准层能耗数值手工计算出整个建筑的单位建筑面积能耗。为了解决房间数超标,需要把房间之间隔墙取消,形成大房间,以减少房间数量。

4.丰富保温材料数据库

将《浙江省居住建筑节能设计标准》所列墙体构造做法及材料热工性能参数取值,充实到软件墙体构造数据库,这些构造做法是浙江省主要的节能墙体构造,软件数据库的充实,为浙江省建筑设计人员的能耗模拟工作提供了很多方便。

5.计算结果中给出墙体平均传热系数

原版软件在模拟计算结果中只给出最不利开间的传热系数,由于一个建筑中可能存在很小的开间,这时由于构造柱、圈梁等冷热桥的影响,即使主体墙保温很好,开间的平均传热系数也会很大,这样很容易误导设计人员和审图人员。为了解决这一问题,课题组提出同朝向墙面平均传热系数概念,这样与建筑物的实际能耗相对应,也容易填写建筑节能有关报表。墙体平均传热系数在模拟中很容易获得。

6.建筑局部通高问题

原版软件对建筑局部为通高的情况无法建模。

上述问题通过与中国建筑科学研究院上海分院的合作,所有问题都已经在目前的软件中得到彻底解决。

关于设计建筑体形系数超标时,对参照建筑计算能耗根据体形系数进行修正的意见,相当于对体形系数超标的建筑提高了节能要求,涉及设计标准的完善,因此没有直接应用到目前在用的软件中。

2.3浙江省居住建筑节能检测评价

2.3.1节能检测项目及方法

1.建筑围护结构保温性能检测

(1)检测依据

《采暖居住建筑检验标准》(JGJ132‐2001)。

《绝热材料稳定热阻及有关特性的测定热流计法》(GB10295‐88)。

(2)检测方法

热流计法。

(3)检测原理

热流计法是目前国内外常用的现场测试方法。其原理是通过被测材料的热流,且这个热流平行于温度梯度方向,热流方向不随时间而变,即温度场恒定;然后根据稳定热流强度、温度之间的关系来确定围护结构传热系数。

(4)检测仪器

温度传感器、热流传感器、温度热流巡回检测仪、电暖气。

(5)检测内容

检测内容包括:外墙传热系数、屋顶传热系数、架空楼板传热系数、围护结构内表面平均温度、围护结构外表面平均温度、热桥部位内表面温度。

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