天津新舊居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)耗熱量算法

摘 要

摘要：比較了DB 29-1-2010《天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》與DB 29-1-2007關(guān)于外墻、外窗單位建筑面積傳熱耗熱量的計(jì)算方法，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞：居住建筑；耗熱量指標(biāo)
摘要：比較了DB 29-1-2010《天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》與DB 29-1-2007關(guān)于外墻、外窗單位建筑面積傳熱耗熱量的計(jì)算方法，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：居住建筑；耗熱量指標(biāo)；外墻；外窗；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
Calculation Methods of Heat Consumption in Design Standard for Energy Efficiency of New and Old Residential Buildings in Tianjin
WU Haiyan，LV Jian，HAN Guangcheng，ZHENG Xinmin
Abstract：The calculation methods of heat transfer consumption per unit area of external walls and exlernal windows in the Design Standard for Energy Efficiency of Residential Buildings in Tianjin(DB 29-1-2010)are compared with that in(DB 29-1-2007).A comparison is made with an engineering example.
Key words：residential building；heat comsumption inder；external wall；external window；design standard
   為貫徹國(guó)家有關(guān)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的法律法規(guī)和政策，改善嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)居住建筑熱環(huán)境，提高供暖能源利用效率，有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑實(shí)施更高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討[1～3]。國(guó)家有關(guān)部門對(duì)JGJ 26-95《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》進(jìn)行補(bǔ)充修訂，并更名為JGJ 26-2010《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)于2010年8月1日實(shí)施。天津市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)也組織相關(guān)專家討論研究，并結(jié)合天津本地區(qū)氣候特點(diǎn)及節(jié)能形勢(shì)對(duì)DB 29-1-2007《天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱2007版)進(jìn)行了補(bǔ)充修訂，并于2010年11月5日發(fā)布了DB 29-1-2010(以下簡(jiǎn)稱2010版)，并于2011年1月1日實(shí)施。本文針對(duì)2010版與2007版關(guān)于建筑物耗熱量指標(biāo)計(jì)算中，關(guān)于外墻、外窗的單位建筑面積傳熱耗熱量的計(jì)算方法進(jìn)行比較。
1 外墻、外窗傳熱耗熱量計(jì)算方法
    2007版和2010版中關(guān)于建筑物耗熱量指標(biāo)的計(jì)算式一致，為：
    gH=qHT+qINF-qIH    (1)
式中qH——建筑物耗熱量指標(biāo)，W/m2
    qHT——單位建筑面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W/m2
    qINF——單位建筑面積的空氣滲透耗熱量，W/m2
    qIH——單位建筑面積建筑物內(nèi)部得熱量(炊事、照明、家電和人體散熱)，W/m2，居住建筑取3.8W/m2
    雖然2010版和2007版關(guān)于建筑物耗熱量指標(biāo)計(jì)算式的基本組成項(xiàng)相同，但是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量尤其是外墻、外窗傳熱耗熱量的計(jì)算方法上有了改變。
   ① 2007版的計(jì)算方法
2007版中單位建筑面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量qHT,2007，的計(jì)算式為：
 
式中qHT,2007——2007版中單位建筑面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W/m2
    tn一一供暖室內(nèi)計(jì)算溫度，℃，取17℃
    te——供暖室外平均溫度，℃，取-0.2℃
    m——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)量
    εi——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)，按2007版附錄D表D.0.2選取
    Ki——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
    Ai——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2
    A0——建筑面積，m2
   ② 2010版的計(jì)算方法
   2010版對(duì)單位建筑面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量qHT,2010的計(jì)算更為細(xì)化，計(jì)算式為：
    qHT,2010=qHq+qHw+qHd+qHmc+qHy    (3)
式中qHT,2010——2010版中單位建筑面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W/m2
    qHq——單位建筑面積通過外墻的傳熱耗熱量，W/m2
    qHw——單位建筑面積通過屋頂?shù)膫鳠岷臒崃?，W/m2
    qHd——單位建筑面積通過地面的傳熱耗熱量，W/m2
    qHmc——單位建筑面積通過外窗門的傳熱耗熱量，W/m2
    qHy——單位建筑面積通過非供暖封閉陽臺(tái)的傳熱耗熱量，W/m2
    本文主要對(duì)qHq、qHmc、qHy的計(jì)算進(jìn)行探討。
qHq的計(jì)算式為：
 
式中n——外墻的數(shù)量
    εq,i——第i面外墻傳熱系數(shù)的修正系數(shù)，按2010版附錄E表E.0.2選取
    Kmq,i——第i面外墻的平均傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
    Aq,i——第i面外墻的面積，m2
    tn——供暖室內(nèi)計(jì)算溫度，℃，取18℃；當(dāng)外墻內(nèi)側(cè)是樓梯間時(shí)，則取12℃
    te——供暖室外平均溫度，℃
    由式(2)與式(4)比較可知，tn取值不同：2007版取值為17℃，而2010版則根據(jù)外墻內(nèi)側(cè)是否為樓梯間分別取值為12、18℃。在居住建筑設(shè)計(jì)中，樓梯間一般設(shè)計(jì)為未供暖空間，因此2010版對(duì)供暖室內(nèi)計(jì)算溫度的選擇更符合實(shí)際。
qHmc的計(jì)算式為：
 
式中k——外窗(門)的數(shù)量
    Kmc,i——第i扇外窗(門)的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
    Amc,i——第i扇外窗(門)的面積，m2
    Ity,i——第i扇外窗(門)外表面供暖期平均太陽輻射熱，W/m2
    Cmc,i——第i扇外窗(門)太陽輻射修正系數(shù)
    α——3mm厚普通玻璃的太陽輻射透過率，取0.87
    β——折減系數(shù)，取0.7
    Zi——第i扇外窗的綜合遮陽系數(shù)
    由式(2)與式(5)比較可知，對(duì)于外窗(門)傳熱耗熱量的計(jì)算，主要有兩個(gè)方面的不同：一方面，2010版在供暖室內(nèi)計(jì)算溫度tn的選取上與2007版不同，根據(jù)外窗門內(nèi)側(cè)是否為樓梯間式(5)中tn分別取12、18℃；另一方面，2010版將太陽輻射修正系數(shù)由較精確的計(jì)算得出，而2007版僅將太陽輻射的影響采用一個(gè)通用的修正系數(shù)進(jìn)行體現(xiàn)。
qHy的計(jì)算式為：
 
式中s——非供暖封閉陽臺(tái)的數(shù)量
    Kqmc,i——第i個(gè)分割非供暖封閉陽臺(tái)與室內(nèi)墻、窗(門)的平均傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
    Aqmc,i——第i個(gè)分割非供暖封閉陽臺(tái)與室內(nèi)墻、窗(門)的面積，m2
    ξi——第i個(gè)非供暖封閉陽臺(tái)的溫差修正系數(shù)，按2010版附錄E表E.0.4確定
    I′ty,i——第i個(gè)非供暖封閉陽臺(tái)外表面供暖期平均太陽輻射熱，W/m2
    C′mc,i——第i個(gè)分割非供暖封閉陽臺(tái)與室內(nèi)窗(門)的太陽輻射修正系數(shù)
    A′mc,i——第i個(gè)分隔非供暖封閉陽臺(tái)與室內(nèi)窗(門)的面積，m2
    ZW,i——第i個(gè)非供暖封閉陽臺(tái)外側(cè)窗的綜合遮陽系數(shù)
    ZN,i——第i個(gè)非供暖封閉陽臺(tái)內(nèi)側(cè)窗的綜合遮陽系數(shù)
   由式(2)與式(7)的比較可知：式(7)中tn取18℃；2010版中太陽輻射修正系數(shù)由較精確的計(jì)算得出；2010版中非供暖封閉陽臺(tái)的傳熱耗熱量不再像2007版那樣將墻與窗(門)分開計(jì)算。
2 計(jì)算實(shí)例
   ① 工程概況
   本文以某居住建筑為實(shí)例進(jìn)行分析計(jì)算，該建筑各層層高為2.9m，共13層，房間的結(jié)構(gòu)(另一側(cè)為對(duì)稱結(jié)構(gòu))見圖1。該居住建筑按照2007版的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)節(jié)能率為65%，合理使用年限為50年。建筑面積為5083.2m2，建筑體積為14741.28m3，建筑表面積為4189.98m2，窗墻比分別為：南向0.45，東向0.11，西向0.11，北向0.24。

   由于在2010版耗熱量計(jì)算時(shí)，不同建筑層數(shù)和窗墻比影響各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的限值。為了便于比較，且考慮在一幢建筑中同類型的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)大致相同，因此我們將2007版和2010版的外墻傳熱系數(shù)均選取為0.6W/(m2·K)，外窗的傳熱系數(shù)選取為2.5W/(m2·K)進(jìn)行比較計(jì)算。
   ② 外墻傳熱耗熱量比較
   無陽臺(tái)外墻傳熱耗熱量，采用2007版的計(jì)算方法時(shí)，由式(2)得到的計(jì)算結(jié)果見表1。采用2010版的計(jì)算方法時(shí)，由式(4)得到的計(jì)算結(jié)果見表2。由表1、2可知：2010版的外墻傳熱系數(shù)修正系數(shù)大于2007版。2007版中內(nèi)側(cè)不供暖外墻不參與耗熱量計(jì)算，在內(nèi)側(cè)不供暖外墻耗熱量不參與比較時(shí)，2010版計(jì)算得到的外墻傳熱耗熱量為4.03W/m2，仍大于2007版的計(jì)算結(jié)果(3.52W/m2)。由此可知，外墻傳熱系數(shù)修正系數(shù)和供暖室內(nèi)計(jì)算溫度的選取對(duì)于外墻傳熱耗熱量的影響比較大。
 

    ③ 外窗傳熱耗熱量
    無陽臺(tái)外窗傳熱耗熱量，采用2007版的計(jì)算方法時(shí)，由式(2)得到的計(jì)算結(jié)果見表3。采用2010版的計(jì)算方法時(shí)，由式(5)、(6)得到的計(jì)算結(jié)果見表4。由表3、4可知，由2010版計(jì)算得到的計(jì)算結(jié)果大于2007版，說明2007版中無陽臺(tái)外窗傳熱耗熱量計(jì)算中采用一個(gè)綜合修正系數(shù)強(qiáng)化了太陽輻射得熱對(duì)外窗傳熱耗熱量的影響。
 

    ④ 非供暖封閉陽臺(tái)傳熱耗熱量
    對(duì)于非供暖封閉陽臺(tái)傳熱耗熱量，采用2007版的計(jì)算方法時(shí)，由式(2)得到的計(jì)算結(jié)果見表5。采用2010版的計(jì)算方法時(shí)，由式(7)、(8)得到的計(jì)算結(jié)果見表6。由表5、6可知，由2010版得到的計(jì)算結(jié)果小于2007版，這是由于2007版的計(jì)算方法弱化了太陽輻射的影響。
 

3 結(jié)論
    ① 2010版中針對(duì)外墻內(nèi)側(cè)是否為供暖區(qū)域分別選用了18℃和12℃的供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，這樣更加貼合實(shí)際。
    ② 外窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中絕熱性能差、對(duì)室外氣候變化最敏感的建筑構(gòu)件，是在制定第四步居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
    ③ 2010版中太陽輻射熱可按照各相關(guān)項(xiàng)計(jì)算，消除了2007版中太陽輻射熱被強(qiáng)化或弱化的現(xiàn)象。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 呂建，李星魁，張君美.三步節(jié)能居住建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].煤氣與熱力，2007，27(3)：71-73.
[3] 王蘭，王云山，高玲.外窗對(duì)寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能的影響[J].煤氣與熱力，2009，29(12)：A11-A13.
 
(本文作者：伍海燕1 呂建1 韓廣成2 鄭新敏3 1.天津城市建設(shè)學(xué)院 能源與機(jī)械工程系 天津 300384；2.天津建科建筑節(jié)能 環(huán)境檢測(cè)有限公司 天津 300161；3.天津大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院 天津 300072)