建筑物理与设备热工与节能(汪琪美)

第八节 建筑节能 一、 建筑节能的形势和目标 节约能源和环境保护是我国的基本国策，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十一个五年规划规定，2010年单位国内生产总值能源消耗必须要比2005年降低20%左右，节能任务相当艰巨。 目前，我国城乡既有建筑达430多亿平方米，建筑用能已超过全国能源消费总量的1/4。按照住房和城乡建设部的估计，既有建筑中能够达到节能建筑标准的仅占5％左右，即使是建造的新建筑，也有90％以上仍属于高能耗。而且，我国正处于城镇化和工业化的快速发展时期，近年来，每年新增建筑面积约20亿平方米，接近全球年建筑总量的一半。同时，随着经济的发展，我国城乡居民的生活水平迅速提高，家用电器、照明、采暖和空调的能耗迅速增长。建筑能耗也将随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。 但经济增长和用能增加带来的环境污染问题已成为国民经济进一步发展的制约因素。鉴于我国建筑能耗所面临的长期高速增长趋势，既有建筑及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。因此，大力发展建筑节能已刻不容缓。 为推动建筑节能的进展，住房和城乡建设部制订了《建筑节能“十五”计划和2015年规划》、《“十一五建筑节能”规划》，计划在“十一五”期间实现节约1亿吨标准煤的目标，其中新建建筑实现节能7000万吨标准煤，通过既有建筑节能改造，深化供热体制改革，加强政府办公建筑和大型公共建筑节能运行管理与改造，实现节能3000万吨标准煤。 根据住房和城乡建设部的要求，为了完成“十一五”建筑节能的任务目标，将从三个方面部署建筑节能工作：一是在新建建筑节能上下功夫。新建的建筑全面实行节能50%的设计标准，在北京等4个直辖市以及北方严寒和寒冷地区的重点城市试行节能65%的国家标准，这样可以取得节能投资少、收效大的目的。到2010年，要求全国城镇新建建筑实现节能50％，4个直辖市要率先达到节能65％的标准，到2020年，北方和沿海经济发达地区和特大城市新建建筑实现节能65％；二是对既有建筑节能改造。按照国家节能中长期计划的要求，根据相应节能标准的规定，有步骤地对既有建筑中的130多亿平方米建筑进行节能改造，尤其大型公共建筑节能改造要取得突破。到2010年，对城市既有居住和公共建筑的节能改造，要求大城市完成改造面积25%，中等城市完成15%，小城市完成10%； 三是可再生能源的应用。住房和城乡建设部正在进行大量的政策研究工作，可再生能源的政策基本已经出台， 在技术研发方面，国家“十一五”支撑计划中的“可再生能源应用关键技术与示范” 等建筑节能项目已经开始进行。通过示范工程总结经验，提炼出技术标准，制定相关政策，推广可再生能源在建筑中的大规模应用。 为加强民用建筑节能管理，降低民用建筑的使用能耗，提高能源利用率，中华人民共和国国务院令（第530号）公布，《民用建筑节能条例》自2008年10月1日起正式施行。该条例首先是明确了主管部门；其次是建立了基本法律制度，如建筑能效测评标准制度、建筑能耗统计制度、建筑节能产品材料设备的推广限制禁止制度；再次是明确了经济政策，提出各级财政要安排专项资金用于绿色建筑、节能改造、科研开发等。它将敦促各级政府加强对民用建筑节能工作的领导和管理，推动民用建筑节能技术的开发和应用。 二、 居住建筑节能设计标准 由于居住建筑数量巨大，能量浪费严重，因此居住建筑的节能始终是建筑节能的重中之重。从1986年开始，住房和城乡建设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3个居住建筑节能设计的行业标准，以后又对这些标准加以修订补充。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，提高了暖通空调系统的能源利用效率，从根本上扭转我国居住建筑用能严重浪费的状况。 本节仅对各居住建筑节能设计标准所涉及的范围、节能评价指标、相关的重要术语、以及和建筑、建筑热工节能设计有关的部分进行介绍。 (一) 《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26-2010) 该标准的前身是1986年发布实施的行业标准《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) 》(JGJ 26-86) ，1995年第一次修订后为《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) 》(JGJ 26-95)版，再次修订后2010年发布时更名为《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26-2010)，修订后的新标准较前有了比较大的变动，于2010年8月1日开始实施。 1. 适用范围 本标准适用于严寒和寒冷地区居住建筑的建筑节能设计。居住建筑包括采用和尚未采用采暖或空调的居住建筑，其中包括住宅、集体宿舍、住宅式公寓、商住楼的住宅部分、托儿所、幼儿园等；采暖方式包括采用煤、电、油、气或地热等自然能源，使用集中或分散供热的热源。本标准对建筑采暖用能的节约做出了明确的规定，至于占能耗一小部分的照明节能，在《建筑照明设计标准》GB50034—2004中另有规定。 2. 术语 (1) 采暖度日数(HDDl8)heating degree day based on l8℃ 一年中，当某天室外日平均温度低于18℃时，将低于18℃的度数乘以l天，并将此乘积累加，得到一年的采暖度日数。 (2) 空调度日数(CDD26)cooling degree day based on 26℃ 一年中，当某天室外日平均温度高于26℃时，将高于26℃的度数乘以l天，并将此乘积累加，得到一年的空调度日数。 (3) 计算采暖期天数（Z）heating period for calculation 采用滑动平均法计算出的累年日平均温度低于或等于５℃的时段，单位：d。仅供建筑节能设计计算时使用。 (4) 计算采暖期室外平均温度(t) mean outdoor temperature during heating period 计算采暖期室外日平均温度的算术平均值。 (5) 建筑物耗热量指标(qH) index of heat loss of building 在计算采暖期室外平均温度条件下，为保持室内设计计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量，单位：W/m2。 (6) 围护结构传热系数(K) heat transfer coefficient of building envelope 在稳态条件下，围护结构两侧空气温差为1℃，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量，单位：W／(m2．K)。 (7) 围护结构传热系数的修正系数modification coefficient of building envelope 考虑太阳辐射对围护结构传热的影响而引进的修正系数。 (8) 外墙平均传热系数 mean heat transfer coefficient of external wall 考虑了墙上存在的热桥影响之后得到的外墙传热系数。 (9) 建筑物体形系数(S)shape factor 建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中，不包括地面和不采暖楼梯间内墙和户门的面积。 (10) 窗墙面积比 window to wall ratio 窗户洞口面积与房间立面单元面积(即建筑层高与开间定位线围成的面积)的比值。 3. 节能设计标准的要求 严寒和寒冷地区居住建筑的建筑热工和暖通设计必须采取节能措施，在保证室内热环境的前提下，将建筑热工和采暖能耗控制在规定的范围内。 严寒地区和寒冷地区的建筑，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量指标计算值，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准能耗值的基础上通过对建筑、热工、暖通系统采取节能措施，达到降低65%的节能目标。 有两种方法能够确定设计的居住建筑是否符合节能设计标准的要求： 方法一是设计时严格按照标准的规定去做，特别是全部满足强制性条文的规定，就可以认定该建筑能够满足节能标准的要求，无须计算所设计建筑物的节能率是多少。 方法二是进行围护结构热工性能的权衡判断。考虑到实际建筑的复杂和多样化，当所设计建筑的某一部分的热工性能不能满足强制性条文的规定时，允许通过提高另一部分热工性能的途径来弥补。权衡判断就是以建筑物的耗热量指标为依据，考虑围护结构的总体热工性能是否符合节能设计的要求。 4. 室内热环境计算参数 (1) 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计的气候分区 修订后的标准改变了以前节能设计仅用温度指标作为衡量当地冷热程度的思想，改用采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26衡量当地寒冷和炎热的程度，并以此作为划分气候分区的依据。这是基于建筑节能设计标准的目的在于控制采暖和空调降温的能耗，而采暖和空调的能耗除了与温度的高低有关外，还与低温和高温持续的时间长短有着密切的关系。采暖度日数指标正是包含了冷的程度和冷持续的时间长度两个因素，用它作为分区的依据更能科学地将采暖能耗相同的地区划在同一个气候分区，从而要求属于同一分区的居住建筑在其建筑围护结构热工性能上都须达到相同的节能要求。此外，修订后的标准还进一步把严寒和寒冷地区进一步细分成5个气候子区，以便有层次的区别本气候区内的冷暖程度，进而对建筑围护结构热工性能提出更合理一些的要求。 严寒和寒冷地区的建筑节能设计的气候分区见为表14-11。 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计气候子区 表14-11 气候子区 分区依据

严寒地区 （Ⅰ区）

严寒（A）区 6000 ≤ HDD18

严寒（B）区 5000 ≤ HDD18 ＜ 6000 严寒（C）区 3800 ≤ HDD18 ＜ 5000