天津新旧居住建筑节能设计标准耗热量算法

摘 要

摘要：比较了DB 29-1-2010《天津市居住建筑节能设计标准》与DB 29-1-2007关于外墙、外窗单位建筑面积传热耗热量的计算方法，结合工程实例进行了比较。关键词：居住建筑；耗热量指标
摘要：比较了DB 29-1-2010《天津市居住建筑节能设计标准》与DB 29-1-2007关于外墙、外窗单位建筑面积传热耗热量的计算方法，结合工程实例进行了比较。
关键词：居住建筑；耗热量指标；外墙；外窗；设计标准
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
   为贯彻国家有关节约能源、保护环境的法律法规和政策，改善严寒与寒冷地区居住建筑热环境，提高供暖能源利用效率，有关机构对严寒地区居住建筑实施更高节能标准进行了探讨[1～3]。国家有关部门对JGJ 26-95《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》进行补充修订，并更名为JGJ 26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》，该标准于2010年8月1日实施。天津市城乡建设和交通委员会也组织相关专家讨论研究，并结合天津本地区气候特点及节能形势对DB 29-1-2007《天津市居住建筑节能设计标准》(以下简称2007版)进行了补充修订，并于2010年11月5日发布了DB 29-1-2010(以下简称2010版)，并于2011年1月1日实施。本文针对2010版与2007版关于建筑物耗热量指标计算中，关于外墙、外窗的单位建筑面积传热耗热量的计算方法进行比较。
1 外墙、外窗传热耗热量计算方法
    2007版和2010版中关于建筑物耗热量指标的计算式一致，为：
    gH=qHT+qINF-qIH    (1)
式中qH——建筑物耗热量指标，W/m2
    qHT——单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量，W/m2
    qINF——单位建筑面积的空气渗透耗热量，W/m2
    qIH——单位建筑面积建筑物内部得热量(炊事、照明、家电和人体散热)，W/m2，居住建筑取3.8W/m2
    虽然2010版和2007版关于建筑物耗热量指标计算式的基本组成项相同，但是在围护结构的传热耗热量尤其是外墙、外窗传热耗热量的计算方法上有了改变。
   ① 2007版的计算方法
2007版中单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量qHT,2007，的计算式为：
 
式中qHT,2007——2007版中单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量，W/m2
    tn一一供暖室内计算温度，℃，取17℃
    te——供暖室外平均温度，℃，取-0.2℃
    m——围护结构的数量
    εi——第i种围护结构传热系数的修正系数，按2007版附录D表D.0.2选取
    Ki——第i种围护结构的传热系数，W/(m2·K)
    Ai——第i种围护结构的面积，m2
    A0——建筑面积，m2
   ② 2010版的计算方法
   2010版对单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量qHT,2010的计算更为细化，计算式为：
    qHT,2010=qHq+qHw+qHd+qHmc+qHy    (3)
式中qHT,2010——2010版中单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量，W/m2
    qHq——单位建筑面积通过外墙的传热耗热量，W/m2
    qHw——单位建筑面积通过屋顶的传热耗热量，W/m2
    qHd——单位建筑面积通过地面的传热耗热量，W/m2
    qHmc——单位建筑面积通过外窗门的传热耗热量，W/m2
    qHy——单位建筑面积通过非供暖封闭阳台的传热耗热量，W/m2
    本文主要对qHq、qHmc、qHy的计算进行探讨。
qHq的计算式为：
 
式中n——外墙的数量
    εq,i——第i面外墙传热系数的修正系数，按2010版附录E表E.0.2选取
    Kmq,i——第i面外墙的平均传热系数，W/(m2·K)
    Aq,i——第i面外墙的面积，m2
    tn——供暖室内计算温度，℃，取18℃；当外墙内侧是楼梯间时，则取12℃
    te——供暖室外平均温度，℃
    由式(2)与式(4)比较可知，tn取值不同：2007版取值为17℃，而2010版则根据外墙内侧是否为楼梯间分别取值为12、18℃。在居住建筑设计中，楼梯间一般设计为未供暖空间，因此2010版对供暖室内计算温度的选择更符合实际。
qHmc的计算式为：
 
式中k——外窗(门)的数量
    Kmc,i——第i扇外窗(门)的传热系数，W/(m2·K)
    Amc,i——第i扇外窗(门)的面积，m2
    Ity,i——第i扇外窗(门)外表面供暖期平均太阳辐射热，W/m2
    Cmc,i——第i扇外窗(门)太阳辐射修正系数
    α——3mm厚普通玻璃的太阳辐射透过率，取0.87
    β——折减系数，取0.7
    Zi——第i扇外窗的综合遮阳系数
    由式(2)与式(5)比较可知，对于外窗(门)传热耗热量的计算，主要有两个方面的不同：一方面，2010版在供暖室内计算温度tn的选取上与2007版不同，根据外窗门内侧是否为楼梯间式(5)中tn分别取12、18℃；另一方面，2010版将太阳辐射修正系数由较精确的计算得出，而2007版仅将太阳辐射的影响采用一个通用的修正系数进行体现。
qHy的计算式为：
 
式中s——非供暖封闭阳台的数量
    Kqmc,i——第i个分割非供暖封闭阳台与室内墙、窗(门)的平均传热系数，W/(m2·K)
    Aqmc,i——第i个分割非供暖封闭阳台与室内墙、窗(门)的面积，m2
    ξi——第i个非供暖封闭阳台的温差修正系数，按2010版附录E表E.0.4确定
    I′ty,i——第i个非供暖封闭阳台外表面供暖期平均太阳辐射热，W/m2
    C′mc,i——第i个分割非供暖封闭阳台与室内窗(门)的太阳辐射修正系数
    A′mc,i——第i个分隔非供暖封闭阳台与室内窗(门)的面积，m2
    ZW,i——第i个非供暖封闭阳台外侧窗的综合遮阳系数
    ZN,i——第i个非供暖封闭阳台内侧窗的综合遮阳系数
   由式(2)与式(7)的比较可知：式(7)中tn取18℃；2010版中太阳辐射修正系数由较精确的计算得出；2010版中非供暖封闭阳台的传热耗热量不再像2007版那样将墙与窗(门)分开计算。
2 计算实例
   ① 工程概况
   本文以某居住建筑为实例进行分析计算，该建筑各层层高为2.9m，共13层，房间的结构(另一侧为对称结构)见图1。该居住建筑按照2007版的建筑节能标准设计，其设计节能率为65%，合理使用年限为50年。建筑面积为5083.2m2，建筑体积为14741.28m3，建筑表面积为4189.98m2，窗墙比分别为：南向0.45，东向0.11，西向0.11，北向0.24。

   由于在2010版耗热量计算时，不同建筑层数和窗墙比影响各种围护结构传热系数的限值。为了便于比较，且考虑在一幢建筑中同类型的外围护结构传热系数大致相同，因此我们将2007版和2010版的外墙传热系数均选取为0.6W/(m2·K)，外窗的传热系数选取为2.5W/(m2·K)进行比较计算。
   ② 外墙传热耗热量比较
   无阳台外墙传热耗热量，采用2007版的计算方法时，由式(2)得到的计算结果见表1。采用2010版的计算方法时，由式(4)得到的计算结果见表2。由表1、2可知：2010版的外墙传热系数修正系数大于2007版。2007版中内侧不供暖外墙不参与耗热量计算，在内侧不供暖外墙耗热量不参与比较时，2010版计算得到的外墙传热耗热量为4.03W/m2，仍大于2007版的计算结果(3.52W/m2)。由此可知，外墙传热系数修正系数和供暖室内计算温度的选取对于外墙传热耗热量的影响比较大。
 

    ③ 外窗传热耗热量
    无阳台外窗传热耗热量，采用2007版的计算方法时，由式(2)得到的计算结果见表3。采用2010版的计算方法时，由式(5)、(6)得到的计算结果见表4。由表3、4可知，由2010版计算得到的计算结果大于2007版，说明2007版中无阳台外窗传热耗热量计算中采用一个综合修正系数强化了太阳辐射得热对外窗传热耗热量的影响。
 

    ④ 非供暖封闭阳台传热耗热量
    对于非供暖封闭阳台传热耗热量，采用2007版的计算方法时，由式(2)得到的计算结果见表5。采用2010版的计算方法时，由式(7)、(8)得到的计算结果见表6。由表5、6可知，由2010版得到的计算结果小于2007版，这是由于2007版的计算方法弱化了太阳辐射的影响。
 

3 结论
    ① 2010版中针对外墙内侧是否为供暖区域分别选用了18℃和12℃的供暖室内设计温度，这样更加贴合实际。
    ② 外窗是建筑围护结构中绝热性能差、对室外气候变化最敏感的建筑构件，是在制定第四步居住建筑节能设计标准目标时应优先考虑的围护结构。
    ③ 2010版中太阳辐射热可按照各相关项计算，消除了2007版中太阳辐射热被强化或弱化的现象。
参考文献：
[1] 李志杰，王万江.严寒地区居住建筑实施节能率65%的分析[J].煤气与热力，2006，26(1)：61-65.
[2] 吕建，李星魁，张君美.三步节能居住建筑的设计要点[J].煤气与热力，2007，27(3)：71-73.
[3] 王兰，王云山，高玲.外窗对寒冷地区居住建筑节能的影响[J].煤气与热力，2009，29(12)：A11-A13.
 
(本文作者：伍海燕1 吕建1 韩广成2 郑新敏3 1.天津城市建设学院 能源与机械工程系 天津 300384；2.天津建科建筑节能 环境检测有限公司 天津 300161；3.天津大学 建筑设计研究院 天津 300072)