《公共建筑节能设计标准》编制思路和要点

《公共建筑节能设计标准》编制思路和要点作者：郎四维发布日期：2006-11-03摘要：我国已经颁布实施了公共建筑节能设计标准，是否执行好节能设计标准是实现我国可持续发展的重要环节。本文简要介绍国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005编制思路和各主要章节的内容要点，特别介绍强制性条文的内容。正文：2004年中央经济工作会议上，胡锦涛同志明确指出，要大力发展“节能省地型”住宅，全面推广和普及节能技术，制定并强制推行更加严格的节能节材节水标准。温家宝同志也指出，大力抓好能源、资源节约，加快发展循环经济；在2005年政府工作报告中又明确提出，鼓励发展“节能省地型”住宅和公共建筑。近日建设部颁发了“关于发展节能省地型住宅和公共建筑的指导意见”，提出了指导思想、工作目标、基本思路和途径，以及主要政策和措施等指导性意见。目前我国每年城镇新建公共建筑3-4亿m2，既有公共建筑近40亿m2，由于公共建筑尤其大型高档公共建筑设置全年性采暖、通风和空调系统和较密集照明设备，往往室内环境参数标准较高，所以，采暖、通风空调和照明能耗相当高。根据一些大城市的能耗实测资料，大型高档公共建筑的单位面积能耗约为城镇普通居住建筑能耗的10-15倍，一般公共建筑的能耗也会是普通居住建筑能耗的5倍。为了从设计阶段控制暖通空调和照明能耗，建设部于2005年4月26日召开国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005（以下简称《标准》）发布宣贯会，规定于2005年7月1日实施。这里简单的介绍该标准的编制思路和要点。2建筑节能对象和目标节能设计标准的节能对象和目标是，通过改善建筑围护结构保温、隔热性能，提高采暖、通风、和空气调节设备、系统的能效比，以及采取增进照明设备效率等措施，在保证相同的室内热环境舒适参数条件下，与八十年代初设计建成的公共建筑相比，全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%。由于我国已经颁布、施行了《建筑照明设计标准》GB50034-2004，所以在《标准》中就不列出照明设计条文。《标准》适用于新建、改建和扩建的公共建筑的节能设计。标准包括五章和三个附录，共93条条文，即第一章总则，第二章术语，第三章室内环境节能设计计算参数，第四章建筑与建筑热工设计，第五章采暖、通风和空气调节节能设计。3节能设计方法《标准》应用两条途径（方法）来进行节能设计。一种为规定性方法（查表法），如果建筑设计符合标准中对窗墙比、体形系数等参数的规定，可以方便地按所设计建筑的所在城市（或靠近城市）查取标准中的相关表格得到的围护结构节能设计参数值；另一种为性能化方法（计算法），如果建筑设计不能满足上述对窗墙比等参数的规定，必须使用权衡判断法来判定围护结构的总体热工性能是否符合节能要求，权衡判断法需要进行全年采暖和空调能耗计算。规定性方法操作容易、简便；性能化方法则给设计者更多、更灵活的余地。对于设计、审查人员来说，当然希望查表来获得建筑的围护结构（外墙、外窗、屋面等）的热工参数，进行节能设计，我们在编制标准时也是尽量让更多的设计方案可以应用规定性方法。但是，建筑的体形系数（尤其北方）、窗墙比的大小将会极大地影响采暖空调能耗，在编制标准时不大可能将所有可能的建筑方案都通过查表获得节能设计参数，这样，总会有个别设计方案需要用性能化方法通过计算后获得围护结构热工参数值。也就是说，对于个别突破查表法规定的建筑设计，比如窗墙比超过规定值后，就得通过计算将窗的热工性能做得更好一点来弥补因窗面积增大带来的能耗超标。4室内环境节能设计计算参数《标准》第三章规定了室内环境设计计算参数，并列表显示室内采暖设计计算温度，空调室内温、湿度等指标，以及设计新风量。这些指标是一种建议性的指标，目的是在设计阶段，要求设计者不要盲目提高室内温度、湿度和新风量的指标值，否则，会使采暖空调系统的冷热源设备装机容量、管路、风机水泵、末端的选型偏大，初投资增高，运行费、能耗增大。要说明的是目前有的业主、设计者往往选取不合理的室内设计计算参数，出现冬夏季设计室温倒置（比如冬季要求24℃，夏季要求22℃），甚至，对于舒适性空调建筑要求全年保持22℃（±1℃）恒温。又如新风量的选取，似乎“越大越好”。要知道，新风量的盲目增大将会大大增加能耗。我国卫生部门已颁布了有关新风量的标准，在《标准》中按照卫生部门相关标准引入了建议新风量表，目的也是建议设计者选择合理的新风量值。5建筑热工设计5.1规定性方法（查表法）正如前面谈到的，应用规定性方法的前提是建筑设计满足一些规定的要求，这些要求用强制性条文来表述。他们是，建筑体形系数；围护结构热工性能（包括外墙、屋面、外窗、屋顶透明部分等传热系数，遮阳系数，以及地面和地下室外墙的热阻）；每个朝向窗（包括透明幕墙）的窗墙比、可见光透射比；以及屋顶透明部分面积。对寒冷、严寒地区来说，由于采暖是建筑的主要负荷，所以，加强围护结构的保温是主要措施。建筑体形系数越大，对保温的要求越严（即要求传热系数越小）。窗墙比越大，当然对窗户的保温的要求越严。但是对南方，特别是夏热冬暖地区，空调是建筑的主要负荷，因此，窗户的隔热性能优劣成为了主要矛盾，窗户的遮阳系数是关键参数，随着窗墙比的增大，对窗户的遮阳系数越来越严，但对建筑体形系数不设限制，对窗户的传热系数也要求较低。中部夏热冬冷地区，采暖空调都十分需要，因此，编制标准时权衡各种因数，提出了保温和隔热的规定。为了使大部分公共建筑可以应用规定性（查表）方法，标准在窗墙比的范围上列出从20%到70%时对窗户热工参数的规定，这可以覆盖一般的玻璃幕墙，因为某个立面即使是采用全玻璃幕墙，扣除掉各层楼板以及楼板下面梁的面积（楼板和梁与幕墙之间的间隙必须放置保温隔热材料），窗墙比一般不会超过0.7。5.2性能化方法（计算法）如果所设计建筑的体形系数、窗墙比、天窗面积比不在标准规定的范围内，那么必须使用权衡判断法来判定围护结构的总体热工性能是否符合节能要求。具体的做法：首先计算“参照建筑”在规定条件下的全年采暖和空气调节能耗，然后计算所设计建筑在相同条件下的全年采暖和空气调节能耗，如果所设计建筑的采暖和空气调节能耗小于或等于“参照建筑”的采暖和空气调节能耗，则判定围护结构的总体热工性能符合节能要求。“参照建筑”的形状、大小、朝向以及内部的空间划分和使用功能与所设计建筑完全一致。当所设计建筑的体形系数、窗墙面积比大于标准规定时，“参照建筑”的每面外墙都按某一比例缩小，使体形系数符合标准规定；“参照建筑”的每个窗户（或每个玻璃幕墙单元）都按某一比例缩小，使窗墙面积比符合标准的规定。在计算“参照建筑”和所设计建筑的全年采暖和空气调节能耗时，“参照建筑”的围护结构传热系数和玻璃遮阳系数限值由“围护结构限值和遮阳系数限值”表查取，“参照建筑”和所设计建筑的建筑内部运行时间表，采暖、空气调节系统类别，室内设定温度，照明功率密度，人员密度，电气设备功率等计算参数按照标准中约定的数据取用。设计者应调整所设计建筑的围护结构热工参数（要比“围护结构限值和遮阳系数限值”表中规定的更严），直至计算到所设计建筑的全年采暖和空气调节能耗值小于或等于“参照建筑”的全年采暖和空气调节能耗值为止。6采暖、通风和空调设计大部分公共建筑，尤其大型公共建筑在设计阶段要完成暖通空调设计，相对居住建筑来说，暖通空调的条文占的比重比较大，对采暖，通风与空调，冷热源，和检测与控制都编写了条文。这里简要的介绍主要的内容。6.1对施工图设计阶段，提出必须进行详细负荷计算为了准确确定采暖与空调冷、热源容量、空气处理设备能力、输送管道和设备的尺寸等参数，标准中作为强制性条文规定，施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算。以免工程的初投资增高，运行费用和能源消耗量增大。6.2对冷热源规定设备选型的能效比限值根据国家标准《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577-2004，和《单元式空气调节机能效限定值及能源效率等级》GB19576-2004中规定的能源效率等级值，在标准中对电驱动压缩式冷水机组和单元空调机，规定了优于能效限定值的能效比值。对于国家还没有颁布能源效率等级的吸收式机组和锅炉的热效率，仍以目前规定的能效限定值为最低要求。此外，还对电驱动压缩式冷水机组首次提出机组综合部分负荷性能系数的规定。6.3严格限制直接用电作为采暖和空调系统的热源合理利用能源、提高能源利用率、节约能源是我国的基本国策。用高品位的电能直接用于转换为低品位的热能进行采暖或空调，热效率低，运行费用高，是不合适的。因此，规定了严格的限制使用条文。6.4控制水、空气输送系统中的功耗当前，在一些集中采暖系统和空调系统中，输送水和空气的能耗相当可观。标准中规定了集中采暖系统热水循环水泵的耗电输热比，和空调风系统中风机的单位风量耗功率、空调冷热水系统的输送能效限值。6.5推荐进行排风热回收采暖空调系统中排风中的热量十分可观，应该加以回收。标准中建议有条件的系统和达到一定规模的系统适宜设计应用排风热回收装置。利用建筑内区空调时排出的热量对建筑周边区进行采暖，也是排风热量再利用技术。标准中建议对这类建筑应用水环热泵系统。6.6鼓励、推荐应用可再生能源和蒸发冷却技术等推荐应用地热能的水（地）源热泵，有条件地区应用蒸发冷却技术进行降温；以及采用新风和回风焓值控制法等。6.7提出监测与控制的要求提出了空调冷热源系统，冷热源机房，风系统，水系统等控制内容，以及能量计量的要求。7结束语近年来，我国每年在城镇新建3-4亿m2公共建筑，随着经济发展、人民生活水平提高，空调、采暖需求增长快，建筑能耗将持续上升。我国已经颁布实施了公共建筑节能设计标准，是否执行好节能设计标准是实现我国可持续发展的重要环节。根据近年对公共建筑全年能耗的实测，公共建筑的全年采暖、通风空调和照明能耗平均取100kWh/m2，按全国每年新建公共建筑面积3.5亿m2计算，总计全年能耗为350亿kWh。如果火电供电煤耗以0.4kg标煤/kWh计，节能率以50%计，每年新建公共建筑的能耗可节省700万吨标煤，这相当于每年减排1862万吨CO2。我国目前还有既有公共建筑约40亿m2，如果分10年进行节能改造，即每年改造4亿m2，那么，每年还能节省标煤800万吨，减排2128万吨CO2。所以，严格实施节能设计标准，不仅减轻了我国能源压力，保持经济可持续发展，同时减少污染，保护环境