建筑節能標準中體形系數的規定范文

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摘要：

現行的建筑節能設計標準對體形系數作強制性規定，但標準研究制定體形系數相關規定時對建筑使用模式的假設與實際情況之間有很大差別，而且標準中關于體形系數的強制性規定限制了實際中建筑師對建筑體形的設計。本文針對建筑使用模式和建筑圍護結構熱工性能對建筑能耗的影響，分析了建筑體形系數與建筑能耗的關系，認為在嚴寒、寒冷地區，為降低采暖能耗，對建筑體形系數限值是合理的，但出于降低建筑總能耗的目，仍需謹慎設計建筑體形；但對于南方地區，建議不對體形系數進行限制。在氣候適宜的地區，為充分利用自然通風、自然采光，可以適當放大體形系數。

關鍵詞：

建筑節能；體形系數；使用模式；能耗模擬

建筑物的體形系數是我國建筑節能設計標準中的重要概念[1]，體形系數越大，單位體積通過單位外表面積的得熱或散熱就越多，反之亦然。而且，室內外溫差越大，這一規律表現得越明顯，因此標準中規定控制體形系數。從1986年頒布的我國第一部建筑節能設計標準（JGJ26-86）起，到嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準（JGJ26-2010，夏熱冬冷地區的居住建筑節能設計標準（JGJ134-2010）以及《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2005），均對體形系數做了強制性規定[2]。而且建筑圍護結構的各項指標如傳熱系數、窗墻比等均據此設定了不同的限值要求。如果不滿足該指標要求則需要進行圍護結構熱工性能的權衡判斷，以評價擬建建筑是否符合節能標準。我國建筑節能設計標準的編制思路是“先北方（嚴寒、寒冷地區）后南方”，而且標準中限制體形系數的前提是假定建筑在采暖或空調季，暖通空調系統連續運行，即為“全空間、全時間”的運行模式[3]。我國北方城鎮居住建筑大部分采用集中采暖系統，在整個采暖期內，對全部的建筑空間進行采暖，這與節能標準中假設的建筑使用方式基本相同。但在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區，廣泛存在的是一種“部分空間、部分時間”的空調采暖方式，其運行模式與標準制定中假設的運行模式有較大差別。本文考慮建筑的使用模式，分析體形系數與建筑能耗、建筑節能之間的關系，對建筑節能標準中體形系數的規定進行探討。

1、研究方法

本文選取北京和上海分別作為寒冷地區和夏熱冬冷地區的典型代表，考慮建筑的使用模式及提升圍護結構熱工性能對建筑能耗的影響，利用建筑能耗模擬軟件對不同體形系數的建筑進行模擬，計算得到建筑全年能耗。由于建筑本身是一個復雜的、多因素相互耦合作用的系統，因此系統有效的建筑能耗性能分析往往需要借助一些能耗模擬軟件來完成。目前常用的能耗分析軟件有DOE-2，eQUEST，Ener-gyPlus，ESP-r，DeST等[4]。根據現行建筑節能標準中關于建筑體形系數的限值規定（見表1），選取不同體量、不同體形系數的建筑為對象，利用建筑能耗模擬軟件eQUEST計算得到其能耗結果。

2、模擬計算

2.1建筑模型建筑模型分為A戶型組和B戶型組，A戶型組的4個建筑模型體形系數在標準限值范圍內，B戶型組4個建筑模型的體形系數均大于A戶型組中對應建筑層數的模型的體形系數，且當把模型運用到上海地區時，B戶型組模型的體形系數已超出上海居住建筑標準規定的體形系數限值。建筑層高相同，均為2.9m，A戶型組和B戶型組所對應的體形系數如圖1所示，體形系數隨著建筑層數（建筑樓高）的增加而減小。建筑朝向為建筑長邊朝南北方向，建筑模型參數見表2。

2.2模型參數設置將圍護結構熱工參數設置分為兩組，第一組按照建筑節能設計標準的限值設置，第二組加強圍護結構性能，設置的圍護結構熱工參數優于第一組，圍護結構熱工參數設置如表3。在模擬中先將A戶型組和B戶型組的圍護結構熱工參數按照第一組圍護結構設置，然后再將體形系數較大的B戶型組的圍護結構熱工性能加強，按照第二組設置。模擬結果分析中將以上三組簡記為：A戶型組、B戶型組及B戶型圍護結構加強組。以下模型輸入參數均相同：（1）內部負荷：人員密度40m2/p，照明7W/m2，設備5W/m2，廚房電器5W/m2。（2）居住建筑模擬均考慮自然采光，當自然光能滿足室內照度要求時調暗或關閉照明設備。（3）室內設計溫度：夏季26℃，冬季18℃。（4）冷熱源采用分體式空調；制冷COP：2.89，制熱COP：3.16。（5）考慮居住建筑空調不設新風，而采用開窗換氣，設置居住建筑滲透率為0.5ACH，并輔以滲透時間表，以模擬開窗行為。對于居住建筑，由于居住人群的生活習慣各異，使得居住建筑室內負荷和用能系統運行時間表較難統一。居住建筑的使用情況具有很強的不確定性，大體有以下四種情景。為了使建筑能耗模擬結果更接近實際運行情況，需設定合適的使用情景。本研究中選用綜合了常見4種居住建筑情景的“綜合情景”來進行模擬計算。在模擬過程中，為綜合考慮以上四種情景，分別對其設定不同的各類負荷（包括人員、照明、非廚房設備）和空調系統使用時間表，并且通過實際調研確定各種情景的用戶數占比。其中各類使用情景的用戶占比依次為40%、20%、15%和25%。另外，暖通空調系統使用方式為：北京地區采暖季連續供熱，采用“全部空間、全部時間”的運行模式，制冷季間歇制冷，采用“部分空間、部分時間”的運行模式；而上海地區則全年采用“部分空間、部分時間”的運行模式.。室內負荷及空調系統時間表如圖2、圖3。

2.3計算結果通過軟件計算得到建筑全年能耗。北京地區采用連續的集中采暖，采暖能耗與其他能耗分別列出，結果如圖5、6。

3、結果分析

3.1圖5、圖6給出了北京地區居住建筑模型的計算結果，從三組模型結果可知，隨著體形系數的增加，單位面積采暖能耗有明顯的增加趨勢，而單位面積供冷能耗及照明能耗有降低趨勢。在相同的建筑層數（建筑高度）情況下，體形系數越大，建筑能耗越大。另外，如果加強建筑圍護結構保溫性能，體形系數較大的建筑的全年能耗也有可能小于體形系數較小的建筑。

3.2圖7給出了上海地區居住建筑模型的計算結果，從三組模型結果可知，隨著體形系數的增加，供熱能耗變化不明顯，供冷能耗及照明能耗減少，建筑總能耗有明顯的下降趨勢。相同的建筑層數（建筑高度），體形系數越大，建筑能耗越大。同樣，如果加強建筑圍護結構保溫性能，體形系數較大的建筑的全年能耗也有可能小于體形系數較小的建筑。

3.3分析體形系數供冷能耗及照明能耗降低的原因，可能是體形系數越大，單位建筑體積，受室外環境影響的面積越大，利用自然通風的可能性越大，有利于降低夏季室內負荷，建筑利用自然采光的潛力也越大，建筑利用自然采光滿足室內照度要求的時間增長，降低照明能耗，進而又降低了室內負荷。3.4如圖8所示，當體形系數較小的A戶型組采用情景二的使用模式時，其建筑能耗結果遠大于體形系數較大的B戶型組建筑在情景三使用模式下的能耗。建筑的使用模式對建筑能耗的影響較大，采用不同的使用情景所計算得出的能耗結果差別很大。

4、結論

嚴寒、寒冷地區由于室內外溫差較大以及“全部時間、全部空間”的采暖方式，導致圍護結構傳熱引起的熱負荷比重很大，且建筑物的體形系數越大，其影響程度越大。因此，為降低建筑采暖能耗，嚴寒、寒冷地區居住建筑設計仍需限制建筑體形系數，但考慮自然采光及自然通風對降低建筑能耗的影響，建議適度放大對體形系數的限值。另一方面，對于以上海為代表的夏熱冬冷地區，考慮到這一地區冬季持續時間短、室內外溫差遠不如嚴寒和寒冷地區的大以及廣泛存在的“部分空間、部分時間”的間歇空調采暖運行方式等原因，建議不對建筑體形系數進行限制。對于被動式建筑設計，由于自然通風、自然采光有助于降低建筑空調及照明能耗，因此在氣候適宜的前提下，可以適當放大體形系數以充分利用被動式能源，降低建筑能源需求。此外，建筑的使用模式對建筑能耗影響較大，建筑的節能設計應因地制宜，適應不同的建筑使用模式。

參考文獻：

[1]JGJ26-2010,嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準[S]

[2]蘭兵,黃凌江.對建筑物體形系數與節能關系的質疑[J].建筑節能,2013,41(05):65-70

[3]楊秀,張聲遠,齊曄,江億.建筑節能設計標準與節能量估算[J].城市發展研究,2011,18(10):7-13

[4]潘毅群,左明明,李玉明.建筑能耗模擬——綠色建筑設計與建筑節能改造的支持工具之一:基本原理與軟件[J].制冷與空調(四川),2008,22(3):10-16+9

[5]DB11/891-2012,北京市居住建筑節能設計標準[S]

[6]DGTJ08-205-2011,上海市居住建筑節能設計標準[S]

作者：林美順 潘毅群 朱明亞 王秋澗 單位：同濟大學