北京市居住建筑65%节能设计标准编制情况介绍 返回65%节能

一、任务的提出和计划进度
    以节能65%为目标的北京市新的居住建筑节能设计标准,正在积极编制中。编制单位为北京市建筑设计研究院,编制工作于四月份开始,现在正在进行意见整理和附录的完善,以完成送审稿,在今年底完成报批稿。
    编制本标准的任务,是北京市建筑节能与墙体材料革新办公室根据北京市节能工作的进展情况提出的:在北京市规划委员会立项,作为北京市地方标准。本标准与此前的DBJ0-4-88和DBJ01-602-97两个北京市标准有所不同,前者是国家行业标准JGJ26-86和JGJ26-95《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》在北京地区的实施细则。本标准的节能目标是以1980年的能耗水平为基础节能65%,先于国家行业标准,按行业标准的发展计划,属于第三步节能。
    北京地区的建筑节能工作开展得比较好,最近几年建成的住宅,除远郊个别地方,几乎全部按节能50%的要求建设,已建成的节能住宅,约占全国节能住宅的1/3,在国内居于领先水平。但是与国际上发达国家相比还存在很大差距,能耗水平还是相当高的,如果不快步赶上,差距会越来越大,迫切需要进一步提高节能水平。与国内其他地区相比,北京又具备很多有利条件。申办奥运成功,促使北京以更快的速度发展,建筑节能工作也不能例外,应与北京城市发展相适应,其能耗应不断向欧洲国家的水平靠近。另外,最近几年是北京住宅建设的高峰期,迫切需要编制新的节能标准,否则这些新建住宅又将成为节能改造的对象。

二、几个问题的考虑
1 空调能耗
    北京地区的气候特征属于寒冷地区,按国家标准《民用建筑热工设计规范》 (GB50176-93)对寒冷地区的要求为:应满足冬季保温要求,部分地区兼顾夏季防热。而且,现在住宅已普遍安装空调设备,因此在本标准制定时考虑了夏季防热。空调能耗由下列几部分负荷形成: 围护结构的传热:外窗进入的太阳辐射热;新风带入的热量以及室内人体和设备的发热量。其中围护结构所占热量较小,太阳辐射热和新风负荷占有很大比重,改善围护结构的保温性能不可能降低其余三部分的热负荷。在玻璃窗不能采用昂贵的隔热和遮阳措施时,空调负荷不可能大幅下降,因此,通过提高围护结构的保温性能达到空调节能65%是不现买的。另外,空调使用情况与采暖不同,空调的全年使用周期比采暖短;由于采用送风强制对流;降温快,故空调设备可间歇运行,白天上班时不开,晚上回家后开启,在整个空调季内也不天天开, 即空调能耗是间断性的;住宅内一般客厅和全部卧室不会同时使用, 即空调可以是局部的。我们采用动态负荷计算方法,对冬夏季能耗进行计算,计算时按室内温度超过设计值时开启空调,室外温度低于室内时进行通风换气。计算结果是,空调负荷在全年冬夏总负荷中约占24%-28%,考虑住宅空调使用在时间和空间上的特点应该进行修正,修正后所占比例小于15%,比例是较小的。因此,本标准编制原则是主要控制冬季的采暖能耗,适当兼顾夏季的空调能耗,但不规定空调能耗的具体限值,只提出东西墙的隔热验算要求、窗的开启面积要求以及对空调设备的选用作些规定。关于东西外墙的遮阳, 必须兼顾冬夏两季的不同需求,宜作活动外遮阳。
2 采暖节能由建筑物承担
    采暖能耗规定为节能65%。为了与已有的节能设计标准相衔接,将前后的能耗比较建立在统一的基础上,在采暖能耗的指标确定、室内发热量和计算方法方面均沿用前两个标准的方法。采暖能耗指标仍采用建筑物耗热量指标来表示,数值为14.65w/㎡,确定方法是以1980年的标准煤耗煤量指标为25.2kg/㎡为基准,使本标准的标准煤耗煤量指标下降65%,即只需8.82Kg/㎡,折合耗热量指标为14.65w/㎡,且全部由建筑物改善热工性能来承担,其原因在于北京的特殊情况。为了改善大气环境质量,北京市区和近郊区锅炉燃料已将煤改为天然气,郊区大量采用家用燃气炉和电采暖, 因此锅炉效率η2已大大提高(燃煤与燃气的效率无法相比),而且很多情况可以不设室外管网,其输热效率η1等于100%。若按JGJ26-95标准计算,当η87%、η=100%、建筑物耗热量指标为20.6w/㎡时,则总耗热量为23.67w/㎡(80年为67.7w/㎡),即已达到65%节能要求。由此可见,北京目前的节能任务不是提高锅炉和管网的效率(电采暖时,末端效率非常高,但一次能源效率又很低,不易作规定),而是提高建筑物的保温隔热性能。现在北京的建筑物围护结构的传热系数与国外相比还相差很大,存在很大的节能潜力。试点工程的经验表明,在不改变JGJ26-95标准的锅炉效率和管网效率、只提高建筑物保温性能时,达到新的节能指标技术上是不难实现的,经济上也是可行的。
3 代表建筑
    此前的DBJ01-4-88和DBJ01-602-97两个北京市标准,是以80住2-4住宅通用设计(4单元组合、6层、体形系数0.28)为基准水平的,当时处在计划经济时代,绝大多数新建住宅一般采用通用设计图。现在情况发生了很大的变化,例如户形设计,80住2住宅的每户面积平均不超过60㎡,而目前的住宅除城区有少量小尸型外,郊区多层住宅的较小户型也超过90㎡,户型在110㎡、120㎡、130㎡和140㎡左右居多,即两室两厅一卫至三室两厅两卫的户型,经济适用房亦然。由于每户面积的增大、厅的进深加大,故每单元的面宽尺寸和进深均较大。目前北京城区的住宅绝大部分为高层建筑,高层中又以塔楼居多, 而郊区的住宅基本为多层:一般为6层,多层住宅的组合以4~6单元为多,低层住宅占总比例很少。北京城区不断向外扩展,故在住宅建设中城区建设面积比郊区多。
    经过挑选,我们选择了郊区的经济适用房,户均建筑面积约110㎡(三室两厅一卫),取3~4单元组合体、6层,体形系数为0.3左右的建筑作为"代表建筑"。按照建筑物耗热量指标不超过14.65w/㎡的限值,计算确定各项围护结构传热系数限值和窗墙比推荐值,以此作为对各种居住建筑的最根本的节能要求。在采暖能耗方面,高层住宅尤其是塔式住宅,因其体形系数小,在同样的保温做法下,其耗热量指标会小于14.65W/㎡;而低层住宅特别是独立式,体形系数比多层住宅大得多,在同样的保温条件下,其耗热量指标会比14.65W/㎡大得多。如果强求低层住宅满足14.65w/㎡,则会引起对外窗质量要求过高和对保温层要求过厚而不尽合理(如果在严寒地区实施起来会极其困难)。多层住宅的体形系数介于高层和低层之间,采用多层住宅作为代表建筑,对于在总体上控制北京的居住建筑节能是基本合理和足够安全的。无论高层、多层或低层住宅(包括独立式住宅)均按标准采用样的窗墙比推荐值和传热系数限值,即使在节能资金投入上也是公平合理的。
4 关于窗墙比
    本标准将原有标准规定的窗墙比进行了调整,但不作硬性规定。现在的住宅由于面积力口大以及厅的进深增大,满足采光的窗面积就比过去大得多,尤其是南向,建筑师为满足良好的视线和通透感以及业主的要求,阳台门和外窗的玻璃面积又比采光要求的面积增大不少,致使目前的住宅南北向的窗墙比比过去大得多,标准在推荐限值时必须与目前居住者的需求相适应,不能规定太严。另外,南向开窗面积大也存在有利的一面。其一是,南向开窗有利于冬季太阳辐射热的获取;其二是,有阳台时一般均封阳台,使计算温差减小,降低了冬季窗户的耗热量;其三是,考虑空调节能,窗户面积增大往往带来开窗面积的增大,通风效果好,可大大节约空调能耗,从空调动态负荷计算中可见,增大通风换气次数则能耗明显降低。本标准中,东西向窗墙比维持原标准不变,北向窗墙比从0.25增大至0.3,考虑北向增大还缘于有些户型的大厅设在北向,必然要增大采光窗面积。南向窗墙比增得较多,具体数值尚未最后确定。为满足空调节能,要求可开启窗面积控制在窗地比不小于1/14,相当于采光要求的窗1/7的一半,比住宅设计规范规定的1/20大一些。
5 楼梯间的采暖及隔墙的保温
    住宅楼梯间的耗热量对建筑能耗有较大影响,以多层住宅为例,其每单元楼梯间隔墙的面积与北外墙的面积几乎相等,在外墙传热系数已减小到0.6w/㎡·k时,楼梯间的传热系数势必相应减小,使保温层较厚,给工程造成较大的困难:若保温层设在户内,则减少了户内使用面积;保温层设在楼梯间内,则在搬运家具等物件时保温层容易被损坏。随着住宅建设的发展,为解决此间题提供了方便的途径。近年来,居住建筑的物业管理日益改善,一般单元门均安装了安全门锁[现在北京市已有规定:《北京市住宅区及住宅安全设计标准》BDBJ01-608-2002规定,住宅首层出入口(单元门)应安装电控防盗门],有条件保持门窗的完好和单元外门的随时关闭,因此本标准要求集中供暖的高层和中高层住宅的楼梯间应设置采暖,楼梯间隔墙就不需保温,计算表明,设置采暖比不设置采暖更节能,设置采暖后还可解决高层住宅内水消防管道的防冻问题。多层住宅大部分建在郊外,近几年建设的小区采用集中供暖的很少,大部分为家用燃气小锅炉或电采暖,不具备楼梯间采暖的条件。在建筑物整体保温加强和门窗关闭问题解决后,不采暖时,即使隔墙不保温楼梯间的温度仍比较高。我们针对各种常用的隔墙做法,对楼梯问进行设计工况下稳态热平衡计算,结果表明,当隔墙的传热系数K值从1.53w/㎡.k至2.66w/㎡·k(180砼墙)时,温差修正系数n均小于0.3,而n×K均小于0.5,与50%节能标准中n=0.6,K=I.83,n×K=1.1相比,其值下降很多,说明楼梯间的能耗可大大下降。在改善了外墙、屋顶保温性能以及门窗管理完善后,不但隔墙无需保温,而且楼梯问的热环境还大大改善了。因此本标准不要求隔墙保温,只增加对单元外门的保温要求,并规定该门可设置采光玻璃但不应留有通风缝,以减少冬季冷风负荷。
6 内保温问题
    达到65%节能时,为保证较小的外墙平均传热系数,内保温时的热桥部位传热系数在平均传热系数中所占的权重将比过去大得多,使内保温结构的主体部位传热系数必然大大小于平均传热系数,即保温层厚度比外保温时厚很多,造成占用过多的室内面积和增加保温造价,而且还存在其他不利于外墙结构的问题,因此要求外墙均采用外保温做法。

三、节能判定
    本标准不直接规定耗热量指标14.65w/㎡的限值,只要满足本标准各项围护结构传热系数的限值和推荐的窗墙比,就判定为节能住宅。本标准中采暖耗热量指标14.65w/㎡只用于标准编制者确定围护结构传热系数限值,不要求设计者用此指标进行计算。根据节能专家的建议,本标准引入了"参照建筑"方法,以便与国际接
    第二步节能标准JGJ26-95和DBJ01-602-97已经采用传热系数限值来进行节能判定了,只要求在窗墙比或某项传热系数超限时才进行建筑物耗热量指标的验算。这种方法存在下述弊端,例如,体形系数较小的高层住宅,当屋面传热系数比限值略大时,应该计算建筑物耗热量指标,使其符合20.6w/㎡(北京)的要求,可是,按此略超标的传热系数计算其结果很可能小于20.6w/㎡,非但屋面传热系数不必减小,反而可能增大。原因是在规定的保温条件下,高层住宅的耗热量指标一般均比20.6w/㎡小不少,有较大余量。低层建筑则相反,计算得到的耗热量指标会大大超过限值,使围护结构多项传热系数均需降低,才能满足20.6w/㎡。标准制定者的意图是使各种住宅均采用同样的围护结构传热系数限值,从总体上控制节能50%,上述高层住宅的计算结果却适得其反。引入参照建筑的方法,可以解决上述弊病,其方法实际上就是将那些与代表建筑不尽相同的其他住宅,采用自己与自己相比的方法。参照建筑是一种虚拟建筑,是利用设计建筑的原型,将设计建筑的外窗面积改变为符合标准推荐窗墙比的面积,各项围护结构传热系数改变为符合标准规定的限值,改变后的建筑称为参照建筑。按参照建筑进行计算所得的建筑物耗热量指标,即为设计建筑的耗热量指标的限值。根据此耗热量指标,重新对设计建筑进行节能计算,调整各项传热系数,直到设计建筑的耗热量指标满足参照建筑的限值为止。虽然要进行两次计算,但利用电子表格进行计算时,已是轻而易举的事了。