4 建筑与围护结构

4.1 一般规定

4.1.1 建筑群的布置和建筑物的平面设计合理与否与建筑节能关系密切。建筑节能设计首先应从总体布置及单体设计开始,应考虑如何在冬季最大限度地利用自然能来供暖,多获得热量和减少热损失,以达到节能的目的。具体来说,就是要在冬季充分利用日照,朝向上应尽量避开当地冬季主导风向。细分后的寒冷B区有夏季隔热需求,因此在设计时要考虑夏季通风。

4.1.2 太阳辐射得热对建筑能耗的影响很大,冬季太阳辐射得热可降低供暖负荷。考虑太阳高度角和方位角的变化规律,南北朝向的建筑冬季可以增加太阳辐射得热。计算证明,建筑物的主体朝向如果由南北改为东西向,能耗会明显增大。根据严寒及寒冷各地区夏季的最多频率风向,建筑物的主体朝向为南北向,也有利于自然通风。因此南北朝向是最有利的建筑朝向。但由于建筑物的朝向还要受到许多其他因素的制约,不可能都做到南北朝向,所以本条用了“宜”字。
    外墙面越多则耗热量越大。如果一个房间有三面外墙,其散热面过多,会造成房间室内热环境降低甚至无法达到使用要求。当一个房间有两面外墙时,例如靠山墙拐角的房间,不宜在两面外墙上均开设外窗,以避免增强冷空气的渗透,增大供暖耗热量。

4.1.3 本条文是强制性条文。
    建筑物的平、立面不应出现过多的凹凸,体形系数的大小对建筑能耗的影响非常显著。体形系数越小,单位建筑面积对应的外表面积越小,外围护结构的传热损失越小。从降低建筑能耗的角度出发,应该将体形系数控制在一个较小的水平上。
    但是,体形系数不只是影响外围护结构的传热损失,它还与建筑造型、平面布局、采光通风等紧密相关。体形系数过小,将制约建筑师的创造性,造成建筑造型呆板,平面布局困难,甚至难以满足建筑功能的需要。因此,如何合理确定建筑形状,必须考虑本地区气候条件,冬、夏季太阳辐射强度、风环境、围护结构构造等各方面因素。应权衡利弊,兼顾不同类型的建筑造型,尽可能地减少房间的外围护面积,使体形不要太复杂,凹凸面不要过多,以达到节能的目的。
    与上一版相比,表4.1.3中的建筑层数的划分简化为两类,主要是考虑到随着建筑外围护结构热工性能的提高,体形系数对建筑能耗的影响程度在降低,标准的限值有降低的可能。而标准在执行中也发现大量的建筑体形系数无法满足标准要求,需要进行权衡判断计算,增加了设计计算的工作量。因此标准中对体形系数的限值做了调整,通过对建筑层数及对应的体形系数分布状况的分析,对3层以下的建筑(多为别墅、托儿所、幼儿园等建筑)的体形系数放宽了要求,使得体形简单、无凹凸的建筑多数能够满足限值要求,而不必进行权衡判断计算。考虑到由于体形系数造成的能耗增大有限,且可以通过提高围护结构的热工性能弥补。但高层建筑的采光、通风、视野等需求只能通过建筑平立面设计实现。对4层以上多层建筑和高层建筑的要求进行了合并,以便于高层住宅的建筑设计。
    本条文是强制性条文,一般情况下对体形系数的要求是必须满足的。一旦所设计的建筑超过规定的体形系数时,则要求提高建筑围护结构的保温性能,并按照本章第4.3节的规定进行围护结构热工性能的权衡判断,审查建筑物的供暖能耗是否能够符合要求。

4.1.4 本条文是强制性条文。
    窗墙面积比既是影响建筑能耗的重要因素,也受建筑日照、采光、自然通风等室内环境需求的制约。现阶段,窗户(包括阳台的透光部分)的保温性能仍然远远低于外墙、屋面等非透光围护结构,而且窗的四周与墙相交之处的结构性热桥较难处理,附加传热量很大。因此,从降低建筑能耗的角度出发,必须合理地限制窗墙面积比。
    不同朝向的开窗面积,对于能耗的影响有较大差别。综合利弊,本标准按照不同朝向,提出了窗墙面积比的限值。北向取值较小,主要是考虑严寒和寒冷地区北向房间冬季几乎接收不到太阳直射辐射,东、西向房间可以获得一定的直射辐射,而南向房间可以获得较多的日照。因此,窗墙面积比限值南向最大、东西向次之、北向要求最严。另外,严寒地区室内外温差更大,对于窗墙面积比的限值严于寒冷地区。
    一般而言,窗户越大可开启的窗缝越长,窗缝容易产生渗漏造成热量散失,窗户的使用时间越长,缝隙的渗漏也越厉害。而且,夏季透过玻璃进入室内的太阳辐射热是造成房间过热的一个重要原因。这两个因素在本章第4.3节规定的围护结构热工性能的权衡判断中都不能反映。因此,即使是通过权衡判断进行性能化设计,窗墙面积比也应该有所限制。从节能和室内环境舒适的双重角度考虑,居住建筑都不应该过分地追求所谓的“通透”。
    本标准中的窗墙面积比按开间计算。主要是因为:窗主要对所在房间的室内热环境产生影响,若某个房间的窗墙面积比过大,虽然对整栋建筑的能耗产生的影响较小,但往往造成这个房间的热环境质量降低,甚至无法满足正常使用要求。
    本条文是强制性条文,一般情况下对窗墙面积比的要求是必须满足的。一旦所设计的建筑超过规定的窗墙面积比时,则要求提高建筑围护结构的保温性能,如选择保温性能好的窗框和玻璃,以降低窗的传热系数,加厚外墙的保温层厚度以降低外墙的传热系数等。并按照本章第4.3节的规定进行围护结构热工性能的权衡判断,审查建筑物的供暖能耗是否能够符合标准要求。

4.1.5 本条文是强制性条文。
    随着居住建筑形式日趋多样化,屋面天窗在越来越多的建筑中出现。受房间中空气温度梯度垂直分布的影响,通过相同面积天窗由于温差传热散失的热量要大于外窗。而且,夏季通过天窗进入室内的太阳辐射会造成室内温度过高,产生潜在的空调负荷。因此,对屋面天窗的要求应当高于外窗。
    由于天窗对房间夏季室内环境和能耗的不利影响在第4.3节的围护结构权衡判断中无法反映,因此本条必须满足且不允许进行权衡判断。

4.1.6、4.1.7 严寒和寒冷地区冬季室内外温差大,楼梯间、外走廊如果敞开肯定会增强楼梯间、外走廊隔墙和户门的散热,造成不必要的能耗,因此需要封闭。
    从理论上讲,如果楼梯间的外表面(包括墙、窗、门)的保温性能和密闭性能与居室的外表面一样好,那么楼梯间不需要供暖,这是最节能的。
    但是,严寒地区(A)区冬季气候异常寒冷,该地区的居住建筑楼梯间习惯上是设置供暖的。严寒地区(B)区冬季气候也非常寒冷,该地区的有些城市的居住建筑楼梯间习惯上设置供暖,有些城市的居住建筑楼梯间习惯上不设置供暖,本标准尊重各地的习惯。设置供暖的楼梯间供暖设计温度应该低一些,楼梯间的外墙和外窗的保温性能对保持楼梯间的温度和降低楼梯间供暖能耗很重要,考虑到设计和施工上的方便,一般就按居室的外墙和外窗同样处理。

4.1.8 应优先利用建筑设计实现天然采光,当天然采光不能满足照明要求时,可以根据工程的地理位置、日照情况进行技术经济比较,合理选择导光或反光装置,降低照明能耗。

4.1.9 本条来自现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033。为了提高建筑外窗的采光效率,节省照明能耗,在采光设计时应尽量选择采光性能好的窗。采光性能的好坏用透光折减系数Tr表示,窗的透光折减系数是指在漫射光条件下透射光照度与入射光照度之比。
    建筑外窗的透光折减系数应大于0.45。调查中发现,有的建筑窗地面积比并不小,但由于窗的设计不合理,或附加装饰及采用有色玻璃,使得窗的透光折减系数偏低,为节省能源,此类窗不宜作为建筑采光窗。
    导光管采光系统的效率是衡量其性能的重要指标,通过对现有的用于实际工程的导光管系统的测试,大部分产品的效率均在0.50以上。故为提高采光效率,在采光设计中应选择采光性能好的导光管采光系统,系统效率应大于0.50。

4.1.10 房间内表面反射比提高,对照度的提升作用明显。可参照现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033的相关规定执行。

4.1.11 分体式空调器的能效除与空调器的性能有关外,还与室外机合理的布置有很大关系。为了保证空调器室外机功能和能力的发挥,应将它设置在通风良好的地方,不应设置在通风不良的建筑竖井或封闭的或接近封闭的空间内,如内走廊等地方。如果室外机设置在阳光直射的地方,或有墙壁等障碍物使进、排风不畅和短路,都会影响室外机功能和能力的发挥,而使空调器能效降低。实际工程中,因清洗不便,室外机换热器被灰尘堵塞,造成能效下降甚至不能运行的情况很多。因此,在确定安装位置时,要保证室外机有清洗的条件。

4.1.12 《民用建筑节能条例》规定:对具备可再生能源利用条件的建筑,建设单位应当选择合适的可再生能源,用于供暖、制冷、照明和热水供应等;设计单位应当按照有关可再生能源利用的标准进行设计。建设可再生能源利用设施,应当与建筑主体工程同步设计、同步施工、同步验收。
    目前,建筑的可再生能源利用的系统设计(例如太阳能热水系统设计),存在与建筑主体设计脱节严重的现象,因此要求在进行建筑设计时,其可再生能源利用设施也应与主体工程设计同步,从建筑及规划开始即应涵盖有关内容,并贯穿各专业设计全过程。供热、供冷、生活热水、照明等系统中应用可再生能源时,应与相应各专业节能设计协调一致,避免出现因节能技术的应用而浪费其他资源的现象。

4.1.13 可再生能源利用策划是对建筑能源系统设计进行定义的阶段,是发现并提出问题的阶段。在规划和单体方案设计阶段进行可再生能源系统策划将有利于能源系统与建筑的一体化建设,更大程度上综合利用能源,避免只是产品和技术的堆砌。
    由于可再生能源的能量密度低,时空分布不均匀,用于建筑物供暖空调时,为保证可再生能源系统的应用效果,应首先降低建筑物的实际需求量。建筑在满足建筑节能标准要求外,采用被动设计将提高建筑物可再生能源的利用率,降低常规能源消耗,达到节能环保的作用。
    在方案和初步设计阶段的设计文件中,通过可再生能源专篇论证项目所在地资源特征以及应用可再生能源的可行性。对于应用可再生能源的项目,需要将采用的各项技术进行系统的分析与总结;在施工图设计文件中注明对项目施工与运营管理的要求和注意事项,引导设计人员、施工人员以及使用者关注设计成果在项目的施工、运行管理阶段的有效落实。

4.1.14 本条文是强制性条文。
    本条文的目的是保障建筑日照标准的要求。目前我国的实际情况是开发商为充分利用所购买的土地获取利润,在进行规划时确定的容积率普遍偏高,建筑物的底层房间只能刚刚达到规范要求的日照标准。所以,虽然在屋顶上安装的太阳能集热系统本身高度并不高,但也有可能导致相邻建筑的底层房间不能满足日照标准要求。此外,在阳台或墙面上安装有一定倾角的太阳能集热器时,也有可能会造成下层房间不能满足日照标准要求,必须在进行太阳能集热系统设计时予以充分重视。