4.0.1 夏热冬暖地区的主要气候特征之一表现在夏热季节的4~9月盛行东南风和西南风,该地区内陆地区的地面平均风速为1.1~3.0m/s,沿海及岛屿风速更大。充分地利用这一风力资源自然降温,就可以相对地缩短居住建筑使用空调降温的时间,达到节能目的。
强调居住区良好的自然通风主要有两个目的,一是为了改善居住区热环境,增加热舒适感,体现以人为本的设计思想;二是为了提高空调设备的效率,因为居住区良好的通风和热岛强度的下降可以提高空调设备的冷凝器的工作效率,有利于节省设备的运行能耗。为此居住区建筑物的平面布局应优先考虑采用错列式或斜列式布置,对于连排式建筑应注意主导风向的投射角不宜大于45°。
房间有良好的自然通风,一是可以显著地降低房间自然室温,为居住者提供有更多时间生活在自然室温环境的可能性,从而体现健康建筑的设计理念;二是能够有效地缩短房间空调器开启的时间,节能效果明显。为此,房间的自然进风设计应使窗口开启朝向和窗扇的开启方式有利于向房间导入室外风,房间的自然排风设计应能保证利用常开的房门、户门、外窗、专用通风口等,直接或间接地通过和室外连通的走道、楼梯间、天井等向室外顺畅地排风。
4.0.2 夏热冬暖地区地处沿海,4~9月大多盛行东南风和西南风,居住建筑南北向和接近南北向布局,有利于自然通风,增加居住舒适度。太阳辐射得热对建筑能耗的影响很大,夏季太阳辐射得热增加空调制冷能耗,冬季太阳辐射得热降低采暖能耗。南北朝向的建筑物夏季可以减少太阳辐射得热,对本地区全年只考虑制冷降温的南区是十分有利的;对冬季要考虑采暖的北区,冬季可以增加太阳辐射得热,减少采暖消耗,也是十分有利的。因此南北朝向是最有利的建筑朝向。但随着社会经济的发展,建筑物风格也多样化,不可能都做到南北朝向,所以本条文严格程度用词采用“宜”。
4.0.3 建筑物体形系数是指建筑物的外表面积和外表面积所包围的体积之比。体形系数的大小影响建筑能耗,体形系数越大,单位建筑面积对应的外表面积越大,外围护结构的传热损失也越大。因此从降低建筑能耗的角度出发,应该要考虑体形系数这个因素。
但是,体形系数不只是影响外围护结构的传热损失,它也影响建筑造型,平面布局,采光通风等。体形系数过小,将制约建筑师的创作思维,造成建筑造型呆板,甚至损害建筑功能。在夏热冬暖地区,北区和南区气候仍有所差异,南区纬度比北区低,冬季南区建筑室内外温差比北区小,而夏季南区和北区建筑室内外温差相差不大,因此,南区体形系数大小引起的外围护结构传热损失影响小于北区。本条文只对北区建筑物体形系数作出规定,而对经济相对发达,建筑形式多样的南区建筑体形系数不作具体要求。
4.0.4 普通窗户的保温隔热性能比外墙差很多,而且夏季白天太阳辐射还可以通过窗户直接进入室内。一般说来,窗墙面积比越大,建筑物的能耗也越大。
编制组通过计算机模拟分析表明,通过窗户进入室内的热量(包括温差传热和辐射得热),占室内总得热量的相当大部分,成为影响夏季空调负荷的主要因素。编制组用DOE-2软件做了以下计算:广州市无外窗常规居住建筑物采暖空调年耗电量为30.6kW·h/m2,当装上铝合金窗,综合窗墙面积比CM=0.3时,年耗电量是53.02kW·h/m2,当CM=0.47时,年耗电量为67.19kW·h/m2,能耗分别增加了73.3%和119.6%。说明在夏热冬暖地区,外窗成为建筑节能很关键的因素。
参考国家有关标准,兼顾到建筑师创作和住宅住户的愿望,从节能角度出发,对本地区居住建筑各朝向窗墙面积比作了限制。
本条文是强制性条文,对保证居住建筑达到第3.0.4条的节能50%的目标是非常关键的。如果所设计建筑的窗墙比不能完全符合本条的规定,则必须采用第5章的对比评定法来判定该建筑是否满足节能要求。采用对比评定法时,参照建筑的各朝向窗墙比必须符合本条文的规定。
4.0.5 天窗面积越大,或天窗热工性能越差,建筑物能耗也越大,对节能是不利的。随着居住建筑形式多样化和居住者需求的提高,在乎屋面和斜屋面上开天窗的建筑越来越多。编制组用DOE-2软件,对建筑物开天窗时的能耗做了计算,当天窗面积占整个屋顶面积4%,天窗传热系数K=4.OW/(m2·K),遮阳系数SC=0.5时,其能耗只比不开天窗建筑物能耗多1.6%左右,对节能总体效果影响不大。但对开天窗的房间热环境影响较大,因此对天窗的面积和热工性能要予以控制。
本条文是强制性条文,对保证居住建筑达到第3.0.4条的节能50%的目标是非常关键的。对于那些需要增加观瞻效果而加大天窗面积,或采用性能差的天窗的建筑,本条文的限制很可能被突破。如果所设计建筑的天窗不能完全符合本条的规定,则必须采用第5章的对比评定法来判定该建筑是否满足节能要求。采用对比评定法时,参照建筑的天窗面积和天窗热工性能必须符合本条文的规定。
4.0.6 本条文是强制性条文,对保证居住建筑达到第3.0.4条的节能50%的目标是非常关键的。如果所设计建筑的屋顶和外墙不能完全符合本条的规定,则必须采用第5章的对比评定法来判定该建筑是否满足节能要求。采用对比评定法时,参照建筑的屋顶和外墙必须符合本条文的规定。
目前夏热冬暖地区居住建筑屋顶和外墙采用重质材料居多,如以混凝土板为主要结构层的架空通风屋面、在混凝土板上铺设保温隔热板屋面、粘土实心砖墙和粘土空心砖墙等。随着新型建筑材料的发展,采用轻质高效保温隔热材料作为屋顶和墙体材料的建筑日益增多。使用轻质材料的外墙可分两类,一类为复合墙体,如外侧为砖或混凝土,内侧复合轻质材料(如岩棉、矿棉等);另一类为使用单一轻质材料的墙体,如使用聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、轻集料混凝土等。
目前,夏热冬暖地区屋顶结构形式和隔热性能亟待改善。编制组曾在福州对屋顶热工性能做过测试,如K=3.0的传统架空通风屋顶,在夏季炎热气候条件下,屋顶内外表面最高温度差值只有5℃左右,居住者有明显烘烤感。而使用挤塑泡沫板铺设的重质屋顶,K=1.13,屋顶内外表面最高温度差值达到15℃左右,居住者没有烘烤感,感觉较舒适。本条文规定使用重质材料屋顶,传热系数K≤1.0,D≥2.5。
夏热冬暖地区相当多的地方, 目前仍长期使用180mm粘土实心砖(K=2.32)和190mm的粘土空心砖(K=1.5),隔热性能比较差。粘土实心砖和粘土空心砖要使用粘土烧制,挤占耕地,不符合国家墙改政策。这种状况要逐步改变,首先要把墙体传热系数降下来。本条文根据各地特点和经济发展不同程度,提出使用重质材料作外墙时,按三个级别予以控制,即K≤2.0,D≥3.0和K≤1.5,D≥3.0和K≤1.0,D≥2.5。若对墙体K值提更高的要求,则要增加外墙厚度,墙体超过一定厚度后,隔热性能不会有明显改善,同时也不经济。
围护结构K、D值直接影响建筑采暖空调房间冷热负荷的大小,也直接影响到建筑能耗。围护结构采用重质材料,K、D值比较容易达到表4.0.6的要求。采用轻质材料,对达到所需K值比较容易,要达到较大的D值就很困难。如果围护结构要达到较大的D值,只有采用自重较大的材料,因此完全以D值和相关热容量的大小,来评定围护结构的热稳定性是不全面的,会阻碍轻质保温材料的使用,不利于围护结构的政策。本条文对轻质围护结构只限定传热系数K值,而不对D值作相应限定,主要是上述原因。实践证明,按一般规定选择K值的情况下,D值小一些,对于一般舒适度的采暖空调房间也能满足要求。编制组使用DOE-2软件对福州和广州地区采用轻质材料屋顶(K=0.46,相当8cm厚聚苯乙烯泡沫塑料隔热水平)和采用轻质材料外墙(K=0.7,相当5.5cm厚聚苯乙烯泡沫塑料隔热水平)的建筑物作了能耗计算分析,与采用重质屋顶(K=1.0)和重质外墙(K=1.0)的建筑物能耗相比,分别下降了1.8%和6.0%左右,说明围护结构采用一定厚度轻质材料,对节能是有利的。
4.0.7 本条文是强制性条文,对保证居住建筑达到第3.0.4条的节能50%的目标是非常关键的。如果所设计建筑的外窗不能完全符合本条的规定,则必须采用第5章的对比评定法来判定该建筑是否满足节能要求。采用对比评定法时,参照建筑外窗的传热系数和遮阳系数必须符合本条文的规定。
窗户的传热系数越小,通过窗户的温差传热就越小,对降低采暖负荷和空调负荷都是有利的。窗的遮阳系数越小,透过窗户进入室内的太阳辐射热就越小,对降低空调负荷有利,但对降低采暖负荷却是不利的。
本条文表4.0.7-1和表4.0.7-2对建筑外窗传热系数和综合遮阳系数的规定,是基于使用DOE-2软件对建筑能耗和节能率作了大量计算分析提出的。
1. 屋顶、外墙热工性能和设备性能的提高及室内换气次数的降低,达到的节能率,北区约为35%,南区约为30%。因此对于节能目标50%来说,外窗的节能将占相当大的比例,北区约15%,南区约20%。在夏热冬暖地区,居住建筑所处的纬度越低,对外窗的节能要求也越高。
2.本条文引入居住建筑平均窗墙面积比CM参数,用平均窗墙面积比与外窗K、Sw及外墙K、D等参数形成对应关系,使建筑设计简单化,给建筑师选择窗型带来方便。CM即居住建筑各朝向外窗总面积与外墙总面积(含窗面积)的比值,CM与通常说的各朝向窗墙面积比概念有所不同。
建筑平均窗墙面积比CM计算公式为:

3.外窗的综合遮阳系数为窗本身的遮阳系数和窗口的建筑外遮阳系数的乘积,即 Sw=SC·SD。在北区和南区,窗口的建筑外遮阳措施对建筑能耗和节能影响是不同的:(1)在北区,采用窗口建筑固定外遮阳措施,对建筑节能影响甚小,甚至是不利的。因为北区全年建筑总能耗中采暖能耗占了一定的比例,建筑固定外遮阳措施阻挡了冬季阳光进入室内,导致采暖负荷升高,其增加值可能会超过夏季空调负荷的减小值。因此在北区不宜采用窗口建筑固定外遮阳措施。当外窗无建筑固定外遮阳设施时,SD=1,即 Sw=SC。 (2)在南区,采用窗口建筑固定外遮阳措施,对建筑节能是有利的。南区冬季采暖能耗占全年建筑总能耗不足20%,主要是夏季空调能耗,建筑固定外遮阳将使空调能耗大幅度下降,因此是重要的建筑节能措施之一,应积极提倡。SD值可依据外遮阳位置情况,在表4.0.8中查到,或者参照本标准的附录B计算。SD值确定后与SC相乘,即为 Sw值。
4.表4.0.7-1和表4.0.7-2使用了“虚拟”窗替代具体的窗户。所谓“虚拟”窗即不代表具体型式的外窗(如我们常用的铝合金窗和PVC窗等),它是由任意K值和SC值组合的抽象窗户。
本标准“虚拟”窗性能取值范围如下:
窗的传热系数K=6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0 [W/(m2·K)]
窗本身的遮阳系数SC=0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、 0.2
编制组使用“虚拟”窗的原因是,目前我国检测外窗热工性能的手段,尤其是检测遮阳系数的手段还不完善,使得我们对具体窗户的热工性能数值掌握得很少。我们依据表4.0.7-1和表4.0.7-2数据选择窗型时,可根据市场上的具体窗户的性能数据进行“对号入座”。当然,今后随着计算和检测手段不断完善,随着窗户性能标识制度的建立,人们对具体使用的窗性能数据掌握将会越来越多,越来越全面。