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中国夏热冬暖地区住宅节能设计标准的误区

本主题由 lemon 于 2008-8-6 08:47 PM 加入精华

中国夏热冬暖地区住宅节能设计标准的误区

笔者最近在做夏热冬暖地区节能建筑设计的研究, 其中最大的感触就是标准中采用了类似空调设计的条件( 换气系数 1次/小时, 计算温度为16-26摄氏度)来进行建筑的空调采暖年耗电量的计算方法是不恰当的, 这与推广以自然通风作为被动降温的节能原则(特别是华南地区)是不相应的. 我认为, 采用自然通风为主要降温措施和采用空调为主要降温的建筑设计方法是截然不同, 这反应在开窗率、体型系数、围护结构的热工性能等方面。具体说明如下:; k3 N& u/ a  K3 e3 J# p
1)在设计计算温度上,人在自然通风环境上的舒适范围要比在空调范围要大。这与人热舒适的可调整性别(adaptive comfort), 热适应性 (acclimatization)以及在适宜较高风速下(如1.5m/s) 热舒适最高温度可提高的特征有关。笔者认为在自然通风并具有适宜较高风速下, 室内热舒适温度可定为19-30 度, 甚至短期时间可延伸至32 度。9 x6 Z3 K1 o( [$ a3 T; ?; b
2)在开窗率方面, 标准规定了一定的窗墙面积比及相应的遮阳系数 (如窗墙面积比<0.25 时,外窗综合遮阳系数为<0.8) 等。 诚然, 一定的开窗面积在空调状况下对于减少太阳辐射及温差传热都有好处,但这标准没有考虑到在保证足够遮阳条件下开窗对自然降温的贡献。事实上,在足够自然通风条件的住宅建筑下, 室温倾向于室外温度。而在华南地区,高温天气(超过30摄氏度的小时数并不多,就算超过的度数也一般在33度以内, 很少超过35度。一时的高温是可以通过短期的关窗及足够的围护结构的热惰性(结合夜间降温)来达到降温3度的效果)。笔者认为,开窗率在华南地区在控制遮阳系数上可相应放松,并可结合设置排气扇来达到辅助自然通风的效果。$ ^* ~) K6 c, u1 r, F* _
3)在围护结构方面,外墙及屋顶保温在自然通风环境下对降温没什么作用,甚至还有反作用。外墙及屋顶在华南地区要解决的是减少太阳热辐射, 措施如遮阳、浅色外皮、双皮加low-e材料就很有用。 这特别反映在节能计算中,因为按空调设计标准,保温确实带来好处。这说明这种标准是不利用促进采用自然通风的计算的。
  L2 Z0 L+ T( Z/ Y- M- I笔者认为正确的计算方法是采用模拟自然通风的条件来计算室内温度超过30 度的小时数来作为评定标准。模拟自然通风条件在TAS 软件可做到, 也可在DeST 或 DOE 上设计不同时间段的较大换气系数来达到 (如最热时可设为 20次/小时). / W0 Q- S1 ?3 m2 a  x. L$ i) i7 a1 `
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还有很多笔者想说的,但敬请网上各位大侠先发表高见。
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你的观点是正确的,但是有一点就是应该明白:标准只是某一点上是正确的,并不适合于所有情况。诚然,通风措施在夏热冬暖地区是起到节能作用,但是通风措施在节能中如何保证?标准中的“1次每小时”的换气次数只是一个“名义工况”值,并不是实际值?再说,通风措施属于行为节能范围,国家也没法规定这样的情形。这是我的理解,也就是说标准说的能耗权衡方面的内容只是围护结构上的节能。
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谢谢你的答复。. c' \9 n' f" r7 G  M0 s
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自然通风措施虽受到不稳定的风压差的影响, 但也不是不可控制的. 国外现在流行很多自然通风的温度、风速、风向等感应系统对窗户(风口)开启程度进行控制达到对室内环境的控制。当然, 这里不是在住宅中推广这种系统(在办公楼等建筑中则比较适合)。 一般而言,在中国现在人们普遍习惯通过人工打开窗户来控制室内温度,真正很热才会开空调。 这可与美国等西方国家习惯采用复合采暖空调系统来控制室温的方式非常不同。对于由于风压的不稳定性,住宅中应设置排气扇来进行辅助, 达到所需换气系数。- \; z! u( t8 X, r3 v5 l5 N
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针对计算机模拟问题,本身模拟就不是真实情况。自然通风的模拟完全可以通过对换气系数在不同条件下采用不同次数来进行。
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我认为南方气候是湿热,最高气温一般不超过32度。在解决好遮阳隔热的前提下,通过设置排气扇辅助自然通风及风扇增加室内风速来加强人体的蒸发散热是基本上可以达到舒适度要求。而规范讲的计算温度、换气次数、保温要求和严控开窗率是对自然通风的一种忽视。

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说说我的看法(仅针对住宅):; {: A3 F* g9 o  X% s7 ]
1、自然通风条件:华南区可以利用自然通风降低节能,特别是夜间通风,对室内的降温是非常有效果的;4 z* M9 C0 }4 _3 E. v- [8 i% Q. a
2、太阳辐射条件:华南区除了通风条件外,太阳的辐射很大,我们知道外窗开启面积越大,通风越好,但是引进的太阳辐射量也越大,我认为外窗开启面积应该是权衡考虑自然通风和遮阳后的一个结果;7 J. \4 J( w- l. J5 M
3、实现难易:标准用模糊的字眼提到建筑物的布局要有利于自然通风,但是自然通风这件事和很多条件有关:建筑的布局、建筑单体每个户型进出风口的位置和尺寸、外窗开启形式(内开、外开、旋窗、倒窗)室内的布局等,想用一个标准去约束这些条件难度很大,因为需要改变设计,会损坏某些人的利益;至今为止都没有一个公认的计算方式去计算自然通风能贡献多少节能率,如果能给出自然通风的节能率作为折抵围护结构的节能率,当然是一件理想的事情。
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  • lemon 能量 +30 评分通知:精彩评论!期待看到您的更多精彩 ... 2008-8-2 09:01 AM

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自然通风确实是比空调难模拟, 但也不是不行. TAS 软件就可控制设计窗户的开启大小并可动态地模拟遮阳的设置. 一般而言. 我们可将窗户开启设置为室温超过25度便全(最大程度)开启,超过30度关闭. 因而节能率也是可以算的, 一般而言, 广东的自然通风节能率达30-40%, 如果将自然通风的舒适范围增大, 节能率甚至达80-90%. 说句老实话, 按规范标准算出来冷耗达50kw.h/m2, 而实际上广东普遍人家空调使用冷耗就只有10-20kw.h/m2. 这就是实际上人们对自然通风的喜好及舒适范围原因所至.8 R( A: y  T$ C
所以所规范与中国人们生活习惯及水平不相应, 片面抄袭国外全空调的经验.

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另外, 针对太阳辐射, 其实窗子也有多种方式, 不一定玻璃窗才是窗. 遮阳百页窗就可达到既减少辐射又通风的效果. 当然也可采用将遮阳百页设为灵活设置的开启的外遮阳. 形式是很多了, 这不一一说,

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外墙应坚固耐用,性价比放在首位

"围护结构方面,外墙及屋顶保温在自然通风环境下对降温没什么作用,甚至还有反作用。外墙及屋顶在华南地区要解决的是减少太阳热辐射, 措施如遮阳、浅色外皮、双皮加low-e材料就很有用。"这点有待商酌.
% @3 Y( S4 }8 t! Y7 x, {采用中空的外墙是否性价比更好,且又可贴瓷片坚固耐用,中空可抽风及降低墙温隔热,就算双层12单墙,也比"如遮阳、浅色外皮、双皮加low-e材料"的造价低及耐久吧!  G7 S! n8 C% M0 N
请专家们理论上研讨及指教.

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回复 7楼 hyl998 的帖子

外墙(西、东墙)及屋顶在华南地区还要降低当量温度波(提高衰减率)

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要确定自然通风的条件来计算室内温度超过30 度热舒适度的范围,才知道。

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回复 7楼 hyl998 的帖子  n& R+ g3 b) U) {0 B1 U5 A
采用双层墙是有一些作用, 但并不是什么好办法. 原因:
% {1 F. T1 c7 t! n9 L7 N& U* K" h首先我们要认识夏热冬暖地区室内外温差不大, 温差传热并不大, 室内得热主要是通过围护结构的太阳辐射得热. 对于辐射得热, 保温不是最好办法, 遮阳是要义, 采用浅色表面减少太阳辐射热的吸收率也是十分重要. 2 v' G+ A- ^& ?% B" H
纯粹的双皮墙除浪费相当空间外, 若外表皮吸收率高, 其高温仍可通过中空空气层辐射传热及对流传热传至内层墙. 当然在外层墙内表面贴附铝箔效果会好很多. 中空抽风, 我看效果也不会多大显著, 因为你抽的也是室外高温风, 且构造更复杂, 不见得便宜.

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回复 九楼 seulee的帖子. [' ^& o- c3 i! G. q
自然通风条件下的舒适温度范围可作较大调整, 这已经国际多项研究证实. 详参阅Baruch Givoni 的 Passive Cooling Strategies 和 Michael Humphrey 的Adaptive Comfort Model.

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室内空间使用率

我最近还做了夏热冬暖地区住宅室内空间的模拟, 发现一个有趣的现象, 就是如果采用自然通风辅以空调(如室内30度下采用自然通风, 超过采用空调)的模型, 采用规范的开窗率、一定的体型系数,保温要求等还是比采用较大的开窗率和体型系数、较低保温节能。但是若将模型改为仅为晚间才使用(这事实上是很多住宅的使用情况), 那么比规范较大开窗率及体型系数, 不采用保温更能节能。 特别是如果采用纯自然通风模型, 那么采用规范的开窗率、一定的体型系数,保温要求的室内比采用较大开窗及体型系数等建筑超过30或32度高温的小时数要多。
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结论是, 采用节能措施, 要看建筑的使用情况及舒适度要求。 规范在住宅的使用情况方面考虑不周。 事实上中国毕竟是发展中国家, 人们一般已习惯较高的温湿度。规范这种将住宅看成一种全天侯使用并确定以空调条件较高的舒适度来作为评价标准显然就作出不太利于自然通风的措施,达不到真正的节能。

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赞同楼主的很多观点!' }, _9 M! }* ~: _
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对楼主的认真思考pf一下。
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[ 本帖最后由 sceptic 于 2008-7-31 03:55 PM 编辑 ]

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夏热冬暖的节能标准编制的比较早,那时候节能标准还是参照的北方的标准编制的,主要以围护结构为主。这也是可以理解的,毕竟是那个特定时期内保证节能实现的一个平台。9 y3 o  a( Q5 b4 s' h

8 P; z7 f* ?8 M$ k4 O/ y0 w4 F2 h. c最近重庆(夏热冬冷)、深圳(夏热冬暖)等地陆续推出或即将推出节能65%的标准,其中对于自然通风的贡献有可能纳入节能标准中来。 不可否认自然通风是能有很大的节能贡献,我们计算过一个项目,在节能软件里将温度低于29度的空调能耗全部取出来,这部分能耗是全部空调能耗的20%以上,自然通风还是有很大节能潜力的。" C) L. H1 \3 S0 l& x/ x
但是作为标准如何体现自然通风的要求?怎么衡量?这都是意见很难的事情,相信未来夏热冬暖的标准里会涵盖一部分自然通风的内容的。我们都希望第一次将事情作对,节能也是一样,华南节能首要考虑被动式通风、然后是围护结构窗的遮阳、再次是墙体屋顶的内表面温度的舒适度。8 Q! l( Q- V( A* f5 F
一点不成熟的意见,供大家讨论。
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外墙中空---三个作用.

回复lgr0733,10楼:"因为你抽的也是室外高温风, 且构造更复杂, 不见得便宜.",我们设计抽的是室内已降温的,带有余冷的低温空气,是" :采用很小电量的新风机送入经自来水降温的清新空气(炎热夏天再加有室内空调机),室内已降温的污浊气经中空外墙及从天台女儿墙收集排出,利用中空外墙流通的气流;一起了隔热降温作用,二起了冷(热)量交换的作用,三起了二氧化碳气可集中回收的作用,何乐而不为.7 R5 d- o8 d- |" _  T
   除了开窗户的室内的自然通风,尚要考虑利用梯间和外墙多层高度的堙囱效应的自然抽风(耗能少),和用很小电量的强迫抽风,根据天气情况,相互结合利用,构造并不复杂,造价也低.请各位探讨.

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回复h呀1998

我赞成烟囱效应用和机械机械通风的辅助作用, 毕竟完全依靠风压的自然通风效果有限及不稳定.
. L/ J" Y- u7 w  R' z) K: \至于你说的的中空墙中的室内已降温的低温空气, 我个人不太赞成. 在自然通风条件下, 室内温度一般来说是高于室外, 即使由于重质材料及关闭日间高温下通风下室温也不会低室外高温多少, 一般也就2-3度, 何来低温空气. 当然依靠空调则令当别论了. . k* V9 y4 o+ \$ p
若说利用则直接蒸发降温, 则南方高湿天气则限制蒸发的有效应性, 并有可能导致室内湿度加大.

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当然这种重质中空墙及天花板可考虑夜间通风的模式, 这在干热地区比较适合, 在南方热湿地区因夜间空气温度不低, 效果不明显

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dear Conqueror, 人对舒适度的要求是差别很大的,所以如何制定标准就很重要,这是我们在设计时经常讨论的问题。如您所说,我们的习惯也和工业国家不同。不知您是否也对夏热冬冷地区的节能方法有所探索?

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回复上楼

现在的国内节能概念还主要是停留在美国ASHRAE的标准上, 也就是说人在空调环境下的舒适度. 这本身与国外最近的节能观念不符合, 更与国内居住建筑的使用情况不吻合.

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