节能设计标准对居住建筑节能的影响——以福建省夏热冬冷地区为例

洪霄伟 王建飞 张宇峰

(1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司 福建厦门 361000;2.华南理工大学 广东广州 510640)



节能设计标准对居住建筑节能的影响
——以福建省夏热冬冷地区为例

洪霄伟1王建飞1张宇峰2

(1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司 福建厦门 361000;2.华南理工大学 广东广州 510640)

随着新版《福建省居住建筑节能设计标准》DBJ/T 13-62-2014的发布和实施，福建省建筑节能工作有了新的要求。根据新版和旧版标准及其参考的行标，对福建省夏热冬冷地区某典型居住建筑进行节能分析，得到不同标准规定下建筑的节能率，并分析不同围护结构热工参数对能耗的影响。文章通过对比分析，提出福建省夏热冬冷地区居住建筑的节能设计建议。

居住建筑；节能；DeST

1 节能设计背景

2003年发布并实施行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2003(下文简称行标JGJ 75-2003)。2004年福建省建设厅发布并实施《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》DBJ 13-62-2004(下文简称旧标)，规定福建省夏热冬冷地区执行夏热冬暖地区北区居住建筑节能设计规定，区域划分(图1)。旧标的“对比评价法”计算方法按行标JGJ 75-2003规定进行。

2010年和2012年先后颁布实施《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2010(下文简称行标JGJ 134-2010)和《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2012(下文简称行标JGJ 75-2012)，两部标准对建筑热工节能设计和建筑节能设计的综合评价都有了较大的改变。福建省仍然沿用旧标，其夏热冬冷地区的标准并未相应更新，直到2014年颁布新标准《福建省居住建筑节能设计标准》DBJ 13-62-2014(下文简称新标)。 随着新标的发布和实施，福建省建筑节能工作有了新的要求。新标将本省夏热冬冷地区单独划分出来，执行夏热冬冷地区的标准。

综上所述，本省夏热冬冷地区居住建筑节能设计在新标实施前后有很大的变化。本文基于实际案例，分别采用旧标、新标以及行业标准进行对比评价，利用能耗模拟软件DeST分析以上标准规定下的建筑节能率，探究不同标准对本省夏热冬冷地区居住建筑节能设计约束的异同以及其产生的原因。

2 分析对象和方法

2.1 分析对象

经过对三明、南平、宁德等夏热冬冷地区的城市商品房的调查，发现住宅的楼层数主要集中在11层、18层、32层3种层数[2]。

本文选取某商住进行分析，该建筑位于福建省夏热冬冷地区的三明永安市，该建筑于2014年进行节能设计，南北朝向，地上32层，每层4户，层高3m，住宅户型均为三室两厅一厨两卫，住宅平面图如图2所示。

建筑围护结构如下：(1)外墙采用14mm水泥砂浆+200mm加气混凝土砌块+10mm石灰砂浆；(2)屋顶采用40mm碎石、卵石混凝土+10mm水泥砂浆+25mm挤塑聚苯复合板+20mm水泥砂浆+30mm轻集料混凝土+120mm钢筋混凝土；(3)外窗采用普通铝合金窗(无色透明中空玻璃)。另外，建筑体形系数≤0.4。

2.2 参照建筑

根据上文对福建省夏热冬冷地区节能设计标准变更的描述，分别给出各标准对应的屋顶、外墙和外窗的节能要求(表1)。参考福建省对居住建筑节能设计的旧标和新标及其参考的行业标准，同时结合实际建筑，共设置5种计算模式(表1)，其中模式1～模式4分别指参考旧标(同行标JGJ 75-2003)、行标JGJ 75-2012、新标、行标JGJ 134-2010要求确定的参照建筑，模式5为实际建筑。实际建筑屋顶传热系数0.98 W/(m2·k)，热惰性指标2.59，外窗传热系数1.4 W/(m2·k)，热惰性指标3.26，外窗传热系数3.8 W/(m2·k)，遮阳系数0.8，平均窗墙面积比0.19。

2.3 标准对比

根据以上5种计算模式可知，新标和旧标以及行标对建筑节能的规定不同。因旧标几乎完全按照行标JGJ 75-2003做出规定，所以对旧标与行标JGJ 75-2012，新标与行标JGJ 134-2010，旧标与新标三组标准进行差异说明。

(1)旧标与行标JGJ 75-2012

旧标与行标JGJ 75-2012的对比，事实上是夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准新旧版本的对比。行标JGJ 75-2012对轻质屋顶和重质屋顶均减小传热系数的限值，传热系数均减小0.1W/(m2·k)，但对于外墙则将传热系数限值由2.0W/(m2·k)增大到2.5W/(m2·k)，并稍降低热惰性指标，可见行标JGJ 75-2012与旧标相比，对屋顶热工性能要求有所提高，而对外墙的热工性能的要求有所放松。对于外窗的平均传热系数和综合遮阳系数的限值确定方法则完全不同。两个标准均要首先确定外墙的传热系数和热惰性指标后再查表，旧标先确定遮阳系数，其后根据窗墙面积比确定传热系数，行标JGJ 75-2012则先确定传热系数再根据窗墙面积比确定遮阳系数。

区域标准节能要求(传热系数K,热惰性指标D)参照建筑夏热冬暖北区旧标行标JGJ75-2003[3]屋顶:K≤0.5(轻);K≤1.0,D≥2.5外墙:K≤0.7(轻);K≤1.0,D≥2.5;K≤2.0,D≥3.0外窗:外墙→遮阳系数→传热系数 计算模式1:K屋顶=1.0W/(m2·k);D≥2.5,K墙体=1.5W/(m2·k);K外窗=6.5W/(m2·k),SW=0.6;行标JGJ75-2012[4]屋顶:K≤0.4(轻);0.42.5外墙:K≤1.0,D≤2.5;K≤1.5,D>2.5外窗:体形系数→窗墙面积比→遮阳系数/传热系数 计算模式4:K屋顶=1.0W/(m2·k);D≥2.5,K墙体=1.5W/(m2·k);K外窗=4.7W/(m2·k),SW无要求。

注：K墙体——外墙平均传热系数W/(m2·K)；K屋顶——屋面平均传热系数W/(m2·K)；K外窗——外窗加权平均传热系数W/(m2·K)；D墙体/D屋顶——外墙或屋顶的热惰性指标；SW——外窗平均综合遮阳系数；

旧标明确参照建筑墙体传热系数应取1.5W/(m2·k)，屋顶传热系数应取1.0W/(m2·k)，综合遮阳系数应取0.6，并查表得外窗传热系数为6.5W/(m2·k)。行标JGJ 75-2012明确参照建筑墙体传热系数应取1.5W/(m2·k)，屋顶的传热系数应取0.9W/(m2·k)，北区窗的传热系数应取4.0W/(m2·k)，并查表得外窗综合遮阳系为0.9。

(2)新标与行标JGJ 134-2010

新标编制过程中参考旧标、行标JGJ 75-2012 和行标JGJ 134-2010，结合福建省夏热冬冷地区的特点给出节能要求，可看出新标对建筑节能要求的限值和方法具有综合性。新标与行标JGJ 134-2010相比，对屋顶传热系数的限值减小到0.8W/(m2·k)，且对热惰性指标规定2.5为最小值，但对于外墙，当体形系数不大于0.4时，传热系数的限值由1.5W/(m2·k)增大到2.0W/(m2·k)，但对热惰性指标要求增大。新标与行标JGJ 134-2010对外窗的热工性能规定均需首先判断建筑体形系数，其后，行标只需判断窗墙面积比后即可同时确定传热系数和遮阳系数，但新标则仍需要参考外墙的热工性能指标，再根据传热系数和窗墙面积比最终确定遮阳系数。

新标明确参照建筑墙体传热系数应取1.5W/(m2·k)，屋顶传热系数应取0.8W/(m2·k)，窗的传热系数应取4.0W/(m2·k)，并查表得外窗综合遮阳系数为0.8。行标JGJ 134-2010规定参照建筑屋面、外墙和外窗的传热系数应取标准内对应的限值，即墙体传热系数应取1.5W/(m2·k)，屋顶传热系数应取1.0W/(m2·k)，窗的传热系数应取4.7W/(m2·k)，外窗综合遮阳系数无要求，此处设为为0.8。

(3)旧标与新标

新标对屋顶的传热系数限值减小到0.8W/(m2·k)，对热惰性指标仍以2.5作为重质屋顶的最小值。对于体形系数都不大于0.4的建筑，新标对外墙的热惰性指标要求大有放松。这是在实际工程中发现热惰性指标稍小的外墙足够满足节能要求，也可降低工程成本和推广新型建材之后进行的调整[6-7]。新标对外窗热工性能的要求与旧标不同，除需要判断体形系数，确定传热系数与遮阳系数的顺序相反，导致外窗热工性能相差很大。

两版标准在参照建筑参数的确定上主要区别在屋顶和外窗，另外新标对空调能效比的设定较高，同时要求计算室内得热量。

2.4 模拟方法

在利用能耗模拟软件DeST进行计算时，需要输入建筑的运行状态，包括照明、设备、空调等。夏热冬冷地区，居住建筑的空调采暖模式具有个体差异性[8]，基本采取部分空间、部分时间空调采暖模式，对以上5种模式进行模拟计算时，建筑形状、大小、朝向以及平面划分等方面完全相同，照明、设备和空调的设置也完全相同，以保证建筑围护结构是唯一的变化参数。

该建筑每户居住人数为3.2人，人均使用面积为33m2/人。基于以往对夏热冬冷地区居住建筑空调使用情况的调查研究[8]，以及新标对建筑节能总结评价指标的计算条件用的规定[9]，夏热冬冷地区多在各居室安装空调，故本文设置室内使用分体空调，在客厅、主卧和次卧分别安装一台分体空调[8]，空调房间新风量为30m3/hp，空调采暖时换气次数为1acr/h。根据《建筑照明设计标准》中对居住建筑照明功率密度的要求，设置计算模型的照明密度均为现行值，并设定相应的照度标准值[10]。各房间的设备功率参考旅馆建筑中客房设备[11]，并根据普遍情况进行适当调整。房间的空调、照明和设备设置(表2)。

表2 各类空调、照明和设备的设置情况

根据以往的调查研究，夏热冬冷地区居住建筑主要为多层住宅，住户主要为上班族，户型主要为三室两厅[8]。夏季空调的时间一般为1个月～2个月，每天4h～8h，集中在夜晚时间开启，冬季采暖的方式则较多样，使用时间一般半个月到一个月，同样集中在夜晚使用。本文为研究建筑全年的空调采暖能耗，根据本省夏热冬冷地区气候，设定夏季空调房间室内计算温度上限为26℃，冬季采暖房间室内计算温度下限为16℃。各房间空调、照明、设备运行状态如表3。

表3 各类房间照明、设备、空调的运行时间表

2.5 模拟结果

对以上5种计算模式进行全年冷热负荷的计算，得到全年冷热负荷的变化，如图3所示(以模式5为例)，观察模式5的全年冷热负荷变化图，可知冷负荷集中在5月到10月，热负荷集中在12月到2月，空调制冷的能耗比例较大。

5种计算模式下，建筑照明、设备和电梯的能耗相同，单位面积耗电量分别为8.29kWh/a·m2、10.60kWh/a·m2、4.16kWh/a·m2，单位面积空调耗电量月变化如图4，耗电量都在7月份达到最大，在3月、4月和11月各模式均未超过0.1kWh/a·m2。模式1在制冷季的耗电量明显小于其他模式，而在采暖季均大于其他模式，模式2～模式5在制冷季的耗电量很接近，在采暖季的耗电量区别较明显。

5种模式下各个月份、全年、制冷季和采暖季的空调单位面积耗电量(表4)，全年空调单位面积耗电量模式2的最大，最小为模式5，差值为0.12kWh/a·m2；制冷季共有6个月，模式2的最大，最小为模式1，差值为0.89kWh/a·m2；取暖月为3个月，模式1最大，模式5最小，差值为0.74kWh/a·m2。对比模式1～4按不同标准建立的参照建筑，实际建筑的节能率各不相同，其中，以行标JGJ 75-2012为参考时节能率最高，为1.45%，以新标为参考时节能率最低，为0.12%。

表4 五种模式的计算结果

2.6 结果分析

5种计算模式的外墙传热系数相同，屋顶和外窗有所区别。屋顶的传热系数主要影响顶层房间的空调能耗，外窗的热工性能影响到每层每个开窗的房间，所以对于建筑空调总能耗，楼层越高，屋顶传热系数起到的影响就越小，同时外窗热工性能的影响就越大。

从5月到10月，引起不同模式空调能耗变化的主要因素为外窗遮阳系数。在夏季，空调的使用时间主要在夜间，较小的平均综合遮阳系数能大量减少白天进入室内的太阳辐射得热，从而降低空调能耗。模式1的耗电量明显较小，模式2～模式5的耗电量接近，其中模式2耗电量稍大。由表1可知，模式1外窗的平均综合遮阳系数最小，即降低了白天的太阳辐射得热，而模式2的平均综合遮阳系数最大，导致空调能耗高。模式3与模式4的外墙和外窗热工性能接近，但屋顶传热系数较低，制冷季的空调能耗稍高，可见较大的屋顶传热系数降低了制冷能耗。

12月到2月，外窗遮阳系数和传热系数是影响不同模式空调能耗变化的主要原因。模式1的耗电量远大于模式2～模式5。由表1可知，模式1外窗传热系数远大于模式2～模式5，而平均综合遮阳系数较小，不利于太阳辐射得热，同时屋顶的保温性能较差，故模式1的围护结构最不利于冬季保温，导致模式1冬季采暖能耗最高。其次是模式4，外窗的传热系数较大，不利于保温。模式2和模式3相比，虽然屋顶保温性能稍差，但外窗使室内太阳辐射得热较大，使得采暖能耗稍低。而模式2与模式5相比，模式5的外墙和外窗的保温性能弥补了外窗遮阳和屋顶保温的不足，两种模式的采暖能耗相近。可见外窗遮阳系数对建筑能耗的影响大于屋顶和外墙的传热系数。

由以上分析可知，外窗的平均综合遮阳系数对建筑能耗的影响很大，即使外墙和屋顶大幅度提高热工性能，对建筑节能效果并不明显，所以需要根据气候特征和建筑使用情况合理设计围护结构。

3 节能分析

根据5种模式的空调单位面积耗电量和围护结构热工性能，可知在福建省夏热冬冷地区，屋顶和外墙的热工性能对全年空调能耗的影响较小，外窗平均综合遮阳系数对全年空调能耗的影响较大。围护结构的保温对冬季采暖和夏季制冷的能耗有相反的作用，因为提高外墙和屋顶的保温隔热性能，在室内外温度较高时，室内热量不能及时传出，而室外高温空气持续作用在围护结构上，反而会消耗更多的空调制冷能耗。在夏季，较低的外窗平均综合遮阳系数有利于降低室内太阳辐射得热，从而降低空调制冷能耗，在冬季，较高的外窗平均综合遮阳系数有利于提高室内太阳辐射得热，从而降低空调采暖能耗。

《民用建筑热工设计规范》要求夏热冬暖地区“必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温”[12]。夏热冬冷地区纬度和经度跨度较大，气候存在差异[13]，同时居住建筑存在住户差异性，所以住户空调使用情况不尽相同。合肥、南京、武汉等地区不仅夏季炎热，而且冬季寒冷，所以不仅需要夏季空调制冷，而且冬季也需要间歇空调采暖[14]。而福州、韶关、桂林等靠南的地区，由于冬季时间较短且平均气温较高，一般仅在夏季使用空调制冷，冬季很少使用空调采暖。福建省夏热冬冷地区福建省地理区域接近一半，夏季炎热冬季稍冷，在不划分采暖期和空调期的情况下，采暖的能耗也远小于制冷的能耗[13]。本文分析的5种模式都包括了冬季采暖，在实际住户使用中，冬季为间歇性采暖，应重点考虑夏季空调制冷能耗。从全年来看，应主要考虑夏季降低制冷能耗。

新标和旧标在参照建筑上的规定使得外窗热工性能区别很大，表4和图4表明旧标利于夏季节能以及新标利于冬季节能。对于福建省夏热冬冷地区，新标对于空调能耗的降低作用不明显，特别是对于主要空调能耗用于夏季制冷的情况，该地区的建筑节能仍然存在较大空间。值得注意，该夏热冬冷地区与武汉、合肥等夏热冬冷地区气候条件存在差异，同时与夏热冬暖地区北区的气候条件有相似之处。该地区地理面积在福建省约一半，今后的节能工作会进一步深入开展，所以应多考量围护结构与空调能耗的关系，可以使建筑节能率进一步提高。

4 结论

以福建省夏热冬冷地区某典型居住建筑为例，本文探讨了先后颁布的两部福建省标准DBJ 13-62-2004和DBJ 13-62-2014及相关行业标准对该建筑节能设计的影响，通过对该建筑模型进行模拟，得到如下结果：

(1)制冷季外窗遮阳系数对空调能耗影响最大。外窗遮阳系数越小，越有利于降低空调能耗。

(2)制冷季屋顶传热系数越大，越有利于降低空调能耗。

(3)采暖季外窗遮阳系数和传热系数是影响空调能耗的主要原因。外窗遮阳系数越大，越有利于降低采暖能耗；外窗传热系数越小，越有利于降低采暖能耗。

综合上文的分析探究，对于福建省夏热冬冷地区的居住建筑节能设计有3个建议：

(1)空调能耗主要用于夏季制冷，则需要提高外窗的遮阳性能，该措施是降低建筑空调能耗的高效方法[15]。

(2)外墙和屋顶的传热系数不应盲目提高，应该采用经济适用的构造以满足节能设计要求。

(3)在居住建筑节能设计中，除按照新版《福建省夏热冬冷地区居住建筑的节能设计标准》设计，应多考量围护结构与空调能耗的关系，以提高节能率。

此外，本文仅对5个模式进行案例分析，屋顶、外墙、外窗三者的传热系数以及外窗的平均综合遮阳系数4个热工参数对于建筑能耗的影响也仅限于高层住宅的对比分析，实际工程中还存在大量多层和底层住宅，相应的结论可能有所差异，需要进一步研究分析。

[1] DBJ13-62-2004 福建省居住建筑节能设计标准实施细则[S].2004.

[2] 中国福建[EB/OL].http://www.fujian.gov.cn/ggfwpt/zf/spf/xjspf/.

[3] JGJ 75-2003 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2003.

[4] JGJ 75-2012 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2012.

[5] JGJ 134-2010 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2010.

[6] 胡达明.复合墙体——在夏热冬暖地区的热工可行性研究[Z].中国福建，2006(3)：86-88.

[7] 赵士怀.福建省居住建筑节能设计标准DBJ13-62-2014解读[J].福建建设科技，2015(2)：1-3.

[8] 李楠.夏热冬冷地区人员行为对住宅建筑能耗的影响研究[D].重庆：重庆大学，2011.

[9] DBJ 13-62-2014 福建省居住建筑节能设计标准[S].2014.

[10] GB 50034-2013 建筑照明设计标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2013.

[11] GB 50189-2015 公共建筑节能设计标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2015.

[12] GB 50176-1993 民用建筑热工设计规范[S].北京： 中国计划出版社，1993.

[13] 余晓平,付祥钊,黄光德,等.夏热冬冷地区采暖期/空调期划分对居住建筑能耗限值的影响分析[J].建筑科学.2007(08)：27-31.

[14] 董旭娟,闫增峰,王智伟.夏热冬冷地区城市住宅供暖方式调查与室内热环境测试研究[J].建筑科学.2014(12)：2-7.

[15] 赵士怀.福建省建筑节能设计若干问题[C].福建省科协第六届学术年会-节能与可再生能源分论坛.福州，2006：83-85.

图片来源：

图2～图4：作者自绘

Energy-Saving Analysis on Residential Buildings in Hot-Summer and Cold-Winter Zone of Fujian——With Hot-Summer and Cold-Winter Zone in Fujian as an Example

HONGXiaowei1WANGJianfei1ZHANGYufeng2

(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd, Xiamen 361000; 2.South China University of Technology, Guangzhou 510640)

As the Evaluation standard for green building of Fujian being published and executed, new requirements came to popularize green buildings.According to the new version and the old version of the standard for energy-saving design of residential buildings, and other relevant standards, analysis on energy-saving of residential building in hot-summer and cold-winter zone of Fujian shows different energy-saving rate of a same building under different standards.The influence of thermal transfer coefficient of exterior walls, roofs, windows on building energy consumption were verified by comparative analysis.

Residential Building; Energy-saving; DeST

洪霄伟(1989.7- )，女，助理工程师。

E-mail:hongxiaowei0708@163.com

2016-06-06

TU201.5

A

1004-6135(2016)10-0011-06