胡思太 （安徽安德建筑設計有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

公共建筑是我國建筑節(jié)能工作的重點領域，2005年實行2015年修訂的《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189）已經(jīng)實行多年，該規(guī)范編寫和修訂一直以暖通專家為主。

我國地域遼闊，氣候多樣，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，以建筑師的職業(yè)實踐和視角分析夏熱冬冷氣候區(qū)中小型公共建筑的節(jié)能設的特點，是對建筑節(jié)能基礎性研究的一個補充。

1 夏熱東冷氣候區(qū)的氣候特點和節(jié)能設計策略

1.1 氣候特點

夏熱冬冷氣候區(qū)的特點主要是夏天炎熱，冬天寒冷（絕對溫度并不是很低，例如合肥市的累年最低日平均溫度為-6.4℃），以本地區(qū)的合肥為例，其HDD26 是 1725（℃·d），CDD18 是 210（℃·d）[1]，建筑的能耗指標與空調(diào)度日數(shù)和采暖度日數(shù)之間有非常強的相關性，設計和生活實踐中也得出，合肥的節(jié)能設計的主要矛盾的夏季的隔熱和遮陽，夏季制冷是建筑的主要能耗。

1.2 設計策略

為了順應氣候,加強建筑的隔熱防熱設計是本氣候區(qū)的傳統(tǒng)設計策略之一，設計中注意主要功能房間的朝向，自然通風，南向利用綠化的遮陰等。另一個主要設計策略是合理設置外遮陽，以合肥地區(qū) (北緯31.51度）為例，本氣候區(qū)太陽高度角（hs）的的變化反映了同緯度地區(qū)絕大多數(shù)的城市特點,見表1。

不同節(jié)氣合肥正午12點太陽高度角（度） 表1

根據(jù)太陽得熱系數(shù)（SHGC）的定義式，SHGC是入射角的函數(shù)，直觀上看增加適當?shù)恼陉柎胧┖螅奶焯柕母叨冉牵╤s）高，在外門窗上的陰影就多，得熱系數(shù)就低，冬季太陽高度角低，室內(nèi)入射的光線多，得熱系數(shù)就高。外窗得熱系數(shù)是動態(tài)的。如圖1所示。

圖1 合肥市的太陽高度角

同緯度區(qū)類似城市都有相似的特點，合適外遮陽會對外窗形成夏季和冬季不同的得熱系數(shù)。在安徽省居住建筑的節(jié)能地方標準中寫明，如果南向陽臺的進深大于1.5m，可以認定該陽臺的外門窗滿足規(guī)范要求的夏季綜合遮陽系數(shù)[2]。

安徽省《公共建筑節(jié)能設計標準》中也要求建筑的東、南、西向的外窗應采取遮陽措施，對于甲二類建筑當南向的單一立面窗墻比大于0.4小于0.5時，規(guī)定性指標為西、南、東三個朝向的外窗的得熱系數(shù)小于等于0.35，同時要求冬季各朝向的外窗得熱系數(shù)應大于等于0.52[3]。這種情況，建筑的對應朝向只有設置外遮陽，才能滿足此規(guī)定性指標。

合理科學的設置建筑的朝向利用自然通風和遮陽，是夏熱冬冷地區(qū)常用的節(jié)能設計策略，但是在現(xiàn)實設計工程中，往往忽略這這些傳統(tǒng)手法，在方案設計總沒有系統(tǒng)的考慮建筑體型系數(shù)、朝向、外立面開窗、外遮陽手法等。

2 中小型特殊類公共建筑

2.1 小型公共建筑的定義

《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2015）中的乙類建筑定義為：小于300m2的建筑[4]。乙類建筑的特點是建筑規(guī)模小，內(nèi)部功能比較簡單，與甲類建筑的能耗特性不同。為了減少建筑節(jié)能計算的工作量，2015年版的《公共建筑節(jié)能設計規(guī)范》（GB50189）中，乙類建筑不再權衡計算，強制性要求滿足規(guī)定性指標即可。

但是在現(xiàn)實設計工作中，有些特殊類的公共建筑：如農(nóng)貿(mào)市場，小型商業(yè)并聯(lián)店、中小學校等盡管總面積超過300m2，但單個使用單元大多在300m2以內(nèi)，在夏熱冬冷地區(qū)春秋季節(jié)可以通過開啟外窗利用自然通風達到室內(nèi)溫度舒適度要求，空調(diào)系統(tǒng)運行的時間并不長，屬于《民用建筑能耗標準》（GB/T51161）中的A類公共建筑。

2.2 特殊類型一：商業(yè)小鋪面和農(nóng)貿(mào)市場

農(nóng)貿(mào)市場中小鋪面是和并聯(lián)小商鋪是城鄉(xiāng)常見的中小型公共建筑，商業(yè)的經(jīng)營模式和本地區(qū)的氣候特點決定了小的鋪面絕一年中大多數(shù)時間都是敞開門經(jīng)營，而且店面多是并聯(lián)，以一定的單元重復，幾乎沒有單個店鋪超300m2。營業(yè)時間是間歇性的，一般是早晚市，周六、周日的營業(yè)時間略長。

小鋪面圍合的室內(nèi)農(nóng)貿(mào)市場大多是有頂?shù)陌胧覂?nèi)空間，盡管有遮風避雨的頂棚和相對圍合的圍護結構，很少使用集中空調(diào)，且為滿足消防排煙要求，頂棚的自然排煙面積需占地面面積的25%，所以這類空間的往往不考慮圍護結構的節(jié)能，而是將通風問題設計列為需要解決的重點問題，盡量使市場內(nèi)部空氣流通；利用自然通風，利用室內(nèi)空氣對流來達到改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的效果。

2.3 特殊類型二：中小學校

同樣，中小學校的使用特點決定了一般情況下不設集中空器調(diào)節(jié)系統(tǒng)和新風系統(tǒng)。而且學校的寒暑假期間，正好本氣候區(qū)最冷最熱的時段（合肥地區(qū)的中小學暑假是約2個月、寒假約20多天）。隔熱通風同樣是學校設計規(guī)范中的重點要求，《中小學校設計規(guī)范》（GB50099）要求的小學和初中普通教室的換氣次數(shù)是2.5次/h和3.5次/h[5]。設計時通常按照窗戶的自然通風面積進行計算，但在夏天炎熱和冬天氣溫寒冷時，教室窗戶一般處于關閉狀態(tài)，就無法保證通風換氣次數(shù)達標，造成了設計時達標但運營時（考慮節(jié)能）卻難以實現(xiàn)換氣效果的尷尬情況，在本氣候區(qū)的冬季，衛(wèi)生規(guī)范優(yōu)先推薦課間開窗自然通風換氣[6]。在夏熱冬冷地區(qū)在夏季,良好的通風對于建筑、人和環(huán)境都有較大的熱舒適作用,空氣對流可以有效帶走室內(nèi)的熱量,并且降低室內(nèi)空氣濕度；由于建筑圍護結構材料、室內(nèi)裝修材料其成分或溶劑中含有相當?shù)挠泻ξ?而且人體及學生日常生活也會影響室內(nèi)的空氣品質(zhì),所以良好的建筑通風可以更新室內(nèi)空氣、帶走有害物；它所帶來的節(jié)能效果明顯。自然通風（機械輔助式自然通風）是人們樂于接受的通風方式,除了能減少傳統(tǒng)空調(diào)制冷系統(tǒng)的使用，降低能耗外,更重要的一個原因是有利于人的生理和心理健康，這一點學校建筑中尤為重要。

2.4 節(jié)能設計中建筑實際能耗

由于上述建筑的建筑形態(tài)和使用的特點，對采光和通風都有較高要求，此類建筑一般不會滿足按節(jié)能率為導向編制《公共建筑節(jié)能設計規(guī)范規(guī)范》要求的部分朝向上的窗墻比，體型系數(shù)、夏冬季節(jié)不同的外窗得熱系數(shù)等規(guī)定性指標的要求，要通過權衡計算滿足節(jié)能規(guī)范要求，往往要單方面提高建筑維護結構的熱工性能，例如增加外墻外保溫和屋頂?shù)牟牧系暮穸?、提高外門窗的熱工性能，安徽版的公共建筑節(jié)能規(guī)范中甲二類公建的的規(guī)定性指標為對于重質(zhì)結構，外墻的K值（w/m2·k）小于0.7，屋面K值小于0.5，外窗K值最大不超過2.6，這已經(jīng)是非常低的指標了，但權衡計算的結果，上述指標往往還要更加小。

《民用建筑能耗標準》（GB/T 51161-2016）中夏熱冬冷地區(qū)A類建筑（過度季節(jié)自然通風，減少空調(diào)的運行時間）的引導值是70kW·h/m2·a[7]，實際設計中我們發(fā)現(xiàn)通過節(jié)能權衡計算出的此類建筑的全年每平方米的能耗衡遠遠小于此數(shù)值，盡管二者計算結果不具備可比性，但是設計節(jié)能建筑的實際能耗的調(diào)查和數(shù)據(jù)收集，對我們開展建筑節(jié)能和節(jié)能投入的經(jīng)濟型分析更具有實際意義。

節(jié)能率的正確理解：

設計中通常說設計與未采取節(jié)能措施前相比，全年采暖、空調(diào)總能耗應降低50%以上，即節(jié)能率50%，這里說的未采取節(jié)能措施前，在2005版的《公共建節(jié)能設計規(guī)范》（GB50189）中是上個世紀80年度初的建筑，基準建筑維護結構按當時的傳統(tǒng)做法，例如夏熱冬冷地區(qū)的上海維護結構的K值（w/m2·k）外墻為 2.35，外窗 6.4，屋面 1.55。[8]，并據(jù)此在保持與現(xiàn)有標準下室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的條件下，計算基準建筑的全年（7650h）的暖通空調(diào)和照明的能耗，將它作為100%。

2015版規(guī)范在2005版規(guī)范本的的基礎上，建筑的總體（供暖、通風、空氣調(diào)節(jié)和照明）節(jié)能率又有了20～23%的提高。其中從北方到南方維護結構分擔的節(jié)能率為6%～4%[9]，這里比較的基準是滿足2005年規(guī)定性指標的建筑，可從這里以看出節(jié)能率是理論上宏觀上的執(zhí)行規(guī)范后前后建筑能耗比較，是各個專業(yè)綜合提高節(jié)能效率的綜合結果,不存在單個建筑的前后節(jié)能率，而且是保持假定的室內(nèi)環(huán)境下按全年每天24h模擬計算出的能耗對比。在夏熱冬冷地區(qū)，即使是大型的全空調(diào)系統(tǒng)的建筑也很難符合符合規(guī)范中假定，通過權衡計算得出全年能耗并不是建筑實際的運行能耗，這在本氣候區(qū)的上述中小型公共建筑中體現(xiàn)的更為明顯，對著一類建筑簡單的提高節(jié)能率，并不能達到實際意義上在節(jié)能，而應該參考《民用建筑能耗標準》中夏熱冬冷地區(qū)A類建筑的能耗指標。

3 結論

符合夏熱冬冷地區(qū)氣候的節(jié)能設計應該注意建筑的自然通風、隔熱、和遮陽設計，節(jié)能設計應貫穿到建筑設計的全過程,從方案就開始考慮朝向、立面窗墻面積比、窗自然通風的開啟形式、遮陽形式等設計策略，握節(jié)能設計的主動權。對于農(nóng)貿(mào)市場,中小學校等類型中小型公共建筑應該更注重建筑實際能耗的控制，加強基礎數(shù)據(jù)的收集分析。分析實際運行中節(jié)能的的投入和圍護成本和節(jié)約電費直接的關系。宏觀上節(jié)能設計管理不單單要看節(jié)能率，更應該關心使用中的的實際能耗，建筑節(jié)能材料的綠色環(huán)保、維護、更新成本。