1 引言

《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2006）優選項第 5.2.16條規定：建筑設計總能耗低于國家批準或備案的節能標準規定值的80%.《公共建筑節能設計標準》（GB 50189-2005）中指出：在公共建筑（特別是大型商場、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等）的全年能耗中，大約 50% ~ 60% 消耗于空調制冷與采暖系統，其中大約20% ~ 50% 由外圍護結構傳熱所消耗（夏熱冬暖地區大約 20%,夏熱冬冷地區大約 35%,寒冷地區大約 40%,嚴寒地區大約 50%）。

關于夏熱冬暖地區的建筑節能研究，國內學者已做了相當的工作。付祥釗（2002）、姬永洲（2009）從建筑圍護結構層面對夏熱冬暖地區的建筑節能技術做了全面分析和研究，指出該地區設計要注重通風、遮陽，圍護結構要注重外窗玻璃，這是節能的關鍵。籍存德等（2006）分析了夏熱冬暖地區辦公建筑的耗能現狀，并根據氣候特點提出防曬墻和架空屋頂的設計，遮陽板的形式和選擇及各朝向的玻璃優化等符合夏熱冬暖地區的節能措施。林憲德（2003）根據臺灣的氣候特點，提出了隔熱與遮陽并重的亞熱帶綠色建筑美學，并深入分析了各種綠色技術，指出了通風、遮陽、隔熱、防潮對該地區建筑的重要性。林憲德（2010）設計的臺灣綠色魔法學校通過開口設計、遮陽設計、屋頂花園實現節能 16.5%,通過風扇通風、浮力通風再節能 10.6%.

趙立華等（2008）對廣州地區某窗墻面積比較大的公共建筑進行了動態模擬計算，結果表明：降低外窗的遮陽系數、外墻和屋頂的傳熱系數對減少建筑全年空調能耗和最大空調冷負荷有利，但降低窗的傳熱系數對減少建筑全年空調能耗和最大空調冷負荷不利。遮陽系數較小、傳熱系數較大的窗和傳熱系數較小的墻、屋頂組合起來節能效果最好，節能率達到 9.95%.上述眾多學者的研究成果表明，通過改善圍護結構熱工性能實現建筑能耗的降低，夏熱冬暖地區的難度要遠高于其他地區。在標準執行過程中，大多數綠色建筑項目（袁小宜，2010;鄭福居，2012;張磊，2014;余鴻高，2013）的節能率綜合考慮圍護結構、照明、空調等設備的節能效果及可再生能源利用量的計算。

《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2014）（以下簡稱“新版標準”）中則明確針對建筑圍護結構熱工性能制定了評分規則，其中，評分項第 5.2.3 條規定：圍護結構熱工性能比國家現行相關建筑節能設計標準的規定提高幅度或者供暖空調全年計算負荷的降低幅度達到5%,得 5 分；達到 10%,得 10 分。加分項第 11.2.1 條規定：圍護結構熱工性能比國家現行相關建筑節能設計標準的規定高 20% 或者供暖空調全年計算負荷降低幅度達到 15%,得 2 分。夏熱冬暖地區圍護結構熱工性能的提高主要通過透明圍護結構的遮陽系數的降低，其前提是建筑節能設計的各項規定性指標均滿足標準要求，這在實際工程中往往很難做到。而供暖空調全年計算負荷的降低程度可通過比較計算得到，在建筑外形、內部功能分區、氣象參數、建筑的室內供暖空調設計參數、空調供暖系統形式和設計的運行模式、系統設備參數等條件不變的情況下，計算設計建筑和參照建筑的負荷，并比較差異。隨著新版標準的施行，有必要研究夏熱冬暖地區提高建筑圍護結構熱工性能對降低建筑能耗的節能潛力，以及實現建筑低能耗所需要采取的綜合措施。

2 圍護結構熱工性能對建筑能耗的影響分析

建筑屋頂傳熱系數、外墻傳熱系數、窗墻面積比、外窗遮陽系數、綜合遮陽系數都會對建筑能耗產生不同程度的影響。外窗的遮陽系數對夏熱冬暖地區建筑空調能耗的影響最大，尤其是大窗墻面積比的高層公共建筑，而外墻、屋面熱工性能對建筑能耗的影響很小。本文算例一對大窗墻面積比的高層公共建筑的能耗進行了分析，算例二選取多層、小窗墻面積比的公共建筑，綜合分析墻體、屋面、外窗的熱工性能對建筑能耗的影響。

2.1 外窗遮陽系數對建筑能耗的影響

算例一選取某窗墻面積比較大的高層建筑進行節能計算，分析外窗遮陽系數降低對能耗的影響。建筑體形系數為 0.17,設計建筑除挑空樓板的傳熱系數外，屋面、外墻和窗的傳熱系數均滿足規定性指標且與參照建筑相同，室內參數按《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2005）附錄 B 設置。各朝向綜合遮陽系數取值依次為 0.31、0.30、0.28、0.25、0.20,其中 0.30、0.28、0.25 分別對應參照建筑遮陽系數最小限值 0.31 降低 5%、10%、20% 后的值（表 1），采用斯維爾節能設計軟件 20141212（SP3）版計算建筑能耗（表 2）。

由結果可知，當設計建筑綜合遮陽系數按照比參照建筑降低 5%、10%、20% 時，空調全年計算負荷降低幅度均小于 5%,若按照新版標準的要求進行評價則均不能得分。遮陽系數為 0.20 時，空調負荷降低幅度達 6.62%,僅滿足新版標準 5 分檔的要求，而實際建筑外窗遮陽系數很難達到該水平。因而，該類建筑若要滿足評分要求，宜使其在滿足規定性指標的前提下按照外窗遮陽系數降低幅度進行評價。

根據現行節能設計標準，將不同窗墻面積比情況下的遮陽系數提高 5%、10%、20%（表 3）。當窗墻面積比大于 0.5 時，若要顯著提高性能則意味著綜合遮陽系數基本上應小于 0.30,實現起來具有一定的難度?？梢妼τ诖皦γ娣e比大的建筑，無論是提高圍護結構熱工性能，還是降低供暖空調全年計算負荷都有一定的困難。

2.2 圍護結構熱工性能對建筑能耗的綜合影響

算例二為某窗墻面積比較小的公共建筑，體形系數為 0.38,外挑樓板傳熱系數K為3.84,不滿足規定性指標的要求。王歡等（2011）發現該地區建筑外窗傳熱系數對空調能耗影響較小，因而僅分析屋頂傳熱系數、外墻傳熱系數、綜合遮陽系數變化對其全年能耗的影響。

考慮到地域特點和技術的可行性，將屋頂傳熱系數 K 設為 0.9、0.7、0.5W/（m2·K）共 3 種工況，記為 A1 ~ A3;外墻傳熱系數 K 設為1.5、1.3、1.1、0.9、0.7W/（m2·K）共 5 種工況，記為 B1 ~ B5;綜合遮陽系數設為 0.6、0.5、0.4、0.3、0.2 共 5 種工況，記為C1 ~ C5.上述所有工況組合得到 75 種不同的方式，外墻表面太陽輻射吸收系數取0.65,屋面太陽輻射吸收系數取0.75,室內參數按《公共建筑節能設計標準》（GB 50189-2005）附錄 B 設置，具體參數設置如表 4 所示。將計算結果按照新版標準規定的能耗降低幅度范圍進行歸類，得到滿足標準要求時對應的屋頂傳熱系數、外墻傳熱系數和綜合遮陽系數的組合方式（圖 1）。

建筑的外墻、屋面、外窗的傳熱系數均滿足規定性指標要求，若忽略熱工性能不合格的外挑樓板，則設計建筑在采用遮陽系數 0.42時，圍護結構的熱工性能提高 5%,采用 0.40 時提高 10%,采用 0.36時提高 20%.因而，對于小窗墻面積比的建筑，通過降低外窗遮陽系數可以比較容易獲得新版標準第 5.2.3 條的 10 分，甚至于第 11.2.1條的 2 分加分，但前提是要滿足各項規定性指標的要求，否則按空調全年計算負荷降低幅度進行評價。

根據圖 1 所示，降低 5% 相對容易實現，優先推薦 A1B1C3 組合，屋頂采用常規鋼筋混凝土 + 保溫層構造，外墻采用自保溫砌塊輔以較薄保溫層或選擇太陽輻射吸收系數較小的飾面材料，外窗設計一定的遮陽構件或選擇遮陽系數較小的玻璃即可滿足，而挑空樓板依然可以不做保溫處理。若要降低 10%,優先推薦 A1B3C4 組合，需要在以上基礎上加大屋面和墻體保溫層厚度，特別需要進一步降低綜合遮陽系數。關于 A1B1C5 方案，雖外墻屋面可不采用過厚保溫層，但遮陽系數過小的玻璃通常具有較低的可見光透射比，影響室內采光質量。

若要降低 15%,則僅有 A3B5C5 方案，設計建筑的能耗較參照建筑降低 15.05%,勉強達到新版標準第 11.2.1 條的要求，可得 2 分加分。但夏熱冬暖地區的建筑屋面、外墻、外窗的現有技術都很難達到此熱工性能。

目前夏熱冬暖地區的公共建筑一般都通過權衡判斷完成建筑節能設計，規定性指標完全合格的幾乎沒有，其中最普遍的是底面接觸室外空氣的架空或外挑樓板，按規范要求需要做保溫處理，但這部分不會受到太陽直接照射，一般面積也較小，因此設計中往往不做保溫處理；其次是外窗的遮陽系數和傳熱系數，標準中按單一朝向窗墻面積比給出不同的要求，但實際建筑中往往同一棟建筑采用同樣的外窗，部分朝向性能提高而部分朝向不合格的情況普遍存在；另外，外墻傳熱系數不合格，夏熱冬暖地區普遍采用 200mm 厚加氣混凝土墻體，考慮鋼筋混凝土剪力墻、梁、柱的熱橋影響，其傳熱系數往往不能滿足標準規定的 1.5W/（m2·K）的要求。

對于窗墻面積比較小的建筑，若要得到新版標準第 5.2.3 條的 5分，建議選擇空調全年計算負荷降低幅度進行評價，若要得到 10 分，需要綜合考慮實際情況選取評價方法；若要得到第 11.2.1 條的 2 分加分，宜按照圍護結構熱工性能提高幅度進行評價。

3 建筑及圍護結構節能措施分析

通過以上分析可見，單純依靠降低圍護結構的傳熱系數和遮陽系數，對降低夏熱冬暖地區公共建筑能耗作用有限。本文以兩棟使用要求不同的建筑為研究對象，分析其圍護結構熱工性能、空調作息、空調使用面積、建筑遮陽、通風等因素對建筑能耗的影響，從而得出夏熱冬暖地區公共建筑圍護結構節能的技術措施。