第三章
室内热环境和建筑节能设计指标

主要内容

（一）室内热环境设计指标的确定

条文3.0.1：冬季采暖室内热环境设计指标，应符合下列要求：

1 卧室、起居室室内设计温度取 16～18℃；

2 换气次数取1.0 次/h。

条文 3.0.2：夏季空调室内热环境设计指标，应符合下列要求：

1 卧室、起居室室内设计温度取 26～28℃；

2 换气次数取1.0 次/h。

《标准》规定了冬季采暖室内热环境设计指标，即卧室、起居室室内设计温度取16～18℃；换气次数取 1.0 次/h。夏季空调室内热环境设计指标，卧室、起居室室内设计温度取26～28℃；换气次数取1.0次/h。

夏热冬冷地区建筑热环境设计指标不但要同时考虑冬、夏两季，还要注意夏季晴、雨、阴等不同天气过程；不但要考虑当前的社会经济状况，更要注意21世纪该地区的飞速发展；要同时考虑改善热环境和提高能源利用效率，也要兼顾城市环境。这就需要从可持续发展的高度考虑和处理问题，协调好热环境质量、室内空气质量、采暖空调能耗、建筑节能投资等诸方面的关系。

在室内设计温度上考虑了一个范围，这是充分考虑了该地区的经济发展的差异，不是一刀切，使得在考虑制定当地政策及实施时，有一个上下的范围。

1.室内热环境质量指标。影响热感受有 6 个因素：干球温度、湿度、风速、平均辐射温度、人体活动强度及衣着。前4个是热环境因素，后 2个是人为因素。夏季提高风速，比降低温度所需的能耗和费用少得多。风速大有利于人体散热、散湿，提高热舒适度。但风速过大，也会有害健康，特别是睡眠时，夏季室内风速以 0.3m/s左右为宜。提高冬季热舒适水平，应降低风速。室内平均辐射温度与室内干球温度是相互影响的，夏季降低平均辐射温度，冬季提高平均辐射温度往往比相应地降低或提高干球温度的能耗要低些。提高围护结构热工性能，可达到既减少热耗量，又提高热舒适水平的双重效果。在加强夏季遮阳，使用热反射窗帘，墙体热工性能良好的情况下，室内平均辐射温度与干球温度近似相等。湿度的调整能耗较大，宜避免过多地依靠调节湿度来改善热环境，以相对湿度不超过70%为宜。衣着的变化、厚薄的调整可降低冷暖能耗，而不降低热舒适感受。夏季越薄越好，冬季越厚越好，但要顾及文明与生活方便。人体活动强度取决于生活水平与习惯。

工程界和社会学都习惯于以干球温度为热环境的主要指标。国家标准《住宅设计规范》（GB50096—1999）规定的室内采暖计算温度，其中卧室、起居室（厅）和卫生间为18℃。而国家标准《建筑气候区划标准》（GB50178—93）中各气候区的划分，主要也是依据干球温度。综合考虑现状与发展，在《标准》中采用干球温度作为热环境质量的主要指标。冬季采暖室内热环境设计指标，确定卧室、起居室室内设计温度16～18℃；夏季空调室内热环境设计指标，确定卧室、起居室室内设计温度26～28℃。

2.室内空气质量与换气量。冬夏季节进行采暖空调时，如果引入室外空气进入室内，要消耗大量的冷热量，为了节能需要限制通风换气量。但是，减少通风换气量将使室内空气质量下降，影响人体健康和工作学习效率。对此，国际建筑节能过程中有过沉痛的教训。由于加强建筑密闭程度，降低通风换气量而造成的室内空气质量恶化，使“病态建筑综合症”漫延，在人体健康和工作效率方面所造成的巨大损失是节能收益远远不能弥补的。夏热冬冷区人民长期形成了加强房间通风，保持室内空气新鲜的良好卫生习惯。在调查中，大量住户冬季都开窗，他们宁愿室内冷一点，也要保持空气清新。当室内空气质量与节能和热舒适性发生冲突时，他们选择空气质量。对此，热环境与节能标准给予了充分的重视。

和北方相比，夏热冬冷区冬季的新风耗热量要低得多。如冬季通风室外计算温度，重庆为7℃，南京为2℃，上海为3℃，而哈尔滨低达-20℃。重庆、南京、上海的冬季新风耗热量分别只有哈尔滨的29%、42%和39%。而夏热冬冷区比北方潮湿，室内细菌繁殖速度远高于干燥的北方。夏热冬冷区降低通风量的节能效益远小于北方。因此，夏热冬冷区的通风量应该大于北方。

具体要多少换气量才能保证满意的室内空气质量，这是个非常复杂的问题。室内空气污染的特点是：污染物种类多，微生物、有机挥发物、颗粒物、辐射等数千种。如此众多的污染物对人体长期综合作用所造成的危害，是国际卫生学界的新课题。国际上尚无科学完整的室内空气质量指标体系和标准。另外，建筑材料、室内设备、人员等的污染物散发特性也还未能全面的定量化。根据国标《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》（GB50189—93），其中规定的不同等级旅游旅馆客房换气量为：一级客房每人每小时50m ³ ；二级客房40m ³ ；三级客房30m ³ ；同时还参考了美国ASHRAE标准（62—1989），其中推荐的住宅居室换气量为每人每小时 45.5m ³ 。考虑到目前我国住宅建筑的层高约为2.5m或以上，按人均居住面积15m ² 计算，1小时换气1次，人均占有新风量37.5m ³ ，已经接近二级客房的水平，由此，确定为1.0次/h。

提高通风效率，可用较少的换气量获得较好的室内空气质量，从而达到节减新风能耗，实现节能。住宅各房间的气流路线应是：新鲜空气→居室→厨卫→排出室外。也就是新鲜空气→人的呼吸区→污染源→室外。强调设计重视通风效率，组织好气流路线，有利于用较少的新风能耗，取得较高的空气质量。

《标准》只规定了温度和换气指标，原因是考虑到一般住宅极少控制湿度、风速等参数。在室内热环境主要设计指标中尽管没有明确提出相对湿度设计指标，但实际上，在空调机运行的状态下，室内潮湿情况会得以明显改善。换气则是从人体卫生角度考虑必不可少的指标。《标准》规定居室温度夏季控制在26～28℃，冬季控制在16～18℃；冬夏季换气次数取1.0次/h。和该地区原来恶劣的室内热环境相比，要求是比较高的，基本达到了热舒适的水平，与目前该地区住宅的夏热冬冷状况相比，提高幅度比较大，实现了跨越式的发展。

（二）节能目标确定原则（3.0.3条）

《标准》3.0.3条为强制性条文，即“居住建筑通过采用增强建筑围护结构保温隔热性能和提高采暖、空调设备能效比的节能措施，在保证相同的室内热环境指标的前提下，与未采取节能措施前相比，采暖、空调能耗应节约 50%”。

《标准》明确提出节能的目标值为50%，但在理解上与北方严寒、寒冷地区节能标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95）的节能目标50%有一些区别。严寒、寒冷地区的集中采暖居住建筑，在采暖季必须要消耗能源产生热水，通过供热采暖系统保持居住建筑内一定的室温（全部房间平均室内计算温度16℃）。只要按（JGJ 26—95）标准中第4章“建筑热工设计”、第5章“采暖设计的规定”进行设计，其采暖耗能量将比“基础住宅采暖能耗”下降 50%。“基础住宅采暖能耗”是这样定义的，以1980/1981年各地典型居住建筑的围护结构的做法，以及通过实测的供热采暖系统年平均运行效率为依据，通过计算并配合部分城市的采暖期能耗实测来验证，从而得到了“基础住宅采暖能耗”值。比如，北京地区“基础住宅”外墙一砖半，外窗单层窗；采暖锅炉年平均运行效率55%，管网平均输送效率85%等。也就是说，按照节能标准设计建成的集中采暖的居住建筑，在保持同样的室内温度情况下，可以节能50%。

1.基础住宅采暖空调能耗。在计划经济年代，夏热冬冷地区由于采暖期相对较短，以及国家的经济原因，一般居住建筑不设置集中采暖系统。随着该地区经济的高速增长，以及人民生活水平的提高，用于采暖空调的能耗势必迅速增加。与北方不同的是，该地区以往的“基础住宅”采暖空调能耗很少，甚至没有能耗。所以，夏热冬冷地区的采暖空调能耗是新增加的，也是不可阻挡的。《标准》编制的目的是控制其增长量，以使在改善室内热环境的同时，其能耗的增长得到控制。当然，节能目标值 50%是有比较对象的。我们同样采用“基础住宅采暖空调能耗”值作为比较对象，“基础住宅”围护结构的构成、传热系数以及换气次数，按照以往传统做法，即该地区普通砖混结构住宅外墙为 240mm砖墙（包括黏土实心砖和多空砖），传热系数 k = 2.0W/（m ² ·K）；外窗采用单层窗， k = 6.4W/（m ² ·K）；屋面为钢筋混凝土屋面板及简单保温隔热措施， k = 1.5W/（m ² ·K）；换气次数考虑 1.5 次/h。在这样的“基础住宅”中要确定采暖空调能耗，必须要确定室内保持的温度。这涉及到《标准》所确定的室内热环境指标，考虑到应该达到的热舒适水平，同时也考虑到地区的发展不平衡，《标准》确定居室温度夏季控制在 26～28℃，冬季控制在 16～18℃；冬夏季换气次数取 1.0 次/h。但是，计算能耗时室温应该是固定值，同时还要确定采暖空调设备的能效比。我们确定的计算参数为：冬天保持室温18℃、夏天保持26℃的条件下，冬季采用能效比为1的电暖器采暖（直接电热式），夏季采用额定制冷工况时的能效比为 2.2 的空调器降温（根据国标《房间空气调节器》GB/T 7725—1996，分体空调器规定能效比的下限值），由动态模拟计算出全年采暖空调能耗，将它定义为“基础住宅采暖空调能耗”。当然，这只是一个计算的基础值，并不表示该地区所有居住建筑实际发生的能耗，但是，如果没有定义“基础住宅采暖空调能耗”，50%节能率就没有对比值。

2.节能目标由围护结构性能和采暖空调设备效率来分担。与北方地区一样，50%的节能率将由改善围护结构保温、隔热与气密性，和提高采暖空调设备（或系统）的效率来实现。由于目前居住建筑内所采用的采暖空调设备（或系统）通常由住户自行确定、购置，何况还涉及能源种类、供应、价格等问题，不可能由标准进行硬性规定。在《标准》中主要强调设备的能效比，要引导选用能效比高、环保好的产品（或系统）。那么如何来确定这50%节能率中围护结构与设备各占多少百分比呢？我们在《标准》中对采暖空调设备的能效比作如下规定，即采暖设备的额定能效比取1.9，主要是考虑冬季采暖设备部分使用家用冷暖型（风冷热泵）空调器，部分仍使用直接电热型采暖器；考虑到空调器产品质量在提高，夏季空调设备额定能效比取 2.3，由此计算各地围护结构与设备各分摊的比例。经对于该地区多个主要城市的全年能耗计算，大致上来说，围护结构与设备各分担一半左右，围护结构一般分担略低于 25%。

所以，50%节能率要这样来理解，从发展的角度来看，夏热冬冷地区的居民会对冬夏季室内热环境提出更高的要求，按节能标准设计的居住建筑的能耗，在保持全年舒适环境下，将比维持同样室内热环境的既有建筑节能50%。

要实现节能50%，必然会增加建筑的造价，也就是说，大约有25%的节能目标是靠改善围护结构保温、隔热及气密性来实现的。在《标准》编制过程中，我们在确定节能居住建筑围护结构传热系数限值时，考虑控制增加的建筑造价在10%以内。

二、编制《标准》有关的技术问题

（一）《标准》中有两种指标来控制节能设计

一种为规定性指标，即规定该地区居住建筑围护结构传热系数限值，和采暖空调设备最低能效比值；另一种为节能综合指标（或称性能性指标），即规定居住建筑每平方米建筑面积允许的采暖空调设备能耗指标。规定性指标操作容易、简便；性能性指标则给设计者更多、更灵活的余地。

1.规定性指标（围护结构传热系数限值）由于建筑能耗，建筑热环境质量，室内空气质量和气候环境、建筑热工性能，建筑功能、规划布局、单体设计等众多因素之间存在错综复杂的、且动态变化的关系，建筑节能设计中各技术参数的确定涉及到多种知识和技术的高度综合，难度非常大。

实际工程中，由于时间等客观条件的限制及设计人员水平等各种原因，很难就具体工程全面深入分析上述关系，从而优化设计。工程界和有关部门在总结工程实践经验和科学研究成果的基础上，针对有代表性的典型工程条件，对工程的关键参数值作出规定，以标准、规范的形式提供给工程设计人员。这些规定的参数值即是规定性指标。设计人员在设计时不用再作那些复杂的计算分析，而直接采用规定性指标进行设计。

规定性指标使设计人员摆脱了复杂高深的计算分析，大量节省了时间，在保证工程设计的合理性和成功方面有重大作用。

由于确定规定性指标时，主要考虑普遍情况，规定性指标在一定范围内是普遍适用的、合理的。但是每一个工程都有其不同于普遍情况的特殊性，规定性指标对适用范围内的一个具体工程，往往不是最佳的。即按规定性指标很难进行优化设计。

另外，在某些特殊条件下，可能与规定性指标发生冲突。新的工程技术、材料出现时或对工程有新要求时，最容易发生这种情况。甚至出现规定性指标阻碍新技术应用和压抑设计人员创造性的情况。

2.性能性指标（节能综合指标）性能性指标在保证实现节能目标的前提下，使建筑节能设计标准具有充分的灵活性，为新技术的采用和具体工程项目的最优化创造了条件。

性能性指标由建筑热环境的质量指标和能耗指标两部分组成，对建筑的体型系数、窗墙面积比、围护结构传热系数等技术参数不再作硬性规定。设计人员可自行确定具体的技术参数，但必须同时满足建筑热环境质量指标和能耗指标的要求。建筑物的节能综合指标主要是采暖年耗电量和空调年耗电量，《标准》中对应于不同的采暖度日数和空调度日数给出了每平方米建筑面积采暖年耗电量和空调年耗电量的最大限值。对一栋具体的居住建筑，按照《标准》严格规定的统一计算条件，计算出它的采暖年耗电量和空调年耗电量，如果这两者之和不超过《标准》中给出的相应最大限值之和，这栋建筑就是节能建筑；反之它就不符合节能要求，就应该在设计上作调整，直到符合要求为止。

（二）应用逐小时动态模拟计算方法

在标准编制过程中，无论计算基础住宅采暖空调能耗，还是计算节能综合指标，都要进行全年能耗分析计算。由于夏热冬冷地区的气候特性，室内外温差比较小，一天之内温度波动对围护结构传热的影响比较大，尤其是夏季，白天室外气温很高，又有很强的太阳辐射，热量通过围护结构从室外传入室内；夜里室外温度下降比室内温度快，热量有可能通过围护结构从室内传向室外。由于这个原因，为了比较准确地计算采暖、空调负荷，并与现行国标《采暖通风与空气调节设计规范》 GBJ 19保持一致，需要采用动态计算方法。

动态的计算方法有很多，本标准采用了反应系数计算方法，应用美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的DOE- 2软件，对居住建筑的热过程进行全年8760h的动态模拟，根据模拟结果计算出采暖年耗电量和空调年耗电量。

逐时气象资料是应用动态模拟计算软件进行建筑室内热环境及全年采暖空调能耗最主要的条件，对于这类模拟计算，至少需要逐小时温度、湿度、风速、以及太阳总辐射量和直接辐射量。此外，为了避免逐年气候的随机变化，应用一种典型气象年的气象资料要比直接应用某一年实际气象资料更为合理。典型气象年（TMY——Typical Meteorological Year）是以近几十年的月平均值为依据，选取各月接近多年（比如30年）的平均值组成典型气象年。由于选取的月平均值在不同的年份，资料不连续，还需要进行月间平滑处理。但是，迄今为止，我国只有极少数中国城市的典型气象年资料得到了开发，这是因为除了极少的气象台外，气象资料并非逐时的，而是3h或6h间隔的记录值，和每日最大/最小值，部分气象台还测量每日太阳直射和散射辐射总量。这样提出了二个问题，即为了组成典型气象年，首先需要不同城市几十年气象资料；其次，得到典型气象年后，还要由 6h（或3h）时间间隔记录产生出逐小时典型气象年资料。如果从我国气象局去抄录购买各城市30年的气象资料，其工作量及费用都是可观的。我们通过美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）从美国国家气象资料服务中心得到了我国的气象资料，这些资料均根据该城市当地气象台站的气象广播、由美国军事卫星记录下来 16年（1982～1997）的资料。因此，尽管数据库从美国政府组织获得，但气象资料本身符合当地记录。然而，这些资料包含的参数为干球温度、露点温度、大气压力、风速和风向、不同高度的云层量；并按3h的时间间隔记录。我们要做的研究工作是，由不同高度的云层量获得太阳辐射资料，由3h间隔记录获得逐时资料。通过研究我们提出了计算水平面上太阳辐射量的模型，并以国内实测的逐日太阳辐射量验证了计算值的可靠性（见图 1）；提出了插补干球温度计算方法，白天采用付利叶级数原理，而夜间采用线性回归法，它已成功地应用于对3h时间间隔的测量值进行插补。从而已开发了26个中国城市的典型气象年资料，并继续开发其他城市的典型气象年资料，以用于对动态模拟计算。

为了对我国暖通界常用的能耗计算方法——谐波反应法计算全年采暖空调耗电量，和应用DOE- 2程序计算的计算结果作一比较。选择重庆市天奇花园A栋为代表，计算其冷热负荷及全年空调耗电量、采暖耗电量。从计算结果来看，在分析峰值负荷（夏季冷负荷与冬季热负荷）上，两种方法计算的结果有一定差异，冷负荷差异小，热负荷差异大。在进行全年耗电量分析上，用DOE -2 程序计算出的结果与我国暖通界常用的方法计算的结果是一致的，说明用DOE -2 程序分析我国建筑物的全年采暖空调耗电量是完全可行的。由于DOE -2 程序计算功能强大，较之传统方法更适用于进行大规模的全年能耗分析。 efuJWiZltz11dA4/1P+zZHxl88Lxv8G3Cm3dq7CfxlVhGhre7dxvsvFdw6oSLrBO