廣州地區(qū)居住建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力分析

1、廣州地區(qū)居住建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力分析摘 要 夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)jgj75-2003頒布實(shí)施以來(lái)，廣州地區(qū)許多新建的住宅都進(jìn)行了節(jié)能設(shè)計(jì)，以達(dá)節(jié)能50%的規(guī)定目標(biāo)。本文利用動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件dest-h，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)比評(píng)定法，對(duì)廣州某棟住宅樓進(jìn)行了全年空調(diào)能耗逐時(shí)模擬。通過(guò)構(gòu)建基準(zhǔn)建筑和參照建筑，計(jì)算得到每一棟建筑全年空調(diào)能耗值以及節(jié)能百分率，比較和分析了由于采用不同屋頂構(gòu)造、玻璃類型和墻體構(gòu)造等圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)空調(diào)能耗的影響，并得到了這些節(jié)能措施在建筑可節(jié)約能耗總量中所占的百分比。同時(shí)，也介紹了在夏熱冬暖地區(qū)，利用dest-h對(duì)居住建筑進(jìn)行節(jié)能評(píng)價(jià)的具體方法。關(guān)鍵字 居住建筑

2、 節(jié)能潛力 dest-hanalysis on the energy efficiency potential in the envelopes of residential buildings in the district of guangzhou chen zhuolun meng qinglin (research center of energy efficiency in buildings, south china university of technology, guangzhou 510640, china)abstract since the ordination of

3、“design standard for energy efficiency of residential buildings in hot summer and warm winter zone”, plenty of the new residential buildings in guangzhou are designed to work energy-efficiently, so that the goal to cut energy consumption 50% off should be achieved. in this paper, the energy consumpt

4、ion simulation software dest-h is used to simulate the all-year air-conditioning energy of a residential building in guangzhou. the energy consumption of it, the reference building and baseline are simulated. the energy-saving percentages can be figured out. based on the comparision and analysis of

5、the differences in total consumption of different roof constructions, types of glass and walls, the percentages of these measures taking account in saving energy can be calculated respectively. at the same, this paper also introduces the way to use dest-h to audit energy-efficient design in the hot-

6、summer-warm-winter zone.keywords residential buildings potential of energy efficiency dest-h1. 前言廣州市位于我國(guó)東南沿海，在熱工分區(qū)上屬于夏熱冬暖地區(qū)。該地區(qū)為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，主要特征表現(xiàn)為夏季炎熱時(shí)間漫長(zhǎng)，冬季寒冷時(shí)間很短，甚至幾乎沒(méi)有冬季，長(zhǎng)年氣溫高而且濕度大，氣溫的年較差和日較差都很小，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，雨量充沛。夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（jgj75-2003）規(guī)定了區(qū)內(nèi)居住建筑的建筑、熱工、空調(diào)、采暖和通風(fēng)設(shè)計(jì)中所采取的節(jié)能措施和應(yīng)該控制的建筑能耗，使其在保證建筑室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和居住

7、舒適水平的前提下，與未采取節(jié)能措施前相比，全年空調(diào)和采暖總能耗減少50%。由于建筑師在設(shè)計(jì)居住建筑的過(guò)程中，注重建筑造型和立面的美觀，往往難以同時(shí)滿足規(guī)范中每一條條款的要求，尤其是各個(gè)朝向的窗墻面積比和外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)等參數(shù)。為了綜合評(píng)價(jià)建筑整體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能特性，不拘泥于其中各個(gè)局部的熱工性能，該標(biāo)準(zhǔn)引入了“對(duì)比評(píng)定法” 1，將所設(shè)計(jì)的實(shí)際建筑與一個(gè)作為能耗基準(zhǔn)的節(jié)能參照建筑作比較，當(dāng)實(shí)際建筑物的能耗不超過(guò)參照建筑時(shí)，就判定實(shí)際建筑符合節(jié)能要求。參照建筑是一個(gè)符合節(jié)能要求的假想建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足標(biāo)準(zhǔn)的基本節(jié)能要求，故它是符合節(jié)能50%要求的建筑，并為所設(shè)計(jì)的實(shí)際建筑定下了空調(diào)采暖能耗的限值。

8、2. 項(xiàng)目概況本住宅樓共有4層，層高3.5米，一梯二戶，朝向?yàn)槟掀?0度，總建筑面積約為1035平方米，每層面積約為260平方米。每戶有一個(gè)主臥室和兩個(gè)次臥室，其建筑基本平面如圖1所示。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑師已經(jīng)充分考慮了這棟樓的節(jié)能問(wèn)題，采取了一些墻體、屋頂隔熱以及部分外遮陽(yáng)措施，以降低建筑的空調(diào)能耗。其圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。本文按照規(guī)范1的要求，采用不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型，構(gòu)建了與這棟住宅相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)建筑和參照建筑，并利用清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的dest-h動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件計(jì)算它們的全年空調(diào)能耗。同時(shí)，通過(guò)分別修改基準(zhǔn)建筑中墻體、屋頂?shù)臉?gòu)造以及窗戶類型等設(shè)置，研究不同節(jié)能措施對(duì)建筑總體空調(diào)能耗的影響大小，

9、為建筑師進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考。圖1 建筑平面示意圖3. 空調(diào)能耗的動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算3.1 計(jì)算參數(shù)的設(shè)置根據(jù)規(guī)范1的要求，計(jì)算條件如下：(1) 室內(nèi)環(huán)境：冬季為16，夏季為26，24小時(shí)空調(diào)；(2) 室外計(jì)算氣象參數(shù)采用當(dāng)?shù)氐湫蜌庀竽辏?3) 室內(nèi)不考慮照明得熱和其它內(nèi)部得熱；(4) 全年只考慮空調(diào)，不考慮采暖。表1 模擬方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造及性能參數(shù)表基準(zhǔn)建筑參照建筑實(shí)際方案屋頂構(gòu)造140mm鋼筋混凝土，15mm聚苯乙烯泡沫塑料120mm鋼筋混凝土，25mm擠塑聚苯板150mm鋼筋混凝土，40mm擠塑聚苯板傳熱系數(shù)(w/(m2k)待添加的隱藏文字內(nèi)容11.791.0 0.678外墻構(gòu)造150mm廣東

10、重砂漿多孔磚，20mm水泥砂漿抹灰180mm加氣混凝土，內(nèi)外各20mm水泥砂漿抹灰180mm加氣混凝土，內(nèi)外各20mm水泥砂漿抹灰傳熱系數(shù)(w/(m2k)2.470.9010.901外窗朝向eswneswneswn窗墻比0.60.60.60.60.30.450.30.450.60.60.60.45遮陽(yáng)系數(shù)0.90.90.90.90.80.50.80.50.440.440.440.44傳熱系數(shù)(w/(m2k)6.45.612.5換氣次數(shù)次/h1.51.0 1.0 3.2 實(shí)際建筑、參照建筑和基準(zhǔn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)的設(shè)定參照建筑的建筑形狀、大小和朝向均要與設(shè)計(jì)建筑完全相同，只是當(dāng)設(shè)計(jì)建筑某個(gè)圍護(hù)

11、結(jié)構(gòu)的熱工指標(biāo)(如傳熱系數(shù)、窗墻比等)不滿足規(guī)范中規(guī)定性指標(biāo)時(shí)，需調(diào)整至規(guī)范要求的限值。而基準(zhǔn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、傳熱系數(shù)以及換氣次數(shù)均要按照以往傳統(tǒng)的做法。這三種建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造及性能參數(shù)如表1所示。3.3 計(jì)算結(jié)果及分析 利用dest-h分別計(jì)算上述三種建筑的全年空調(diào)冷負(fù)荷，結(jié)果如表2所示。圖2和圖3分別比較了三種模擬方案的全年最大冷負(fù)荷指標(biāo)和全年累計(jì)冷負(fù)荷。表2 建筑空調(diào)冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表基準(zhǔn)建筑參照建筑實(shí)際方案建筑空調(diào)面積m21035.94 建筑負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 全年最大冷負(fù)荷kw247.45 197.86 183.82 全年累計(jì)冷負(fù)荷kw·h220502.74 138498.17 792

12、98.83 建筑負(fù)荷面積指標(biāo) 全年最大冷負(fù)荷指標(biāo)w/m2238.86 190.99 177.44 全年累計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)kw·h/m2212.85133.69 76.55 圖2 全年最大空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo) 圖3 全年累計(jì)冷負(fù)荷 從統(tǒng)計(jì)表中可以看出，實(shí)際方案由于采用了隔熱性能較好的墻體和屋頂以及遮蔽系數(shù)較大的玻璃系統(tǒng)，其冷負(fù)荷值明顯小于基準(zhǔn)建筑和參照建筑，全年累計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)分別比二者降低了64和42.7。對(duì)于窗戶和墻體來(lái)說(shuō)，較好的隔熱性能常常意味著具有較高的氣密性，這就會(huì)阻礙室外新風(fēng)在夏季夜間以及過(guò)渡季節(jié)室外溫度較低的時(shí)候，從門(mén)窗縫隙滲透進(jìn)入室內(nèi)降溫；同時(shí)，隔熱門(mén)窗具有較小的傳熱系數(shù)，也不利于

13、夜晚室內(nèi)向室外散熱降溫。這兩個(gè)因素都會(huì)引起全年空調(diào)冷負(fù)荷的增加。但是，換氣次數(shù)較小的兩種方案(即參照建筑和實(shí)際方案)的冷負(fù)荷又反而低。這說(shuō)明通過(guò)提高玻璃系統(tǒng)阻擋太陽(yáng)輻射的能力以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的隔熱性能，是可以彌補(bǔ)由于氣密性過(guò)高而造成額外增加的那部分冷負(fù)荷。4. 節(jié)能潛力分析在對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的熱工性能作出評(píng)價(jià)以后，為了更詳細(xì)地了解不同廣州地區(qū)居住建筑的節(jié)能潛力，便于指導(dǎo)以后的節(jié)能設(shè)計(jì)，并找出圍護(hù)結(jié)構(gòu)中對(duì)建筑能耗影響最劇烈的部分。我們將基準(zhǔn)建筑中窗戶、墻體和屋頂依次改為與實(shí)際方案相對(duì)應(yīng)的設(shè)置，以此來(lái)考察每一部分對(duì)于節(jié)約冷負(fù)荷的貢獻(xiàn)。計(jì)算結(jié)果如表3所示，各修改方案與基準(zhǔn)建筑的全年累計(jì)冷負(fù)荷對(duì)比如圖

14、4。表3還列出了各修改方案與基準(zhǔn)建筑相比，全年累計(jì)可節(jié)約冷負(fù)荷的百分比，也就是它們的節(jié)能率。從中可以看出，空調(diào)冷負(fù)荷對(duì)于窗戶玻璃系統(tǒng)的改變最為敏感，其綜合遮陽(yáng)系表3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)能潛力分析表改窗戶改墻體改屋頂改窗戶及通風(fēng)換氣次數(shù)(1.5次/h)建筑空調(diào)面積m21035.94 建筑負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 全年最大冷負(fù)荷kw84.83 127.24 131.62 104.58 全年累計(jì)冷負(fù)荷kw·h133703.27 213383.20 215814.08 149982.43建筑負(fù)荷面積指標(biāo) 全年最大冷負(fù)荷指標(biāo)w/m281.89 122.82 127.06 100.96 全年累計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)kw

15、83;h/m2129.07 205.98 208.33 144.78與基準(zhǔn)建筑相比的節(jié)能率39.36 3.23 2.12 31.98 圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件全年累計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)對(duì)比數(shù)一旦變小，冷負(fù)荷將隨之而迅速降低；其次就是同時(shí)加入通風(fēng)和減小窗戶遮陽(yáng)系數(shù)這種情況，再次就是改變墻體的隔熱性能，變化最小的是改變屋頂?shù)母魺嵝阅堋?廣州地區(qū)高溫高濕，一年中有很大一部分時(shí)間，白天太陽(yáng)輻射十分強(qiáng)烈，室外氣溫遠(yuǎn)高于室內(nèi)空調(diào)溫度。透過(guò)窗戶的太陽(yáng)輻射得熱是形成室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷的主要原因，而由于溫差傳熱造成的得熱對(duì)空調(diào)能耗的影響已經(jīng)不是十分顯著了。而且，在這段時(shí)間，開(kāi)窗引入室外新風(fēng)降溫是不可行的，往往還會(huì)加大房間的新風(fēng)負(fù)荷，反而增加空調(diào)能耗，這就是加大通風(fēng)換氣次數(shù)，能耗還會(huì)增加的原因。因此，窗戶的綜合遮陽(yáng)系數(shù)對(duì)于夏季的建筑節(jié)能就顯得非常重要。改變窗戶綜合遮陽(yáng)系數(shù)有兩種方法，即增加窗戶外遮陽(yáng)和選用遮蔽系數(shù)較低的玻璃系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì)比修改屋頂參數(shù)前后兩個(gè)方案不同樓層相同位置房間的冷負(fù)荷可以發(fā)現(xiàn)，改善屋頂?shù)母魺嵝阅?，減少其傳熱系數(shù)，只會(huì)對(duì)上面幾層房間的能耗有影響，而底層和中間層房間的負(fù)荷沒(méi)有太明顯的降低。因此，這鐘做法是可以提高頂層居民室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的，但是對(duì)于降低全樓的整體能耗，其貢獻(xiàn)不太大。5. 結(jié)語(yǔ)綜合上面所做的計(jì)算與分析，可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：(1) 采用動(dòng)