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1、 方向随时间而变化，表现为动态传热特征。冬季室外温度较高的晴天，传热过程与夏季类似，只是变化幅度较小。由于上述原因，为了比较准确地计算采暖和空调能耗量指标，并与现行国标采暖通风与空气调节设计规范GBJ19保持一致，应采用动态计算方法。 动态的计算方法很多，国内空调设计的冷负荷计算方法就是其中的一种。国家行标夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ1342001，即将发布的湖北省居住建筑节能设计标准，均采用DOE-2程序动态计算方法。 5.2、DOE-2程序建筑能耗计算 （一）DOE-2程序简介 DOE-2是一个功能非常强大的建筑能耗模拟软件。它是在美国能源部财政支持下，由劳伦斯伯克力国立实验室（
2、lawrence Berkeley National Laboratory） 模拟研究小组开发的。采用FORTRAN语言编写。七十年代末投入运行，经不断维护补充，目前的版本为2.1E, 能在微型计算机上运行。 DOE-2已被很多国家作为编制建筑节能设计标准的计算工具。供建筑师计算建筑能耗用的商业性软件已投放市场。 （二） DOE-2程序流程简介 DOE-2有四个输入模块（气象数据文件、用户数据文件、建筑材料数据库、围护结构构造数据库），五个处理模块（建筑描述语言预处理程序、负荷模拟、系统模拟、机组模拟、经济分析），四个输出模块（负荷报告、系统报告、机组报告、经济分析报告）。DOE-2程序的流程
3、示意图如图3.2所示。 （三） DOE-2计算建筑能耗的数据输入 采用DOE-2程序计算建筑能耗，要求输入以下主要参数数据。 1、气象数据输入 2、用户数据文件输入 （1）、建筑描述。 要求按照DOE-2一整套规定的方法，详细输入建筑平面和立面的各种位置参数。正确的输入将会得到一个完整的建筑物三维模型图，并可从各个角度进行 观察，错误的输入将得不到或得到一个残缺不齐的建筑三维模型图。建筑描述是一项非常仔细而繁琐的工作，这是DOE-2不适合建筑师和设计图纸审查部门用它来计算建筑能耗的根本原因。 （2）、建筑物内部人员、电照明、家电及其它能产生建筑内部得热的设备的情况。 建筑内部得热（电照明、人员
4、、家电、炊事等）的随机性很强，为便于对不同建筑与标准进行能耗比较，应输入定值： 室内照明得热取每平方米建筑每天耗电0.0141kWh；室内人员、炊事、家电等产生的其它得热，分为显热和潜热两部分计算，对卧室和起居室，显热取每天4.33 kWh，潜热取每天1.69 kWh，对厨房和卫生间，显热取每天2.9 kWh，潜热按每天1.76 kWh。折合到每小时的室内平均得热量约为4.3W/m2。 （3）、建筑物所用的采暖空调设备和系统的详细描述。 计算建筑能耗的目的，是比较围护结构系统总的热工性能的优劣，不是选用采暖空调 设备，因此规定选用附加有电热装置的风冷型热泵空调器。其制热性能系数和制冷能效比分别
5、取1.9 与2.3（即国标规定家用空调器的最低能效比），且一户一个系统。 （4）、室内舒适环境条件的设定。 卧室和起居室室内的温度，统一规定冬季全天为18 ，夏季为26，厨卫、贮藏间、走道等非居住空间不设置采暖空调器具和控制温度；整个室内的换气次数为1.0次/小时；不控制湿度。 3、建筑材料数据、围护结构构造数据输入 由于国情不同，DOE-2程序中的建筑材料数据库和围护结构构造数据库不能直接选用，可将当地常用建筑材料和构造的有关数据输入其数据文件库中，计算时任意调用，或将被算建筑实际采用的材料和构造数据在计算时随时输入。要求输入：(1)厚度、(2)导热系数、(3)密度、(4)蓄热系数、(5)比
6、热容等五项数据。（四）DOE-2建筑能耗计算成果报告 以上各种数据输入计算机之后，经过一段时间的运算处理，即可得到负荷（能耗）报告、系统报告、机组（设备）报告、经济分析报告。其中，设备为美国产品，经济分析也仅适用于美国，因此建筑能耗计算只需输出前2项报告。 由于行标夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ1342001中的耗热量指标和耗冷量指标的规定限值，是指气象代表年中最冷月和最热月的能耗 指标，因此也只需要计算得到最冷月的耗热量和最热月的耗冷量报告。将最冷月耗热量除以最冷月的小时数和建筑面积，即得该建筑的耗热量指标qh值；同样，将最热月耗冷量值除以最热月得小时数和建筑面积，即得该建筑得耗冷量
7、指标qc值。 系统报告仅需全年总的采暖耗电量Eh 和空调耗电量Ec指标值。建筑物热能损失 门窗门窗 25 %外墙外墙50 %屋顶屋顶 15 %地下室地下室 10 % 三、降低建筑能耗的主要设计途径 降低建筑能耗和提高室内热环境质量，建筑和建筑热工设计的主要设计途径有如下五点。 1、合理选择建筑朝向。 当不受场地限制时，应优先选择南北朝向（南偏东至偏西150范围内）布置，南北朝向布置的建筑物有以下特点： （一）、建筑能耗低，有利于建筑节能。 在冬季，南向墙面上的日照时间比其它任何朝向墙面都长，太阳辐射照度最大，武汉地区南向墙面上冬季日平均气温5日的平均太阳总辐射照度日总量为1624.2 W/m2
8、，是东或西墙面上日总量的1.69倍，南北两墙面上冬季日平均气温5日的平均太阳总辐射照度之和（2321.8 W/m2），是东西两墙面日总量之和（862.321924.6 W/m2）的1.21倍。并且太阳高度角小，室内日照进深大， 因而南北朝向的建筑冬季获得的太阳辐射热最多。附录中例1和例2的能耗计算结果表明，东西朝向布置时的传热耗热量指标（22.73 W/m2；19.85 W/m2），比南北朝向布置时的传热耗热量指标（21.93 W/m2；18.98 W/m2）高3.6和4.6（其中外窗的传热耗热量高13.1和14.6）。 在夏季，武汉地区日平均气温28日的平均太阳总辐射照度，东西朝向墙面上的日
9、总量之和（2745.825491.6 W/m2），是南北朝向墙面上日 总量之和（2082.71815.13897.8 W/m2）的1.41倍。同时，南向墙面上日照时的太阳高度角大，室内日照进深小，进入室内的太阳辐射热相对较少，但东西向墙面日照时的太阳高度角小，室内日照进深大，进入室内的太阳辐射热最大。由附录例1和例2的能耗计算结果可以看出，东西朝向布置的传热耗冷量指标（14.74 W/m2及13.426 W/m2），比南北朝向布置时的传热耗冷量指标（13.02 W/m2及11.444 W/m2）高13.2及17.3（其中，外窗的传热耗冷量高23.0及26.1）。 上述对比计算结果说明，无论是冬
10、季采暖的传热耗热量指标还是夏季空调的传热耗冷量指标，南北朝向建筑物的最低，东西朝向建筑物的最高，东南西北朝向或西南东北朝向建筑物的指标介于两者之间（比两者的算术平均值高5左右）。 建筑能耗与朝向相关的仅仅是外墙上的墙体、窗户及阳台门等，而屋面、底层室内地面及架空楼面的能耗与朝向无关。因此，降低东西朝向建筑物能耗的唯一途径是加强东、西墙（含门、窗）的保温隔热性能。 （二）、有利于建筑室内自然通风，可减少夏季开空调的时间，从而也就有利于建筑节能。 我国南方地区夏季的主导风向一般为南风或偏南风（河谷、山谷区域出外），南北布置时最有利获得室内自然通风，而冬季的北风或偏北风从背面侵袭，且此时关门关窗，对
11、南向的主要房间影响较小。武汉地区最热的七、八月份的风向频率，东南风约为26.1，西北风约为6.6，西南风约为19，东北风 约为24.5。西南风加东北风的频率约为43.5，东南风加西北风的频率约为32.7，静风频率约为15（多出现在闷热天），仅从有利于室内自然通风角度讲，武汉地区最为有利的建筑朝向为南偏西150。在标准所规定的空调设计温度2628的时间内，当有良好的室内自然通风时，部分时间是可以不开空调的。因此，从有利于室内自然通风角度讲，南北朝向建筑也有利于建筑节能。 （三）、有利于采用较小的窗墙面积比获得最大的室内采光和日照要求。 南向墙面无论是在冬季还是在夏季，有直射光照的时间比其它任何朝
12、向墙面都长，特别是在冬季，只有南朝向房间能获得最多的日照。 2、尽量减小建筑物的体形系数。 以下是体形系数为0.349的例1建筑和体形系数为0.293的例2建筑的传热耗热量指标qHT 、传热耗冷量指标qRT计算结果的比较： 当两建筑均为南北朝向布置时：例1建筑比例2建筑的qHT高15.5、qRT高13.8； 当两建筑均为东西朝向布置时：例1建筑比例2建筑的qHT高14.5、qRT高9.8；当窗户的传热系数由4.70 W/（m2K）全部改为2.70 W/（m2K）时，例1建筑比例2建筑的qHT高17.0、qRT高10.2；当东、西朝向窗户全部改为带铝塑卷帘的单玻塑料窗时，例1建筑比例2建筑的qR
13、T高15.2；当东、西朝向外墙的传热 系数减小20.420.8时，例1建筑比例2建筑的qHT高15.5、qRT高10.3。 以上对比结果表面，体形系数值越大，则表明其表面积越多，建筑围护结构的耗热量指标和耗冷量指标也就越高。但换气耗热量指标和换气耗冷量指标不随体形系数变化。因此，建筑设计应尽量减小建筑物的体形系数。 3、降低建筑能耗的关键是尽量减小窗墙面积比，采用传热系数小的窗户，解决好东、西朝向外墙窗户的外遮阳问题。 （一）、尽量减少窗墙面积比。 由于窗户的传热系数（标准要求不大于4.72.5 W/（m2K）成倍数的大于外墙的传热系数（标准要求不大于1.5及1.0 W/（m2K），因此，减小
14、窗墙面积比是降低建筑能耗的重要途径。从建筑节能这个层面考虑，适宜的窗墙面积 比应是以满足设计标准所要求的室内采光需要(即住宅设计规范所要求的窗地面积比值)为限。任意加大窗墙面积比和流行凸窗，实际上是一个误区。只有在温和或接近温和地区，开大窗户才是比较合理的。 节能建筑不宜设置凸窗和转角窗，理由是： a、增大了建筑物的表面积，即增大了建筑物的体形系数（因凸窗和转角窗凸出外墙面的空气空间已与室内空气连通，通过空气对流传热使二者融为一体，故凸出空间已成为室内的一部分），从而增大了建筑能耗； b、增大了窗墙面积比，即增大了建筑能耗； c、夏季暑天有日照时间，阳光能多向进入室内，不但增大空调能耗，还会降
15、低开与不开空调的室内舒适度； d、窗顶板需按屋面要求设计K1.0 W/(m2K)且D3.0或K0.8且D2.5，窗台板需按架空楼面要求设计K1.5 W/(m2K),很难做到（窗顶板约需混凝土板上设200厚05级加气混凝土砌块或100厚水泥珍珠岩板并做防水层等）； e、增大了工程造价。 只有在冬季有日照时间，能使室内获得较多的阳光，但夜间的采暖能耗会增大，还是得不偿失。 如果是甲方坚持要设置凸窗和转角窗，则应在外窗的窗洞口再设置一层平窗，使之组成双层窗（凸窗和转角窗内侧宜设置内遮阳装置），但平窗的窗墙面积比仍应控制在标准规定的限值以内。 （二）、采用传热系数小的窗户。 从附录中的例1、例2附表5
16、、附表6、附表7中窗户传热耗热量和耗冷量计算结果可以看出，当将传热系数4.70 W/（m2K）改为2.70 W/（m2K）的窗户之后，窗户的传热耗热量减少59.4及59.1，传热耗冷量减少13.8和13.5，其节能效果是很明显的。因此，在经济条件许可的情况下，尽可能采用中空玻璃塑料窗。对体形系数超标较多的别墅建筑，采用低传热系数的窗户则是必须的。 （三）、东、西（东或西偏北300到偏南600范围）朝向建筑的外墙窗户，标准要求应设置太阳辐射透过率20的外遮阳设施。 因东、西（东或西偏北300到偏南600范围）朝向墙面上的太阳总辐射照度大，所以通过窗户进入室内的太阳辐射热也就相对最大。由附录中例1、例2的能耗计算结果可以看出，两建筑东西朝向布置时的窗户传热耗冷量，比南北朝向布置的窗户传热耗冷量多23.0、26.1，窗户的传热耗冷量占整个围护结构传热耗冷量的56.3、59.9。 同时，这一范围朝向墙面上有日照时间的太阳高度角小，阳光直射室内，水平阳台板和垂直隔板的遮阳效果很差；双层窗和中空玻璃窗户也只对降低温差传热起作用，但夏季空调时的室内外温差又较小，并不能阻挡阳光射入室内；反射阳光镀膜玻
