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1、广州地区居住建筑外围护结构的节能潜力分析摘 要 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准JGJ75-2003颁布实施以来，广州地区许多新建的住宅都进行了节能设计，以达节能50%的规定目标。本文利用动态能耗模拟软件DeST-h，按照标准规定的对比评定法，对广州某栋住宅楼进行了全年空调能耗逐时模拟。通过构建基准建筑和参照建筑，计算得到每一栋建筑全年空调能耗值以及节能百分率，比较和分析了由于采用不同屋顶构造、玻璃类型和墙体构造等围护结构形式对空调能耗的影响，并得到了这些节能措施在建筑可节约能耗总量中所占的百分比。同时，也介绍了在夏热冬暖地区，利用DeST-h对居住建筑进行节能评价的具体方法。关键字 居住建筑
2、 节能潜力 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. 前言广州市位于我国东南沿海，在热工分区上属于夏热冬暖地区。该地区为亚热带湿润季风气候，主要特征表现为夏季炎热时间漫长，冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高而且湿度大，气温的年较差和日较差都很小，太阳辐射强烈，雨量充沛。夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（JGJ75-2003）规定了区内居住建筑的建筑、热工、空调、采暖和通风设计中所采取的节能措施和应该控制的建筑能耗，使其在保证建筑室内热环境质量和居住
7、舒适水平的前提下，与未采取节能措施前相比，全年空调和采暖总能耗减少50%。由于建筑师在设计居住建筑的过程中，注重建筑造型和立面的美观，往往难以同时满足规范中每一条条款的要求，尤其是各个朝向的窗墙面积比和外窗综合遮阳系数等参数。为了综合评价建筑整体围护结构的节能特性，不拘泥于其中各个局部的热工性能，该标准引入了“对比评定法” 1，将所设计的实际建筑与一个作为能耗基准的节能参照建筑作比较，当实际建筑物的能耗不超过参照建筑时，就判定实际建筑符合节能要求。参照建筑是一个符合节能要求的假想建筑，围护结构满足标准的基本节能要求，故它是符合节能50%要求的建筑，并为所设计的实际建筑定下了空调采暖能耗的限值。
8、2. 项目概况本住宅楼共有4层，层高3.5米，一梯二户，朝向为南偏北60度，总建筑面积约为1035平方米，每层面积约为260平方米。每户有一个主卧室和两个次卧室，其建筑基本平面如图1所示。在设计过程中，建筑师已经充分考虑了这栋楼的节能问题，采取了一些墙体、屋顶隔热以及部分外遮阳措施，以降低建筑的空调能耗。其围护结构参数见表1。本文按照规范1的要求，采用不同的围护结构类型，构建了与这栋住宅相对应的基准建筑和参照建筑，并利用清华大学开发的DeST-h动态能耗模拟软件计算它们的全年空调能耗。同时，通过分别修改基准建筑中墙体、屋顶的构造以及窗户类型等设置，研究不同节能措施对建筑总体空调能耗的影响大小，
9、为建筑师进行节能设计提供参考。图1 建筑平面示意图3. 空调能耗的动态模拟计算3.1 计算参数的设置根据规范1的要求，计算条件如下：(1) 室内环境：冬季为16，夏季为26，24小时空调；(2) 室外计算气象参数采用当地典型气象年；(3) 室内不考虑照明得热和其它内部得热；(4) 全年只考虑空调，不考虑采暖。表1 模拟方案围护结构构造及性能参数表基准建筑参照建筑实际方案屋顶构造140mm钢筋混凝土，15mm聚苯乙烯泡沫塑料120mm钢筋混凝土，25mm挤塑聚苯板150mm钢筋混凝土，40mm挤塑聚苯板传热系数(W/(m2K)待添加的隐藏文字内容11.791.0 0.678外墙构造150mm广东
10、重砂浆多孔砖，20mm水泥砂浆抹灰180mm加气混凝土，内外各20mm水泥砂浆抹灰180mm加气混凝土，内外各20mm水泥砂浆抹灰传热系数(W/(m2K)2.470.9010.901外窗朝向ESWNESWNESWN窗墙比0.60.60.60.60.30.450.30.450.60.60.60.45遮阳系数0.90.90.90.90.80.50.80.50.440.440.440.44传热系数(W/(m2K)6.45.612.5换气次数次/h1.51.0 1.0 3.2 实际建筑、参照建筑和基准建筑围护结构热工参数的设定参照建筑的建筑形状、大小和朝向均要与设计建筑完全相同，只是当设计建筑某个围护
11、结构的热工指标(如传热系数、窗墙比等)不满足规范中规定性指标时，需调整至规范要求的限值。而基准建筑围护结构的构成、传热系数以及换气次数均要按照以往传统的做法。这三种建筑围护结构构造及性能参数如表1所示。3.3 计算结果及分析 利用DeST-h分别计算上述三种建筑的全年空调冷负荷，结果如表2所示。图2和图3分别比较了三种模拟方案的全年最大冷负荷指标和全年累计冷负荷。表2 建筑空调冷负荷统计表基准建筑参照建筑实际方案建筑空调面积m21035.94 建筑负荷统计 全年最大冷负荷kW247.45 197.86 183.82 全年累计冷负荷kWh220502.74 138498.17 79298.83
12、建筑负荷面积指标 全年最大冷负荷指标W/m2238.86 190.99 177.44 全年累计冷负荷指标kWh/m2212.85133.69 76.55 图2 全年最大空调冷负荷指标 图3 全年累计冷负荷 从统计表中可以看出，实际方案由于采用了隔热性能较好的墙体和屋顶以及遮蔽系数较大的玻璃系统，其冷负荷值明显小于基准建筑和参照建筑，全年累计冷负荷指标分别比二者降低了64和42.7。对于窗户和墙体来说，较好的隔热性能常常意味着具有较高的气密性，这就会阻碍室外新风在夏季夜间以及过渡季节室外温度较低的时候，从门窗缝隙渗透进入室内降温；同时，隔热门窗具有较小的传热系数，也不利于夜晚室内向室外散热降温。
13、这两个因素都会引起全年空调冷负荷的增加。但是，换气次数较小的两种方案(即参照建筑和实际方案)的冷负荷又反而低。这说明通过提高玻璃系统阻挡太阳辐射的能力以及围护结构整体的隔热性能，是可以弥补由于气密性过高而造成额外增加的那部分冷负荷。4. 节能潜力分析在对外围护结构整体的热工性能作出评价以后，为了更详细地了解不同广州地区居住建筑的节能潜力，便于指导以后的节能设计，并找出围护结构中对建筑能耗影响最剧烈的部分。我们将基准建筑中窗户、墙体和屋顶依次改为与实际方案相对应的设置，以此来考察每一部分对于节约冷负荷的贡献。计算结果如表3所示，各修改方案与基准建筑的全年累计冷负荷对比如图4。表3还列出了各修改方
14、案与基准建筑相比，全年累计可节约冷负荷的百分比，也就是它们的节能率。从中可以看出，空调冷负荷对于窗户玻璃系统的改变最为敏感，其综合遮阳系表3 围护结构构件节能潜力分析表改窗户改墙体改屋顶改窗户及通风换气次数(1.5次/h)建筑空调面积m21035.94 建筑负荷统计 全年最大冷负荷kW84.83 127.24 131.62 104.58 全年累计冷负荷kWh133703.27 213383.20 215814.08 149982.43建筑负荷面积指标 全年最大冷负荷指标W/m281.89 122.82 127.06 100.96 全年累计冷负荷指标kWh/m2129.07 205.98 208
15、.33 144.78与基准建筑相比的节能率39.36 3.23 2.12 31.98 图4 围护结构各构件全年累计冷负荷指标对比数一旦变小，冷负荷将随之而迅速降低；其次就是同时加入通风和减小窗户遮阳系数这种情况，再次就是改变墙体的隔热性能，变化最小的是改变屋顶的隔热性能。 广州地区高温高湿，一年中有很大一部分时间，白天太阳辐射十分强烈，室外气温远高于室内空调温度。透过窗户的太阳辐射得热是形成室内空调冷负荷的主要原因，而由于温差传热造成的得热对空调能耗的影响已经不是十分显著了。而且，在这段时间，开窗引入室外新风降温是不可行的，往往还会加大房间的新风负荷，反而增加空调能耗，这就是加大通风换气次数，能耗还会增加的原因。因此，窗户的综合遮阳系数对于夏季的建筑节能就显得非常重要。改变窗
