窗墻面積比對公共建筑能耗影響的數(shù)值模擬

1、窗墻面積比對公共建筑能耗影響的數(shù)值模擬摘要：建立了綿陽某公共建筑的物理模型，運 用 DEST 軟件模擬分析了不同朝向窗墻比對建筑能耗 的影響，并將優(yōu)化模型與基準(zhǔn)模型的能耗狀況進行了 對比分析，得出夏熱冬冷地區(qū)最優(yōu)南向窗墻比應(yīng)為 0.4，北向窗墻比應(yīng)為 0.25。關(guān)鍵詞：窗墻面積比；公共建筑；外窗，能耗 中圖分類號：TU834.5文獻標(biāo)志碼：A文章編號： 1674-9324（2015）05-0099-02建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱過程在冬季和夏季存在很大的 區(qū)別，在夏熱冬冷地區(qū)， 圍護結(jié)構(gòu)全年能耗應(yīng)該對冬、 夏兩季進行綜合考慮 1 。外窗能耗占到外圍護結(jié)構(gòu)能 耗的 35%左右，已經(jīng)成為住宅建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能

2、的重 要節(jié)點 2。目前，外窗面積呈現(xiàn)出逐漸增大而可開啟 面積逐漸減小的趨勢，給建筑節(jié)能提出了嚴重挑戰(zhàn) 3 。本文基于四川省綿陽市氣候區(qū)的特性， 應(yīng)用 DEST 軟件模擬分析了外墻比對建筑能耗的影響，探尋全年 累計能耗最低的窗墻比，提高其建筑節(jié)能的水平。一、幾何模型及室內(nèi)環(huán)境參數(shù)1. 幾何模型。本文以綿陽某公共建筑的大堂作為 實體模型，南北朝向，大堂尺寸為32mx 26mx 9.8m, 體形系數(shù)為 0.22。其中，外墻的傳熱系數(shù)為 0.53 w/m2.k;內(nèi)墻的傳熱系數(shù)為0.76 w/m2.k;樓板的傳熱 系數(shù)為1.5 w/m2.k;門的傳熱系數(shù)為0.763 w/m2.k;窗 的傳熱系數(shù)為2.3

3、1w/m2.k,遮陽系數(shù)為0.7;屋頂?shù)膫?熱系數(shù)為0.53w/m2.k。大堂的幾何模型如圖1。2. 室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)設(shè)定。空調(diào)、燈光及設(shè)備的開 啟時間為7: 00 20: 00,室內(nèi)設(shè)計空調(diào)溫度為26C, 在沒有自然通風(fēng)的情況下，換氣次數(shù)按0.5次/h設(shè)置, 有自然通風(fēng)的情況下，換氣次數(shù)按 5次/h設(shè)置。人員 密度為0.05m2從，人體發(fā)熱量設(shè)定為64w/人，燈光 發(fā)熱量設(shè)定為11w/m2，設(shè)備發(fā)熱量設(shè)置為511w/m2。二、窗墻比對公共建筑能耗的影響1. 南向朝向的窗墻面積比對建筑能耗的影響。由 圖2 (a)可知，隨著南向朝向的窗墻面積比增大，供 暖季的建筑熱負荷指標(biāo)及年耗熱量呈線性降低趨勢

4、， 這與南向朝向在冬季受到的太陽輻射最大有關(guān)，并符 合地球繞太陽運動的規(guī)律；由圖2 (b)可知，空調(diào)季 的建筑冷負荷指標(biāo)及年耗冷量隨南向朝向的窗墻面積 比增大而增大，這是由于在夏天窗戶的面積越大，受 到的太陽熱輻射就越多，進行室內(nèi)的外熱擾量也就越 大有關(guān)，從而增加了空調(diào)冷負荷及耗冷量;建筑的年 總負荷指標(biāo)和年能耗的變化趨勢與空調(diào)季類似。南向 朝向的窗墻面積比由 0.1 增加到 0.9的過程中，采暖季 熱負荷指標(biāo)及年耗熱量分別減少了 0.66w/m2 和 ,空調(diào)季的建筑冷負荷指標(biāo)及年耗冷量分 別增加了 3.11w/m2和,采暖空調(diào)季的建 筑總負荷指標(biāo)和年能耗依次升高了 2.39w/m2和 。2.

5、 北向朝向的建筑窗墻面積比對建筑能耗的影響。由圖3（a）可以看出，供暖季熱負荷指標(biāo)及年耗 熱量隨北向朝向的窗墻面積增加略有增大，但是變化 量很小；從圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)，空調(diào)季冷負荷指標(biāo)及 年耗冷量隨北向朝向的窗墻面積比增大顯著增加，特 別是冷負荷變化的速度非常快；從圖 3（c）可以發(fā)現(xiàn) 年總負荷指標(biāo)及年能耗的變化趨勢與空調(diào)季的變化趨 勢近似。當(dāng)北向朝向的窗墻面積比從 0.1 升高到 0.9 時，供暖空調(diào)季總負荷指標(biāo)及年能耗的增加量依次為 7.70w/m2和3.35 kW.h/m2，空調(diào)季的建筑冷負荷指標(biāo) 及年耗冷量的增加量依次為 6.71w/m2和 ,供暖季的建筑熱負荷指標(biāo)及年耗熱量的 增加量

6、依次為1.11w/m2和。從而得出結(jié) 論，北向朝向的窗墻面積比越小越節(jié)能。3. 優(yōu)化模型與基準(zhǔn)模型的能耗對比分析?；鶞?zhǔn)模 型（建筑的實際幾何模型）南向朝向的窗墻面積比為 0.56，北向朝向的窗墻面積比為 0.56。由于需要滿足 采光及設(shè)計規(guī)范的要求， 本優(yōu)化模型 （模擬結(jié)果優(yōu)化） 南向朝向的窗墻面積比的取值為 0.4，北向朝向的窗墻 面積比的取值為 0.25。從圖 4 的模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，建筑的實際窗墻面 積比大于優(yōu)化模型的窗墻面積比，導(dǎo)致大量的太陽輻 射熱量進入采暖室內(nèi)，可以一定程度降低建筑的熱量 損失，從而降低采暖負荷等指標(biāo)。在夏季，由于窗戶 的面積過大，導(dǎo)致太陽輻射熱進入室內(nèi)，增加了室內(nèi) 的空調(diào)冷負荷，從而增加空調(diào)能耗。經(jīng)過對比，優(yōu)化 模型的年耗冷量比建筑的實際窗墻面積比減小 1.39 kw.h/m2,建筑冷負荷的節(jié)能率達到 2.3%;但是建筑 的年耗熱量多增加0.31 kw.h/m2,耗能率增加0.79%, 總體來說，優(yōu)化后的窗墻面積比比優(yōu)化前更加節(jié)能。三、結(jié)論 在夏熱冬冷地區(qū)的公共建筑，窗墻面積比對建筑 的能耗有一定的影響，通過能耗分析及能耗對比，南 向窗墻面積比為 0.4，北向窗墻面積比為 0.25 時，建 筑的能耗達到最優(yōu)值。參考文獻：1 王怡，劉加平， 肖勇強.自然通風(fēng)房間熱環(huán)境的耦合模擬計算方法J.太陽能學(xué)報，2006, 27 (1).2 閆