公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與空調(diào)能耗的關(guān)系

1、建筑節(jié)能公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與空調(diào)能耗的關(guān)系李玉云李漢章童明德周維楚（武漢科技大學(xué)，武漢;武漢市建筑節(jié)能辦，武漢）摘 要 依據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)典型辦公建筑的空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，得出采用節(jié)能 材料，惘護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能率至少可以達(dá)到該項(xiàng)n為 年武漢市建委建設(shè)科技項(xiàng)no關(guān)鍵詞 建筑材料:空調(diào)能耗:公共建筑年期建筑節(jié)能年期建筑節(jié)能據(jù)專家研究,我國(guó)人型公共建筑單位建筑面積能 耗人約是普通居住建筑的倍左右。武漢市的商業(yè)和 居民電力消費(fèi)量己占全市電力消費(fèi)暈的 。公共 建筑體最人、類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及而廣，而且能耗 人，節(jié)能潛力巨人。我國(guó)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中 提出節(jié)能 的目標(biāo)。其中，曲北到南，圍護(hù)結(jié)構(gòu)分擔(dān)

2、節(jié)能率約 ，空調(diào)采暖系統(tǒng)節(jié)能率約 -，照明設(shè)備分擔(dān)節(jié)能率約。本文依據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)，巫點(diǎn)討論建筑材 料（圍護(hù)結(jié)構(gòu)）與空調(diào)能耗的關(guān)系?？照{(diào)負(fù)荷為保持建筑物的熱濕環(huán)境,在某一時(shí)刻需向房間 供應(yīng)的冷量稱為冷負(fù)荷：相反，為了補(bǔ)償房間失熱量 需向房間供應(yīng)的熱量稱為熱負(fù)荷:為維持房間相對(duì)濕 度恒泄需從房間除去的濕量稱為濕負(fù)荷。下聞以一典 型建筑討論圍護(hù)結(jié)構(gòu)與空調(diào)負(fù)荷的關(guān)系。樓是一座辦公人樓，髙，地上 層，地下層。建筑面積為m"不含地下室），空調(diào)面積為肝，窗墻比為，體形系數(shù)為?？照{(diào)冷負(fù)荷空調(diào)房間的冷負(fù)荷包括建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi) 熱量（太陽(yáng)輻射進(jìn)入的熱承和室內(nèi)外溫差經(jīng)閘護(hù)結(jié)構(gòu) 傳入的

3、熱量）形成的冷負(fù)荷、人體散熱形成的冷負(fù)荷、 燈光照明散熱形成的冷負(fù)荷、以及計(jì)算機(jī)等設(shè)備形成 的冷負(fù)荷。冷負(fù)荷計(jì)算方法較多，主要有諧波分解法、 當(dāng)量溫差法和冷負(fù)荷系數(shù)法。H詢，在我國(guó)暖通空調(diào) 匸程中，常用冷負(fù)荷系數(shù)法。本文采用冷負(fù)荷系數(shù)法 計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷。圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的空調(diào)冷負(fù)荷影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷的因索主要有室外氣彖參 數(shù)（人陽(yáng)輻射強(qiáng)度、室外空氣溫度、濕度、風(fēng)速等）。夕卜墻和屋而瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷在口射和室外氣溫綜合作用下，外墻和屋面瞬變 傳熱引起的冷負(fù)荷為：T 式中，為外墻和屋面瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷 （）:為外墻或屋面的面積（）;為外墻和屋而的 傳熱系數(shù)（°C）；為外墻和屋面的冷負(fù)

4、荷計(jì)算 溫度逐時(shí)值（°C）,冷負(fù)荷計(jì)算溫度不僅與室外空氣溫 度和太陽(yáng)輻射的作用有關(guān)，還與建筑朝向、外墻和屋 面的結(jié)構(gòu)等因索有關(guān)：為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度（°C）。表為 基礎(chǔ)建筑（世紀(jì) 年代初期建造的公共建筑，外墻 ，屋面）的外墻與屋面的空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算表甲位外瑞與屋浙面積空調(diào)冷負(fù)荷朝向最大值最小值時(shí)間時(shí)間Mifii結(jié)果。從表中可以看出，各朝向最人值出現(xiàn)的時(shí)刻不 同，點(diǎn);繪小值出現(xiàn)早上至中午。因此，空調(diào)區(qū)域的故人冷負(fù)荷不是各項(xiàng)故人值的簡(jiǎn)單疊加，而是 取逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合繪人值。圖為單位面積外墻與X 面的逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷。從圖中可以看出，空調(diào)冷負(fù)荷 成正弦規(guī)律變化。址人值與最小值均發(fā)生在屋啲（

5、水平 面）。圖為節(jié)能建筑（外墻，屋面）與非基礎(chǔ)建筑的外墻 和屋ifii的逐時(shí)冷負(fù)荷。從圖中可以看出，由于采用了 節(jié)能材料，雖然空調(diào)冷負(fù)荷仍然呈正弦觀律變化，但冷 負(fù)荷值不僅減小了，而且最人值出現(xiàn)的時(shí)間也變了，最 大值為，出現(xiàn)在 ，減少了 的外墻冷負(fù)荷。1.置面*負(fù)荷;2.西i冷負(fù)荷; 3.東增冷負(fù)冷負(fù)荷;5.北堵冷負(fù)荷;6.總冷負(fù)荷o o o o o o o6o.so.g3o.如laaS1 位1積外與面矍時(shí)空冷負(fù)荷1.墓節(jié)繼建煤882節(jié)H金氛5#著ttM*空 負(fù)荷比較外窗引起的冷負(fù)荷（）外窗瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷在室內(nèi)外溫差作用下,通過外玻璃窗瞬變傳熱T引起的冷負(fù)荷為:T 式中，為窗口而積（）;

6、為外窗的傳熱系數(shù) （°C）；為外窗冷負(fù)荷計(jì)算溫度逐時(shí)值。C ； 為室內(nèi)役計(jì)溫度°C O值耍根據(jù)窗框等情況不同進(jìn) 行修正。（）透過玻璃窗的日射得熱引起冷負(fù)荷的計(jì)算方法 透過玻璃窗的日射得熱分為兩部分，一部分是透 過玻璃窗任接進(jìn)入室內(nèi)的A陽(yáng)輻射熱和'窗玻璃吸收 太陽(yáng)輻射后傳入室內(nèi)的熱量。其計(jì)算式為：T式中，為玻璃窗日射得熱空調(diào)冷負(fù)荷（）：為 窗口面積（）； 為標(biāo)準(zhǔn)玻璃（ 厚的普通平板玻 璃）的最人H射得熱系數(shù)（由各地區(qū)的緯度決定）：為 窗的有效面枳系數(shù)；為窗內(nèi)遮陽(yáng)設(shè)施的遮陽(yáng)系數(shù),考 慮內(nèi)遮陽(yáng)，可以減少的H射得熱引起的空調(diào)冷負(fù)荷。如果考慮合適的外遮陽(yáng)措施，還可以進(jìn)一步 減

7、少日射熱最 。圖為某礎(chǔ)建筑的單位外窗空調(diào)冷負(fù)荷。從圖中 可以看出，東窗的最大值為，發(fā)生在 :W窗的最大值為，發(fā)生在 。外窗空調(diào)冷負(fù)荷由大到小的變化趨勢(shì)為。如果沒有遮陽(yáng)，東與西向（或南與北）的H射得熱空 調(diào)冷負(fù)荷相同：當(dāng)有內(nèi)遮陽(yáng)時(shí)，則西向（或南）的空調(diào) 冷負(fù)荷大于東向（或北）的空調(diào)冷負(fù)荷。圖為棊礎(chǔ)建 筑H射得熱空調(diào)冷負(fù)荷與瞬變傳熱空調(diào)冷負(fù)荷的比 較。從圖中可以看出，外窗最大H射得熱冷負(fù)荷大于 外窗瞬變傳熱空調(diào)冷負(fù)荷。因此，評(píng)價(jià)玻璃的隔熱性 能應(yīng)該有兩個(gè)指標(biāo)，即傳熱系數(shù)與玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)。 但要注總以下幾點(diǎn)：i 4710 13 16 19 22L東窗；2.西冷負(fù)荷93的外空冷負(fù)荷300.250.20

8、0.15aloo.5ao* 降低玻璃或透明材料的遮陽(yáng)系數(shù)，可以減少進(jìn) 入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射得熱，降低建筑空調(diào)能耗，但玻璃 或透明材料的遮陽(yáng)系數(shù)過低，同樣也會(huì)降低玻璃或透 明材料的可見光透射率。 從空調(diào)能耗的角度考慮，希與盡可能降低人陽(yáng) 輻射透過玻璃或透明材料進(jìn)入室內(nèi)，即希與遮陽(yáng)系數(shù) 小:從照明的角度，希望提高可見光的透射率。但如果 單一追求節(jié)約照明能耗而盡可能地利用|'|然采光，也 會(huì)增加空調(diào)能耗。根據(jù)香港理工人學(xué)的有關(guān)研究，在 商廈中廳充分利用門然光，照明節(jié)能龜可達(dá)，但所 節(jié)約的能量卻不足以補(bǔ)償空調(diào)所增加的能量O如果 光透射比過小，在LI照率低的地區(qū)，所增加的室內(nèi)照 明用電能耗將超過節(jié)約

9、的采暖制冷能耗。所以咚同時(shí)1總冷負(fù)荷；2.日紂得熱冷負(fù)荷;3.瞬變傳熱冷負(fù)荷圖 口射紂熱與瞬變傳熱冷負(fù)荷比較考慮遮陽(yáng)系數(shù)與可見光的透過比。 從空調(diào)能耗的角度考慮，我們希卑的建筑材料 夏季能反射太陽(yáng)光的紫外線，減少室內(nèi)熱減4冬李， 允許太陽(yáng)光通過，址人程度地利用陽(yáng)光提供溫暖。這 種材料稱Z為知暖知冷的“智能材料”，于 年底問 世，與冃前山場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)板材相比，新材料能降低輻 射 以上，節(jié)省能源 以上。 透明玻璃幕墻的空調(diào)能耗比外墻空調(diào)能耗增 加 以上。圖為基礎(chǔ)建筑外窗與節(jié)能建筑外窗的空調(diào)冷負(fù) 荷比較。采用節(jié)能玻璃減少了的外窗空 調(diào)冷負(fù)荷。w)*etBii1.總冷負(fù)荷;2.日射得熱冷負(fù)荷;3.聲變傳

10、熱冷負(fù)荷圖棊礎(chǔ)外窗與節(jié)能外窗冷負(fù)荷比較外圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)冷負(fù)荷外圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)逐時(shí)冷負(fù)荷見圖。從圖中可 以看岀，變化趨勢(shì)由外窗決定，最大值發(fā)生在:, 采用節(jié)能材料減少了外圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)冷負(fù)荷80.0室內(nèi)熱源與新風(fēng)冷負(fù)荷依據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的人體、新 風(fēng)、照明與設(shè)備發(fā)熱磺指標(biāo)，可以計(jì)算出辦公室各項(xiàng) 冷負(fù)荷指標(biāo)，見表。農(nóng) 單位建筑面枳空調(diào)冷負(fù)荷（mJ兩體 風(fēng) 新內(nèi)備 室設(shè)協(xié)構(gòu) 燦結(jié)冷荷 總負(fù)¥空調(diào)熱負(fù)荷空調(diào)熱負(fù)荷主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、室內(nèi)設(shè)備散熱 和新風(fēng)負(fù)荷組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的空調(diào)熱負(fù)荷祠護(hù)結(jié)構(gòu)引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱杲包括基本耗熱 吊和附加耗熱呆兩部分。毎本耗熱杲的棊木熱昴計(jì)算 公式為：式中

11、，為基本耗熱最；為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積 （）;為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)（°C）；為冬季 室內(nèi)計(jì)算溫度（°C）；為冬季室外空氣計(jì)算溫度（°C）； a為囤護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)（°C）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加 耗熱最主耍是朝向修正率、風(fēng)力附加、外門附加和髙 度附加。武漢市的日照率為 ，小于 ，因此，只需 耍修正東南、西南和南向的修正率。單位外墻（或外窗）外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)熱負(fù)荷見表外I科護(hù)結(jié)構(gòu)的空調(diào)熱負(fù)荷（外也護(hù)結(jié)構(gòu)屋而外墻基礎(chǔ)節(jié)能外窗基礎(chǔ)節(jié)能年期建筑節(jié)能年期建筑節(jié)能60.040.020.00.014710 13 16 19 22時(shí)間（h）1.基礎(chǔ)建筑;2節(jié)能建筑圖基礎(chǔ)與節(jié)能I

12、韋I護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷比較Z'農(nóng)單位建筑面積空調(diào)熱負(fù)荷（）年期建筑節(jié)能“大有恬園”小區(qū)“四節(jié)”成套技術(shù)年期建筑節(jié)能大連“大有恬園”小區(qū)所采用的成套技術(shù)體系，技 術(shù)含帚髙，實(shí)施系統(tǒng)配套集成，支撐了“節(jié)能省地型” 住宅的成功建設(shè)。節(jié)能成套技術(shù)體系主要包括不僅對(duì)外墻而、屋 面、外窗和入戶門采用保溫隔熱措施，還對(duì)地面、樓 梯間墻和分八隔墻進(jìn)行保溫處理的“單八対閉保溫 體系”;采用具有采暖蓄能效率髙和散熱均勻等特點(diǎn) 的低溫輻射地板采暖體系；包括熱源系統(tǒng)、傳輸系 統(tǒng)、受熱本體丁一體的供暖節(jié)能體系，節(jié)能率達(dá)到 。此外“人有恬園”的住宅結(jié)構(gòu)體系采用異型 框架體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔斷結(jié)構(gòu)全部應(yīng)用新型墻 體材料，

13、不僅加強(qiáng)了保溫隔熱性能，提拓了建筑的整 體節(jié)能效果，同時(shí)也減輕了荷載，減少了鋼筋的用 暈，達(dá)到了節(jié)材目的。節(jié)地成套技術(shù)包括選址不占用耕地;利用山地地 形錯(cuò)臺(tái)和地下挖深超過的部分做午庫(kù)，増大土地利 用率;重視土地資源的存留和使用，收集表土和重置 表土用丁綠化。節(jié)水成套技術(shù)包括中水人工循環(huán)利用系統(tǒng)、地表水 半門然循環(huán)利用系統(tǒng)和地下水門然循環(huán)利用系統(tǒng)，還采 用節(jié)水器具，形成了資源循環(huán)利用的生態(tài)水環(huán)境。節(jié)材成套技術(shù)突出反映在一次性裝修到位的產(chǎn) 業(yè)化裝修上，采用工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)裝配的裝修方式，實(shí) 現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化配直。環(huán)境保護(hù)成套技術(shù)包括小區(qū)污水零排放，實(shí)現(xiàn)生 態(tài)式水循環(huán)，加強(qiáng)綠化等措施。該項(xiàng)目丁

14、年 月經(jīng)審批列入建設(shè)部“國(guó)家康 居示范工程”， 年又列為建設(shè)部科技示范項(xiàng)目。 “四節(jié)”理念始終貫穿丁小區(qū)建設(shè)的全過程，并且形成 了一套完整的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。 (木 子)年期建筑節(jié)能年期建筑節(jié)能表用護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能率建筑供冷供熱總節(jié)能率水泵風(fēng)機(jī)制冷機(jī)總功率節(jié)能率水泵風(fēng)機(jī)鍋爐總功率節(jié)能率功率耗油量基礎(chǔ)理筑節(jié)能建筑年期建筑節(jié)能表。采用節(jié)能材料后，外窗減少了 的空調(diào)熱負(fù) 荷，外墻和屋ifii減少了 的空調(diào)熱負(fù)荷。共減少 T的空調(diào)熱負(fù)荷。室內(nèi)熱源在冬季，室內(nèi)人體、照明產(chǎn)生的熱量可以抵消一 部分熱負(fù)荷，本文按室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷的四分Z考 慮。單位建筑|衍枳的各項(xiàng)空調(diào)熱負(fù)荷見表。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能的節(jié)能效果根據(jù)上面

15、對(duì)典型辦公建筑的計(jì)算，可以得出：()采用公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的折標(biāo)，單位 建筑I何積可以減少空調(diào)冷負(fù)荷m，,減少空調(diào)熱負(fù)荷。()通過選擇匹配的冷水機(jī)組、鍋爐等空調(diào)系統(tǒng) 設(shè)備,主機(jī)在供冷季節(jié)的節(jié)能率為 ，采暖季節(jié)的 節(jié)能率為 ，加權(quán)平均節(jié)能率為 ，達(dá)到了公 共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率 的耍 求,計(jì)算結(jié)果見表。參考文獻(xiàn)潘云鋼編著高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)北京：中國(guó)建筑匸業(yè)出版社,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采峻通風(fēng)與空氣調(diào)廿設(shè)計(jì)規(guī)范北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，鄂港建筑設(shè)備I.程技術(shù)交流研討會(huì)I年期建筑節(jié)能年期滬歩宀 m宀 宀 宀 f 宀$宀 f f $宀 s宀 y* J：慶祝:墻材革新與建筑節(jié)能雜志創(chuàng)刊 周年： 卜我與墻材雜志”征稿啟事* * 轉(zhuǎn)眼間，墻材革新與建筑節(jié)能雜志已經(jīng)走過了 年歷3£程，金秋I月，我們即將迎來她 歲的生H。 午來，在國(guó)家墻: :改辦和各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和指導(dǎo)下，在各地墻改辦的人力支持和* ?幫助下，在廣大讀者、作者的關(guān)心和愛護(hù)下，這本雜志已由一棵: :;幼苗成長(zhǎng)為一棵大樹，在推動(dòng)全國(guó)墻材革新和建筑節(jié)能匸作中彳 :發(fā)揮肴巫耍的作用，為促進(jìn)我國(guó)墻體材料行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步貞獻(xiàn): :著一份力雖。:回顧十年歷程，相信每一位關(guān)心雜