公共建筑圍護結構與空調能耗的關系

1、建筑節(jié)能公共建筑圍護結構與空調能耗的關系李玉云李漢章童明德周維楚（武漢科技大學，武漢;武漢市建筑節(jié)能辦，武漢）摘 要 依據(jù)公共建筑節(jié)能設計標準，通過對典型辦公建筑的空調負荷計算，得出采用節(jié)能 材料，惘護結構的節(jié)能率至少可以達到該項n為 年武漢市建委建設科技項no關鍵詞 建筑材料:空調能耗: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 居民電力消費量己占全市電力消費暈的 。公共 建筑體最人、類型多、結構復雜、涉及而廣，而且能耗 人，節(jié)能潛力巨人。我國公共建筑節(jié)能設計標準中 提出節(jié)能 的目標。其中，曲北到南，圍護結構分擔

2、節(jié)能率約 ，空調采暖系統(tǒng)節(jié)能率約 -，照明設備分擔節(jié)能率約。本文依據(jù)公共建筑節(jié)能設計標準的各項指標，巫點討論建筑材 料（圍護結構）與空調能耗的關系。空調負荷為保持建筑物的熱濕環(huán)境,在某一時刻需向房間 供應的冷量稱為冷負荷：相反，為了補償房間失熱量 需向房間供應的熱量稱為熱負荷:為維持房間相對濕 度恒泄需從房間除去的濕量稱為濕負荷。下聞以一典 型建筑討論圍護結構與空調負荷的關系。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），空調面積為肝，窗墻比為，體形系數(shù)為?？照{冷負荷空調房間的冷負荷包括建筑圍護結構傳入室內 熱量（太陽輻射進入的熱承和室內外溫差經閘護結構 傳入的

3、熱量）形成的冷負荷、人體散熱形成的冷負荷、 燈光照明散熱形成的冷負荷、以及計算機等設備形成 的冷負荷。冷負荷計算方法較多，主要有諧波分解法、 當量溫差法和冷負荷系數(shù)法。H詢，在我國暖通空調 匸程中，常用冷負荷系數(shù)法。本文采用冷負荷系數(shù)法 計算空調冷負荷。圍護結構引起的空調冷負荷影響圍護結構冷負荷的因索主要有室外氣彖參 數(shù)（人陽輻射強度、室外空氣溫度、濕度、風速等）。夕卜墻和屋而瞬變傳熱引起的冷負荷在口射和室外氣溫綜合作用下，外墻和屋面瞬變 傳熱引起的冷負荷為：T 式中，為外墻和屋面瞬變傳熱引起的冷負荷 （）: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

4、荷計算 溫度逐時值（°C）,冷負荷計算溫度不僅與室外空氣溫 度和太陽輻射的作用有關，還與建筑朝向、外墻和屋 面的結構等因索有關：為室內設計溫度（°C）。表為 基礎建筑（世紀 年代初期建造的公共建筑，外墻 ，屋面）的外墻與屋面的空調冷負荷計算表甲位外瑞與屋浙面積空調冷負荷朝向最大值最小值時間時間Mifii結果。從表中可以看出，各朝向最人值出現(xiàn)的時刻不 同，點;繪小值出現(xiàn)早上至中午。因此，空調區(qū)域的故人冷負荷不是各項故人值的簡單疊加，而是 取逐時冷負荷的綜合繪人值。圖為單位面積外墻與X 面的逐時空調冷負荷。從圖中可以看出，空調冷負荷 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）與非基礎建筑的外墻 和屋ifii的逐時冷負荷。從圖中可以看出，由于采用了 節(jié)能材料，雖然空調冷負荷仍然呈正弦觀律變化，但冷 負荷值不僅減小了，而且最人值出現(xiàn)的時間也變了，最 大值為，出現(xiàn)在 ，減少了 的外墻冷負荷。1.置面*負荷;2.西i冷負荷; 3.東增冷負冷負荷;5.北堵冷負荷;6.總冷負荷o o o o o o o6o.so.g3o.如laaS1 位1積外與面矍時空冷負荷1.墓節(jié)繼建煤882節(jié)H金氛5#著ttM*空 負荷比較外窗引起的冷負荷（）外窗瞬變傳熱引起的冷負荷在室內外溫差作用下,通過外玻璃窗瞬變傳熱T引起的冷負荷為:T 式中，為窗口而積（）;

6、為外窗的傳熱系數(shù) （°C）；為外窗冷負荷計算溫度逐時值。C ； 為室內役計溫度°C O值耍根據(jù)窗框等情況不同進 行修正。（）透過玻璃窗的日射得熱引起冷負荷的計算方法 透過玻璃窗的日射得熱分為兩部分，一部分是透 過玻璃窗任接進入室內的A陽輻射熱和'窗玻璃吸收 太陽輻射后傳入室內的熱量。其計算式為：T式中，為玻璃窗日射得熱空調冷負荷（）：為 窗口面積（）； 為標準玻璃（ 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)；為窗內遮陽設施的遮陽系數(shù),考 慮內遮陽，可以減少的H射得熱引起的空調冷負荷。如果考慮合適的外遮陽措施，還可以進一步 減

7、少日射熱最 。圖為某礎建筑的單位外窗空調冷負荷。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 。外窗空調冷負荷由大到小的變化趨勢為。如果沒有遮陽，東與西向（或南與北）的H射得熱空 調冷負荷相同：當有內遮陽時，則西向（或南）的空調 冷負荷大于東向（或北）的空調冷負荷。圖為棊礎建 筑H射得熱空調冷負荷與瞬變傳熱空調冷負荷的比 較。從圖中可以看出，外窗最大H射得熱冷負荷大于 外窗瞬變傳熱空調冷負荷。因此，評價玻璃的隔熱性 能應該有兩個指標，即傳熱系數(shù)與玻璃的遮陽系數(shù)。 但要注總以下幾點：i 4710 13 16 19 22L東窗；2.西冷負荷93的外空冷負荷300.250.20

8、0.15aloo.5ao* 降低玻璃或透明材料的遮陽系數(shù)，可以減少進 入室內的太陽輻射得熱，降低建筑空調能耗，但玻璃 或透明材料的遮陽系數(shù)過低，同樣也會降低玻璃或透 明材料的可見光透射率。 從空調能耗的角度考慮，希與盡可能降低人陽 輻射透過玻璃或透明材料進入室內，即希與遮陽系數(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 會增加空調能耗。根據(jù)香港理工人學的有關研究，在 商廈中廳充分利用門然光，照明節(jié)能龜可達，但所 節(jié)約的能量卻不足以補償空調所增加的能量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1總冷負荷；2.日紂得熱冷負荷;3.瞬變傳熱冷負荷圖 口射紂熱與瞬變傳熱冷負荷比較考慮遮陽系數(shù)與可見光的透過比。 從空調能耗的角度考慮，我們希卑的建筑材料 夏季能反射太陽光的紫外線，減少室內熱減4冬李， 允許太陽光通過，址人程度地利用陽光提供溫暖。這 種材料稱Z為知暖知冷的“智能材料”，于 年底問 世，與冃前山場上的標準板材相比，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能耗比外墻空調能耗增 加 以上。圖為基礎建筑外窗與節(jié)能建筑外窗的空調冷負 荷比較。采用節(jié)能玻璃減少了的外窗空 調冷負荷。w)*etBii1.總冷負荷;2.日射得熱冷負荷;3.聲變傳

10、熱冷負荷圖棊礎外窗與節(jié)能外窗冷負荷比較外圍護結構空調冷負荷外圍護結構空調逐時冷負荷見圖。從圖中可 以看岀，變化趨勢由外窗決定，最大值發(fā)生在:, 采用節(jié)能材料減少了外圍護結構空調冷負荷80.0室內熱源與新風冷負荷依據(jù)公共建筑節(jié)能設計標準所推薦的人體、新 風、照明與設備發(fā)熱磺指標，可以計算出辦公室各項 冷負荷指標，見表。農 單位建筑面枳空調冷負荷（mJ兩體 風 新內備 室設協(xié)構 燦結冷荷 總負¥空調熱負荷空調熱負荷主要由圍護結構負荷、室內設備散熱 和新風負荷組成。圍護結構引起的空調熱負荷祠護結構引起的圍護結構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算 公式為：式中

11、，為基本耗熱最；為圍護結構的表面積 （）;為圍護結構的傳熱系數(shù)（°C）；為冬季 室內計算溫度（°C）；為冬季室外空氣計算溫度（°C）； a為囤護結構的溫差修正系數(shù)（°C）。圍護結構的附加 耗熱最主耍是朝向修正率、風力附加、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）外圍護結構的空調熱負荷見表外I科護結構的空調熱負荷（外也護結構屋而外墻基礎節(jié)能外窗基礎節(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時間（h）1.基礎建筑;2節(jié)能建筑圖基礎與節(jié)能I

12、韋I護結構冷負荷比較Z'農單位建筑面積空調熱負荷（）年期建筑節(jié)能“大有恬園”小區(qū)“四節(jié)”成套技術年期建筑節(jié)能大連“大有恬園”小區(qū)所采用的成套技術體系，技 術含帚髙，實施系統(tǒng)配套集成，支撐了“節(jié)能省地型” 住宅的成功建設。節(jié)能成套技術體系主要包括不僅對外墻而、屋 面、外窗和入戶門采用保溫隔熱措施，還對地面、樓 梯間墻和分八隔墻進行保溫處理的“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 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)能率達到 。此外“人有恬園”的住宅結構體系采用異型 框架體系，圍護結構和內隔斷結構全部應用新型墻 體材料，

13、不僅加強了保溫隔熱性能，提拓了建筑的整 體節(jié)能效果，同時也減輕了荷載，減少了鋼筋的用 暈，達到了節(jié)材目的。節(jié)地成套技術包括選址不占用耕地;利用山地地 形錯臺和地下挖深超過的部分做午庫，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)材成套技術突出反映在一次性裝修到位的產 業(yè)化裝修上，采用工廠生產、現(xiàn)場裝配的裝修方式，實 現(xiàn)了規(guī)?；a、標準化配直。環(huán)境保護成套技術包括小區(qū)污水零排放，實現(xiàn)生 態(tài)式水循環(huán)，加強綠化等措施。該項目丁

14、年 月經審批列入建設部“國家康 居示范工程”， 年又列為建設部科技示范項目。 “四節(jié)”理念始終貫穿丁小區(qū)建設的全過程，并且形成 了一套完整的產業(yè)系統(tǒng)。 (木 子)年期建筑節(jié)能年期建筑節(jié)能表用護結構的節(jié)能率建筑供冷供熱總節(jié)能率水泵風機制冷機總功率節(jié)能率水泵風機鍋爐總功率節(jié)能率功率耗油量基礎理筑節(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 的空調熱負 荷，外墻和屋ifii減少了 的空調熱負荷。共減少 T的空調熱負荷。室內熱源在冬季，室內人體、照明產生的熱量可以抵消一 部分熱負荷，本文按室內空調冷負荷的四分Z考 慮。單位建筑|衍枳的各項空調熱負荷見表。提高圍護結構保溫隔熱性能的節(jié)能效果根據(jù)上面

15、對典型辦公建筑的計算，可以得出：()采用公共建筑節(jié)能設計標準的折標，單位 建筑I何積可以減少空調冷負荷m，,減少空調熱負荷。()通過選擇匹配的冷水機組、鍋爐等空調系統(tǒng) 設備,主機在供冷季節(jié)的節(jié)能率為 ，采暖季節(jié)的 節(jié)能率為 ，加權平均節(jié)能率為 ，達到了公 共建筑節(jié)能設計標準圍護結構節(jié)能率 的耍 求,計算結果見表。參考文獻潘云鋼編著高層民用建筑空調設計北京：中國建筑匸業(yè)出版社,中華人民共和國國家標準采峻通風與空氣調廿設計規(guī)范北京：中國計劃出版社，鄂港建筑設備I.程技術交流研討會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* * 轉眼間，墻材革新與建筑節(jié)能雜志已經走過了 年歷3£程，金秋I月，我們即將迎來她 歲的生H。 午來，在國家墻: :改辦和各級領導的關心和指導下，在各地墻改辦的人力支持和* ?幫助下，在廣大讀者、作者的關心和愛護下，這本雜志已由一棵: :;幼苗成長為一棵大樹，在推動全國墻材革新和建筑節(jié)能匸作中彳 :發(fā)揮肴巫耍的作用，為促進我國墻體材料行業(yè)的技術進步貞獻: :著一份力雖。:回顧十年歷程，相信每一位關心雜