夏熱冬冷地區(qū)既有建筑節(jié)能改造

夏熱冬冷地區(qū)既有建筑節(jié)能改造探究摘要使用清華斯維爾軟件公司開發(fā)的節(jié)能設(shè)計(jì)軟件TH-BECS2008，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)（南京）的一幢既有公共建筑的能耗隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)（外墻、外窗、遮陽）改善的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，得出對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的改造對(duì)建筑能耗的影響。關(guān)鍵詞圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造，動(dòng)態(tài)負(fù)荷，影響因子1引言 南京位于夏熱冬冷地區(qū)，該地區(qū)夏季悶熱，冬季寒冷，室內(nèi)熱環(huán)境較差。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平快速提高，空調(diào)設(shè)備也得到普及使用。如何通過改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，使建筑物具有良好的室內(nèi)熱舒適性，降低建筑耗能成為急需研究的課題。目前八十年代以來的既有建筑仍占有相當(dāng)大比重，因此在對(duì)新建建筑加以節(jié)能設(shè)計(jì)的同時(shí)，還應(yīng)研究對(duì)既有建筑的節(jié)能改造。本文以南京的某幢既有公共建筑為例進(jìn)行了動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造對(duì)建筑能耗的影響。2軟件計(jì)算模型斯維爾軟件采用DOE-2.1E-119計(jì)算內(nèi)核，DOE-2用反應(yīng)系數(shù)法[1]來計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。反應(yīng)系數(shù)法，將計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為線性的熱力系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得出某單位擾量（如三角波）作用下的反應(yīng)系數(shù)，也即單位擾量作用下系統(tǒng)的得熱量，由于任意變化的室外溫度可以分解成一個(gè)個(gè)可迭加的三角波，利用導(dǎo)熱微分方程可迭加的性質(zhì)，因此可通過反應(yīng)系數(shù)來求解系統(tǒng)得熱量。反應(yīng)系數(shù)法用時(shí)間序列表示外擾變化，不考慮外擾是否呈周期性變化，反應(yīng)系數(shù)的計(jì)算可參考專門的資料[2]。若反應(yīng)系數(shù)已知，就可利用下式計(jì)算第n個(gè)時(shí)刻,從室外通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)向室內(nèi)的傳熱得熱量?？照{(diào)負(fù)荷的計(jì)算中，室溫相對(duì)恒定，假定tr不變，以一年8760小時(shí)為計(jì)算區(qū)間模擬全年空調(diào)負(fù)荷，則第n時(shí)刻的得熱量為：則n時(shí)刻的室內(nèi)冷負(fù)荷為：3原有建筑動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬計(jì)算：3.1建筑概況辦公建筑，建筑節(jié)能計(jì)算面積7193m2，高度55.5m，層數(shù)16層，建筑外表面積為：6090.32m2，體形系數(shù)0.246。各向窗墻比：東向：0.09，西向：0.31，南向：0.42，北向：0.25，均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)第4.2.4條各朝向窗墻比不超過0.7的規(guī)定[3]。3.2軟件建模如下：改造前主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)的做法：午1.竿踐屋頂構(gòu)造：加照氣混凝土找息坡跡160烘困傳熱系數(shù)倦：蹈K=0.98蹦3W/m墓?厘K湖2.汁矛外墻構(gòu)造：磚丸墻干240窄的傳熱系數(shù)的：灌K=2.01粥7W/m柜?可K清3.帶缸地面構(gòu)造：大享理伐石福+亮砂傘漿繭40坊+殊細(xì)混凝催土凱60而+旗厚混凝甲土薄100目+率沙石墊旨層顯100粥+暖素土夯運(yùn)實(shí)蘇800莖違傳熱系數(shù)累：燕K=3.10類9W/m默?悶K例4.矩陰外窗構(gòu)造闊：佛6砍透明玻袖璃蔑-誦非隔熱金屬窗托框刪K=6.槍5W/m舌?微K蘿人員密度值：診4m2疼/饞人趟照明功率密度粘值繳：舊25W/m裳2許電器設(shè)備功率蜓密度值平：謀20W/m蘿2偏3.3溉名計(jì)算結(jié)果與分妙析：習(xí)表格1匯：全年逐月動(dòng)屆態(tài)負(fù)荷脈月份刷一違二敢三刑四化五蛙六屯七氧八舍九雪十碎十一象十二則總計(jì)喪冷負(fù)荷（話MWh熱）撓10.8妨6.2注24晃52.3疫66.6斜121積178偏141區(qū)104訪68.2司44.6敬13.9飾830.4顛熱負(fù)荷（禁MWh句）惹-139翠-133游-77爪-31財(cái)-12斗-1.1攝-0竭-0所-0.8紫-9.6律-37同-103端-544尺由股表裕1矩可知全年總冷辰負(fù)荷為鍋：確1169.0腫78散MWh讓，最大冷負(fù)荷駕出現(xiàn)在七懷月詠192.89斜6惜MWh公，冷負(fù)荷指標(biāo)疤為兼162.5違kWh/m嗎2嬸；全年總熱負(fù)版荷為捕：瞇-513.2槐12返MWh菊，最大熱負(fù)荷跑出現(xiàn)在一箭月無-132.1搭14射MWh溜，熱負(fù)荷指標(biāo)點(diǎn)為鄉(xiāng)-71.35測(cè)編kWh/m銹2券。寒模擬結(jié)果分析餃：奮冬季某些時(shí)刻欠可能同時(shí)存在網(wǎng)著熱負(fù)荷與少壓量的冷負(fù)荷，驢這是由于在冬升季為克服建筑俘內(nèi)部的燈光、虧設(shè)備、人體的召散熱量以及在餡白天太陽輻射穩(wěn)得熱所造成的拘冷負(fù)荷。虜圖仆1腳中，可以看出影全年冷負(fù)荷中診，由于外窗的膨太陽輻射得熱頂而引起的冷負(fù)志荷占了最大的婆比端例暫47.6銜%鼠，通過外墻導(dǎo)駁熱而引起的冷園負(fù)荷責(zé)占決7.1榆%使，屋頂歷占?xì)?.5久%撿。人員男占悅20.5訪%秤，燈光必占詞14.2棕%喉，設(shè)備泛占禍22.4稍%幫。企圖神2遙中，全年熱負(fù)悅荷中，由于外活窗導(dǎo)熱產(chǎn)生的帝熱負(fù)荷占了最瞇大的比慈例衰69.9廈%平，外墻導(dǎo)熱占手了碌69.1保%互，屋頂鍬占耳3.4包%鹿。外窗輻射得顛熱抵消了部分鄰熱負(fù)察荷久-28.9筆%覆，人恰員咳-7.8余%過，燈芬光河-7.4續(xù)%喚，設(shè)仁備買-8.1咳%躁。枯由此可知，外彈墻在建筑熱負(fù)號(hào)荷中占了相當(dāng)割大的比重，而怒在冷負(fù)荷占的耽比例相對(duì)較小脾。午圖紙1鉛敢建筑各部分在府冷負(fù)荷中的比努例右圖劫2譜覆建筑各部分在戴熱負(fù)荷中的比區(qū)例珠4旬啦改造建筑動(dòng)態(tài)草負(fù)荷模擬計(jì)算衣在研究中采用變僅改造外墻，拼即在外墻外表煮面上用聚氨酯耍做保溫，而外腳窗，屋面，室茄內(nèi)人員，燈光與，設(shè)備的條件篇都不變的條件統(tǒng)下，對(duì)外墻加李以能耗模擬分殊析，考察外墻倡傳熱對(duì)冷熱負(fù)控荷的影響。會(huì)4.1斤低僅改外墻構(gòu)造苗分別將外墻的胳外側(cè)加株5蒸mm甲、隙10教mm拳、姻15仇mm紙、所20喇mm雞、季25撇mm溜、怖30駛mm褲、圖35壤m(xù)m當(dāng)?shù)木郯滨ケ貕?。保溫后的外冶墻傳熱系?shù)分虛別為餅：暗1.494辟W/m問?堵K稅、辱1.186桂W/m返?隙K矮、居0.984忽W/m奮?痰K閥、拜0.84拋W/m雹?亡K浙、砍0.733用W/m牌?終K逐、潔0.65偏W/m霧?監(jiān)K畏、殃0.584閑W/m是?許K壺。吩圖摔3偷西建筑冷負(fù)荷變汽化規(guī)律減圖蔬4橫坑建筑熱負(fù)荷變摧化規(guī)律予外墻改造后熱毅負(fù)荷顯著減少宰，但冷負(fù)荷減燭少的并不明顯絮，由改造前典的嗎115.4蠢kWh/m浙2信減少甜為崇113.3旦kWh/m扇2餅，熱負(fù)荷指標(biāo)脊由改造前錄的倦-75.6調(diào)kWh/m字2伯減少脆為疾-66.2信kWh/m違2廚。且負(fù)荷指標(biāo)靠的降低并非按胃線性規(guī)律變化嘴，減少的程度聞隨著外墻傳熱凝系數(shù)的減少而聚減少，為此定丹義節(jié)能率乓[秋4東]燭：述圖蘭5竭槳建筑負(fù)荷節(jié)能鑰率的變化規(guī)律匪由屑圖愉5給可知：增強(qiáng)外寨墻的保溫性能晌，可使冷熱負(fù)撥荷影響因子增器大，且當(dāng)傳熱睬系數(shù)小蟻于好1或W/m帥?普K駱時(shí)，影響因子么的增大趨勢(shì)減駁少，而外墻做擇保溫所需的經(jīng)棄濟(jì)成本不斷升屯高，因此應(yīng)綜浙合考慮技術(shù)與射經(jīng)濟(jì)的可行性飯。此外，增強(qiáng)孝外墻的保溫，蠟對(duì)熱負(fù)荷的影信響要大于對(duì)冷版負(fù)荷的影響且年在五到七倍之乘間。庸4.2賀摟僅改外窗構(gòu)造畏改造外窗的傳蜂熱系數(shù)分別為斗：唉6.5舍W/m岸?給K擱、饞5.5癥W/m鴉?艙K痕、啟4.5泳W(wǎng)/m村?淺K濤、喪3.5瘡W/m北?糾K軟、歷2.5報(bào)W/m重?雄K蓮、究2岸W/m五?史K瘡。濃計(jì)算結(jié)果分析婦：計(jì)算得到節(jié)螺能率隨著外窗花傳熱系數(shù)的變稍化趨勢(shì)如下所說示：謝圖財(cái)6啄陡建筑負(fù)荷節(jié)能儉率的變化規(guī)律召由姓?qǐng)D刃6疤可以看出由于渾外窗導(dǎo)熱系數(shù)周的減少，外窗借結(jié)構(gòu)的保溫性意能增強(qiáng)，使建干筑熱負(fù)荷減少你，建筑冷負(fù)荷羅略有增加，這杯是因?yàn)樵谶^渡余季節(jié)，由于外興窗的保溫性能抖增強(qiáng)，使得由建室內(nèi)進(jìn)入環(huán)境養(yǎng)的熱量減少，撫也即使冷負(fù)荷航增加。競(jìng)4.3嘗器僅改遮陽的構(gòu)臭造榜采用內(nèi)外遮陽祝設(shè)施夏季（六扯月至九月底）將遮陽系售數(shù)槍0.諷2邁，冬季邁（吵1筆2夕月至次艦?zāi)晔?不月底漸）截0.梳8紀(jì)，過渡朗季奶0.唱5爛。車計(jì)算結(jié)果分析姓：采用遮陽設(shè)針施以后，全年從建筑冷負(fù)荷鵲由逮1169.0粘78經(jīng)MWH健降低練為球926.33憲8巧MWH追，全年建掌筑熱負(fù)荷戴由姓-513.2踩12告MWH灶降低嗽為沈-266.6置67狂MWH蠟，建筑冷熱負(fù)欣荷節(jié)能率分別翻為閣20.8贈(zèng)%庭，荒48離%勸，節(jié)能效果很姜明顯，建筑中記各個(gè)部分在冷鏟熱負(fù)荷中的比顫例見振圖舌7雹，逢圖烈8老。可以看出由咽于采用了遮陽衛(wèi)設(shè)施，外窗輻朗射在冷負(fù)荷中監(jiān)所占的比例大造大減少。埋圖梯7玉葉建筑各部分在系冷負(fù)荷中的比調(diào)例哭圖液8清投建筑各部分在倒熱負(fù)荷中的比飽例5結(jié)論弱上述模擬計(jì)算灣結(jié)果表明：財(cái)1估）夏熱冬冷地帶區(qū)，增強(qiáng)外墻飛的保溫性能，路降低外墻的傳姿熱系數(shù)，可使辰冷熱負(fù)荷影響棉因