探讨现代住宅节能计算分析
2019-09-03 16:12
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探讨现代住宅节能计算分析

摘要:作者从能耗的原因分析影响能耗的方方面面。又从一个实例对建筑物围护结构进行分析、计算,对其门窗、屋面、墙体、地面来分析各节点的保温,计算各节点的传热系数。

关键词:住宅节能;能耗因素;围护结构;保温材料

1住宅节能

2001年建设部发布的《居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001),要求居住建筑通过采用增强建筑物围护结构保温隔热性能和提高采暖、空调设备能效比的节能措施,在保证相同的室内热环境指标的前提下,与未采取节能措施前相比,采暖、空调能耗应节约50%。按照节能规划,全部新建(在建)住宅建筑和部分公共建筑实行新的节能标准。住宅内部发热量相对较低,体形比偏小。因此,此类建筑的热能就更多地依赖于外界气象环境。我国地域辽阔,不同地区气象条件差异很大,要在低能耗的条件下获得较好的室内冷热舒适,所需要采取的措施也大不相同,绝不是简单地只是采用外墙和窗保温等措施就能解决的,还要在建筑规划设计、材料与部品选用、施工图设计、采暖空调系统选择等每一个环节都做深入细致的工

作,根据当地气候特点确定最适宜方案。我国从北到南大致可分为5个热工区,不同区域对能量耗用的设计要求有所不同[1]。

针对以上分区中,具体的住宅应按要求因地制宜,制定合理的保温措施,这是外因。从内因方面来看,住宅是否节能、节多少能,决定于住宅单体本身的属性,包括建筑外形、建筑朝向、建筑围护结构设置(如窗墙比)、围护结构热惯性、通风、采光、太阳能的利用等多方面的因素所决定的。

(1)建筑体形对能耗的影响。体形系数的定义为单位体积的建筑外表面积。直接反映了建筑单体外形的复杂程度。一般来讲,建筑物体形系数每增加0.1,建筑物的累计耗能量增加10%~20%。因而在设计中要尽可能地减小体形系数,减小能耗的影响。

(2)建筑物朝向对能耗的影响。我国由于地处北半球,大部分房屋坐北朝南,可综合考虑冬季日照和防风,夏季防晒和自然通风、降雨、利用地形和节约用地等方面因素时,按最佳或者适宜朝向来布置,以达到节能目地。表2取一些有代表性地区(城市)作参考[1]。

(3)窗墙比对能耗的影响。要求住宅中北向、东西向和南向的窗墙比应分别低于25%、30%或35%,但由于现在人们往往追求大窗户,以使住宅更加通透明亮。因而如果超此上限,则考虑减小窗户的传热系数,减小外墙的传热系数,对夏季炎热地区并考虑设计室外水平遮阳或室内遮阳,达到节能目地。

(4)热惯性对能耗的影响。由于围护结构的传热量和温度波动与外扰波动幅度之间会存在一定的衰减关系,衰减的程度取决于围护结构的蓄热能力。围护结构的热容量愈大,蓄热能力就愈大,衰减和滞后就愈明显。一般来说,厚重的材料其蓄热能力就越大,由该材料组成的围护结构热稳定性就好,房间温度相对抵抗外扰波动的能力就越强。这对减少建筑能耗有着重要意义,尤其是对于昼夜室外温差变化较大的地区,在夏季的夜间,利用自然通风将冷量蓄存在室内的围护结构里,白天可以降低房间的自然室温约2~3C,大大地延长了非空调时间,同时也降低了白天的空调峰值负荷,节能效果非常明显。此外即使是相同材料组成的围护结构,不同的采暖空调运行模式对围护结构材料顺序的设置要求也是不同的。连续运行模式,希望房间的温度波动尽可能的小,因此在围护结构里则应选用蓄热能力大的厚重

材料,将轻质保温材料外置于外墙,减小采暖能耗。相反对于间歇运行的采暖或者制冷,则要求房间的冷热反应要快,要求内侧围护结构蓄热要低,降低耗于内侧围护结构的能量。

(5)通风对节能的影响。建筑物内通风十分必要,其决定人们健康和舒适的重要因素之一。通过有效的可控住宅通风,降低室内气温和相对湿度,促进人体汗液蒸发降温,可以有效地降低建筑物运行能耗。因而合理设计窗门的位置,建筑物之间的位置,引导自然风或者利用热压(如天井、烟囱)实现自然通风,从而节约能耗。

(6)采光对节能的影响。天然光是一种无污染,可再生的天然优质光源,具有照度均匀、无眩光、持久性好等特点。天然光为人们提供健康的室内光环境。合理利用天然光可减少全年住宅能耗约10%,可见合理的住宅采光对节能起比较大的作用。而在照明方面尽可能采用节能高效灯,达到节能的作用。

(7)利用太阳能对节能的影响。太阳能作为可再生资源,既环保,又取之不尽,用之不竭。可用太阳能电池蓄电用,或制冷、制热、供暖、利用太阳能被动式通风降温等多种方式。目前在住宅中最常用的是用太阳能加热水,作为生活洗澡、洗涤用途,代替电加热或者燃气加热,也是一种很好的节能手段。

2围护结构分析

对于住宅来讲,除以上讲到的节能对其影响外,则对其本身而言就是围护结构的保温节能了。所谓围护结构是指屋面、外墙、门窗、分户墙、楼板等隔离设施。能量传递的3种方式:传导,涉及所有结构;辐射,涉及窗;对流,涉及门与窗的气密性。因而,需要采取的有效节能保温措施来对付通过上述3种方式的损失的能量。以基准建筑和节能建筑来作对比。基准(Baseline)建筑:是指未采用节能措施的建筑作为比较能耗的基础,称为基准建筑。以夏热冬冷地区为例来分析[2]。

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)要求围护结构传热系数规定如表4所视[4]。

围护结构的传热阻应按下式计算:

Ro=Ri+R+Re

式中:

Ro-围护结构的传热阻[(m2.K)/W];

Ri-内表面换热阻[(m2.K)/W],取0.11(m2.K)/W;

Re-外表面换热阻[(m2.K)/W],取0.04(m2.K)/W;

R-围护结构热阻[(m2.K)/W]。

传热系数K=1/R。

笔者以某工程实例来阐述围护结构节能计算分析。该工程规模为181542m2,其中住宅占145740m2,由35幢房屋组成,小高层(11+1)占12幢,多层占23幢。保温重点部分为窗、门、外墙,其次为屋顶、地板、分户墙。下面以其中的一幢小高层来分析。技术指术:层数为11层加顶层复式层,层高全部为2.9m,两个单元组成,配有电梯一台及人行楼梯,建筑面积为6240m2,每层面积约为520m2,建筑物宽14.6m,长40m,高36m。建筑物外围结构的各个节点分析保温节

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