夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)式住宅節(jié)能潛力研究

吳云波 龔延風(fēng)

南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院

夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)式住宅節(jié)能潛力研究

吳云波 龔延風(fēng)

南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院

本文利用DeST軟件模擬，計(jì)算出南京地區(qū)被動(dòng)式住宅全年室內(nèi)自然溫度，分析被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)對(duì)住宅室內(nèi)熱舒適度的保障率，得出夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)式住宅的節(jié)能潛力值，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了DeST軟件能耗模擬的可靠性，最后提出了適用于夏熱冬冷地區(qū)住宅的被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)措施。

夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)式住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能潛力

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996～2008年，我國(guó)總的建筑商品能耗從2.59億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長(zhǎng)到6.55億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中2007年的建筑用能為6.07億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占當(dāng)年全社會(huì)總能耗的23%[1]。同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)室內(nèi)舒適度的要求不斷提高，居住建筑的供暖空調(diào)能耗也逐年增加，居住建筑已成為建筑節(jié)能的重要組成部分[2]。因此，降低居住建筑能耗已是刻不容緩。

被動(dòng)式建筑節(jié)能設(shè)計(jì)能夠達(dá)到既節(jié)省能源又創(chuàng)造舒適環(huán)境的雙重目的，具有較好的節(jié)能效果[3]。被動(dòng)式建筑節(jié)能技術(shù)是指通過(guò)建筑自身的布局、材料、做法等契合氣候輔以空調(diào)設(shè)備間歇運(yùn)行達(dá)到舒適與節(jié)能的技術(shù)[4]。

本文利用DeST軟件模擬，計(jì)算出南京地區(qū)被動(dòng)式住宅全年室內(nèi)自然溫度，得出夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)式住宅的節(jié)能潛力值，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了DeST軟件能耗模擬的可靠性，最后提出了適用于夏熱冬冷地區(qū)住宅的被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)措施。

1 被動(dòng)式住宅DeST模擬

本文選取南京市區(qū)一棟25層住宅建筑作為基礎(chǔ)建筑模型，建筑面積14175.8m2，層高為2.9m，建筑朝向?yàn)檎希瑬|、南、西、北向的窗墻比為0.10、0.29、0.10、0.27。建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見(jiàn)圖1。

由表1可知，德國(guó)被動(dòng)式住宅主要通過(guò)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能，房屋氣密性和回收室內(nèi)余熱來(lái)降低建筑能耗，而南京地區(qū)屬于夏熱冬冷地區(qū)，考慮到夏季隔熱和冬季采暖的需要，本次模擬中將夏季遮陽(yáng)系數(shù)設(shè)為0.2，冬季遮陽(yáng)系數(shù)設(shè)為0.8。制冷季設(shè)為6月15日至9月15日，供暖季設(shè)為12月1日至2月28日。

經(jīng)過(guò)大量計(jì)算，筆者發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)通風(fēng)次數(shù)對(duì)冬夏季住宅室內(nèi)溫度有著較為明顯的影響，現(xiàn)對(duì)照被動(dòng)式住宅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分別模擬兩種通風(fēng)模式下典型房間的室內(nèi)自然溫度，具體設(shè)置見(jiàn)表2與表3。

以頂層冬季最不利房間R25-34368、夏季最不利房間R25-34374和第四層南向房間R4-29240（冬季較有利）為研究對(duì)象，對(duì)兩種通風(fēng)模式下室內(nèi)自然溫度進(jìn)行模擬。

1）由圖2和表4知，在冬季供熱期，最不利北向房間（R25-34368）模式一室內(nèi)自然溫度介于14～20℃之間，基本滿足熱舒適度要求，而模式二室溫小于13℃小時(shí)數(shù)達(dá)到一半，需較長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟空調(diào)制熱。

2）由圖3和表5可知，在冬季供熱期，較有利南向房間（R4-29240）模式一室內(nèi)自然室溫介于15～23℃之間，滿足室內(nèi)熱舒適度要求，而模式二室溫小于13℃的小時(shí)數(shù)接近200，需間歇性開(kāi)啟空調(diào)制熱。

3）由圖4和表6可知，在夏季制冷期，最不利南向房間（R25-34374）模式一室內(nèi)自然室溫大于29℃的小時(shí)數(shù)為350，在個(gè)別時(shí)段需開(kāi)啟空調(diào)制冷，而模式二室溫大于29℃的小時(shí)數(shù)為502，需開(kāi)啟空調(diào)時(shí)間高于模式一。

綜合以上典型房間計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，同樣采用被動(dòng)式住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及室內(nèi)熱回收，將室內(nèi)換氣次數(shù)從1次/h降為0.6次/h（夏季早晨開(kāi)窗通風(fēng)2h）后，冬季室內(nèi)自然溫度基本處于15℃以上，被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)對(duì)室內(nèi)熱舒適度的保障率接近百分之百；夏季室溫高于29℃的時(shí)間明顯縮短，只需在個(gè)別時(shí)段空調(diào)制冷。

2 65%節(jié)能住宅DeST模擬

仍以該棟25層住宅為建筑模型，模擬江蘇省夏熱冬冷地區(qū)65%節(jié)能住宅的室內(nèi)自然溫度。制冷季為6月15日至9月15日，供暖季為12月1日至2月28日，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表7。

選取第四層北向房間R4-29222室內(nèi)溫度與室外溫度計(jì)算結(jié)果對(duì)比（圖5）。

由圖5可知，在冬季最冷月（12月4日至1月4日），室外溫度逐漸由12℃降至0℃，而室內(nèi)溫度由12℃緩慢降至9℃左右。其中12月4日18點(diǎn)至12月7日18點(diǎn)，南京室外氣溫開(kāi)始驟降趨勢(shì)，房間R4-29222室內(nèi)外溫度變化關(guān)系如圖6所示。

由圖6可知，12月4日18點(diǎn)至12月7日18點(diǎn)，室外氣溫由15℃驟降至0℃左右，而北向房間室內(nèi)溫度由13℃緩慢下降至11℃左右。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析

本次測(cè)試實(shí)驗(yàn)的住宅位于南京市西堤國(guó)際小區(qū)某居民樓（四樓），利用溫度巡檢儀對(duì)其北向臥室進(jìn)行了冬季一個(gè)月連續(xù)室溫的記錄（12月4日~1月4日），數(shù)據(jù)記錄間隔時(shí)間設(shè)置為20分鐘，測(cè)試對(duì)象位置見(jiàn)圖7。

該住宅樓為南北朝向，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，外墻和屋面分別采用了30mm、40mm擠塑聚苯乙烯保溫板。測(cè)試房間有一北向外窗，鋁合金活動(dòng)卷簾外遮陽(yáng)，窗戶玻璃采用12mm雙層中空玻璃，住宅整體圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能基本滿足65%節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

由圖8可知，進(jìn)入冬季最冷月后，南京室外日平均氣溫逐漸從12℃降至0℃左右，而測(cè)試住宅的最不利北向房間，溫度逐漸從13℃降至9℃左右，降溫幅度較為平穩(wěn)。

選取12月4日18點(diǎn)至12月7日18點(diǎn)測(cè)試房間室內(nèi)外溫度對(duì)比，如圖9。

由圖9可知，12月4日18點(diǎn)至12月7日18點(diǎn)，室外氣溫由15℃驟降至0℃左右，而北向房間室內(nèi)溫度由13℃緩慢下降至11℃左右。

對(duì)比本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與第二節(jié)中65%節(jié)能住宅室溫模擬，計(jì)算結(jié)果基本吻合，可知利用DeST軟件對(duì)住宅室溫模擬得出的室內(nèi)外溫度關(guān)系是可靠的。

4 結(jié)論

通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，適用于南京這類(lèi)典型夏熱冬冷地區(qū)的被動(dòng)式住宅節(jié)能技術(shù)有：

1）在現(xiàn)有65%節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下，繼續(xù)大幅提高居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（外墻、屋頂、門(mén)窗等）保溫性能；

2）夏季注意隔熱，積極采用外遮陽(yáng)，而冬季需充分利用太陽(yáng)輻射改善室內(nèi)熱環(huán)境；

3）提高房屋整體氣密性，室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)可降至0.6次/h；

4）采用帶熱（冷）回收功能的高效率（75%以上）通風(fēng)系統(tǒng)。

通過(guò)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在夏熱冬冷地區(qū)住宅的合理應(yīng)用，冬季室內(nèi)基本不需空調(diào)采暖，室內(nèi)熱舒適度保障率達(dá)到100%；夏季空調(diào)制冷時(shí)間縮短至350小時(shí)左右，室內(nèi)熱舒適度保障率達(dá)到83.8%。

[1]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告(2010)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010

[2]金斯科,龔延風(fēng).南京地區(qū)典型居住建筑能耗模型及65%節(jié)能措施研究[J].暖通空調(diào),2011,41(2):94-96

[3]張輝.被動(dòng)式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的探討[J].科技風(fēng),2010,(2):11-13

[4]許錦峰,黃欣鵬,吳志敏.被動(dòng)式節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,(5):61-63

[5]劉民.被動(dòng)建筑在歐洲的實(shí)踐[J].四川建筑,2007,(3):27-28

Resea rc h o f Pass ive House Ene rgy Sav ing Po ten tia l in Ho t Summ e r&Co ld W in te r Zones

WU Yun-bo,GONG Yan-feng
College of Urban Construction and Safety Engineering,Nanjing University of Technology

In order to implement the higher energy efficiency standards of residential for Hot Summer&Cold W inter Zones,the energy saving potential of passive house in Hot Summer&Cold W inter Zones was calculated by DeST software.Finally,some passive energy savingmethods for residentialhouse in Hot Summer&Cold W inter Zoneswere put forward.

HotSummer&ColdWinter Zones,passivehouse,building envelope insulation,energy saving potential

1003-0344（2014）03-035-4

2013-5-14

吳云波（1987～），男，碩士研究生；南京市鼓樓區(qū)中山北路200號(hào)南京工業(yè)大學(xué)（210009）；E-mail:342166937@qq.com