低輻射玻璃窗高層住宅建筑能耗計(jì)算

陳蘭娥 劉佳瓊

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院建筑學(xué)院，廣東廣州 510800)

1 居住建筑熱環(huán)境模擬計(jì)算軟件簡(jiǎn)述

使用軟件為清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的居住建筑熱環(huán)境模擬計(jì)算軟件，并應(yīng)用它對(duì)高層居住建筑能耗模擬計(jì)算，建筑室內(nèi)熱環(huán)境及采暖通風(fēng)空調(diào)制冷系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的狀態(tài)下模擬計(jì)算環(huán)境;此軟件由清華大學(xué)從1990年開(kāi)始開(kāi)發(fā)使用的，在此期間曾得到國(guó)家建筑科學(xué)技術(shù)等項(xiàng)目資金支持，至今已經(jīng)形成技術(shù)完善、應(yīng)用廣泛的節(jié)能計(jì)算系統(tǒng)軟件。居住建筑的功能房間較為簡(jiǎn)單，一般有客廳、客房、廚房、洗手間等幾種使用功能空間，所以在模擬能耗計(jì)算軟件中，房間功能內(nèi)擾和系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)是根據(jù)功能空間來(lái)定義，各功能房間上的人、光源和家具設(shè)備熱擾都是固定的。也可以在龐大的構(gòu)件庫(kù)根據(jù)具體情況選擇建筑構(gòu)件。在模擬能耗計(jì)算軟件中，綜合考慮了建筑遮陽(yáng)、自然通風(fēng)、自然天空輻射等因素，使得被模擬居住建筑的真實(shí)能耗狀態(tài)計(jì)算更加合理準(zhǔn)確。

2 模擬能耗計(jì)算軟件參數(shù)設(shè)置及建筑模型

以廣州穗園小區(qū)高層居住建筑為例，對(duì)其能耗進(jìn)行計(jì)算，高層居住建筑的四種工作狀況進(jìn)行全年居住能耗模擬，計(jì)算累計(jì)負(fù)荷值、負(fù)荷峰值、全年能耗等數(shù)值。對(duì)高層居住建筑的四種工作狀況(即建筑模型的內(nèi)部空間劃分、形狀、大小、朝向和使用功能一致，不同的是建筑玻璃外窗材料、技術(shù))進(jìn)行模擬計(jì)算、分析與對(duì)比，總結(jié)出各種工作狀況對(duì)整個(gè)高層居住建筑能耗的情況。

2.1 模擬計(jì)算居住建筑模型

為了模擬計(jì)算合理性，采用廣東廣州當(dāng)?shù)貧夂騾?shù)，內(nèi)部熱環(huán)境按默認(rèn)值設(shè)置。建筑坐北偏東南方向，建筑用地面積258 m2，一共28層，層高2.8 m，建筑總面積7 225 m2。非空調(diào)房間為空房間(樓梯間)、走道、衛(wèi)生間、廚房。空調(diào)房間為客廳、主人房、臥房。

居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)按DeST-h軟件建筑構(gòu)件中的默認(rèn)值，根據(jù)原建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，外墻為礦渣加氣磚砌塊導(dǎo)熱熱阻為0.845(m2·K)/W，傳熱系數(shù)0.976 W/(m2·K);內(nèi)墻為180 雙排孔砌塊導(dǎo)熱熱阻為0.452(m2·K)/W，傳熱系數(shù)1.469 W/(m2·K);屋面為煤礦加氣混凝土保溫屋頂，導(dǎo)熱熱阻為1.069(m2·K)/W，傳熱系數(shù) 0.798 W/(m2·K)。建筑窗戶(hù)幅面采用尺寸為1 600 mm×2 100 mm;衛(wèi)生間窗戶(hù)尺寸為900 mm×1 200 mm。

2.2 溫度、太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度設(shè)定

1)全年360 d干球溫度統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 各天干球溫度統(tǒng)計(jì)圖

2)全年太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

圖2 全年太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖

2.3 參數(shù)設(shè)定

內(nèi)擾參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1，表2。

表1 建筑主要功能房間設(shè)計(jì)用參數(shù)

表2 建筑主要功能房間環(huán)境

3 能耗計(jì)算軟件模擬計(jì)算居住建筑結(jié)果

工作狀況:建筑模型的內(nèi)部空間劃分、形狀、大小、朝向和使用功能一致;不同的是光學(xué)熱工性能參數(shù)的建筑外窗設(shè)計(jì)。

下面首先是采用8厘玻璃鋁合金窗(工一)，K=5.768 W/(m2·K)，SC=0.819 1;8厘遮陽(yáng)型 Low-E玻璃鋁合金窗(工二)，K=5.52 W/(m2·K)，SC=0.468;建筑負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 3。

采暖季開(kāi)始日期:11月15日;采暖季結(jié)束日期:4月13日;空調(diào)季開(kāi)始日期:5月2日;空調(diào)季結(jié)束日期:8月28日。

表3模擬了居住建筑在同一工作狀況下，不同建筑外窗材料與技術(shù)能耗分析中，建筑外窗應(yīng)用8厘玻璃鋁合金窗與8 mm低輻射玻璃鋁合金窗進(jìn)行對(duì)比，得出:單層低輻射玻璃窗比單層普通玻璃窗的全年能耗要少1 039 822.23 kW·h;全年累計(jì)熱負(fù)荷減少了69.78%;但使全年累計(jì)冷負(fù)荷增加了29.89%。由表3分析可以看出，在我國(guó)夏熱冬暖地區(qū)，全年累計(jì)冷負(fù)荷的絕對(duì)值很大，而全年累計(jì)熱負(fù)荷的絕對(duì)值比較小，空調(diào)能耗就是因?yàn)檫@種情況而影響。從統(tǒng)計(jì)得出，模擬居住建筑應(yīng)用遮陽(yáng)型低輻射玻璃外窗對(duì)建筑冷、熱負(fù)荷改良很有意義。

下面是采用中空玻璃鋁合金窗6 mm+9A+6(工三)，K=3.898 W/(m2·K)，SC=0.729;中空玻璃鋁合金窗 6Low-E+9A+6 mm Low-E(工四)，K=3.10 W/(m2·K)，SC=0.349;建筑負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 建筑負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表

表4 建筑計(jì)算結(jié)果

采暖季開(kāi)始日期:11月15日;采暖季結(jié)束日期:4月13日;空調(diào)季開(kāi)始日期:5月2日;空調(diào)季結(jié)束日期:8月28日。

表4中建筑外窗應(yīng)用8厘普通中空玻璃鋁合金窗與8厘低輻射中空玻璃鋁合金窗對(duì)比，中空玻璃窗比8厘低輻射中空玻璃窗的全年能耗要少10 592.58 kW·h;全年累計(jì)熱負(fù)荷減少了52.2%，也使得全年最大熱負(fù)荷減少了2.12%;但使全年累計(jì)冷負(fù)荷增加了41.7%，全年最大冷負(fù)荷也增加27.98%。數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論:模擬建筑應(yīng)用8厘低輻射中空玻璃鋁合金窗外窗對(duì)居住建筑冷、熱負(fù)荷改良有節(jié)能意義。

居住建筑的四種設(shè)計(jì)工作狀況通過(guò)能耗計(jì)算軟件對(duì)全年能耗模擬計(jì)算，計(jì)算冷熱負(fù)荷峰值、累計(jì)負(fù)荷值、全年能耗，結(jié)合數(shù)值對(duì)比，得出結(jié)論:在夏熱冬暖地區(qū)居住建筑中，使用Low-E玻璃鋁合金窗能把建筑能耗大幅度降低約38%～52%，達(dá)到建筑節(jié)能。

［1］李 岳，孟慶林，張 磊.北京某高層寫(xiě)字樓幕墻熱工性能與能耗模擬分析［J］.建筑節(jié)能，2009(9)：8-22.

［2］王曉健，王青宇.Low-E玻璃在冀南地區(qū)公共建筑上適用性分析［J］.中華民居，2011(5)：45.