基于DeST對(duì)內(nèi)蒙古寒冷區(qū)低能耗住宅的圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗分析

金國輝　張敏

摘 要：文章通過DeST模擬軟件建立內(nèi)蒙古自治區(qū)某一住宅建筑，在不加保溫層的基礎(chǔ)上，逐一改變外墻、屋頂、窗玻璃、窗墻比等圍護(hù)結(jié)構(gòu)，模擬各個(gè)因素改變時(shí)建筑的熱負(fù)荷值，指出各項(xiàng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)因素對(duì)建筑能耗的影響大小。

關(guān)鍵詞：DeST；住宅建筑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；建筑能耗

引言

建筑能耗占我國總能耗比重30%以上，而住宅建筑能耗占總建筑能耗的比例呈逐年上升趨勢(shì)，對(duì)住宅建筑實(shí)施節(jié)能優(yōu)化措施刻不容緩。影響其能耗的因素有體型系數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然采光等，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)能耗的影響最大。文章對(duì)內(nèi)蒙古寒冷區(qū)某一住宅建筑進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗影響因素分析，運(yùn)用DeST軟件主要對(duì)建筑的外墻、屋頂、窗戶玻璃、窗墻比等因素深入分析。

1 建筑概況及模型的建立

選取內(nèi)蒙古自治區(qū)某一住宅建筑為模擬分析對(duì)象。該住宅建筑為6層磚混結(jié)構(gòu)，層高3m，正南北朝向，南、北向窗墻比分別為0.4和0.3，為后續(xù)比較不同外圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗的影響效果，基準(zhǔn)建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)均未采取任何保溫措施。建筑面積2103.32m2，建筑體積6339.5136m3，外表面積1832.60m2，體形系數(shù)為0.289。建筑平面圖和三維立體圖見圖1、圖2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造見表1。

2 參數(shù)設(shè)置與模擬計(jì)算

2.1 氣象參數(shù)設(shè)置

設(shè)計(jì)計(jì)算用采暖期的平均溫度為18℃，選取內(nèi)蒙古吉蘭太為典型氣象年。

2.2 房間內(nèi)部熱擾參數(shù)設(shè)定

每一戶的住戶房間分別為主臥室、次臥室、客房、起居室、廚房和衛(wèi)生間。主臥室最多2人、次臥室最多2人、客房最多2人、起居室最多3人、廚房最多1人、衛(wèi)生間最多1人，人均發(fā)熱量均為53W/m2，臥室和起居室照明最大發(fā)熱量為5W/m2，起居室設(shè)備最大發(fā)熱量為9.3W/m2，廚房設(shè)備的最大發(fā)熱量為48.2W/m2。

2.3 系統(tǒng)設(shè)定

本次模擬中，對(duì)主臥室、次臥室、客房、起居室進(jìn)行采暖，廚房和衛(wèi)生間不考慮。三個(gè)臥室的空調(diào)啟停統(tǒng)一為臥室空調(diào)啟停，起居室空調(diào)啟停另設(shè)。周一至周五三個(gè)臥室空調(diào)開啟時(shí)間為：1：00-7：00，21：00-24：00，起居室空調(diào)開啟時(shí)間為：7：00-8：00，17：00-21：00；周六周日三個(gè)臥室空調(diào)開啟時(shí)間為：1：00-7：00，12：00-14：00，21：00-24：00，起居室空調(diào)開啟時(shí)間為：8：00-21：00。

2.4 能耗計(jì)算

供暖期為10月15日至來年的4月15日，全年累計(jì)熱負(fù)荷205062.61kW·h，全年累計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)124.23kW·h/m2。

3 對(duì)各個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響因素單項(xiàng)優(yōu)化分析

3.1 單獨(dú)增加不同的外墻保溫層

EPS泡沫板、XPS擠塑板、巖棉板、聚氨酯保溫板等是當(dāng)前建筑應(yīng)用較多的保溫材料，在基準(zhǔn)建筑外墻的基礎(chǔ)上分別加入四種常用的保溫材料，外墻外保溫方案見表2。

除外墻材料改變之外，其余參數(shù)均不變。軟件模擬得出五種方案的建筑熱負(fù)荷分別為124.23kW·h/m2、97kW·h/m2、94.41kW·h/m2、89.67kW·h/m2、88.36kW·h/m2。傳熱系數(shù)的大小與采暖熱負(fù)荷呈線性關(guān)系，傳熱系數(shù)越小，采暖熱負(fù)荷越小，但同時(shí)負(fù)荷下降的趨勢(shì)逐漸趨于緩和。

選取同種保溫材料，改變保溫板的厚度，模擬分析保溫板厚度與能耗的關(guān)系。建筑模型仍采用上述基準(zhǔn)模型，保溫材料選取EPS泡沫板，其他參數(shù)均不變，模擬外墻保溫層為40mm、50mm、60mm、70mm、80mm厚的建筑全年熱負(fù)荷，模擬結(jié)果見表3。

除屋頂材料改變之外，其余參數(shù)均不變。軟件模擬得出五種方案的建筑熱負(fù)荷分別為124.23kW·h/m2、115.76kW·h/m2、112.11kW·h/m2、109.45kW·h/m2、108.99kW·h/m2。建筑熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率分別增加6.82%、9.76%、11.90%、12.27%，上升曲線明顯，說明屋頂加入保溫層，有利于加強(qiáng)室內(nèi)熱穩(wěn)定性。添加屋頂保溫層使建筑熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率分別增加了6.82%、9.76%、11.90%、12.27%，說明屋頂加入保溫層，室內(nèi)熱穩(wěn)定和保溫性能加強(qiáng)，有利于能耗的降低。

3.3 單獨(dú)改變窗戶玻璃

改變?cè)械膯尾?，換成一些常用的節(jié)能玻璃，玻璃方案見表5。

除玻璃改變之外，其余參數(shù)均不變。軟件模擬得出四種方案的建筑熱負(fù)荷分別為124.23kW·h/m2、96.2kW·h/m2、94.81kW·h/m2、95.23kW·h/m2、94.06kW·h/m2。熱負(fù)荷總體呈下降趨勢(shì)，但負(fù)荷指標(biāo)與窗戶的傳熱系數(shù)并不是線性關(guān)系，原因是傳熱系數(shù)是衡量由溫差引起的通過窗戶的熱流量，是傳導(dǎo)、對(duì)流和表面輻射這三種熱傳遞方式的綜合體現(xiàn)，能耗還與窗戶的遮陽系數(shù)、可見光透過率、空氣滲透性相關(guān)。

3.3.1 單獨(dú)改變南向窗墻比

北向窗墻比為0.3，南向窗墻比分別變化為0.4、0.5、0.6、0.7。軟件模擬得出的建筑熱負(fù)荷分別為28.28W/m2、27.31W/m2、26.47W/m2、25.75W/m2，建筑熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率分別增加3.43%、6.40%、8.95%，節(jié)能效果明顯。

3.3.2 單獨(dú)改變北向窗墻比

南向窗墻比為0.4，北向窗墻比分別變化為0.3、0.4、0.5、0.6。軟件模擬得出的建筑熱負(fù)荷分別為28.28W/m2、28.80W/m2、29.29W/m2、29.76W/m2，建筑熱負(fù)荷相對(duì)節(jié)能率分別增加-1.84%、-3.57%、-5.23%，北向外窗面積應(yīng)在滿足采光、通風(fēng)的要求下控制在合適的范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

通過建筑能耗模擬軟件DeST對(duì)建筑模型的外墻、屋頂、窗玻璃、窗墻比這四個(gè)能耗影響因素進(jìn)行逐一模擬分析，外墻保溫材料和南向窗墻比對(duì)建筑熱負(fù)荷影響最大，窗戶玻璃和屋頂保溫材料次之，北向窗墻比與熱負(fù)荷成反比。因此，住宅建筑的節(jié)能要加強(qiáng)外墻保溫層的保溫蓄熱作用；在太陽能充足的地區(qū)，加大南向窗墻比，盡可能的利用太陽熱輻射，同時(shí)減少北向窗墻比，減少室內(nèi)熱量的散失；注重屋頂?shù)谋睾凸?jié)能玻璃的開發(fā)利用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：金國輝（1965，8-），男，內(nèi)蒙古科技大學(xué)，碩士，職稱：教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：土木工程建造與管理。

張敏（1991，11-），女，內(nèi)蒙古科技大學(xué)，學(xué)生，碩士，工程管理。