重慶地區(qū)村鎮(zhèn)建筑窗墻比節(jié)能效果分析

黎蓉，丁勇

（重慶大學(xué) 低碳綠色建筑國(guó)際聯(lián)合研究中心，重慶 400045）

重慶地區(qū)村鎮(zhèn)建筑窗墻比節(jié)能效果分析

黎蓉，丁勇

（重慶大學(xué) 低碳綠色建筑國(guó)際聯(lián)合研究中心，重慶 400045）

文章基于對(duì)重慶地區(qū)農(nóng)村建筑的調(diào)研測(cè)試，統(tǒng)計(jì)分析出農(nóng)宅的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、用能現(xiàn)狀等信息，并從中選出典型建筑，整合相應(yīng)參數(shù)，建立模型。利用Designbuilder軟件對(duì)全年能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，研究建筑整體窗墻比的改變對(duì)能耗的影響程度，并通過(guò)增加模擬工況重點(diǎn)分析南向、北向的能耗變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)對(duì)比工況的節(jié)能分析，判斷改善窗墻比的趨勢(shì)，為夏熱冬冷地區(qū)村鎮(zhèn)建筑窗墻比的合理設(shè)計(jì)以及建筑節(jié)能提供參考。

村鎮(zhèn)建筑；窗墻比；用能現(xiàn)狀；節(jié)能分析；能耗模擬

村鎮(zhèn)建筑是我國(guó)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展全局具有重要意義。如何在促進(jìn)我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)和保證農(nóng)民生活水平提高的前提下，營(yíng)造出一個(gè)健康、舒適的農(nóng)村建筑室內(nèi)環(huán)境，而不造成能耗的大幅度增長(zhǎng)，是我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)必須面對(duì)和解決的戰(zhàn)略性問(wèn)題[1]。

建筑本體性能的改善是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要措施之一，其中窗墻比是影響建筑本體性能的關(guān)鍵因素[2]。窗墻比的加大，一方面，由于玻璃的透射性導(dǎo)致房間的熱量增加，在改善冬季熱環(huán)境的同時(shí)，會(huì)加大夏季空調(diào)能耗。另一方面，由于玻璃的傳熱系數(shù)比外墻大，會(huì)增加室內(nèi)外的換熱量。在增加夏季室內(nèi)散熱的同時(shí)，也會(huì)造成冬季采暖能耗的增加。因此，合理的設(shè)置建筑窗墻比對(duì)建筑節(jié)能十分關(guān)鍵[3]。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果：重慶地區(qū)農(nóng)村建筑房屋結(jié)構(gòu)形式以磚混為主，比例達(dá)95%，并以紅磚、灰磚、水泥空心磚作為主要材料。窗戶(hù)基本采用普通單層玻璃窗，窗框材料以鋁合金、塑鋼、木框?yàn)橹?。一般僅在主要功能房間開(kāi)窗，且窗戶(hù)面積較小。82.8%的農(nóng)宅設(shè)置外窗遮陽(yáng)，形式以?xún)?nèi)遮陽(yáng)為主。內(nèi)遮陽(yáng)主要采用窗簾、百葉等材料，外遮陽(yáng)以固定外遮陽(yáng)板為主。建筑外墻均未設(shè)置保溫隔熱措施；有近20%左右農(nóng)宅屋面設(shè)置保溫隔熱，主要有蓄水屋面、種植屋面、彩鋼棚三種形式。

能源除了基本的電能，使用率較高的還有太陽(yáng)能、天然氣、薪柴、液化石油氣以及沼氣。能源消耗主要用于照明、炊事、設(shè)備、生活熱水等方面[4]。

選定重慶地區(qū)典型農(nóng)宅建立模型。該住宅共2層：一層主要功能房間為堂屋、廚房、餐廳、衛(wèi)生間；二層主要功能房間為客廳、臥室。外墻構(gòu)造為粘土磚+水泥砂漿+涂料，傳熱系數(shù)k為2.0w/(m2·k)；外窗構(gòu)造為普通單層玻璃、鋁合金窗框，傳熱系數(shù)k為6.4 w/(m2·k)；屋頂傳熱系數(shù)k為2.8w/(m2·k)；無(wú)外遮陽(yáng)，坐北朝南。

對(duì)配備空調(diào)系統(tǒng)改善室內(nèi)熱濕環(huán)境的情形，設(shè)置二層客廳與主臥為空調(diào)區(qū)域，安裝分體式空調(diào)。冬季1月，客廳空調(diào)20:00～22:00開(kāi)啟，溫度設(shè)定為18℃；夏季7～8月，客廳空調(diào)11：00～15:00開(kāi)啟，臥室空調(diào)22:00～06:00開(kāi)啟，溫度設(shè)定為26℃；過(guò)渡季節(jié)采用自然通風(fēng)[5]。

根據(jù)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，得到各朝向外窗的窗墻面積比限值，如表1所示。

不同朝向窗墻面積比限值 表1

為了得到窗墻比變化與建筑性能、能耗變化之間的聯(lián)系，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)限值，選定限值增大50%、減少50%工況，對(duì)比分析窗墻比的改變對(duì)能耗是否具有顯著影響。特別地，選定南、北向，增加工況，分析不同朝向窗墻比變化對(duì)建筑能耗的影響情況。

工況選取 表2

利用Designbuilder軟件建立模型，設(shè)置實(shí)際參數(shù)，進(jìn)行全年逐日能耗模擬計(jì)算。得到工況一，即標(biāo)準(zhǔn)狀況能耗。此時(shí)各朝向窗墻比取標(biāo)準(zhǔn)限值，東、西朝向窗墻比為0.35，南向?yàn)?.45，北向?yàn)?.40。全年能耗水平如圖1所示。

圖1 工況一能耗

各分項(xiàng)系統(tǒng)具體能耗為：照明系統(tǒng)575.77kW·h，設(shè)備系統(tǒng)738.44kW·h，空調(diào)制熱1599.54kW·h，空調(diào)制冷1600.62kW·h。建筑全年能耗4514.37kW·h，單位面積能耗為12.89kW·h/m2。其中，農(nóng)村常用的炊事用能折合成電器使用計(jì)入設(shè)備部分。照明系統(tǒng)用電相對(duì)穩(wěn)定，隨時(shí)間與環(huán)境影響較小，全年趨于平穩(wěn)。制冷主要集中于7、8月份，制熱主要集中于1月，過(guò)渡季節(jié)采用自然通風(fēng)改善室內(nèi)熱濕環(huán)境。

4.3.1 窗墻比整體的改變

通過(guò)分析限值、限值增大50%、限值減少50%三種窗墻比情況下的全年能耗，得到窗墻比的改變對(duì)該地區(qū)農(nóng)宅能耗是否具有顯著影響。工況一、六、七各分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)如表3所示。照明系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)能耗主要由建筑面積、人員密度、人員使用時(shí)間、照明功率密度、設(shè)備功率密度等參數(shù)決定，不受窗墻比影響。故重點(diǎn)分析空調(diào)系統(tǒng)、總能耗的變化。

窗墻比整體改變能耗對(duì)比 表3

隨著窗墻比增大50%、減小50%，制冷能耗分別增大18.85%，減小21.72%；建筑全年能耗分別增大7.14%，減小7.96%。窗墻比的變化對(duì)空調(diào)能耗影響效果顯著，建筑全年能耗有相應(yīng)增大、減小，但比例不及窗墻比變化比例明顯。這與農(nóng)村特定的生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)水平有較大關(guān)系[6]。

4.3.2 北向窗墻比

為詳細(xì)分析北向窗墻比變化對(duì)建筑能耗的影響情況，特增加分析工況二、三。固定東、西、南向窗墻比，北向窗墻比依次增大50%、減小50%，模擬得到表4數(shù)據(jù)。

北向窗墻比改變能耗對(duì)比 表4

通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，北向窗墻比的改變對(duì)建筑能耗的影響不顯著。究其原因，主要與建筑北向外窗有關(guān)。所選取的模型建筑，一層與二層的北向建筑外窗面積較小，且所在的房間未設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，故其窗墻比的變化對(duì)能耗影響較小。對(duì)于該建筑而言，其北向窗墻比的改變對(duì)建筑能耗的影響不顯著。

4.3.3 南向窗墻比

為詳細(xì)分析南向窗墻比變化對(duì)建筑能耗的影響情況，特增加分析工況四、五。固定東、西、北向窗墻比，南向窗墻比依次增大50%、減小50%，模擬得到表5數(shù)據(jù)。

南向窗墻比改變能耗對(duì)比 表5

隨著南向窗墻比增大50%、減小50%，空調(diào)系統(tǒng)制冷能耗分別增大4.77%，減小19.38%；建筑全年能耗分別增大1.61%，減小7.33%；空調(diào)系統(tǒng)制熱能耗變化較小。分析可得：南向窗墻比的變化對(duì)空調(diào)制冷能耗、建筑全年能耗影響顯著，特別是窗墻比由限值至減小50%時(shí)，能耗變化明顯。所以，可考慮適當(dāng)降低南向窗墻面積比，達(dá)到建筑節(jié)能效果。

①重慶地區(qū)農(nóng)村建筑房屋結(jié)構(gòu)形式以磚混為主，窗戶(hù)基本采用普通單層玻璃窗，窗框材料以鋁合金、塑鋼、木框?yàn)橹鳌?2.8%的農(nóng)宅設(shè)置外窗遮陽(yáng)，形式以?xún)?nèi)遮陽(yáng)為主。建筑外墻均未設(shè)置保溫隔熱措施；有近20%左右農(nóng)宅屋面設(shè)置保溫隔熱。能源除電能，使用率較高的還有太陽(yáng)能、天然氣、薪柴等能源。

②模擬得到典型農(nóng)宅全年能耗為4514.37kW·h，單位面積能耗為12.89kW·h/m2，整體用能水平相對(duì)較低。

③對(duì)于該重慶地區(qū)典型農(nóng)村建筑而言，窗墻比整體增大50%、減小50%，制冷能耗分別增大18.85%，減小21.72%，全年能耗分別增大7.14%，減小7.96%。窗墻比的變化對(duì)空調(diào)系統(tǒng)制冷能耗影響效果顯著；全年能耗有相應(yīng)增大、減小，比例不及窗墻比變化比例明顯。所以，可在一定比例內(nèi)適當(dāng)?shù)脑龃蟠皦Ρ龋纳剖覂?nèi)風(fēng)、光、熱環(huán)境。

④所選模型建筑，一層與二層的北向建筑外窗面積較小，且所在的房間未設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，故其窗墻比的變化對(duì)能耗影響較小。對(duì)于該建筑，北向窗墻比的改變對(duì)建筑能耗的影響不顯著。

⑤南向窗墻比的變化對(duì)空調(diào)制冷能耗、建筑全年能耗影響顯著。特別地，南向窗墻比由限值至減小50%時(shí)，能耗變化明顯。因此，可考慮適當(dāng)降低南向窗墻面積比，達(dá)到建筑節(jié)能效果。

[1]楊國(guó)峰，徐興華.農(nóng)村建筑節(jié)能前景廣闊[J].磚瓦世界，2009(2)：11+27.

[2]劉歡，張子平，趙士永，付素娟.窗墻比對(duì)華北農(nóng)村住宅能耗影響規(guī)律研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015(2)：69-72+85.

[3]簡(jiǎn)毅文，江億.窗墻比對(duì)住宅供暖空調(diào)總能耗的影響[J].暖通空調(diào)，2006(6)：1-5.

[4]黃春雨.重慶地區(qū)村鎮(zhèn)住宅建筑用能模型研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.

[5]江德明.窗墻比對(duì)居住建筑能耗的影響 [J].建筑技術(shù)，2009(12)：1099-1102.

[6]糜旭峰.夏熱冬冷地區(qū)住宅節(jié)能設(shè)計(jì)中窗墻比與能耗的關(guān)系分析[A].中國(guó)核工業(yè)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)2014年優(yōu)秀論文集[C].2014.

根據(jù)對(duì)合肥市不同區(qū)域內(nèi)數(shù)十個(gè)綠色建筑項(xiàng)目的土壤進(jìn)行檢測(cè)和取樣分析，場(chǎng)地土壤氡濃度最大值為16850.41Bq/m3，最大值均值為8459.59Bq/m3。目前已明確土壤氡濃度分布的城市較少，由于多方面原因，這些城市的土壤氡濃度調(diào)查結(jié)果并不能作為工程勘察設(shè)計(jì)階段判定該城市土壤濃度平均值的指導(dǎo)依據(jù)，應(yīng)實(shí)事求是，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行土壤氡濃度進(jìn)行檢測(cè)，這有利于指導(dǎo)建筑的選址以及采取適當(dāng)?shù)姆离?、降氡措施。特別是在提倡“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色建筑工程中，土壤氡濃度檢測(cè)是一項(xiàng)必不可少的工作。

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TU201.5

A

1007-7359（2016）05-0050-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.012

夏熱冬冷地區(qū)能源自維持住宅示范工程建模、測(cè)試及技術(shù)集成（2013BAL01B03-6）。

黎蓉（1992-），女，重慶人，重慶大學(xué)在讀碩士。