夏熱冬冷地區(qū)居住建筑水平式外遮陽節(jié)能效果

董 凱, 賴俊英, 錢曉倩, 詹樹林, 阮 方

(浙江大學(xué) 土木工程學(xué)系,浙江 杭州 310058)

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夏熱冬冷地區(qū)居住建筑水平式外遮陽節(jié)能效果

董 凱, 賴俊英, 錢曉倩, 詹樹林, 阮 方

(浙江大學(xué) 土木工程學(xué)系,浙江 杭州 310058)

為了準(zhǔn)確模擬計(jì)算水平式外遮陽的全年節(jié)能率,針對夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ 134-2010)規(guī)定的采暖計(jì)算期(90 d)過長的問題,基于相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),分析了杭州市1971～2000年的氣象數(shù)據(jù),提出新的采暖計(jì)算期(40 d)及空調(diào)計(jì)算期(81 d),并采用Energy-Plus能耗模擬軟件對水平式外遮陽的全年節(jié)能率進(jìn)行模擬計(jì)算.結(jié)果表明：采用此采暖計(jì)算期及空調(diào)計(jì)算期時(shí),水平式外遮陽的全年節(jié)能率降為3.2 %,采暖電耗與空調(diào)電耗的比值為1.07,與調(diào)查所得的比值0.95接近.

水平式外遮陽；采暖計(jì)算期；空調(diào)計(jì)算期；夏熱冬冷地區(qū)

夏熱冬冷地區(qū)夏季炎熱,冬季濕冷,建筑節(jié)能以夏季隔熱為主,同時(shí)兼顧冬季保溫.居住建筑以板式結(jié)構(gòu)為主,坐北朝南,南北通透,采光充分[1],特別是南向外墻開窗多、窗戶面積大.水平式外遮陽作為固定式外遮陽的一種,非常適合設(shè)置于南向外窗[2-3],是一種傳統(tǒng)、有效的節(jié)能措施.但根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134-2010》,采用Energy-Plus能耗模擬軟件進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí),由于不切實(shí)際的采暖和空調(diào)計(jì)算期設(shè)定,導(dǎo)致水平式外遮陽的全年節(jié)能效果幾乎為零,甚至反節(jié)能,從而嚴(yán)重制約了水平式外遮陽的應(yīng)用.設(shè)置水平式外遮陽后,夏季空調(diào)電耗降低的同時(shí),冬季采暖電耗增加[4-6],因此,采用能耗模擬軟件計(jì)算分析水平式外遮陽的節(jié)能效果時(shí),采暖、空調(diào)計(jì)算期的長短是決定采暖、空調(diào)電耗大小的核心因素.合理的采暖、空調(diào)計(jì)算期設(shè)定,是保證能耗模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符的重要前提.

本文以杭州市為例,采用能耗模擬軟件Energy-Plus,研究了采暖、空調(diào)計(jì)算期長短設(shè)定對水平式外遮陽節(jié)能效果的影響.并根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及杭州市多年氣象數(shù)據(jù),提出采暖、空調(diào)計(jì)算期,將之與夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]、浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定的采暖、空調(diào)計(jì)算期進(jìn)行對比,對這3種采暖、空調(diào)計(jì)算期設(shè)定的合理性進(jìn)行論證分析.

1 能耗模擬方案

1.1 參數(shù)定義

1)EER為空調(diào)器制冷能效比,其值為空調(diào)器制冷量與空調(diào)器制冷電耗的比值.

2)COP為空調(diào)器制熱能效比,其值為空調(diào)器制熱量與空調(diào)器制熱電耗的比值.

3)t1及t2分別為采暖計(jì)算期天數(shù)及空調(diào)計(jì)算期天數(shù).

4)R表示全年節(jié)電率,計(jì)算方法如下：

(1)

式中：R為全年節(jié)電率；AE1為設(shè)置水平式外遮陽后的全年電耗(采暖電耗與空調(diào)電耗之和)；AE0為不設(shè)置水平式外遮陽時(shí)的全年電耗(采暖電耗與空調(diào)電耗之和).

5)r為采暖電耗與空調(diào)電耗的比值,計(jì)算方法如下：

(2)

式中： HE為采暖電耗；CE為空調(diào)電耗.

1.2 能耗模擬軟件

本文采用能耗模擬計(jì)算軟件Energy-Plus對建筑能耗進(jìn)行模擬計(jì)算.Energy-Plus是在美國能源部的支持下,由勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室、伊利諾斯大學(xué)、美國軍隊(duì)建筑工程實(shí)驗(yàn)室、俄克拉荷馬州立大學(xué)及其他單位共同開發(fā)的,首發(fā)版本發(fā)布于2001年.Energy-Plus不僅吸收了DOE-2和BLAST的優(yōu)點(diǎn),并且具備很多新的功能,被認(rèn)為是用來代替DOE-2的新一代的建筑能耗分析軟件[9].與DOE-2相比,Energy-Plus主要具有下列優(yōu)點(diǎn)[9-11]：Energy-Plus采用熱傳導(dǎo)傳遞系數(shù)法(CTF)計(jì)算墻體傳熱,CTF法本質(zhì)上是一種反應(yīng)系數(shù)法,但它的計(jì)算更為精確,因?yàn)樗腔趬w的內(nèi)表面溫度,而不同于一般的基于室內(nèi)空氣溫度的反應(yīng)系數(shù)法；DOE-2在系統(tǒng)模擬時(shí)不可以調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu),無法準(zhǔn)確進(jìn)行溫度計(jì)算,不可以模擬輻射頂板等,Energy-Plus對此做出了完善；Energy-Plus吸收了DOE-2的LSPE結(jié)構(gòu),并做出了改進(jìn),在管理模塊的監(jiān)督下,負(fù)荷模塊、系統(tǒng)模塊及設(shè)備模塊彼此之間又反饋,不再是單純的順序結(jié)構(gòu),因此計(jì)算結(jié)果更為精確；Energy-Plus采用各向異性的天空模塊,對DOE-2的日光照明模型進(jìn)行了改進(jìn),以更精確地模擬傾斜表面的天空散射強(qiáng)度；Energy-Plus具有更為先進(jìn)的窗戶傳熱計(jì)算.

1.3 建筑模型

建筑模型選用杭州市某6層住宅樓,總建筑面積4 215 m2,無地下室,共一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層,層高3 m,南墻窗墻比為0.33,體形系數(shù)為0.30,標(biāo)準(zhǔn)層平面圖如圖1所示.廚房、電梯間、樓梯間為非用能空間,其他房間為連續(xù)用能空間(圖1陰影部分).

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖Fig.1 Architectural plan of building for simulation

1.4 邊界條件

外墻選用EPS外保溫系統(tǒng),傳熱系數(shù)為1.5 W/(m2·K)；內(nèi)墻選用多孔磚隔墻,傳熱系數(shù)為2.0 W/(m2·K)；屋面選用XPS保溫系統(tǒng),傳熱系數(shù)為0.8 W/(m2·K)；窗戶的輻射透過率(SHGC)為0.7,傳熱系數(shù)為2.8 W/(m2·K).室內(nèi)得熱平均強(qiáng)度為4.3 W/m2,換氣次數(shù)為1.0 次/h.

夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定,冬天采暖室內(nèi)計(jì)算溫度取18 ℃,夏季空調(diào)(制冷)室內(nèi)計(jì)算溫度取26 ℃；浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定,冬天采暖室內(nèi)計(jì)算溫度取16 ℃,夏季空調(diào)(制冷)室內(nèi)計(jì)算溫度取26 ℃.本次研究以杭州地區(qū)為例,因此,按照浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[8],冬天采暖室內(nèi)計(jì)算溫度取16 ℃,夏季空調(diào)(制冷)室內(nèi)計(jì)算溫度取26 ℃.

夏熱冬冷地區(qū)住宅多采用家用空氣源熱泵空調(diào)器,同時(shí)擁有制冷和制熱功能.根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)[12]的規(guī)定,家用空調(diào)器的制冷能效比(EER)不應(yīng)低于3.0,然而并未對制熱能效比(COP)作出要求.夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定制冷能效比取2.3,制熱能效比取1.9.浙江、上海、江蘇、四川及重慶屬于夏熱冬冷地區(qū),或省內(nèi)部分地區(qū)屬于夏熱東地區(qū).這些省市制定了居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),然而這些標(biāo)準(zhǔn)及夏熱冬冷地區(qū)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對制冷能效比及制熱能效比的取值各不相同,如表1所示.

表1 不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對EER及COP的取值

Tab.1 EER and COP required by different design standards

標(biāo)準(zhǔn)所屬地區(qū)EERCOPEER∶COP夏熱冬冷地區(qū)2.31.91.21浙江3.03.01.00上海2.82.31.22江蘇3.12.51.24四川2.51.91.32重慶2.82.81.00

目前,并沒有針對夏熱冬冷地區(qū)實(shí)際制熱能效比的調(diào)查研究.夏熱冬冷地區(qū)居民冬季采暖時(shí)部分采用制熱能效比約等于1(即電耗幾乎等量轉(zhuǎn)換成熱量)的電熱型采暖器,如電油汀等；且部分具有制熱功能的空調(diào)器,其制熱功能部分依賴于電阻絲輔熱.因此,依據(jù)我國現(xiàn)行空調(diào)能效比標(biāo)準(zhǔn)[12],制冷能效比取3.0,根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將制冷能效比與制熱能效比的比值確定為1.21,即制熱能效比取2.5.

夏熱冬冷地區(qū)的居住建筑多為板式結(jié)構(gòu)[1],南北向外窗占了大部分,且水平式外遮陽最適宜設(shè)置于南向外窗,因此,本文對南向的水平式外遮陽展開研究.實(shí)驗(yàn)組僅在所有南向外窗上設(shè)置水平式外遮陽,對照組不設(shè)立任何外窗外遮陽,其他條件與實(shí)驗(yàn)組相同.水平式外遮陽構(gòu)造如圖2所示,挑出系數(shù)X=A/B=0.4.

圖2 水平式外遮陽構(gòu)造圖Fig.2 Picture of horizontal external shading device

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的采暖、空調(diào)計(jì)算期

夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定的采暖計(jì)算期為12月1日至次年2月28日,共90 d、空調(diào)計(jì)算期為6月15日至8月31日共78 d.以此采暖、空調(diào)計(jì)算期為邊界條件,進(jìn)行能耗模擬計(jì)算,全年電耗EC計(jì)算結(jié)果如圖3所示.

圖3 全樓電耗Fig.3 Annual electric consumption of building

南墻外窗設(shè)置水平式外遮陽后,全年電耗非但沒有降低,反而增加了0.73 %(0.12 kW·h/m2).那么,原因何在呢？南墻外窗設(shè)置水平式外遮陽后,空調(diào)電耗降低了8.7 %之多,充分說明水平式外遮陽在夏季具有良好的節(jié)能效果.然而,采暖電耗是空調(diào)電耗的1.99倍,因此,盡管空調(diào)電耗降低了0.54 kW·h/m2,采暖電耗卻增加了0.66 kW·h/m2,全年電耗不僅沒有降低,反而增加了0.12 kW·h/m2,全年節(jié)電率R=-0.73 %.

武茜[13]以杭州市電力局提供的每戶逐月用電數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),調(diào)查分析了杭州市建造于1988年至2000年間的住宅實(shí)際采暖用電量和空調(diào)用電量,用電時(shí)間為2001年至2004年,有效樣本283戶,結(jié)果表明,實(shí)際采暖電耗是空調(diào)電耗的0.55倍.方賢峰等[14]于2007年3月至2008年3月間,以杭州市某建于2002年的住宅樓為研究對象,調(diào)查記錄了連續(xù)12個(gè)月的電表讀數(shù),計(jì)算分析后發(fā)現(xiàn),實(shí)際采暖電耗是空調(diào)電耗的0.82倍,但有效樣本較少,為59份.錢曉倩等[15]以住戶月初的電耗計(jì)費(fèi)作為原始數(shù)據(jù),調(diào)查研究了杭州市2007年12月至2011年11月居住建筑的實(shí)際空調(diào)電耗和采暖電耗,每年統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的樣本數(shù)為4 300戶左右,分析后發(fā)現(xiàn),夏季空調(diào)電耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冬季采暖電耗,但并未說明調(diào)查住宅的建造年份,也沒有給出采暖電耗與空調(diào)電耗的比值.

《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134-2001》于2001年開始施行,2001年以前建造的住宅與2001年以后建造的住宅相比,熱工性能差異很大,采暖電耗與空調(diào)電耗截然不同.文獻(xiàn)[13]調(diào)查的居住建筑建造時(shí)間都在2001年以前,文獻(xiàn)[15]則未說明調(diào)查建筑的建造年份,文獻(xiàn)[14]的有效樣本較少,且其調(diào)查的是2007年3月至2008年3的電耗情況,居民在當(dāng)時(shí)的用能習(xí)慣與今存在一定差異.因此,文獻(xiàn)[13]、文獻(xiàn)[14]及文獻(xiàn)[15]的調(diào)查結(jié)果能夠說明,修建于2001年以前的住宅的實(shí)際采暖電耗低于空調(diào)電耗；但并不能直接代表2001年以后建造住宅的實(shí)際用電特性.

筆者調(diào)查分析了杭州地區(qū)居住建筑2014年1月至2014年12月的采暖電耗與空調(diào)電耗,有效樣本232戶,被調(diào)查住宅的建造年份在2003至2005年之間.4月份的電耗在全年12月中最小,將4月份的電耗作為非采暖空調(diào)期的月基礎(chǔ)電耗,11月、12月、1月及2月的累計(jì)電耗與其基礎(chǔ)電耗之差作為采暖電耗；5月至10月的累計(jì)電耗與其基礎(chǔ)電耗之差作為空調(diào)電耗.結(jié)果顯示,采暖電耗是空調(diào)電耗的0.95倍.

《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134-2010》與《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134-2001》對外墻、屋面、樓板及外窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的要求差異很小,如表2所示.表中，D為熱情性指標(biāo)，K為傳熱系數(shù).事實(shí)上,本文建筑模型熱工參數(shù)設(shè)定滿足2001年老標(biāo)準(zhǔn)限值的同時(shí),也滿足2010年新標(biāo)準(zhǔn)的要求.

綜上所述,杭州地區(qū)建于2001年以后的居住建筑目前的實(shí)際用電特征是,空調(diào)電耗約為采暖電耗的0.95倍.然而,根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]對采暖、空調(diào)計(jì)算期的設(shè)定,能耗模擬計(jì)算結(jié)果顯示,采暖電耗是空調(diào)電耗的1.99倍,這導(dǎo)致水平式外遮陽在冬季的反節(jié)能效果被放大,掩蓋了水平式外遮陽在夏季良好的節(jié)能效果,最終得出水平式外遮陽不節(jié)能的計(jì)算結(jié)果.顯然,這并不符合實(shí)際情況,無法由此否定水平式外遮陽在夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能效果.能耗模擬計(jì)算時(shí),照搬現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的采暖、空調(diào)計(jì)算期,來模擬計(jì)算水平式外遮陽的節(jié)能效果是不可取的.

表2 標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134-2010與標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134-2001對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的要求

Tab.2 Energy efficiency of envelopes required by JGJ 134-2010 standard and JGJ 134-2001 standard

圍護(hù)結(jié)構(gòu)JGJ134-2010JGJ134-2001屋面當(dāng)D>2.5時(shí)K≥1.0當(dāng)D≤2.5時(shí)K≥0.8當(dāng)D≥3.0時(shí)K≥1.0當(dāng)D≥2.5時(shí)K≥0.8外墻當(dāng)D>2.5時(shí)K≥1.5當(dāng)D≤2.5時(shí)K≥1.0當(dāng)D≥3.0時(shí)K≥1.5當(dāng)D≥2.5時(shí)K≥1.0樓板K≤2.0K≤2.0

2.2 采暖、空調(diào)計(jì)算期天數(shù)對能耗模擬計(jì)算的影響

保持空調(diào)計(jì)算期為6月15日至8月31日(共78 d不變,以10 d為步幅,逐步減少采暖計(jì)算期天數(shù),計(jì)算結(jié)果如圖4、5所示.隨著采暖計(jì)算期的縮短,采暖電耗在全年電耗中的占比逐漸減小,全年節(jié)電率逐步提升.當(dāng)采暖計(jì)算期天數(shù)取40 d時(shí),采暖電耗與空調(diào)電耗的比值r=1.01,此時(shí)全年節(jié)電率R=2.21 %.

圖4 采暖計(jì)算期天數(shù)對采暖電耗與空調(diào)電耗的比值的影響Fig.4 Effect of heating period on ratio of heating electric consumption to cooling electric consumption

保持采暖計(jì)算期為12月1日至次年2月28日(共90 d)不變,以5 d為步幅,逐步增加空調(diào)計(jì)算期天數(shù),計(jì)算結(jié)果如圖6、7所示.空調(diào)計(jì)算期由78 d延長至108 d后,采暖電耗與空調(diào)電耗的比例從1.99降至1.71,采暖電耗與空調(diào)電耗的比例關(guān)系仍然與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn),全年節(jié)電率R計(jì)算結(jié)果僅從-0.70 %提升至0.59 %.

圖5 采暖計(jì)算期天數(shù)對全年節(jié)電率的影響Fig.5 Effect of heating period on annual electricity saving ratio

圖6 空調(diào)計(jì)算期天數(shù)對采暖電耗與空調(diào)電耗的比值的影響Fig.6 Effect of cooling period on ratio of heating electric consumption to cooling electric consumption

圖7 空調(diào)計(jì)算期天數(shù)對全年節(jié)電率的影響Fig.7 Effect of cooling period on annual electricitysaving ratio

在夏熱冬冷地區(qū)行業(yè)規(guī)范規(guī)定的采暖、空調(diào)計(jì)算期基礎(chǔ)上,采暖計(jì)算期每減少1 d,采暖電耗與空調(diào)電耗的比例平均降低0.021,全年節(jié)電率R平均增加0.080 %；空調(diào)計(jì)算期每增加1 d,采暖電耗與空調(diào)電耗的比例平均降低0.008,全年節(jié)電率R平均增加0.037 %.可見,與空調(diào)計(jì)算期相比,采暖計(jì)算期天數(shù)的變化對能耗計(jì)算結(jié)果的影響更大.在現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]的基礎(chǔ)上,縮短采暖計(jì)算期,使能耗計(jì)算結(jié)果與實(shí)際用電情況相符合,對合理判斷水平式外遮陽在夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能效果具有重要的意義.

2.3 不同取值依據(jù)下的采暖、空調(diào)計(jì)算期

本文根據(jù)相關(guān)國家規(guī)范[16-18],將“累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5 ℃的天數(shù)”作為采暖計(jì)算期的天數(shù),將“累年日平均溫度穩(wěn)定大于或等于25 ℃的天數(shù)”作為空調(diào)計(jì)算期的天數(shù).其中“日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5 ℃(高于或等于25 ℃)”系指室外連續(xù)5 d的滑動(dòng)平均溫度低于或等于5 ℃(高于或等于25 ℃),“累年”對象為連續(xù)的30 a.

對杭州58 457臺(tái)站的氣象數(shù)據(jù)(由中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心提供)進(jìn)行整理與分析,將不同累計(jì)年份計(jì)算出的采暖、空調(diào)計(jì)算期的天數(shù)及相應(yīng)的起止日期整理成如表3所示.

表3中,選用的連續(xù)30 a氣象數(shù)據(jù),年份越是靠近現(xiàn)今,計(jì)算得出的采暖計(jì)算期天數(shù)越少,空調(diào)計(jì)算期天數(shù)越多,其中采暖計(jì)算期天數(shù)差異相當(dāng)大.究其原因,是自20世紀(jì)80年代起,尤其是20世紀(jì)90年代以來,氣候變暖所致[19].從時(shí)效性的角度考慮,選用1981～2010年的氣象參數(shù)更合適.但是,采暖計(jì)算期過短,對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的要求會(huì)降的過低；從數(shù)據(jù)匹配的角度考慮,目前,用于建筑能耗模擬計(jì)算的常用典型氣象年逐時(shí)數(shù)據(jù)的建立依據(jù)多為1971～2000年的氣象數(shù)據(jù)[20].因此,選用1971～2000年氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得出的采暖計(jì)算期、空調(diào)計(jì)算期及相應(yīng)起止日期.將計(jì)算得到的采暖、空調(diào)計(jì)算期與夏熱冬冷地區(qū)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]及浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[8](北區(qū))規(guī)定的采暖、空調(diào)計(jì)算期如表4所示.

表3 杭州市不同累計(jì)年份下的采暖計(jì)算期及空調(diào)計(jì)算期

表4 采暖計(jì)算期及空調(diào)計(jì)算期設(shè)定

由表4可知Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3組采暖、空調(diào)計(jì)算期之間,空調(diào)計(jì)算期天數(shù)的差異很小(分別為78、83、81 d),采暖計(jì)算期天數(shù)的差異十分明顯(分別為90、69、40 d)).

分別以表4中的3組采暖、空調(diào)計(jì)算期為邊界條件,進(jìn)行能耗模擬計(jì)算.采用現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定的采暖、在空調(diào)計(jì)算期時(shí),采暖電耗是空調(diào)電耗的1.99倍,這與杭州地區(qū)實(shí)際用電情況相去甚遠(yuǎn)；采用浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定的采暖、空調(diào)計(jì)算期天數(shù)時(shí),采暖電耗是空調(diào)電耗的1.60倍,這一比值相比現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]更加接近實(shí)際用電情況；采用本文提出的采暖、空調(diào)計(jì)算期天數(shù)時(shí),采暖電耗是空調(diào)電耗的1.07倍,最符合實(shí)際用電情況.因此,浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對采暖、空調(diào)計(jì)算期的設(shè)定,比行業(yè)規(guī)范更合理,但采暖計(jì)算期縮短幅度仍不夠,本文提出的采暖計(jì)算期進(jìn)一步進(jìn)行了縮短,在三者之中最符合實(shí)際用電情況.

以這3組采暖、空調(diào)計(jì)算期為邊界條件計(jì)算得出的全年節(jié)電率R分別為-0.70 %、0.54 %、3.2 %.因此,水平式外遮陽實(shí)際上存在良好的節(jié)能效果,只是長期以來,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]中采暖計(jì)算期天數(shù)過長,導(dǎo)致依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]計(jì)算水平式外遮陽節(jié)能效果時(shí),理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在嚴(yán)重偏差,阻礙了水平式外遮陽在夏熱冬冷地區(qū)居住建筑中的推廣應(yīng)用.

3 結(jié) 論

(1)夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定的采暖計(jì)算期過長,使得采暖電耗與空調(diào)電耗的比值r遠(yuǎn)高于實(shí)際,從而放大了水平式外遮陽在冬季的反節(jié)能效果,最終得出水平式外遮陽不節(jié)能的計(jì)算結(jié)果.這一現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了水平式外遮陽在夏熱冬冷地區(qū)的推廣應(yīng)用.

(2)與夏熱冬冷地區(qū)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]相比,浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[8]大幅縮短了采暖計(jì)算期,適當(dāng)延長了空調(diào)計(jì)算期,得到了相對合理的采暖、空調(diào)計(jì)算期.但能耗模擬計(jì)算結(jié)果中,采暖電耗與空調(diào)電耗的比值r仍然與實(shí)際用電情況不符.合理的采暖、空調(diào)計(jì)算期設(shè)定,應(yīng)當(dāng)以1971～2000年氣象資料為計(jì)算依據(jù),將“累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5 ℃的天數(shù)”作為采暖計(jì)算期,將“累年日平均溫度穩(wěn)定高于或等于25 ℃的天數(shù)”作為空調(diào)計(jì)算期.

(3)符合實(shí)際的采暖、空調(diào)計(jì)算期對于客觀評(píng)價(jià)水平式外遮陽在夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能貢獻(xiàn)、推動(dòng)固定式外遮陽技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義.各地區(qū)應(yīng)當(dāng)根據(jù)本地區(qū)的多年氣象資料制定符合本地區(qū)實(shí)際情況的采暖、空調(diào)計(jì)算期.

(4)家用空調(diào)器制熱能效比及制冷能效比的取值大小對建筑能耗模擬計(jì)算結(jié)果影響重大,然而目前尚未有針對夏熱冬冷地區(qū)家用空調(diào)器實(shí)際制冷及制熱能效比的調(diào)查研究.這一問題應(yīng)當(dāng)引起重視,下一步工作也將對此展開.

(5)該研究以建筑能耗模擬的方式展開,在下一步研究工作中,應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方式,使其更加精確和符合實(shí)際.

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Energy efficiency of residential buildings with horizontal external shading in hot summer and cold winter zone

DONG Kai, LAI Jun-ying, QIAN Xiao-qian, ZHAN Shu-lin, RUAN Fang

(DepartmentofCivilEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

In order to accurately simulate the energy saving rate of horizontal external shading, new heating and cooling periods were proposed as 40 days and 81 days respectively based on national standards and the meteorological data from 1971 to 2 000 in a typical hot summer and cold winter city of Hangzhou, for the problem of the too long heating period as 90 days specified in the national standard for residential buildings in hot summer and cold winter zone in China (JGJ 134-2010). Energy-Plus software was used to simulate the annual energy saving rate of horizontal external shading. Results show that by adopting the new heating and cooling periods, horizontal external shading reduces annual electric consumption of air conditioner by 3.2 %, and the ratio of heating electric consumption to cooling electric consumption is 1.07 which is approximate to the investigated value of 0.95.

horizontal external shading；heating period；cooling period；hot summer and cold winter zone

2015-10-15.

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目 (2013BAL01B01).

董凱(1990—)，男，碩士生，從事建筑節(jié)能等研究. ORCID： 0000-0002-0634-8599. E-mail: kaidong@zju.edu.cn

賴俊英，女，副教授. ORCID： 0000-0001-5653-4413. E-mail: junyinglai@zju.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.08.002

TU 111

A

1008-973X(2016)08-1431-07

浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)網(wǎng)址： www.journals.zju.edu.cn/eng