基于DeST-h 的南京地區(qū)住宅建筑能耗研究

董 澳

蘇州大學(xué)（215000）

0 引言

目前，我國建筑能耗占社會總能耗的30%左右，西方發(fā)達(dá)國家的建筑能耗占比高達(dá)30%～50%[1]。其中，建筑能耗以采暖與空調(diào)能耗為主，一般占建筑總能耗的50%～70%[2]。所以采用有效措施來降低采暖與空調(diào)能耗很重要。

住宅類建筑采用的供暖空調(diào)設(shè)備通常為散熱器和家用空調(diào)， 這些設(shè)備的相關(guān)技術(shù)都較成熟，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的差異是導(dǎo)致不同住宅建筑之間能耗差別的主要原因，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是減少建筑能耗的主要措施。

文章利用對南京地區(qū)某住宅建筑進(jìn)行負(fù)荷模擬計(jì)算，先提出幾種改造方案，然后根據(jù)軟件進(jìn)行采暖與空調(diào)能耗模擬，根據(jù)能耗指標(biāo)選取適合該建筑的最佳方案。 通過對該建筑的能耗研究，提出幾種減少采暖與空調(diào)能耗的措施。

1 國內(nèi)外建筑節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國外為了促進(jìn)建筑節(jié)能，實(shí)施多種相關(guān)政策和措施。 美國率先頒布了行業(yè)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，大力開發(fā)和推廣新能源技術(shù)，并制訂稅收、貸款方面的優(yōu)惠政策等； 歐洲各國積極倡導(dǎo)綠色生活方式，提高人們的節(jié)能意識；我國實(shí)施了一系列法規(guī)政策，如《建筑節(jié)能技術(shù)政策》、《節(jié)約能源法》等。各類法規(guī)政策的制訂，對建筑節(jié)能工作及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展具有重要作用。

2 利用DeST-h 建立住宅模型

2.1 建筑概況

文章以南京某住宅建筑為例。該建筑總面積約為2 000 m2，總建筑空調(diào)面積為1 644 m2，南北朝向，每層4 戶，共4 層，總高度為11.2 m。

2.2 建筑參數(shù)設(shè)定

文章利用DeST-h 進(jìn)行建模，根據(jù)建筑狀況，對其圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行設(shè)置，圍護(hù)結(jié)構(gòu)具體參數(shù)見表1。室內(nèi)熱擾均采用系統(tǒng)默認(rèn)，通風(fēng)狀況設(shè)定為可變通風(fēng)，換氣次數(shù)設(shè)定為0.5 h-1～10 h-1，空調(diào)設(shè)定溫度為18 ℃～26 ℃，空調(diào)容忍溫度為15 ℃～29 ℃，僅主次臥室與客廳設(shè)有空調(diào)，其他房間不設(shè)空調(diào)，主次臥室空調(diào)運(yùn)行時(shí)段為23：00～5：00，客廳空調(diào)運(yùn)行時(shí)段設(shè)定為為16：00～22：00、6：00～9：00。

表1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.3 建筑負(fù)荷模擬

對該住宅樓進(jìn)行建筑負(fù)荷模擬， 得到采暖季熱負(fù)荷指標(biāo)為23.12， 空調(diào)季冷負(fù)荷指標(biāo)為10.51。 文章通過對該建筑的采暖季與空調(diào)季負(fù)荷進(jìn)行模擬，研究采用何種措施能夠減少采暖與空調(diào)負(fù)荷， 以達(dá)到建筑節(jié)能的目的。

3 建筑負(fù)荷改善措施

3.1 增設(shè)保溫層

建筑物的外墻和屋頂能有效阻擋室內(nèi)外熱量傳遞，在外墻和屋頂增設(shè)保溫層是目前廣泛采用的節(jié)能辦法。 采用目前常用的保溫材料， 根據(jù)不同的保溫層厚度提出的4 種節(jié)能方案，具體方案見表2。

初始方案和4 種方案的能耗模擬如圖1 所示。增設(shè)保溫層能夠有效地降低采暖能耗， 而對于空調(diào)能耗的影響很小。 因?yàn)槟暇儆谙臒岫涞貐^(qū)，夏季室內(nèi)外溫差?。? 月份室外平均氣溫在30.5 ℃左右），冬季室內(nèi)外溫差大（1 月份室外平均氣溫在4 ℃左右），所以增設(shè)保溫層在冬季能更有效地阻擋室內(nèi)外熱量傳遞，即能更有效降低采暖能耗。

表2 4 種保溫層厚度方案

圖1 不同保溫方案的模擬結(jié)果

方案1~4 的采暖能量節(jié)能率分別為23.9%、37.2%、40.6%、42.5%。 方案3、4 相對于方案2 的保溫層厚度分別增加了20 mm、40 mm，但采暖節(jié)能率僅分別增加3.4%、5.3%，考慮到經(jīng)濟(jì)性，選用方案2。

3.2 改用傳熱與遮陽系數(shù)較小的窗

以鍍膜中空玻璃窗為例，其保溫及遮陽效果都要高于普通的單層玻璃窗，并且其隔音效果也較好，鍍膜中空玻璃窗傳熱系數(shù)為2.1，遮陽系數(shù)為0.49，普通6 mm 單層玻璃窗傳熱系數(shù)為5.7，遮陽系數(shù)為0.85。

在增加保溫層的基礎(chǔ)上，對改用鍍膜中空玻璃窗后的建筑進(jìn)行負(fù)荷模擬，得到普通單層窗采暖與空調(diào)能耗分別為14.52 和9.88，中空窗的采暖與空調(diào)能耗分別為9.16 和6.37。

改用鍍膜中空玻璃窗后，較低的傳熱系數(shù)使得保溫效果增強(qiáng)，通過窗戶的室內(nèi)外傳熱量減少，所以可有效減少采暖能耗和空調(diào)能耗；較低的遮陽系數(shù)可減少進(jìn)入到室內(nèi)的太陽輻射熱量，可有效減少空調(diào)能耗，雖會增加部分采暖能耗，但從整體上減少了采暖與空調(diào)的能耗。 通過此辦法，采暖能耗降低了37%、空調(diào)能耗降低了36%，節(jié)能效果明顯，應(yīng)當(dāng)采用。

3.3 減小窗墻比

通常窗戶的傳熱系數(shù)要比墻大一些，因此其保溫效果比墻要差一些，所以適當(dāng)減少外窗的面積也是一種節(jié)能方法。 下面提出3 種減少外窗面積的方案，初始方案南北窗墻比均為0.5；方案1 改北向窗墻比為0.4；方案2 改南向窗墻比為0.4；方案3 改南北窗墻比均為0.4。

在前兩種節(jié)能措施的基礎(chǔ)上，這3 種方案與初始方案的能耗模擬結(jié)果如圖2 所示。

圖2 減少外窗面積后的模擬結(jié)果

由圖2 可知，只減少北向窗墻比時(shí)，冬季的熱量損失減少，采暖能耗減少，進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱量減少，所以空調(diào)能耗也下降；只減少南向窗墻比時(shí)，雖然冬季的熱量損失會減少，但是進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱量也會減少，兩者綜合起來表現(xiàn)為采暖負(fù)荷增加，夏季由于保溫效果的增強(qiáng)，使進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱量減少，所以進(jìn)入室內(nèi)的熱量減少，因此空調(diào)能耗下降；同時(shí)減少南北窗墻比時(shí)，表現(xiàn)為采暖能耗增加，空調(diào)能耗減少；方案1~3 的采暖節(jié)能率分別為0.7%、-4.4%、-3.7%， 空調(diào)節(jié)能率分別為6.9%、8%、15%， 雖然方案3 會增加一些采暖能耗，但從整體節(jié)能效果考慮，選擇方案3 更合適。

綜上所述，采取增設(shè)保溫層、改用傳熱與遮陽系數(shù)較小的窗、減少外窗面積等措施，可不同程度地減少采暖與空調(diào)能耗，達(dá)到建筑節(jié)能目的。

4 結(jié)論

1）通過使用軟件對南京地區(qū)某住宅建筑進(jìn)行模擬，提出了3 種可行的降低建筑能耗的措施，即增設(shè)保溫層、改用傳熱與遮陽系數(shù)較小的窗、減少外窗面積。

2）不同厚度的保溫層對建筑能耗的影響不同，但增設(shè)保溫層后均表現(xiàn)為采暖與空調(diào)能耗的下降，只是增設(shè)不同厚度的保溫層， 能耗減少的幅度不同；考慮到經(jīng)濟(jì)性，并不是保溫層越厚越好，適當(dāng)?shù)倪x取才能做到效益最大化。

3）選用傳熱系數(shù)與遮陽系數(shù)小的窗戶可有效降低采暖與空調(diào)能耗，節(jié)能效果較好。

4）適當(dāng)減少外窗面積亦可降低采暖與空調(diào)能耗，不過節(jié)能效果稍差。

5）以上3 種節(jié)能措施不僅僅適用于南京地區(qū)住宅建筑，亦可用于其他地區(qū)的住宅建筑，只是對于不同地區(qū)不同建筑，以上3 種辦法的最佳方案不同；所以若用這3 種辦法對建筑進(jìn)行節(jié)能改善， 需針對實(shí)際建筑進(jìn)行分析，得出適合該建筑的最佳節(jié)能方案。