建筑窗墻比對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響

余師漩

（遼寧工程技術(shù)大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000）

對(duì)住宅建筑物而言，建筑外形和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性是表征熱特性的一般方法。隨著室內(nèi)外氣象條件的逐時(shí)改變和建筑物內(nèi)設(shè)備使用要求的逐步改變，建筑物內(nèi)的空氣質(zhì)量參數(shù)也必然逐時(shí)發(fā)生變化。要保證建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量參量如相對(duì)濕度等，在規(guī)定范圍內(nèi)變化，就需要給建筑內(nèi)增加熱能或制冷劑，減少過(guò)濕負(fù)載或加濕，以保證建筑的氣溫平衡和相對(duì)濕度均勻。這里，建筑物的窗間墻比也是一個(gè)重要參考因素[1]。另外，窗間墻比的增加也會(huì)提高建筑物內(nèi)部房間從太陽(yáng)輻射處得到的熱量，不僅如此，還會(huì)使空調(diào)功率進(jìn)一步的增加；同時(shí)也會(huì)提高室內(nèi)外的通風(fēng)換氣，同時(shí)增加了供電功率。所以，必須科學(xué)合理地利用太陽(yáng)光照射，并科學(xué)合理地確定窗墻比。

國(guó)內(nèi)外的不少科研院所和專家學(xué)者均對(duì)該課題研究展開(kāi)了深入研究與探討，簡(jiǎn)毅文等[2]使用DeST-h 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真，揭示了針對(duì)住宅建筑設(shè)計(jì)，門(mén)窗比對(duì)年度總供暖、中央空調(diào)功耗的直接影響規(guī)律性；龍恩深等[3]同時(shí)是以住宅建筑設(shè)計(jì)為主要對(duì)象，使用特征溫度法深入研究了采取相同的節(jié)電舉措門(mén)窗比對(duì)冷熱耗能指數(shù)和節(jié)能率方面的直接影響；苑翔等[4]剖析了體形系數(shù)等與建筑物冷負(fù)荷系數(shù)方面的關(guān)聯(lián)性；侯余波等[5]使用DOE 負(fù)二軟件，對(duì)門(mén)窗比與建筑物年度功耗、年度總能耗間的關(guān)聯(lián)規(guī)律性展開(kāi)了解析；陳雷娟等[6]使用了DeST-h 軟件系統(tǒng)對(duì)舟山市住宅建筑設(shè)計(jì)實(shí)施了仿真，得出了特定條件下最有利建筑物節(jié)約的門(mén)窗比；張振興等[7]使用DeST 模擬軟件說(shuō)明了外窗對(duì)某學(xué)生公寓住宅采暖的節(jié)約性因素；盧麗冰等[8]使用FLUENT 軟件系統(tǒng)仿真解析了圍護(hù)構(gòu)件的傳熱量伴隨門(mén)窗比上升的變化；吳金順等[9]使用了DeST 軟件仿真，使用最小二加減法擬合出了外窗墻比對(duì)建筑環(huán)境造成的不好因素及通過(guò)其的改變對(duì)房間內(nèi)的冷負(fù)荷量產(chǎn)生的影響；謝靜超[10]等采用動(dòng)態(tài)模擬的方法，以島礁上擬建賓館建筑為對(duì)象，分析不同朝向窗墻比變化對(duì)建筑全年能耗的影響。但在這些討論中，對(duì)辦公建筑窗間墻比的研究相對(duì)來(lái)說(shuō)較少，而且也很少有人在研究中改變了單一朝向的窗間墻，比對(duì)建筑更冷、熱負(fù)荷的影響。

為研究該問(wèn)題，本章將以北京市某政府辦公建筑為例，展開(kāi)模擬研究。

1 建筑模型建立

為便于研究不同窗間墻比和改變各方向窗間墻比對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響，本文作者構(gòu)建了一種較簡(jiǎn)單的三層辦公建筑模型，層高3.6m，坐北朝南，地點(diǎn)為北京市。外墻墻體采用370mm 磚墻，外窗采用鍍Low-e 膜中空(低透型)窗戶。

冬天的空調(diào)時(shí)間應(yīng)是一月十五日至三月十五年日，夏天的空調(diào)時(shí)間則是五月十五日至九月十五日。建筑物的DeST 模型如圖1 所顯示。北京市的氣象參數(shù)如圖2所示。

圖1 建筑物的DeST 模型

2 模擬數(shù)據(jù)分析

2.1 模擬結(jié)果

以某該公司辦公建筑為案例模型，運(yùn)用DeST 軟件模擬各朝向窗墻比的改變及其對(duì)建筑冷、熱荷載的影響，將建筑各個(gè)參數(shù)都設(shè)計(jì)完成并進(jìn)行熱負(fù)荷測(cè)算，同時(shí)兼顧考慮了日照遮擋與天空背景輻射。一個(gè)建筑全部窗間墻比都進(jìn)行改變對(duì)于建筑一年四季產(chǎn)生的全部冷負(fù)荷及熱負(fù)荷變化的影響如圖3 所示。通過(guò)圖3 可以看出隨著建筑全部窗間墻比的不斷提高，建筑的熱負(fù)荷會(huì)隨著窗墻比的增高而減小，而冷負(fù)荷卻隨著窗墻比的增加而變大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)窗墻比大于零點(diǎn)四的時(shí)候，建筑熱負(fù)荷變小的幅度逐漸變慢。

固定建筑三向窗墻比均為零點(diǎn)二，在各方向均可行的窗間墻比范圍內(nèi)，由影響建筑物各方向窗間墻比引起建筑物全年累計(jì)冷、熱荷載變動(dòng)的情況，如圖中4、5、6、7 所示，依次表示了東、西、南、北向建筑物窗間墻比與建筑荷載之間的關(guān)系?？梢钥闯鲭S著各向窗墻比的加大，熱負(fù)荷都逐漸降低，冷負(fù)荷都逐漸增加。當(dāng)變化不同的東向窗墻比時(shí)，一年四季熱負(fù)荷總量一般都是大于冷負(fù)荷的總量。當(dāng)西向窗墻比變化不同的時(shí)候，一年四季冷負(fù)荷總量一般都是大于熱負(fù)荷總量的。當(dāng)南向窗墻比改變不同的時(shí)候，一年四季冷負(fù)荷的總量與熱負(fù)荷高的總量是交替變化的，具有不規(guī)律性，與整體窗墻比改變時(shí)的變化趨勢(shì)最相似。當(dāng)北向窗墻比改變不同的時(shí)候，一年四季冷負(fù)荷總量卻是比熱負(fù)荷總量大的很多。

圖5 西向窗墻比與建筑負(fù)荷關(guān)系

圖6 南向窗墻比與建筑負(fù)荷關(guān)系

圖7 北向窗墻比與建筑負(fù)荷關(guān)系

2.2 研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)比南北窗間墻距的變化，可發(fā)現(xiàn):對(duì)熱負(fù)荷的產(chǎn)生與影響，北行明顯多于南行。對(duì)冷負(fù)荷影響而言，南行明顯大于北行。這主要是因?yàn)樵诙毂毕蚴覂?nèi)溫度較低，所以窗戶的保溫作用比較不好，對(duì)熱負(fù)荷的增加程度也就較大了。

而在夏季，則因?yàn)槟舷蚴覂?nèi)溫度較高，隨著窗間墻比的上升，室內(nèi)外溫?zé)峥諝夂腿展庵g的輻射作用也增強(qiáng)，因此增加了室內(nèi)外較冷負(fù)荷[11]。

3 結(jié)論

建筑物的窗墻比作為建筑節(jié)能的主要方面，很有必要利用軟件的仿真來(lái)確定。

一方面，既可滿足節(jié)能需要;但是也要同時(shí)滿足用戶的行為習(xí)慣，以適應(yīng)城市光照條件。使用DeST 模擬建筑年度動(dòng)態(tài)負(fù)荷，已經(jīng)得出了建筑全年的平均計(jì)算結(jié)果和總負(fù)荷的變化趨勢(shì)，因此本文中選擇了某辦公建筑的窗間墻比進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:對(duì)于北京市來(lái)說(shuō)，隨著建筑各向窗間墻比的擴(kuò)大，熱負(fù)荷都逐漸降低，冷負(fù)荷都逐漸增加。北向窗壁比對(duì)供熱負(fù)荷的影響明顯大于南向，相對(duì)冷負(fù)荷而言，北向明顯低于南行向。南向窗間墻比變化對(duì)負(fù)荷的影響很大，而東西向窗墻間比變化對(duì)負(fù)荷的影響很小，北向則處于二者之間。不管方向如何，窗間墻比與建筑單位的全年能耗均呈線性關(guān)系，為了建筑節(jié)能，可以依據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇不同的窗間墻比，使能源可以進(jìn)一步得到節(jié)約。

每一個(gè)建筑都有不同的朝向、窗間墻比，這是建筑的固有屬性，因此根據(jù)模擬結(jié)果，并且根據(jù)北京市的實(shí)際狀況，建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在符合節(jié)能規(guī)范的時(shí)候充分考慮二者之間的相互關(guān)聯(lián)，在顧全建筑外觀美、空氣亮的基本上，盡可能降低窗間墻比。