建筑采暖空調能耗管理的論文
摘要：《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134-2001）“建筑和建筑熱工節能設計”章節中，對外窗保溫性能（傳熱系數K）作了具體規定，并建議外窗設置活動外遮陽，但對外窗隔熱性能（遮陽系數SC或太陽得熱因子SHGC）沒有作出具體規定。本文確定了夏熱冬冷地區基準性住宅和節能方案，并選取上海、南京、武漢和重慶4個代表性城市作為分析對象，使用美國勞倫斯伯克力國家實驗室開發的DOE-2軟件對節能方案進行計算分析，得出外窗的保溫性能和隔熱性能對夏熱冬冷地區居住建筑節能的影響結果。
關鍵詞：外窗傳熱系數遮陽系數建筑能耗建筑節能
我國行業標準《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ134-2001)第四章”建筑和建筑熱工節能設計”中，對外窗熱工性能作了如下規定：
4.0.4：外窗(包括陽臺門的透明部份)的面積不應過大。不同朝向、不同窗墻面積比的外窗其傳熱系數應符合表4.0.4的規定。(表4.0.4略)
4.0.6外窗宜設置活動外遮陽。
該標準對外窗保溫性能(傳熱系數K)作了具體規定,并建議外窗設置活動外遮陽,但標準對外窗隔熱性能(遮陽系數SC或太陽傳熱因子SHGC)沒有作出具體規定,不能不說是該標準的一個不足。實際上，我國夏熱冬冷地區居住建筑的節能不僅與外窗的保溫性能，而且與外窗的隔熱性能緊密相關的。
本文首先確定了夏熱冬冷地區基準性住宅和住宅節能方案,并選取上海、南京、武漢和重慶4個代表性城市作為分析對象,使用美國勞倫斯.伯克力國家實驗室開發的DOE-2軟件,對基準性住宅和3000多個節能方案進行摸擬計算,分析外窗傳熱系數(K)和遮陽系數(SC)對居住建筑能耗影響,并提出相應的看法和建議.
一、基準住宅的`確定
�。ㄒ唬┗鶞首≌Ｐ褪且蛔鶎訕亲≌ㄖ矫嫒鐖D1所示。
基準住宅熱工參數和計算條件如下：
1、室內溫度設定：冬季16℃，夏季26℃；
2、外墻：24cm粘土實心磚K=1.833W/（m2·K）；
3、屋頂：砼板+保溫板K=1.872W/（m2·K）;
4、外墻面太陽輻射吸收系數＝0.7；
5、外窗：普通單玻鋁合金窗，K=6.0W/（m2·K），SC＝0.9；
6、建筑平均窗墻面積比：CM＝0.3009；
7、換氣次數：n＝1.5；
8、設備能效比：冬季EER=1.0，夏季EER=2.2；
9、內熱源：照明0.5875W/m2，其它251W（其中顯熱180W，潛熱71W）。
�。ǘ�4個城市基準住宅全年能耗值計算結果
從表1可看出,4個地區住宅夏季空調能耗均占全年采暖與空調總能耗20%或以上，而夏季空調能耗中外窗太陽輻射傳熱占了相當大的比例,因此夏熱冬冷地區居住建筑節能中，外窗隔熱性能是不可忽視的重要因素。
表1城市上海南京武漢重慶
年采暖空調總能耗P總（kWh/m2）146.67164.27157.60116.67
年采暖能耗P暖（kWh/m2）116.98131.88117.6079.38
年空調能耗P空（kWh/m2）29.6932.4040.0037.29
空調能耗占總能耗比例％20.2419.7225.3831.96
二、節能方案的選擇
1.室內溫度設定：冬季16℃，夏季26℃；
2.外墻：24cm粘土實心磚＋保溫K=1.0W/（m2·K）和K=1.5W/（m2·K）;
3.外墻面太陽輻射吸收系數＝0.7；
4.屋頂：砼板＋保溫板K=1.0W/（m2·K）；
5.換氣次數：n＝1.0；
6.設備能效比：冬季EER=1.9，夏季EER=2.3；
7.內熱源：照明0.5875W/m2，其它251W（其中顯熱180W，潛熱71W）；
8.建筑窗墻面積比CM變化范圍：0.2498，0.3009、0.3535，0.3895,0.4256，0.4718；
9.外窗K和SC變化范圍：
K—6.0，5.5，5.0，4.5，4.0，3.5，3.0，2.5，2.0；
SC—0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3。
三、外窗保溫隔熱性能(K、SC)對住宅能耗的影響
本文通過3000多個節能方案的摸擬計算，選取代表性數據，繪制了外窗K值分別為3.0、4.5、6.0時的P-SC曲線圖。圖中,P總為全年采暖與空調總能耗,P空為夏季空調能耗，建筑平均窗墻面積比CM=0.3009。
從以上各地的P—SC曲線圖可看出：
1.當建筑平均窗墻比CM不變,外窗K值增大(保溫性能減弱),住宅年總能耗也隨之增大;當外窗K值從0.3增大到0.6時,全地區各地住宅年總能耗平均增大15%左右.但K值變化對住宅夏季空調能耗影響不大。
2.當建筑平均窗墻比CM不變,外窗SC值增大(隔熱性能減弱),住宅年總能耗也隨之增大;當外窗SC值從0.3增大到0.9時,全地區各地住宅年總能耗平均增大9%左右,但東部上海、南京等地增大值小于中西部武漢、重慶等地增大值；SC值變化對住宅夏季空調能耗影響甚大,如在重慶,SC從0.3值增大到0.9時,空調能耗增大約20%�？傊�,SC值的變化,不僅對住宅夏季空調能耗,而且對全年總能耗均有影響,因此夏熱冬冷地區居住建筑節能應考慮外窗遮陽隔熱性能的影響。
表2列出了外窗K、SC值變化對住宅全年采暖與空調總能耗影響的部分數據。
四、夏熱冬冷地區外窗熱工性能節能設計
通過分析，在保證住宅節能50%的目標下,本文提出夏熱冬冷地區外窗傳熱系數K和遮陽系數SC(太陽得熱因子SHGC)的限值表3，供設計人員和今后對該標準修改時參考。
夏熱冬冷地區居住建筑外窗的傳熱系數和遮陽系數限值表3外墻外窗遮陽系數SC（SHGC）外窗的傳熱系數K[W/（m2·K）]
平均窗墻面積比CM≤0.25平均窗墻面積比0.25<CM≤0.30平均窗墻面積比0.30<CM≤0.35平均窗墻面積比0.35<CM≤0.40平均窗墻面積比0.40<CM≤0.45
K≤1.0D≥2.5＝0.70.9（0.80）≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0≤3.0
0.8（0.71）≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5≤3.0
0.7（0.62）≤6.0≤6.0≤5.5≤5.0≤4.0
0.6（0.53）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0
0.5（0.44）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0
0.4（0.36）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5
0.3（0.27）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5
K≤1.5D≥3.0＝0.70.9（0.80）≤5.5≤4.0≤3.5≤2.5---
0.8（0.71）≤5.5≤4.0≤4.0≤3.0≤2.0
0.7（0.62）≤5.5≤4.5≤4.0≤3.0≤2.5
0.6（0.53）≤6.0≤5.0≤4.5≤3.5≤3.0
0.5（0.44）≤6.0≤5.0≤4.5≤4.0≤3.5
0.4（0.36）≤6.0≤5.0≤4.5≤4.0≤3.5
0.3（0.27）≤6.0≤5.5≤4.5≤4.0≤3.5
參考文獻：
1、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ134-2001
2、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》JGJ75-2003
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