外墙变迁对建筑能耗的影响分析

使用清华大学研发的建筑负荷模拟计算软件DeST-h，对外墙在不同传热系数下冷热负荷进行动态计算。研究结果表明，外墙变迁对建筑能耗变化的贡献率较大，改善外墙的热工性能对建筑节能工作意义重大。

关键词：建筑能耗 住宅建筑 DeST-h

一、引言

芜湖市在气候分区上属于夏热冬冷地区，该气候区的建筑能耗特性不同于北方寒冷地区，建筑热过程涉及夏季隔热、冬季保温、过渡季节的除湿和自然通风等4个因素，对建筑物的设计要求是“必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温”。在本文中，建筑能耗是指供暖、空调和通风能耗。

二、研究方法

1.基准模型。基准建筑模型为一栋四户六层居住建筑，每户六个房间，包括卧室、餐厅、卫生间、储藏室和客厅，层高为2.8m，每户建筑面积85m2，总建筑面积2040m2 。

该建筑体形系数为0.357，南向窗墙比为0.42，北向窗墙比为0.28，东向窗墙比为0.05，西向窗墙比为0.09。其建筑平面图、模型图分别见图1和图2。

2.输入参数。基准建筑采用安徽省80年代典型住宅建筑。《安徽省居住建筑节能设计标准（夏热冬冷地区）》指出，安徽省20世纪80年代传统居住建筑围护结构为240mm普通实心粘土砖墙、架空通风屋面、砼空心楼板、单层玻璃钢窗，各部分的传热系数和热惰性指标见表1。

表1 安徽省80年代传统居住建筑围护结构传热系数[K(w/m2.k)]和热惰性指标(D)

在动态模拟过程中，分别选定基准模型中外墙为研究对象，在保持基准建筑模型其他护结构热工参数不变的前提下，动态模拟计算出外墙在不同传热系数下的建筑负荷，以分析出外墙变迁对建筑能耗的影响。在本研究中，共选取了7种外墙来研究外墙变迁对建筑能耗的影响，外墙构造见表2。

表2 外墙构造及平均传热系数

3.其他输入参数。住宅内部热扰选择：室内照明0.5875W/m2，室内人员、设备等4.3W/m2；夏季室温设定26℃，冬季室温设定18℃；采暖、空调换气次数为1.5次/h；冬季、夏季分别采用额定制冷工况时能效比为1.9、2.3的空调器。模拟过程中采用气象类型是芜湖市典型气象年，其数据取自清华大学建筑技术科学系与中国气象局合著的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》。

三、计算结果与分析

1.计算结果。通过模拟计算，可以得出外墙与耗电量关系回归结果见图3。

图3 建筑能耗与外墙传热系数之间的关系从图3知，外墙K与全年空调耗电量Ec、采暖耗电量Eh和总耗电量E有线性关系。因此，对芜湖气候条件下外墙传热系数与全年空调、采暖耗电量和总耗电量进行线形回归，回归方程见表3。

表3 护结构传热系数

2.外墙变迁对建筑能耗的影响分析。从图3和表3中知，Ec和K的直线相关系数不大，从而反映出全年空调耗电量Ec和K之间的线性关系不太显著。究其原因，随着外墙传热系数的减少，在夏季白天室外气温较高时，有利于隔绝室外的热量向室内传递，起到隔热的作用；但在夏季夜间或过渡季节，室外温度相对室内温度较低时，反而不利于室内向室外传热。因此，出现了随着传热系数减小，空调耗电量减少幅度不大的情况。从图3和表3知，全年采暖耗电量Eh和外墙传热系数K之间存在着明显的正线性关系，相关数在0.99以上，降低传热系数可以有效地节约全年采暖耗电量。应用表3中的拟和公式，以20世纪80年代初基础住宅传热系数K=2.0W/(m2・k)计算出的全年采暖耗电量为基准，则外墙传热系数减少0.1 W/(m2・k)，Eh下降2%。外墙传热系数K从2.0W/(m2・k)下降到目前节能设计标准要求的1.5W/(m2・k)，全年采暖耗电量下降约10%，节能效果明显。从图3和表3知，全年总耗电量E和外墙传热系数K之间存在着明显的正线性关系，相关数也都在0.99以上。这主要是因为全年采暖耗电量Eh占全年总耗电量比例很大，大约能够占到70%左右。应用表3中的拟和公式，以20世纪80年代初基础住宅传热系数K=2.0W/(m2・k)计算出的全年总耗电量为基准，则外墙传热系数减少0.1 W/(m2・k)，E下降1.40%。外墙传热系数K从2.0W/(m2・k)下降到目前节能设计标准要求的1.5W/(m2・k)，全年总耗电量下降7.2%。

四、结语

外墙传热系数与全年总耗电量都成一次线性关系，相关系数都在0.97以上，相关性比较明显。

参考文献：

[1]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.65-66.

[2]GB 50176-93民用建筑热工设计规范.北京：中国计划出版社.

[3]JGJ134-2001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.