单体住宅建筑围护结构供暖能耗分析.docx

单体住宅建筑围护结构供暖能耗分析 摘要：如今能源问题已经成为世界关注的焦点，而建筑能耗在社会能耗中所占比例较大，使建筑节能成为建筑行业急需解决的问题。随着城市化进程的推进，我国住宅产业发展迅速，住宅节能问题日益突出。虽然我国颁布多部节能标准，但仍旧存在许多住宅建筑节能不达标的情况，原因是缺少对应的建筑节能措施，而单体住宅的围护结构能够很好的解决住宅的能耗问题。关键词：住宅；供暖；指标引言建筑能耗是国民生活中主要的能源消费形式，我们可以通过降低建筑能耗达到生活节能的目的。围护结构能耗是单体住宅使用时产生的主要能耗，包括由围护结构传热和空气渗透引起的能耗。由于住宅建筑的使用时间较长，它的运行能耗远大于制造能耗，所以，研究如何减少围护结构能耗具有十分重要的意义，进而根据围护结构的不同采取针对性的措施做好节能工作。1.模拟计算的实验条件以北京单体住宅的建筑围护结构传热系数限值为例，确定围护结构的用料和组成，表1给出围护结构的热工参数。实验设定房间室温不低于18，对起居室和卧室进行供暖操作，阳台和楼梯间不供暖，观察并记录数据。图1为模拟计算的是具有代表性的住宅建筑，数字16分别代表不同的户型编号。我国多数的住宅楼是板式和塔式结构，我们可以通过分析板式和塔式结构的变化规律，得到住宅建筑的基本特征。2.单体住宅朝向对供暖能耗的影响建筑物耗热量是建筑在全供暖期内的耗热量，为保持室内计算温度和单位时间内消耗的热量，它可以用来计算全年供暖的能耗量。热负荷指标是在供暖室外温度条件下，单位建筑面积由供热设施供给的热量，目的是为确定达到室内温度所设置的供暖设备的依据，其中的供暖指标是耗热量和热负荷的能耗情况。从图2可以看出板楼朝向不同会引起供暖指标的变化，它的变化规律与建筑的外窗参数密切相关。例如板楼a，主要的外窗和内侧窗户的宽度就有小外窗和大外窗之分。窗户参数的不同造成供暖指标的变化规律也不一样。在板楼a小外窗当中，供暖指标随角度的减小而增大，耗热量的最大增幅为1.96%，热负荷的最大增幅为0.87%，符合建筑朝向普遍的规律；而在大外窗当中，供暖指标最大值是大外窗朝正南方向的时候，最小指标出现在朝东南方向的时候，耗热量的最大增幅为3.16%，热负荷的最大增幅为0.96%。相比而言板楼b比板楼a的外形更为复杂，朝向对板楼b供暖指标的影响基本和板楼a相同，而板楼c的供暖指标差异较大，它的最大耗热量指标在南向225，最小值在南向270和255。在符合规划的时候，东西向建筑耗热量比南北向建筑耗热量高5%。目前住宅设计需要考虑室内采光和室内外通风的问题，所以就会将外窗面积做大，导致住宅的外形更加复杂，因此住宅接受太阳辐射的强弱不再随朝向的变化而单调的改变。由表2我们可以看出板楼的窗墙面积也在逐渐增大。塔楼热工性能的变化程度没有板楼明显，塔楼的供暖指标应从围护结构着手分析。从图3我国可以看出塔楼a，b，c的供暖指标呈现单调的变化趋势，而且最高值的增幅比最低值的增幅相对较小。塔楼的南、北向窗墙面积也高于平均指标。建筑物朝向的变化直接影响着接受到太阳辐射量的大小，住宅朝向正南时的热负荷指标最小，当南向角度发生变化后，热负荷指标会逐渐增加，但增加的幅度会很小。板楼的热负荷受朝向影响较大，而塔楼的热负荷情况却相对稳定，耗热量指标随朝向的变化更为明显，这样的情况体现太阳的辐射对热负荷指标的影响相对较大。然而住宅中部分房间由于位置的不同，其热指标会出现不同的变化，有的甚至呈现相反的变化，但这样的变化不会影响住宅热指标的变化趋势。例如板楼a的1号住户和塔楼a的1号住户相比，当住宅朝向发生变化的时候，它的热指标就会发生明显的变化。他们的朝向由西向变为南向时，当住宅的窗墙面积远超出规范要求的时候，供暖指标会随朝向的变化而出现波动，最小值出现在非正南朝向，最大值出现在非东西朝向。由于住宅设计的多样化，住宅的外窗选择均呈现丰富性，朝向对于住宅接受太阳辐射能力的影响已经越来越小。所以，我们在分析住宅建筑的供暖指标时，应当根据太阳辐射的实际情况进行具体分析。例如住宅的外窗是受太阳辐射最多的围护构件，从板楼a的外窗对比结果中可以发现，太阳辐射的热量随着外窗面积的增大而增加，直接影响着建筑的供暖指标。接着考虑住宅的外形对供暖指标的影响，因为外形的变化影响着建筑物受到太阳辐射的高低，尤其是大外窗设计使住宅受到的太阳辐射情况显得更为复杂，造成供暖指标随窗户朝向的变化而变化，所以，分析住宅供暖指标变化的时候我们需要针对到具体的房间。Si为户型体形系数,其中的Ai表示户型的总外表面积,Vi为户型总体积。模拟实验中计算的宽度分别为12.60m、14.70m和16.80m的板楼a1、a2和a3，实验根据它们的外墙、屋顶和外窗得到其传热系数分别为0.990W/（m2K），0.964W/（m2K）和0.941W/（m2K）。其中户型的供暖指标与平均传热系数和户型体形系数的乘积成正比。有个别的供暖指标和Kisi不一致是由于?ti造成的，一方面是因为相邻楼梯间的地面的温度与室外温度有差异；另一方面是因为不同户型的冷空气耗热量不同，导致供暖指标的不同。由图4可知，在顶层住户中板楼a2的供暖指标最高，这与屋顶和空气渗透的实际情况有关。随着屋顶面积的增大，房间的耗热量也会有所提高。在窗户尺寸变化不大的情况下，换气次数对于面积更大住户的影响相对变小，耗热量也会相对减小。这两种因素造成板楼a2的耗热量和热负荷指标最大。结束语总之，我们需要加强节能住宅建筑的建设脚步，通过对围护结构的优化，实现供暖能耗能降到最低。针对住宅建筑需要根据其接受太阳辐射的实际情况进行具体分析，注意外窗的位置和尺寸。根据住宅朝向和房间位置接受太阳辐射的大小，判断房间的供暖指标，可以看出住宅建筑的供暖指标与其体形系数成正相关，我们需要通过改进围护结构达到供暖能耗的最优化。参考文献1陈盛,狄洪发.单体住宅建筑围护结构供暖能耗分析J.暖通空调,2005,35(2):116-119.2逯红梅,王亚茹.寒冷地区新农村住宅围护结构性能对供暖能耗的影响分析J.建筑节能,2018,46(3):61-63.3韩京彤,王清勤,李德英,等.住宅围护结构改造对供暖空调能耗的影响及效益分析J.新型建筑材料,2018,45(8):116-120. -全文完-