上海地區(qū)建筑節(jié)能分析

來源:《節(jié)能》　作者:李懷玉　日期:2007-1-26
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　　摘要：利用分析軟件DOE-2分別對外墻保溫、屋面保溫及窗墻面積比進(jìn)行了能耗模擬分析，提出合理的選擇范圍并介紹了上海地區(qū)天然冷熱源利用的設(shè)備和空調(diào)方案及其可利用的節(jié)能空調(diào)方案。

　　關(guān)鍵詞：建筑；上海地區(qū)；節(jié)能分析；能耗模擬；DOE-2
　　中圖分類號：TU111．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004-7948(2006)11-0038-03

　　1 上海地區(qū)氣候特點(diǎn)及建筑能耗現(xiàn)狀
    上海北界長江，東瀕東海，南臨杭州灣，西接江蘇、浙江兩省。該地區(qū)年平均氣溫16．5℃，冬季1月最冷，月平均氣溫5℃，較同緯度內(nèi)陸溫和；夏季7月最熱，月平均氣溫約為30℃，又不如同緯度內(nèi)陸炎熱。即便是最冷月，其最低干球溫度也不低于-4℃；但其最熱月比較熱，最高溫度高達(dá)38℃。統(tǒng)計(jì)資料顯示，全年超過30℃已多達(dá)約600h。雖然全年最低溫度不低于-5℃，但其全年低于5℃已有約850h。因此，該地區(qū)是典型的夏熱冬冷氣候。按建筑氣候分屬于夏熱冬冷地區(qū)。該地區(qū)雨量充沛，年均降雨量1200mm，雨日多達(dá)132d。降雨的季節(jié)分配較均勻，夏季約占40．1％，冬季占13．0％，導(dǎo)致該地區(qū)空氣含濕量高，夏季悶熱，冬季陰冷潮濕。

    上海夏季傳統(tǒng)上以空調(diào)電制冷為主，根據(jù)2002年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上海的空調(diào)普及率為96．8％，家用空調(diào)擁有量為每百戶177臺，夏季空調(diào)用電量過度增加已造成高峰期電力短缺。日前進(jìn)行韻一項(xiàng)調(diào)查顯示，在擁有4千多幢高層建筑的上海，建筑物已經(jīng)成為一個(gè)“耗能大戶”。建筑使用能耗已占上海全市能耗的20％左右，目前仍然在以每年1％的速度增長。在所有建筑能耗中，空調(diào)制冷用電的上升勢頭尤為迅猛。2005年夏天上海最高峰用電負(fù)荷達(dá)1500萬kW，其中用于空調(diào)制冷的負(fù)荷約占總用電負(fù)荷的1／3。

　　
    2 能耗基數(shù)
    為了讓能耗分析具有可比性，首先確定能耗基數(shù)。以目前上海地區(qū)最為普遍的磚混住宅的能耗作為居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的基數(shù)。能耗基數(shù)的具體計(jì)算條件是：

    (1)室內(nèi)達(dá)到舒適性熱環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

    (2)換氣量取1．5次/h。

    (3)外墻為240mm混凝土切塊磚，兩面抹灰，傳熱系數(shù)K=2．0W／(m2·K)。

    (4)屋面為英紅瓦+聚氨酯防水卷材+100mm厚粉煤灰陶�；炷琳麧矊�+100mm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層+15mm厚混合砂漿層，傳熱系數(shù)K=2．77W／(m2·K)。

    (5)外窗為單層鋁合金窗，夏季掛淺色內(nèi)窗簾，傳熱系數(shù)K=4．7W／(m2·K)。

    (6)該住宅為一小別墅，地下一層，地上兩層，窗墻面積比為：南向0．32，北向0．17，東向0．21，西向0．14，建筑層高3．6m，建筑面積：636．88m2，朝向：正南。

    (7)目前上海最普遍的采暖空調(diào)設(shè)備是電暖器和空調(diào)器。電暖器最高能效比為1，空調(diào)器的能效比為2．3。按照上述計(jì)算條件，結(jié)合各地氣象資料用DOE-2進(jìn)行能耗模擬，得出上海地區(qū)的能耗基數(shù)(見表1)。

表1 能耗基數(shù)

3 外墻加保溫材料能耗模擬
為實(shí)現(xiàn)50％的節(jié)能目標(biāo)，《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對外墻的熱工性能提出了要求，即外墻平均傳熱系數(shù)不應(yīng)超過1．5或1．0W／(m2·K)，若傳熱系數(shù)符合而熱惰性指標(biāo)不符合時(shí)須進(jìn)行隔熱計(jì)算。但目前上海所采用的墻體傳熱系數(shù)都大于2．0W／(m2·K)，要使其滿足節(jié)能要求，必須與保溫系統(tǒng)相結(jié)合或采用熱工性能更好的新型墻體材料，才能達(dá)到上述要求的保溫隔熱指標(biāo)。根據(jù)保溫層與結(jié)構(gòu)墻體的相對位置可分為內(nèi)保溫、外保溫和夾心保溫三種保溫技術(shù)，由于夾心保溫在上海市應(yīng)用量非常少，內(nèi)保溫性能又不如外保溫，故本文只對外保溫進(jìn)行模擬分析。保溫材料為XPS 擠塑板，分別模擬不同厚度時(shí)建筑單位面積所需制冷、供熱量及總耗電量，結(jié)果見表2。

表2 外墻保溫后的能耗情況

    模擬結(jié)果得出，加了保溫材料之后，傳熱系數(shù)顯著降低，冷熱負(fù)荷和總耗電量都降低。即便是只有5mm厚的保溫材料，也是外墻傳熱系數(shù)從2W／(m2·K)降到1．44W／(m2·K)，符合筑節(jié)能外墻傳熱系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。由表2知，20mm厚的保溫材料能使單位建筑總耗電量減少1070W，30mm厚能降低單位建筑總耗電1230W，可見節(jié)能效果顯著。

　　傳熱系數(shù)增加的趨勢隨保溫材料厚度的增加而趨于平緩。這說明在建筑構(gòu)造中，并不是保溫材料越厚越好，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性，一般選用20～30mm就夠了。

　　
    4 屋面加保溫材料后能耗模擬
    建筑屋面的熱損失在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的所有傳熱熱損失中約占9％，且對居住環(huán)境的舒適度影響很大。因此，改善屋面的保溫性能是建筑節(jié)能、改善頂層居住環(huán)境的一個(gè)重要措施。

    下面是用DOE-2模擬的不同厚度保溫層對建筑能耗的影響，保溫材料為XPS擠塑板，保溫方式為倒置式，即把保溫層置于防水層之上。傳統(tǒng)的保溫方式是把防水層置于保溫層之上，這種情況會由于防水層兩面的溫差過大而導(dǎo)致防水層破裂，影響保溫層，從而影響節(jié)能效果。模擬結(jié)果見表3。

表3 屋面保溫后的能耗情況

可以看出，加了保溫層之后冷熱負(fù)荷和總耗電量都降低，30mm厚的保溫層可使單位建筑總耗電量減少2．45kWh，制冷量減少5．82kWh／m2，供熱量減少6．98kWh／m2，節(jié)能效果相當(dāng)可觀，與外墻保溫相比，同樣厚度的保溫層單位建筑面積的節(jié)能效果更為顯著。由圖1可知，隨保溫層厚度的增加，傳熱系數(shù)呈雙曲線趨勢減小、在厚度增加到35mm之后，傳熱系數(shù)的減少也相當(dāng)緩慢。在選擇時(shí)，要綜合考慮保溫結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性并確定出合理的厚度。

圖1 保溫層厚度與屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的關(guān)系

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