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通過門窗通風和遮陽達到的削減制冷能耗的效果

來源:中國幕墻網收集整理  作者:齊藤 孝一郎 & 石橋 健太郎  日期:2012-12-11
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概要:中國的能源消費,在經濟長期高度的增長環境下,已經成為僅此于美國的世界第二大能源消費國。2011年用電量達到了46900億千瓦時,比上一年增加了11.7%。從居住建筑來看,其用電量達到5646億千瓦時,比上一年增加10.8%。按各月分別的用電量來看,在冬季和夏季出現高峰,7~9月是用電需求的最高峰。由于產業結構的變化和人民生活水平的上升,制冷空調所產生的用電消耗在逐年增加。從2011年的數據顯示,在每年的最大電力負荷時,空調制冷負荷約占了1/3,超過了發電設備總容量的30%。本篇報告,使用數據模擬的方式,定量的計算居住建筑門窗的通風效果與遮陽效果,并明確了其削減夏季空調制冷所需能耗的節能效果。并且,明確了在不同區域氣候條件下如何有效地使用門窗的方法,針對各個地區的節省空調制冷的節能效果,提出了在用電高峰期時削減用電量的可行性。在門窗的性能方面,對威可楷愛普(上海)門窗系統有限公司所生產的各種門窗進行評價。針對通風對應產品,通過流體分析來計算出外部風壓所帶來的通風換氣的特性。對于遮陽產品,我們用ISO和中國標準所規定的太陽光總透射比計算法來模擬分析產品的熱工特性。
 

  通過3地的條件0與條件2的比較證明,擁有遮陽功能的窗型能有效降低空調全年制冷耗電量。研究結果顯示,北京可實現降低27%、上海為19%、廣州為17%左右的節能效果。月度空調制冷耗電量如圖7所示,廣州與上海在夏季7、8月份的耗電量基本相等。這主要是由于上海與廣州在7、8月的外氣溫度,室外絕對濕度,水平面全天日照射量基本無大的差異所致。上海在7、8月份空調用電量激增,由大型都市住宅的空調耗電對發電設備容量所產生的影響令人堪憂。因此夏季降空調制冷能耗對于緩解用電高峰的效果是非常顯著的。即使北京、在7月份的空調耗電量相對于其他月份也是非常突出的,也有必要考慮采取相應的遮陽措施。

  6.2 遮陽功能按時間段對空調制冷的節能效果
  緩解日間用電高峰與削減二氧化碳排放大戶的火力發電設施的電力輸出密切相關。因此,從節能與控制地球溫室化效應來看,是重要的組成部分。空調制冷的耗電量在日間太陽處于最高位置及運轉開啟后的瞬間會達到峰值。在此,我們通過各時間段的空調制冷耗電量來闡明通過遮陽功能對緩解用電
高峰的效果。

  從三地的每日空調制冷耗電量的記錄數據中選取最高一日,其各時間段制冷耗電量如圖8所示。通過條件0與條件2的比較得知,擁有遮陽功能的窗型其節能效果非常顯著。全天空調制冷耗電量的峰值在12點左右,以12點為基準值進行比較。研究顯示,安裝有遮陽功能的窗型,在北京地區可以節約20%,上海為14%,廣州為17%的電量消耗。雖然相比全年空調節能效果而言效果比較小,但對緩解夏季用電高峰的貢獻仍然值得期待。

  7.小結
  本研究針對門窗的通風功能及遮陽功能所產生的節能效果進行定量的把握,闡明根據各地氣候條件所與之適應的功能窗及使用方法為目的。本報告計算出安裝通風裝置的窗型與內置式遮陽百葉窗的隔熱性能,以及闡述了安裝遮陽裝置的窗型所帶來的降低制冷能耗的效果。由此得出以下結論:

  (1)使用鋁合金斷橋構造的YKK AP門窗,除外開門以外均可滿足上海地區的隔熱性能基準。另外,安裝有遮陽功能的窗型(條件2·條件3),除外開門以外可滿足北京地區的隔熱性能基準。所有門窗的SHGC均可滿足上海地區除南向以外的基準值。擁有遮陽功能的窗型(條件2·條件3)的SHGC可滿足最嚴格的廣州地區的基準值。

  (2)通過附加通風 · 換氣功能(條件1),隔熱性能會降低0.1~0.4W/(㎡·K)(UtValue變大),但遮陽性能會提高0.01~0.13(SHGC變小)。通過附加遮陽功能(條件2),隔熱性能會提高0.3~0.7W/(㎡·K)(UtValue變小),遮陽性能也會提高0.29~0.37(SHGC變小)。

  (3)擁有遮陽功能的窗型,全年空調制冷節電效果為北京降低27%、上海降低19%、廣州減低17%。

  (4)按月度空調耗電量來看,上海在7、8月份,北京在9月份空調用電量激增,由大型都市住宅的空調耗電對發電設備容量所產生的影響令人堪憂。

  (5)根據三地按時間段空調制冷耗電量的計算結果顯示擁有遮陽功能的窗型在用電高峰時期的節能效果明顯。北京可降低20%,上海為14%,廣州為17%。相比全年空調節能效果的降幅比較小,但對緩解夏季用電高峰的貢獻值得期待。

  今后,將進一步研究安裝有通風功能的窗型在夏季及年中對空調制冷能耗的節能效果,以及明確適合各地氣候條件的通風功能與遮陽的使用方式。我們YKKAP集團,定量的把握門窗的各種功能對建筑產生的影響,并開發適合各地氣候條件的產品。我們很榮幸通過產品的研發能對中國建筑節能事業的推進與宜居環境的實現做出貢獻。

  【參考文獻】
  1)清華大學:【中國建筑節能年度發展研究報告】
  2)能源·資源自立循環型住宅•都市基礎設施建設的系統開發(自立循環型住宅開發委員會)最終報告(日文資料)
  3)民用建筑節能條例 2008
  4)北京市居住建筑節能設計標準 DBJ 11-602-2011
  5)上海市居住建筑節能設計標準 DG/TJ08-205-2011
  6)夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準 JGJ 75-2009
  7)建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程 JGJ151-2008
  8)窗戶,門和遮蔽裝置的熱性能-詳細計算ISO 15099:2003
  9)美國勞倫斯伯克力國家實驗室:THERM 6.2/ WINDOW 6.2 研究版本用戶手冊,2008.1
  10)美國勞倫斯伯克力國家實驗室:THERM5.2/WINDOW5.2 計算熱傳導系數的美國標準模擬手冊,2006.7
  11)威斯康星-麥迪遜大學:“一個臨時的模擬系統”, 太陽能實驗室。瞬時模擬程序 17 : (2012)
  12)威斯康星-麥迪遜大學:“一個為56型號(多區域氣流模型)雙重隔熱所設置的空氣流網絡模型”。氣流模型1.4版本(2009.11)

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