窗墙面积比对公共建筑能耗影响的数值模拟

1、窗墙面积比对公共建筑能耗影响的数值模拟摘要：建立了绵阳某公共建筑的物理模型，运 用 DEST 软件模拟分析了不同朝向窗墙比对建筑能耗 的影响，并将优化模型与基准模型的能耗状况进行了 对比分析，得出夏热冬冷地区最优南向窗墙比应为 0.4，北向窗墙比应为 0.25。关键词：窗墙面积比；公共建筑；外窗，能耗 中图分类号：TU834.5文献标志码：A文章编号： 1674-9324（2015）05-0099-02建筑围护结构的热过程在冬季和夏季存在很大的 区别，在夏热冬冷地区， 围护结构全年能耗应该对冬、 夏两季进行综合考虑 1 。外窗能耗占到外围护结构能 耗的 35%左右，已经成为住宅建筑围护结构节能

2、的重 要节点 2。目前，外窗面积呈现出逐渐增大而可开启 面积逐渐减小的趋势，给建筑节能提出了严重挑战 3 。本文基于四川省绵阳市气候区的特性， 应用 DEST 软件模拟分析了外墙比对建筑能耗的影响，探寻全年 累计能耗最低的窗墙比，提高其建筑节能的水平。一、几何模型及室内环境参数1. 几何模型。本文以绵阳某公共建筑的大堂作为 实体模型，南北朝向，大堂尺寸为32mx 26mx 9.8m, 体形系数为 0.22。其中，外墙的传热系数为 0.53 w/m2.k;内墙的传热系数为0.76 w/m2.k;楼板的传热 系数为1.5 w/m2.k;门的传热系数为0.763 w/m2.k;窗 的传热系数为2.3

3、1w/m2.k,遮阳系数为0.7;屋顶的传 热系数为0.53w/m2.k。大堂的几何模型如图1。2. 室内外环境参数设定。空调、灯光及设备的开 启时间为7: 00 20: 00,室内设计空调温度为26C, 在没有自然通风的情况下，换气次数按0.5次/h设置, 有自然通风的情况下，换气次数按 5次/h设置。人员 密度为0.05m2从，人体发热量设定为64w/人，灯光 发热量设定为11w/m2，设备发热量设置为511w/m2。二、窗墙比对公共建筑能耗的影响1. 南向朝向的窗墙面积比对建筑能耗的影响。由 图2 (a)可知，随着南向朝向的窗墙面积比增大，供 暖季的建筑热负荷指标及年耗热量呈线性降低趋势

4、， 这与南向朝向在冬季受到的太阳辐射最大有关，并符 合地球绕太阳运动的规律；由图2 (b)可知，空调季 的建筑冷负荷指标及年耗冷量随南向朝向的窗墙面积 比增大而增大，这是由于在夏天窗户的面积越大，受 到的太阳热辐射就越多，进行室内的外热扰量也就越 大有关，从而增加了空调冷负荷及耗冷量;建筑的年 总负荷指标和年能耗的变化趋势与空调季类似。南向 朝向的窗墙面积比由 0.1 增加到 0.9的过程中，采暖季 热负荷指标及年耗热量分别减少了 0.66w/m2 和 ,空调季的建筑冷负荷指标及年耗冷量分 别增加了 3.11w/m2和,采暖空调季的建 筑总负荷指标和年能耗依次升高了 2.39w/m2和 。2.

5、 北向朝向的建筑窗墙面积比对建筑能耗的影响。由图3（a）可以看出，供暖季热负荷指标及年耗 热量随北向朝向的窗墙面积增加略有增大，但是变化 量很小；从图3（b）可以发现，空调季冷负荷指标及 年耗冷量随北向朝向的窗墙面积比增大显著增加，特 别是冷负荷变化的速度非常快；从图 3（c）可以发现 年总负荷指标及年能耗的变化趋势与空调季的变化趋 势近似。当北向朝向的窗墙面积比从 0.1 升高到 0.9 时，供暖空调季总负荷指标及年能耗的增加量依次为 7.70w/m2和3.35 kW.h/m2，空调季的建筑冷负荷指标 及年耗冷量的增加量依次为 6.71w/m2和 ,供暖季的建筑热负荷指标及年耗热量的 增加量

6、依次为1.11w/m2和。从而得出结 论，北向朝向的窗墙面积比越小越节能。3. 优化模型与基准模型的能耗对比分析。基准模 型（建筑的实际几何模型）南向朝向的窗墙面积比为 0.56，北向朝向的窗墙面积比为 0.56。由于需要满足 采光及设计规范的要求， 本优化模型 （模拟结果优化） 南向朝向的窗墙面积比的取值为 0.4，北向朝向的窗墙 面积比的取值为 0.25。从图 4 的模拟结果可以发现，建筑的实际窗墙面 积比大于优化模型的窗墙面积比，导致大量的太阳辐 射热量进入采暖室内，可以一定程度降低建筑的热量 损失，从而降低采暖负荷等指标。在夏季，由于窗户 的面积过大，导致太阳辐射热进入室内，增加了室内 的空调冷负荷，从而增加空调能耗。经过对比，优化 模型的年耗冷量比建筑的实际窗墙面积比减小 1.39 kw.h/m2,建筑冷负荷的节能率达到 2.3%;但是建筑 的年耗热量多增加0.31 kw.h/m2,耗能率增加0.79%, 总体来说，优化后的窗墙面积比比优化前更加节能。三、结论 在夏热冬冷地区的公共建筑，窗墙面积比对建筑 的能耗有一定的影响，通过能耗分析及能耗对比，南 向窗墙面积比为 0.4，北向窗墙面积比为 0.25 时，建 筑的能耗达到最优值。参考文献：1 王怡，刘加平， 肖勇强.自然通风房间热环境的耦合模拟计算方法J.太阳能学报，2006, 27 (1).2 闫