公共建筑围护结构与空调能耗的关系

1、建筑节能公共建筑围护结构与空调能耗的关系李玉云李汉章童明德周维楚（武汉科技大学，武汉;武汉市建筑节能办，武汉）摘 要 依据公共建筑节能设计标准，通过对典型办公建筑的空调负荷计算，得出采用节能 材料，惘护结构的节能率至少可以达到该项n为 年武汉市建委建设科技项no关键词 建筑材料:空调能耗:公共建筑年期建筑节能年期建筑节能据专家研究,我国人型公共建筑单位建筑面积能 耗人约是普通居住建筑的倍左右。武汉市的商业和 居民电力消费量己占全市电力消费暈的 。公共 建筑体最人、类型多、结构复杂、涉及而广，而且能耗 人，节能潜力巨人。我国公共建筑节能设计标准中 提出节能 的目标。其中，曲北到南，围护结构分担

2、节能率约 ，空调采暖系统节能率约 -，照明设备分担节能率约。本文依据公共建筑节能设计标准的各项指标，巫点讨论建筑材 料（围护结构）与空调能耗的关系。空调负荷为保持建筑物的热湿环境,在某一时刻需向房间 供应的冷量称为冷负荷：相反，为了补偿房间失热量 需向房间供应的热量称为热负荷:为维持房间相对湿 度恒泄需从房间除去的湿量称为湿负荷。下闻以一典 型建筑讨论围护结构与空调负荷的关系。楼是一座办公人楼，髙，地上 层，地下层。建筑面积为m"不含地下室），空调面积为肝，窗墙比为，体形系数为。空调冷负荷空调房间的冷负荷包括建筑围护结构传入室内 热量（太阳辐射进入的热承和室内外温差经閘护结构 传入的

3、热量）形成的冷负荷、人体散热形成的冷负荷、 灯光照明散热形成的冷负荷、以及计算机等设备形成 的冷负荷。冷负荷计算方法较多，主要有谐波分解法、 当量温差法和冷负荷系数法。H询，在我国暖通空调 匸程中，常用冷负荷系数法。本文采用冷负荷系数法 计算空调冷负荷。围护结构引起的空调冷负荷影响围护结构冷负荷的因索主要有室外气彖参 数（人阳辐射强度、室外空气温度、湿度、风速等）。夕卜墙和屋而瞬变传热引起的冷负荷在口射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变 传热引起的冷负荷为：T 式中，为外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 （）:为外墙或屋面的面积（）;为外墙和屋而的 传热系数（°C）；为外墙和屋面的冷负

4、荷计算 温度逐时值（°C）,冷负荷计算温度不仅与室外空气温 度和太阳辐射的作用有关，还与建筑朝向、外墙和屋 面的结构等因索有关：为室内设计温度（°C）。表为 基础建筑（世纪 年代初期建造的公共建筑，外墙 ，屋面）的外墙与屋面的空调冷负荷计算表甲位外瑞与屋浙面积空调冷负荷朝向最大值最小值时间时间Mifii结果。从表中可以看出，各朝向最人值出现的时刻不 同，点;绘小值出现早上至中午。因此，空调区域的故人冷负荷不是各项故人值的简单叠加，而是 取逐时冷负荷的综合绘人值。图为单位面积外墙与X 面的逐时空调冷负荷。从图中可以看出，空调冷负荷 成正弦规律变化。址人值与最小值均发生在屋啲（

5、水平 面）。图为节能建筑（外墙，屋面）与非基础建筑的外墙 和屋ifii的逐时冷负荷。从图中可以看出，由于采用了 节能材料，虽然空调冷负荷仍然呈正弦观律变化，但冷 负荷值不仅减小了，而且最人值出现的时间也变了，最 大值为，出现在 ，减少了 的外墙冷负荷。1.置面*负荷;2.西i冷负荷; 3.东增冷负冷负荷;5.北堵冷负荷;6.总冷负荷o o o o o o o6o.so.g3o.如laaS1 位1积外与面矍时空冷负荷1.墓节繼建煤882节H金氛5#著ttM*空 负荷比较外窗引起的冷负荷（）外窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下,通过外玻璃窗瞬变传热T引起的冷负荷为:T 式中，为窗口而积（）;

6、为外窗的传热系数 （°C）；为外窗冷负荷计算温度逐时值。C ； 为室内役计温度°C O值耍根据窗框等情况不同进 行修正。（）透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算方法 透过玻璃窗的日射得热分为两部分，一部分是透 过玻璃窗任接进入室内的A阳辐射热和'窗玻璃吸收 太阳辐射后传入室内的热量。其计算式为：T式中，为玻璃窗日射得热空调冷负荷（）：为 窗口面积（）； 为标准玻璃（ 厚的普通平板玻 璃）的最人H射得热系数（由各地区的纬度决定）：为 窗的有效面枳系数；为窗内遮阳设施的遮阳系数,考 虑内遮阳，可以减少的H射得热引起的空调冷负荷。如果考虑合适的外遮阳措施，还可以进一步 减

7、少日射热最 。图为某础建筑的单位外窗空调冷负荷。从图中 可以看出，东窗的最大值为，发生在 :W窗的最大值为，发生在 。外窗空调冷负荷由大到小的变化趋势为。如果没有遮阳，东与西向（或南与北）的H射得热空 调冷负荷相同：当有内遮阳时，则西向（或南）的空调 冷负荷大于东向（或北）的空调冷负荷。图为棊础建 筑H射得热空调冷负荷与瞬变传热空调冷负荷的比 较。从图中可以看出，外窗最大H射得热冷负荷大于 外窗瞬变传热空调冷负荷。因此，评价玻璃的隔热性 能应该有两个指标，即传热系数与玻璃的遮阳系数。 但要注总以下几点：i 4710 13 16 19 22L东窗；2.西冷负荷93的外空冷负荷300.250.20

8、0.15aloo.5ao* 降低玻璃或透明材料的遮阳系数，可以减少进 入室内的太阳辐射得热，降低建筑空调能耗，但玻璃 或透明材料的遮阳系数过低，同样也会降低玻璃或透 明材料的可见光透射率。 从空调能耗的角度考虑，希與尽可能降低人阳 辐射透过玻璃或透明材料进入室内，即希與遮阳系数 小:从照明的角度，希望提高可见光的透射率。但如果 单一追求节约照明能耗而尽可能地利用|'|然采光，也 会增加空调能耗。根据香港理工人学的有关研究，在 商厦中厅充分利用门然光，照明节能龜可达，但所 节约的能量却不足以补偿空调所增加的能量O如果 光透射比过小，在LI照率低的地区，所增加的室内照 明用电能耗将超过节约

9、的采暖制冷能耗。所以咚同时1总冷负荷；2.日紂得热冷负荷;3.瞬变传热冷负荷图 口射紂热与瞬变传热冷负荷比较考虑遮阳系数与可见光的透过比。 从空调能耗的角度考虑，我们希卑的建筑材料 夏季能反射太阳光的紫外线，减少室内热减4冬李， 允许太阳光通过，址人程度地利用阳光提供温暖。这 种材料称Z为知暖知冷的“智能材料”，于 年底问 世，与冃前山场上的标准板材相比，新材料能降低辐 射 以上，节省能源 以上。 透明玻璃幕墙的空调能耗比外墙空调能耗增 加 以上。图为基础建筑外窗与节能建筑外窗的空调冷负 荷比较。采用节能玻璃减少了的外窗空 调冷负荷。w)*etBii1.总冷负荷;2.日射得热冷负荷;3.聲变传

10、热冷负荷图棊础外窗与节能外窗冷负荷比较外围护结构空调冷负荷外围护结构空调逐时冷负荷见图。从图中可 以看岀，变化趋势由外窗决定，最大值发生在:, 采用节能材料减少了外围护结构空调冷负荷80.0室内热源与新风冷负荷依据公共建筑节能设计标准所推荐的人体、新 风、照明与设备发热磺指标，可以计算出办公室各项 冷负荷指标，见表。农 单位建筑面枳空调冷负荷（mJ两体 风 新内备 室设协构 灿结冷荷 总负¥空调热负荷空调热负荷主要由围护结构负荷、室内设备散热 和新风负荷组成。围护结构引起的空调热负荷祠护结构引起的围护结构耗热杲包括基本耗热 吊和附加耗热呆两部分。毎本耗热杲的棊木热昴计算 公式为：式中

11、，为基本耗热最；为围护结构的表面积 （）;为围护结构的传热系数（°C）；为冬季 室内计算温度（°C）；为冬季室外空气计算温度（°C）； a为囤护结构的温差修正系数（°C）。围护结构的附加 耗热最主耍是朝向修正率、风力附加、外门附加和髙 度附加。武汉市的日照率为 ，小于 ，因此，只需 耍修正东南、西南和南向的修正率。单位外墙（或外窗）外围护结构的空调热负荷见表外I科护结构的空调热负荷（外也护结构屋而外墙基础节能外窗基础节能年期建筑节能年期建筑节能60.040.020.00.014710 13 16 19 22时间（h）1.基础建筑;2节能建筑图基础与节能I

12、韦I护结构冷负荷比较Z'农单位建筑面积空调热负荷（）年期建筑节能“大有恬园”小区“四节”成套技术年期建筑节能大连“大有恬园”小区所采用的成套技术体系，技 术含帚髙，实施系统配套集成，支撐了“节能省地型” 住宅的成功建设。节能成套技术体系主要包括不仅对外墙而、屋 面、外窗和入户门采用保温隔热措施，还对地面、楼 梯间墙和分八隔墙进行保温处理的“单八対闭保温 体系”;采用具有采暖蓄能效率髙和散热均匀等特点 的低温辐射地板采暖体系；包括热源系统、传输系 统、受热本体丁一体的供暖节能体系，节能率达到 。此外“人有恬园”的住宅结构体系采用异型 框架体系，围护结构和内隔断结构全部应用新型墙 体材料，

13、不仅加强了保温隔热性能，提拓了建筑的整 体节能效果，同时也减轻了荷载，减少了钢筋的用 暈，达到了节材目的。节地成套技术包括选址不占用耕地;利用山地地 形错台和地下挖深超过的部分做午库，増大土地利 用率;重视土地资源的存留和使用，收集表土和重置 表土用丁绿化。节水成套技术包括中水人工循环利用系统、地表水 半门然循环利用系统和地下水门然循环利用系统，还采 用节水器具，形成了资源循环利用的生态水环境。节材成套技术突出反映在一次性装修到位的产 业化装修上，采用工厂生产、现场装配的装修方式，实 现了规模化生产、标准化配直。环境保护成套技术包括小区污水零排放，实现生 态式水循环，加强绿化等措施。该项目丁

14、年 月经审批列入建设部“国家康 居示范工程”， 年又列为建设部科技示范项目。 “四节”理念始终贯穿丁小区建设的全过程，并且形成 了一套完整的产业系统。 (木 子)年期建筑节能年期建筑节能表用护结构的节能率建筑供冷供热总节能率水泵风机制冷机总功率节能率水泵风机锅炉总功率节能率功率耗油量基础理筑节能建筑年期建筑节能表。采用节能材料后，外窗减少了 的空调热负 荷，外墙和屋ifii减少了 的空调热负荷。共减少 T的空调热负荷。室内热源在冬季，室内人体、照明产生的热量可以抵消一 部分热负荷，本文按室内空调冷负荷的四分Z考 虑。单位建筑|衍枳的各项空调热负荷见表。提高围护结构保温隔热性能的节能效果根据上面

15、对典型办公建筑的计算，可以得出：()采用公共建筑节能设计标准的折标，单位 建筑I何积可以减少空调冷负荷m，,减少空调热负荷。()通过选择匹配的冷水机组、锅炉等空调系统 设备,主机在供冷季节的节能率为 ，采暖季节的 节能率为 ，加权平均节能率为 ，达到了公 共建筑节能设计标准围护结构节能率 的耍 求,计算结果见表。参考文献潘云钢编著高层民用建筑空调设计北京：中国建筑匸业出版社,中华人民共和国国家标准采峻通风与空气调廿设计规范北京：中国计划出版社，鄂港建筑设备I.程技术交流研讨会I年期建筑节能年期沪歩宀 m宀 宀 宀 f 宀$宀 f f $宀 s宀 y* J：庆祝:墙材革新与建筑节能杂志创刊 周年： 卜我与墙材杂志”征稿启事* * 转眼间，墙材革新与建筑节能杂志已经走过了 年历3£程，金秋I月，我们即将迎來她 岁的生H。 午來，在国家墙: :改办和各级领导的关心和指导下，在各地墙改办的人力支持和* ?帮助下，在广大读者、作者的关心和爱护下，这本杂志已由一棵: :;幼苗成长为一棵大树，在推动全国墙材革新和建筑节能匸作中彳 :发挥肴巫耍的作用，为促进我国墙体材料行业的技术进步贞献: :着一份力虽。:回顾十年历程，相信每一位关心杂