47广州地区建筑遮阳与夜间通风系统模拟分析与经济性评价

1、第 PAGE 9页广州地区建建筑遮阳与与夜间通风风系统模拟分析与与经济性评评价清华大学建建筑技术科科学系 王旭辉 高岩 吴吴彦廷 秦秦蓉 吴如如宏 燕达达摘要 针针对一栋位位于广州的的典型商业业建筑模型型，用能耗耗模拟软件件DeSTT对其遮阳阳系统与夜夜间通风系系统的不同同配备情况况与运行模模式进行模模拟分析，从节能性及经济性方面分析比较10种方案。结果表明：遮阳和夜间通风能有效减小建筑负荷，减少空调系统初投资和运行费；在10种方案中，综合应用带控制的内遮阳和夜间通风的方案具有最佳经济性。关键词 遮阳 夜间通风风 经济济性1 引言随着我国经经济的飞速速发展和人人们对建筑筑环境要求求的不断提提高

2、，用于于实现建筑筑室内环境境调控的空空调能耗不不断提高，降降低空调能能耗、实现现健康可持持续的发展展，成为了了建筑物与与空调系统统设计中亟亟待解决的的重要问题题。与窗户结合合的遮阳系系统可以有有效的减少少进入室内内的太阳辐辐射得热量量，降低空空调能耗；而夜间通通风能够有有效利用夜夜间室外冷冷量，通过过建筑物蓄蓄冷降低白白天空调负负荷峰值。如能针对对以上两者者采用适当当的控制方案，它们们都是非常有效效的节能措措施，将能能在降低空空调能耗方方面发挥巨巨大功效。为考察遮阳阳系统与夜夜间通风的的不同运行行模式对建建筑能耗的的影响，本本文将利用用计算机模模拟分析工工具，针对对采用了法国国尚飞（SSOMF

3、Y）公公司的遮阳控制制系统和夜间通风风窗控制系系统的广州地区区典型商用用建筑，从从节能性及及经济性方方面分析比比较不同的的遮阳与夜夜间通风方方案，以提提出节能而而经济的运运行方案。2 模拟方方案利用模拟软软件对建筑筑进行动态态模拟，能能够准确地地再现建筑筑物复杂的的热过程，对对辅助建筑设设计具有重重要的意义义。本文应应用的模拟拟软件为清清华大学建建筑技术科科学系开发发的DeSST软件1，该软件支支持各种建建筑物与环环境控制系系统的动态态模拟分析析，其计算算准确性已已得到全面验证2。为更好地考考察建筑遮遮阳与夜间间通风的不不同方案的的节能效果果和经济性性，本文选选择广州作作为建筑所所在地，采采用

4、广州典典型气象年年逐时数据据3对一典型商商用建筑模模型进行模模拟。针对对不同遮阳阳方式、夜夜间通风方方式，本文文设计了110种典型型组合方案案进行模拟拟分析。2.1 建建筑模型本文采用的的建筑模型型是一栋位位于广州的的典型商业业建筑，其其立体图和和平面图如如图1、22所示，该该建筑长440m，宽宽35m，南南北朝向，共共有8层，总总建筑面积积112000m2。整个建建筑包括电梯间间、走廊、卫生间等等构成的建建筑核心筒筒区域以及及周边办公公室区域，建筑筑中的每个个房间都可可以设置遮遮阳控制装装置和夜间间通风控制制装置。图1 建筑筑模型三维维立体图图2 建筑筑模型平面面图建筑的围护护结构参数数见表

5、1和和表2：表1 建建筑墙体、屋面和楼楼板参数围护结构名名称围护结构材材料传热系数WW/(m22 K)外墙24砖墙+聚苯板内内保温0.5644内墙陶粒混凝土土水泥砂砂浆1.5155屋面加气混凝土土保温屋面面0.8122楼板钢筋混凝土土楼板3.0555表2 建筑外窗窗参数外窗结构6mm玻璃璃+9mmm空气层+6mm玻璃璃中空双层玻玻璃窗传热系数 W/(mm2 K)3.1遮阳系数SSC0.67太阳得热系系数SHGGC0.5833建筑室内设设计参数如如表3：表3 建筑室内内设计参数数房间类型夏季冬季温度（）相对湿度（%）温度（）相对湿度（%）办公室24266602022250空房间182666018

6、26635走廊202886520288552.2 遮遮阳与夜间间通风方案案本文所模拟拟的10种种遮阳与夜夜间通风组组合方案如如表4所示：表4 遮遮阳与夜间间通风的110种组合合方案方案遮阳装置外遮阳百叶叶角度内遮阳卷帘帘夜间通风冬季遮阳率率夏季遮阳率率方案1无方案2外遮阳百叶叶90方案3外遮阳百叶叶45方案4内遮阳卷帘帘0100无方案5内遮阳卷帘帘050无方案6内遮阳卷帘帘0100固定换气次次数：2次次/小时方案7内遮阳卷帘帘0遮阳控制系系统，控制制室内自然然采光照度度到3000Lx无方案8内遮阳卷帘帘0遮阳控制系系统，控制制室内自然然采光照度度到3000Lx固定换气次次数：2次次/小时方案9

7、内遮阳卷帘帘0遮阳控制系系统，控制制室内自然然采光照度度到3000Lx (房间无人人且空调系系统未关闭闭时：1000%)无方案10内遮阳卷帘帘0遮阳控制系系统，控制制室内自然然采光照度度到3000Lx (房间无人人且空调系系统未关闭闭时：1000%)固定换气次次数：2次次/小时注：遮阳率率指遮阳装装置的使用用比率，1100%表表示全部使使用。外遮遮阳百叶角角度指百叶叶与水平面面的夹角。各方案间的的比较关系系如图3所所示，具体体解释如下下：方案1没有有采取遮阳阳及通风措措施，作为为与其它方方案比较的的基准案例例；方案2和方方案3分别别代表配备备不同角度度的外遮阳百叶但但没有控制制系统的情情况，用

8、于于体现采用用外遮阳措措施的效果果；方案4和方方案5分别别代表配备备不同遮阳阳率的内遮遮阳卷帘但没有有控制系统统的情况，用用于体现采采用内遮阳阳措施的效效果；方案6是在在方案4的的基础上增增加了通风风窗控制系系统；方案7用于于模拟设有有遮阳控制制系统，通通过控制室室内自然采采光照度到到300LLx，自动动调整室内内遮阳装置置的开启率率的工况；方案8是在在方案7的的基础上再再增加通风风窗控制系系统；方案9用于于模拟遮阳阳控制系统统与房间内内部监测系系统的联动动控制的工工作模式（当当房间内部部监测系统统监测到房房间无人并并且空调系系统没有关关闭时，为为了实现节节能控制模模式，并维维持室内温温度处于

9、一一定的舒适适范围，故故将室内空空调设定温温度提高22，例如有有人时的工工作时间空空调设定温温度为266，而无人人时为288）；方案10是是在方案99的基础上上增加通风风窗控制系系统。图3 十十种方案之之间的比较较关系3 模拟结结果分析3.1 建建筑负荷比较考察以上110种方案案对建筑负负荷的影响响，各方案案的全年累累计耗冷耗耗热量如图4，冷热负负荷峰值如如图5：图4 各方方案建筑全全年累计耗耗冷耗热量量比较图5 各方方案建筑全全年冷热负负荷峰值比比较由图4和图图5可见，在广广州冷负荷荷远大于热热负荷，因因此冷负荷荷是影响全全年能耗的的主要因素素。遮阳设设备对于尖尖峰负荷的的影响比较较明显，各

10、各种设置了了遮阳的方方案的最大大冷负荷均均比没有设设置遮阳的的方案1低；从方案案5、7、9的比较较可见，遮遮阳时间越越长（975），全年累计冷负荷以及冷负荷的峰值就越小，其中遮阳时间最长的方案9比起无遮阳的方案1全年累计耗冷量降低了12。对于夜间通通风的效果果，分别比比较方案44和6、7和8、9和10，每一一组都采用用了相同的的遮阳形式式和控制策策略，而后后者均加入入了夜间通通风。可以看到到加入夜间间通风之后后，全年累累计耗冷量量分别降低低了6.77、2.1和22.0，可见在广州由于昼夜温差较小，夜间通风的效果并不十分明显。3.2 照照度比较考察不同的的遮阳控制制方式下室室内照度情情况。以方方

11、案5和方方案7为例例，两者全全年累计能能耗以及冷冷负荷峰值值相差不多多，方案55的遮阳使使用率保持持50不不变，而方方案7则根根据室内照照度来调控控遮阳设备备。图6和图7分别是方方案5和方方案7在66月29日日及9月2日，西南向向房间的逐逐时室内自自然采光照照度。图6 66月29日日两方案室室内逐时照照度比较图7 99月2日两两方案室内内逐时照度度比较通过以上两两图的比较较可见，方方案5由于于不对遮阳阳设备进行行控制，室室内照度随随时间变化化较大，而而且在很多多时刻低于于300LLx，为维持室内内照度，可可能导致照照明电耗增增加；而方方案7则能能够充分利利用自然光光满足室内内照度需求求，维持较

12、较为稳定的的室内照度度环境，从从而减小照照明用电消耗。可见，采用用合适的遮遮阳控制方方案，有利利于改善室室内照度环环境和减小小照明电耗耗。3.3 经经济性分析要考察某一一节能措施施的经济性性，必须在在初投资和和运行费用用的计算上上将该措施施所带来的的影响全部部考虑进去去，不论是是遮阳还是是夜间通风风，由于改改变了建筑筑负荷，势势必会对整整个空调系系统的选型型和运行带带来影响，从从而改变暖暖通空调系系统的初投投资和运行行费用，因因此下文进进行遮阳和和夜间通风风的经济性性分析时，初初投资和运运行费用的的计算都将将涵盖整个个暖通空调调系统。初投资的计计算除了包包括暖通空空调系统主主要设备、材料的购购

13、置费，暖通空调调系统施工工的人工费费、机械费费、材料费费等，还需需要按照北京市建设设工程概算算定额4的要求，计计算系统工工程的其它它直接费、施工临时时设施费、现场经费费、企业管管理费、利利润、税金金等。本文文的暖通空空调系统初初投资按下下面的公式式，根据实实际产品价价格计算：暖通空调系系统总投资资=直接费费其它直直接费临临时设施费费现场管管理费企企业管理费费利润税金。3.3.11 经济性分分析参数的的设定由于本文涉涉及的内容容只是对一一假设的建建筑分析其其遮阳设备备的经济性性，建筑所所采用何种种空调系统统等信息无无法确定，所所以，在计计算空调运运行费用时时假设采用用常规电制制冷的方式式，假定冷

14、冷机综合CCOP为33.0，根根据计算的的耗冷量对对冷机电耗耗进行折算算，电价按按照商业用用电的综合合电价计入入；假设采暖采采用燃气锅锅炉，采暖暖运行费用用的计算采采用将热负负荷折算到到标准燃气气量的方法法，燃气价价格按照市市政燃气收收费标准计计入。详细细经济性参参数设定如如表5：表5 与暖通空空调系统运运行费相关关的经济性性参数空调系统综综合COPP电价 (￥/kWWh)热值(kcall/Nm33)燃气锅炉效效率燃气价格 (￥/NNm3)3.00.883740.842.0根据SOMMFY公司司提供的资资料5，遮阳设设备的经济济性参数如如表6：表6 SSOMFYY遮阳设备备的经济性性参数外遮阳

15、百叶叶内遮阳卷帘帘自控窗通风自控系系统（包括人工工费）单位元/平米窗窗面积元/平米窗窗面积元元/套价格1, 50004002, 0000272, 500注：电动窗窗的大小、开启方式式变化较大大，每个开开窗机能控控制的开窗窗面积很难难确定，本本文采用的方方案是每个个房间设置置两个电动动开窗机；外遮阳百百叶和内遮遮阳卷帘的的初投资按按照建筑四四个立面均均遮阳计算算（窗面积积36722m2）。3.3.22 各方案案的初投资资和运行费费用按照上述方方法和参数数计算各种种方案的初初投资和运运行费如表表7：表7各各方案初投投资和运行行费采暖能耗 (kWhh/年)空调能耗 (kWhh/年)照明运行费费(万元

16、/年年)空调系统运运行费(万元/年年)遮阳设备初初投资(万万元)空调系统初初投资(万万元)空调系统和和照明总运运行费(万元/年年)遮阳设备和和空调系统统总初投资资(万元)方案11259992308882622.553.10285.6675.6285.66方案22360221687663331.739.1367.22273.8870.8641.00方案31408332108444827.748.5367.22312.6676.2679.88方案41261001984777629.845.7128.55226.4475.5354.99方案51260112145996226.149.4128.552

17、59.2275.5387.77方案61264771852006429.842.6147.77227.4472.4375.11方案71259992073666322.547.7153.55239.8870.2393.33方案81261442030112722.546.7172.77240.8869.2413.55方案91260002034777319.746.8153.55237.3366.5390.99方案101261771993229519.745.9172.77238.4465.6411.113.3.33 外遮阳百百叶的经济济性方案2和33使用了外外遮阳百叶叶，比较它它们与方案案1的初投投

18、资和运行行费，并计计算投资回回收期，如如表8：表8 外外遮阳百叶叶的经济性性分析方案照明运行费费(万元/年年)空调系统运运行费(万元/年年)遮阳设备和和空调系统统总初投资资(万元)投资回收期期（年）方案122.553.1285.66-方案2（与方案11比较）31.7(+9.22)39.1(-14)641.00 (+3555.4)74方案3（与方案11比较）27.7(+5.22)48.5 (-4.6)679.88 (+3994.2)n/a n/a表示该方案运行费大于或等于被比较的基准方案，投资回收期为无限大，下同在安装了外外遮阳百叶叶（无控制制装置）的的情况下，相相对于方案案1，空调调、采暖费费

19、用有所降降低，但照照明电耗却却有所增加加。但比较较突出的是是，由于外外遮阳百叶叶的初投资资过大，甚甚至大大超超过空调系系统的初投投资，从而而造成采用用外遮阳百百叶的方案案从经济性性上来讲是是不合理的的。3.3.44 内遮阳卷卷帘（无自自控）的经经济性方案4和55使用了不不带自控的的内遮阳卷卷帘，比较较它们与方方案1的初初投资和运运行费，并并计算投资资回收期，如如表9：表9 内内遮阳卷帘帘的经济性性分析方案照明运行费费(万元/年年)空调系统运运行费(万元/年年)遮阳设备和和空调系统统总初投资资(万元)投资回收期期（年）方案122.553.1285.66-方案4（与方案11比较）29.8(+7.3

20、3)45.7(-7.44)354.99(+699.3)n/a方案5（与方案11比较）26.1(+3.66)49.4(-3.77)387.77(+1002.1)n/a相对于无任任何遮阳措措施的方案案，在加设设了内遮阳阳卷帘后，室室内光环境境得到改善善，但卷帘帘的初投资资较高，并并且在没有有室内照度度控制的条条件下，始始终处于固固定位置内内遮阳卷帘帘会带来照照明电耗的的增高。因此虽然然其带来部部分空调运运行费用的的减少，但但总运行费费与无任何何遮阳措施施的方案几几乎相等，其总体经济性较差。3.3.55 遮阳控制制系统的经经济性根据前文分分析，虽然然由于初投投资过高而而经济性不不佳，但遮遮阳设备所所

21、带来的光光环境的改改善以及给给使用者带带来的舒适适性，使其其成为一种种必要。下下面分析在在采用了遮遮阳设备（内内遮阳卷帘帘）以后配配备遮阳控控制系统的的经济性。方案7和99均采用了了带自控的的内遮阳卷卷帘，比较较它们与不不带自控的的方案4的的初投资和和运行费，并并计算投资资回收期，如如表10：表10 遮遮阳自控系系统的经济济性分析方案照明运行费费(万元/年年)空调系统运运行费(万元/年年)遮阳设备和和空调系统统总初投资资(万元)投资回收期期（年）方案429.845.7354.99-方案7（与方案44比较）22.5(-7.33)47.7(+2)393.33(+38.4)7方案9（与方案44比较）

22、19.7(-10.1)46.8(+1.11)390.99(+35.9)4在不考虑内内遮阳卷帘帘的初投资资影响后，具具有遮阳控控制装置的的遮阳系统统虽然在空空调、采暖暖费用上相相对于方案案4有所增增加，但照照明电耗都都有所降低低，其结果果是包括照照明及空调调、采暖运运行费用的的整体运行行费用降低低。遮阳控控制系统具具有良好的的静态回收收期。这表表明，如果果建筑方案案决定采纳纳遮阳卷帘帘的遮阳形形式后，使使用遮阳控控制系统对对遮阳系统统的经济性性是有利的的。3.3.66通风窗的的经济性方案7和88、方案99和10分分别为是否否采用夜间间通风的对对比方案，分分别比较它它们的初投投资和运行行费，计算算

23、采用通风风窗的方案案（8和110）的经经济性，如如表11：表11 通通风窗的经经济性分析析方案空调系统运运行费(万元/年年)遮阳设备和和空调系统统总初投资资(万元)投资回收期期（年）方案747.7393.3320方案8(与方案77比较)46.7(-1)413.55(+20.2)方案946.8390.9923方案10(与方案99比较)45.9(-0.99)411.11(+20.3)采用通风窗窗后总初投投资有二十十多万的增增加，但使使用通风窗窗使建筑在在夏季夜间间通风能节节省大约一一万元左右右的空调、采暖运行行费用，所所以对于方方案7和方方案9，使使用通风窗窗的静态经经济回收期期大约为220年和2

24、23年。4 结论综合以上模模拟分析结结果，得到到以下5点结结论：遮阳设备能能够有效减减小冷负荷荷，采用遮遮阳设备的的方案，其其空调系统统和照明设设备的总运运行费用比比不用遮阳阳设备的方方案少7%13%（方案7710与与方案1比比较）。遮阳设备能能够极大改改善室内光光环境，避避免室内照照度过高而而产生眩光光，但同时时也增加了了维持室内内照度所需需的照明能能耗。应用了自控控系统的遮遮阳设备能能够使室内内照度的改改变更加均均匀。当室室内照度偏偏高的时候候，遮阳设设备关闭以以减少进入入室内的自自然光；当当室内照度度偏低的时时候，遮阳阳设备打开开以更多地地利用自然然光进行照照明。带自自控的遮阳阳设备能减减小空调系系统和照明明系统的能能耗，并由由于降低了了尖峰负荷荷能减