小型公建筑能耗特性的比较

小型办公建筑能耗特性的比较研究邯郸职业技术学院魏一然王京邯郸建设银行滏东支行陈志宏摘要针对建筑面积在3000平米以下的小型办公建筑，根据建筑所处地域、功能、体形系数、朝向、窗墙面积比、遮阳、围护结构传热等因素，应用Dest-2和正交试验法，针对建筑使用能耗进行全方位、全生命周期的分析。其结果表明，建筑面积、建筑的正面朝向、室内温度、窗墙面积比、机器与照明热、窗玻材料、屋顶传热系数是影响建筑夏季冷负荷主要的因素，设计和控制好这些因素是实现建筑节能目标的重要手段，在建筑设计过程中要充分考虑以上因素对建筑能耗的影响。关键词小型办公建筑耗冷量耗热量建筑节能1引言目前，建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三大能耗大户。我国每年新建房屋约20亿平米，其中城市建筑约10亿平米，大型公共建筑占不到城镇建筑总量的4%。可见小型公共建筑的数量相当可观，研究以办公建筑为代表的小型公共建筑能耗，对建筑节能同样具有十分重要意义。2研究方法建立了基准层面积分别为500m2、700m2、900m2的建筑模型，在不同朝向、外遮阳、建筑形状比（正面长/侧面长）、外遮阳、室内设定温度、围护结构传热系数、窗墙面积比、室内散热、窗玻材料等影响建筑能耗的因素下，采用正交试验和DeST-2模拟分析软件，通过改变因素的水平，对建筑全年的得、失热量进行分析，找到了10个因素搭配的最佳水平，并分析不同的因素对建筑得、失热量影响的主次关系，建立得、失热量与主要因素的函数关系。3建筑模型的建立与输入条件选择3.1建筑模型按不同的基准层面积和形状比在Dest软件中构建办公建筑模型，图1为基准层面积700平米、形状比1：2的建筑，由于篇幅所限，文中其它建筑模型不再显示。3.2气象参数选择本文以河北省邯郸市为例。夏季平均室外气温29.9℃，夏季平均室外风速2.0m/s，冬季室外平均温度1℃。冬、夏季室外逐时气温参数依据当地气象部门提供的气象数据。3.3输入条件输入条件分固定参数和变化参数3.3.1固定参数的输入固定参数的取值主要参照现行相关国家及地方标准、设计规范以及实际工程的常规做法，考虑到试验结果的可比性，对不同形式的办公建筑采用了一致的输入参数，如：建筑层数、层高、外窗位置等，其取值见表1。其中选定办公室人员密度为0.2人/m2，新风量依据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003的规定，取30m3/h·人。表1固定参数跨建筑层数破三层元人员密度茅0.2人/显m恨2图空调面积比咱70%圈新风量所30m爸3眉/h.人百层高御4.0m昌换气次数赖0.5次/椅h絮外窗位置霜正面设置走空调时间虎7时～20浩时3.3.2变化参数及水平选取蚊影响建筑能命耗蚁的胞变化条件和岸水平的参参数间选取见表2哨表2变化条棉件和水平的简选取陶变化条件滚水平因素选亡取方案延1勉2伐3暑A浸厘基准层面积破500m脉2晃700m隙2事900m地2隶B瓦酸正面朝向活南或北锈西日C累厚形状比皮1：从1宅2撑:训1木3渴:鱼1磁D阁战外遮阳久无疲遮阳1玩遮阳2订E叉寿室内猴设定温度歇夏季蛋24℃沃冬季雄20℃杜夏季抛26℃撑冬季赵20℃耕夏季筒28℃纽冬季捷20℃碰F附运外墙传热系祖数亭2.0W/凤m夜2皮·℃炉标准层轻18mm征多孔素砼能70mm应1.2W/若m寿2业·℃监标准层售18mm啦多孔惯砼拖150坡mm意0.67婶W/m围2游·℃很标准层跟18mm奇多孔肠砼热30里0mm啦G患雕正面窗墙面迁积比搁60%如35%参10%阴H尚配机器热俊＋竹照明热尘10W/碧m块2被30W/出m木2具50W/毅m丛2律I量翻窗玻材料健6mm竖普通玻璃昆普通中空争内张膜（单泉层）沫J阔志屋顶传热系么数修0.54务W/m志2坊·℃胆标准层般150mm危苯板保温层杀姿70mm脊0.83肾W/m华2储·℃魂标准层井150mm饱苯板保温层摄寄40mm翼1.77附W/m哈2挨·℃羊标准层仿150mm刚苯板保温层两纪10mm继有关参数说拌明如下：封房间的性质练定位为普通甩办公室，建岁筑内部发热鞋量捆包括照明、收家电和人体脊散热，呜计算菜时分别取顾3容个戒水平长。运其作息时间怖按DeST懂默认丝值选取透，见图意2隶～坑图扯7狗；鱼夏季室内设布定温度圆依据《采暖爷通风与空气句调节设计规秤范》GB5嫌0019-界2003中诸舒适性空调轿室内计算参双数设定为3域个水平：事24拨℃翻、思26馅℃股、捐28堡℃急。延建筑内部发哥热量（包括匆照明、家电浊和人体散热懒）零：铲人员散热按折单位面积人竭数0.2人励/馆m仆2帅，人均发热璃量64W/椒人计算；机棍器热+照明诉热总取10质W/m友2索、30串W/m齿2萝、50签W/m隔2朱三个水平；矩冬季室内设燃定温度均为填20箱℃宏；起建筑方位以善该建筑长边栽正交线所指锤方向为正面稀朝向，由于塔试验模型的网建筑面积、德体形系数、君形状比各不泄相同，为便苏于结果分析径，本试验将票整个建筑外著表面的窗墙薪面积比与正呼面窗墙面积月比设为相同畅；替外遮阳按D殊eST默认肾提供值，分酬别选为：无弟遮阳、遮阳继1、遮阳2蒜；剧见表3和图腐8图；庸窗户和墙体妹围护结构的锅做法及其传诵热系数详见送表4去～初表丘7。睁正交蓝试止验贤不考虑因素礼之间的交互既作用；粪表3遮阳殿1、遮阳2怜参数取值表筐屡a膊b糖c矩d钓e类f暑g土h1接h2币遮阳1炼1钟0优0都0跑0闭0.6多0.2留0.2则0温遮阳2晃1叙0悼0抱0候0粉0.8欧0.3包0.2杠0贞债头析讨平委信惩公钞忽砌原晚汽图8窗遮趁阳示意图峰表4外挂墙主要材料劳及热工性能尼表以外墙水平究主要材料及歌厚度连导热热阻

预m昌·℃周/W讽传热系数谣W/(m痛2喊·℃拨)刃外墙1拘1石灰砂唯浆血12mm璃2加气混话凝土嫌300mm赢3石膏干短抹灰食6mm孩0.814火0.244炊0.233孩0.67或外墙2浸1、3同外次墙1产2加气混偏凝土鉴150mm梦0.244裁1.2途外墙3两1、3同外耳墙1满2加气混赔凝土外70mm绒0.244臂2.0团表5屋面念主要材料及稻热工性能表絮屋面水平垃主要材料及溉厚度长导热热阻

卧m真·℃翼/W干传热系数顾W/(m玻2芹·℃犁)刷屋面1否1水泥砂图浆左20mm链2水泥焦蹈渣津3钢筋混办凝土板松120mm兼4聚苯板卡保温层查10mm帆0.93邮0.87恨1.547株0.047四1.77短屋面2及1、2、3笋同屋面1贞4聚苯板奥保温层聪40mm笛0.047猎0.83怖屋面3蠢1、2、3薯同屋面1传4聚苯板流保温层迈70mm秋0.047渐0.54英表6折窗玻主要材偏料及热工性叉能表包窗玻名称姥窗材类型轮mm络传热系数W魔/(m辽2籍·℃续)昏普通荡6mm侮单玻窗绪6继5.7林普通中空（窗双层）喘6+9+6柄3.1秤内张膜中空障玻璃（单膜慕）涛6+6ai敲r+Pet圆（Low-料e）6ai陕r+6勉1.7舍表7建皂筑物围护结父构主要材料潜及热工性能平表损类别渡板楼构构件名称档导热热阻

迟m矮·℃弊/W脾传热系数

瞧W/(m滤2勿·℃塞)付内墙带24倾加气梯砖钓0.革244寄楼梯间内墙乌37踏砖内墙捉0.629准0.83阶楼地剪混凝土保温教楼地呜1.547锯0.29拣楼板渠钢筋混凝土胡保温楼板息1.895尼0.32缸门伪单层实体木恼制外门扭――恭2.3起窗丘双层钢窗庆――欺--偷建筑物负荷袄计算使用椅清华大学空柏调实验室研醒制开发汉的盲建筑热环境除设计模拟工库具包DeS羞T垒-景2惧（术Desig梢ner写’药sSim填ulati嘴onTo舌olkit名s淹），捆对绕建筑得失热滩量锋进行全年逐把时模拟分析鸦；正交米模拟辆试绝验的时计算采用自疑行编制的正也交实验数据亏处理软件映并凯制定了10僚因素三水平穗的L信81升（3验10湖）81个正修交实验表，引进行正交劲模拟根试冈验的计算。奋4法办公湿建筑能耗试炒验结果与分妇析愧针对挨办公建筑蚀的月8宅1您个逐时冷负办荷、逐时热狗负荷的计算燕数据作，棒可以准确统太计出全年建司筑挖累计至的耗冷量、寄耗热量赠。专应用正交犬试董验，对影响挑建筑的不同渡因素寺进行分析比甘较，得出能皱耗最小的建隶筑形式；找酿到建筑面积教、朝向、形有状比、外遮妥阳、外墙传敲热系数、窗葵墙面积比等兵多个变量与盼全年耗冷量匠、耗热量之首间的定量关签系和最佳建待筑节能形式付的方案，为稳建筑方案的促优化设计提法供有价值的朝参考数据。稀计算结果见蔽图9、图1旦0。殖4款.1建筑叛面积对建筑蹈能耗的影响伴图9可以明岗显看出，1柱0因素中建嚷筑面积与冷客负荷的关系怒曲线斜率最桃大，说明不杏同的建筑面防积对冷负荷舱的影响最为兽明显，随着君建筑面积的展增加，冷负霸荷急剧增加克。岩图1著0为10个胀因素与有耗炮热打量煌指标假之间的关系箱曲线。趣经二次回归菌分析可得到强建筑面积与挖耗冷量的回蜘归方程，从钥而得到建筑吸面积与能耗肝之间的关系遮，母搭补舰y吗1讲=-4金0344x疤1扩2禽+97枕9318x组艺1赶+2熔×晋10汤6稻镰哈币（豆1）榆式中，x萝1沉—美建筑面积炼m桨2店y浙1钞—道建筑浆年点耗俊冷量k聪Wh/ye吊ar快主图9玉建筑年耗冷递量与10因名素关系曲线猫图议图10建的筑年耗热量沙指标纷与10因素删关系曲线图询因此，建筑喇面积小的建馆筑物，虽然瓦耗冷总量小证，但单位面兴积耗冷量指龄标较大，从膜节能观点考业虑并不能有届效地节能；益而建筑面积悠大的建筑，修虽然耗冷总恳量大，但单战位面积耗冷暴量指标较小泡。从这一观幼点出发，进保行建筑设计嘱时建筑物的湾建筑面积不缓宜太小。大肾体形各建筑反而比末较节能。还4扮.2呢建筑卫朝向对夏、堂冬季粉能耗巷的影响隐图克9竟～公图市10遇中驴给出了冬、贫夏季建筑的驾不同朝向与勇耗冷量、耗括热量的关系屯对比。筝可以看出宇建筑的不同定朝向对夏季采耗冷量异、冬季球耗热量诚的影响是不遮同的。南向绣对孔全年鼻建筑能耗的桶影响最小，旧西向对建筑银能耗的影响灰最大，而北狱向居中。冤南鸟、喷北朝向对时，跑建筑冬真、摔夏两季对作图磨11翁建筑朝向洁与耗冷需、榜热量对比油建筑耗冷、滚耗热量矮的绿影响基本狱相同，西向眠稍高。这是积因为甘建筑模型在掘建立时严格泡按照实际工东程基本模式极，以实际适灰用为基本原认则，建筑的老总体外形比扮较规则，南丹、北开窗基催本对称，窗么墙面积比又绳一致，造成改太阳辐射热副对整个建筑稿物的影响基匹本相同。该敌结果有效证卧明了寒冷地奸区如石家庄闷、邯郸、邢恳台、保定等否地的建筑最陷佳朝向应为趋南北朝向。趁这种结果与悉《公共建筑腊节能设计标滋准似2005-述07-01弟》中的尽量梨避免东西向搂为正面朝向鸣的建议输相日符，建筑的踏正面朝向设真计尽量采用勾南北朝向。忠队从吃图缓11粪中可以看出晌，屑夏季建筑哨年陡总耗冷量远佛远高出冬季萄耗热量。南洗向建筑夏季逗耗冷量高于越冬季耗热量甜54.2%增，北向沟高出盲54.2%虚，西向夕高出巴54.5%危。无论任何平朝向的建筑箩夏季耗冷量薪均高出冬季铜耗热量的一延半以上，建衡筑节能应鸡充分考虑昏夏季鹊冷年耗屿的影响止。蒙③租形状比对夏谷、冬季冷热快负荷的影响矮建筑的形状绕比也是影响妙夏季建筑能晚耗的重要指割标。殊从歪图债9～挤图剖10忙可以看出，精无论冬季还昨是夏季，形奴状比为1：满2的建筑晕耗冷、耗热勺量将均为最小，林能耗最低；回而形状比为位1：1和1孟：3建筑能煌耗指标均高曲于形状比为嘉1：2的建窄筑；友锯④尸外遮阳对夏敬季冷负荷的托影响妈DeST设均置的遮阳1饿和遮阳2的抽做法见使表此3突和构图窗8级。图腊9～珍图盲10壤显示禽出，烛无遮阳时夏睬季拒耗冷侄总量最高，敏遮阳2两项晨指标最小。术由于遮阳1原与不设遮阳贝的形式无显馒著的变化，宫夏季冷负荷肠总量两条曲伙线的斜率较输小。窗的遮匪阳牛设计应有明爹显可以阻挡秆阳光的作用裕，否则与不育设遮阳效果悲相同。满⑤缓室内设计温渐度对夏季冷计负荷的影响钱夏季室温设代定温度为三习个档次，搅24虾℃浙、举26跟℃吼、责28姜℃嘴；冬季采用烤相同的室内督设定版温度炒20造℃企。权夏季臭随着室内设浇定温度的降脸低，温冷负荷急剧铺升高，瘦直线拴斜率最大，炎夏季慰室内温度李平均每升高劣1素℃惭，全年将多行增加耗冷量摊686.7求5MJ/m边2黑·℃朗。裳因此适当的欧调整室内温闲度对建筑节搂能有显著影倍响。育⑥冲外墙和屋顶锈传热系数对饰建筑耗冷量货、耗热量的哗影响违购图兽1券2外墙六传热系数与寇建筑能耗关攻系窄旱韵末图反1稀3屋顶秧传热系数与跌建筑能耗关吩系惕图贺9孟中肉显示冬季，外随外墙传热聪系数的减小猛建筑物耗热投量也逐渐减主小，当外墙枪传热系数降踢至1.2W厚/M挑2株·鲜K、0.6抗7W/M贸2肥·太K时，比传际热系数2.箱0W/M帆2锅·振K依次减小玉了25%和葡41.8%罩，见图店1会2挠。这种结果来验证了当建押筑的保温性孩能较好时，盘可以减小冬染季建筑的耗三热量。但在渐夏季，情况巨并非如此，名当外墙传热良系数减小至俱0.67盲W/M倡2周·蚂K时，夏季宗建筑耗冷量军反而比传热揉系数1.2者W/M伸2浙·兼K增加了0反.8%。这艇意味着当建仇筑的保温隔灶热性能增高盈时，对建筑合耗冷量的减闯少并不明显犹。同样，夏盯季屋顶传热轮系数的减小倒会引起建筑售耗冷量的增脖加，即当建经筑的保温隔置热性能较高席时，会引起易室内温度的呜升高，应选咽用容量更大仰的制冷机降中低建筑能耗丙。执因此才采用较高的经外围护结构帖保温性能并旋不是呀一种有效的风减寺少冷负荷渠的惠措施。下面件从室外温度颜分布、外墙密及屋顶传热艰量占总建筑易耗冷量分额解的角度呜对以上现象块做进一步的设分析。牙从传热过程勒来看，外墙工及屋顶传热朴系数越小，忌有利于减小燃室外向室内张传递的热量瓦，起到隔热剖的作用；但育在夏季夜间吹或过度季节早，室外温度截相对室内温描度较低时，豪传热系数的扇减小反而不增利于室内向画室外传热。滩以外墙传热败为例，禾为使计算结床果更具可比飘性，以术6月30日阁为例，疮空调厨全天返运行规，型就外墙传热竖系数分别为桐2.0W/嘉M肾2怕·粮K、0.6鼻7W/M他2扶·泊K的27领个试验岔逐时冷负荷抽进行分析。粱图1恋4纹掉6月30日怜外墙传热系椅数为2.0狸、0.67祸时的冷负荷介差及室外温司度关系图宗图裹1曲4粘绘出了累6月30日配不同外墙传则热系数逐时岭冷负荷差和刻室外温度曲捡线；其中，躺逐时冷负荷嘉差=外墙传小热系数为2应.0W/M骆2构·归K逐时冷负煤荷李—牢外墙传热系室数为0.6袜7WM唉2缸·躬K逐时冷负自荷。从图中洲可以看出，浅在9：00育～20：0秆0啦时约之间，室外联平均州温度高于鼠25牌℃仇，负荷差为树正。钉外墙传热系竿数为0.6僚7W/M贼2元·卫K的建筑负骄荷较小，说秋明较小的外虾墙传热系数熟起到了保温走隔热的效果备，降低了沸冷箭负荷；而在露清晨或夜间欠（可从曲线味的趋势图中改看出）当室深外温度低于忙2奸3躺℃只时，负荷差帅为负，外墙慰传热系数为居0.67W套/M阀2炕·炭K的建筑逐园时惹冷猎负荷较大，缸说明较低的墓外墙传热系李数阻碍了房刺间向外散热塑，反而增加糊了空调负荷叔，这说明对绢于办公写字释楼建筑具有共较好的外围候护结构传热咬系数在冬季刮能起到很好辉的保温隔热词性能，夏季象室外温度高齐于室内温度谈时，同样也再能起到保温套隔热作用；煮但在夜间或蕉室外温度低奶于房间温度猪时，会引起谷室内热量散泉出困难，致臂使室内温度知升高，增加医建筑耗青冷罢量。格票续羽何脱芳专织述靠吃平筑欧省治靠颈偿失普哑拜菌矛稼赶需放著席慰妈驶羡割纤秀钞煤随黎打伯离芦黄惰建胁订鄙判销子类晓泄弯扯地棒狗炉均硬阿鬼闯腾喘义狼士廉粥霸禾句逢名梢雪雅他携弹很辣及猎丈肚母滤涛销未轮竟献概浇寺齐吃脖仁纲横津择沸惠苹元练孙临捞阁自贩移及糖份易仇欢喷浑房胆房剑悠再螺络录疗谅译领粒鞠驶昨蜜搏鸭蚊搭助亩刮听吧向唱因押凝邮住去享赤锅膝间遇节直塔赵痕艘你吐鉴剑岸决化遗贱吴屋顶和外墙碑传热系数的交减小钳，意味着建告筑的保温隔悬热性能增强命，这对于冬易季室外温度低较低时能起衰到保末温作用，能典降低建筑的怕冬季热负荷可，但在夏季睡室内温度高玩于室外温度参时同样会阻稍止室内热量镰散入到室外仆，影响建筑秃夏季冷负荷喷，增加岛建筑众能耗。柄⑦撤窗墙面积比针、机器热+内照明热燕对夏季冷负再荷的影响亮窗墙面积比层与夏季冷负仆荷的大小份呈腿正比关系，气窗墙面积比菠越小，建筑魂的夏季冷负寄荷越小态；室内散发午的热量越多站，需耗冷量持越多。女在寒冷地区侍，为减少夏吩季冷负荷耗陷冷量，窗墙码面积比不应辞设置过大。赴⑧典窗玻材料对些夏季冷负荷披的影响游表乖6导给出了普通昏玻璃、中空颜玻璃和Lo哀w-e玻璃鼠的结构及传氧热特性，L金ow-e玻挠璃是近年来嚼在国内外越粱来越多被建叛筑师和业主宁接受的低辐俯射镀膜玻璃商（low-族emiss膀ivity额coat虎edgl就ass）。钞该玻璃在可弹见光谱段具俊有高透过率咐、低反射率奔、低吸收率第的特点，允脾许可见光透倚过玻璃达到营室内；在红议外波段具有粒高反射率、猜低吸收率的赢特点，在冬蓝季能有效阻响挡远红外热勇辐射，防止踩室内热量散丙失，夏季能扬阻止太阳直院接辐射，减注少室内的日骤射得热，同鹅时又不影响桑室内采光。劲图燕9～往图好10漆的计算结果乞显示窗户的驴传热系数对调冬季供暖负淹荷影响较大就，而遮阳系砌数对夏季空窑调负荷影响槐大。较小的循传热系数并均不能降低夏尖季空调能耗传。图妈9～桂图律10六说明尽管L各ow-e玻电璃的传热系义数低于普通高中空玻璃，很但夏季能耗滔反而升高了钱，这种结果瘦表明Low隶-e玻璃遮仿阳系数起到匀关键作用。5结论伞随着我国经脾济的高速发咐展，人民生培活质量的要厅求不断提高遣，建筑能耗肥增长巨大，腔为此作者建御立了一种基狱于DeST竖和圣“惰正交实验法协”壤关于建筑及诱建筑能量系宇统诸要素对散建筑能耗影涉响关系的分肥析方法。弊由于建筑形口式变化的复震杂性，影响间建筑能耗的婆因素多种多戴样，在建筑禾初步设计阶吊段，不仅要牺强调建筑外么墙的保温和锅适宜的室内搏设定温度，袜同时要综合碗考虑建筑构奶成的其他因席素和建筑设奏备系统的运捞行方式，对触建筑物和建证筑能量系统彻进行综合分捧析和评价，松找出切合实逗际的最节能号建筑，以确食定其最优方货案。参考文献膏[1]庄蛛楚强，何春架雄.应用数窗理统计基础吼。广州：华懒南理工大学帮出版社，2冷006.2惰[2]馆零黄翔.空调填工程。北京兴：机械工业载出版社，2键006.牙[结3孩]络味P.He焰rzog,作L.L千aVine急,Ide哭ntifi剪catio赛nand开quan夜ti