夏热冬冷地区建筑节能改造研究

夏热冬冷地区建筑节能改造研究

0建筑节能的作用夏热冬冷地区最显著的特点是夏季炎热、冬季寒冷、冬季和夏季持续时间长、湿度高。目前,我国按照气温划分四季,通常以5d的平均气温低于10℃为冬季,高于22℃为夏季,介于10~22℃之间为春秋季。据此标准,夏热冬冷地区春秋两季各约2个月,冬、夏各约4个月。以合肥为例,该地区最热月平均温度为25~30℃,而且以28~30℃居多;7月份平均气温比世界上同纬度其他地区一般高出2℃左右,是地球上同纬度范围内除沙漠干旱地区以外最炎热的地区。夏天太平洋副热带高压溯江西进,影响时间长达1个多月,高于35℃的酷热天气有半个月至1个月之多,最热月14:00的平均温度达32~33℃,最低气温也超过28℃。白天热浪滚滚,“火风”横行;夜间静风率高,白天积蓄的热量难以散发,气温居高不下。城市热岛效应造成城市中心地带比周边地区高1~3℃。冬季,北极和西伯利亚寒流频繁侵袭,自北向南长驱直入,强大的寒潮到此地区后,又受到南岭和东南丘陵的阻挡,使冷空气滞留,因而寒冷时间较长,特别是1月份平均气温比世界上同纬度其他地区一般要低8~10℃,是世界上同纬度冬季最寒冷的地区。夏热冬冷地区又是一个水网地带,冬夏季节空气相对湿度大,多在70%左右,夏季湿热,冬季湿冷,极不舒适。夏热冬冷地区建筑采暖制冷面积大,能耗高,能源浪费大。在能源危机非常严重的今天,建筑节能具有深刻的现实与长远意义。建筑节能可以减少污染物的排放量,减轻大气污染,保护生态环境和提高建筑热环境的质量,可以促进我国经济快速稳定发展,更有利于提高居住质量,降低住户的使用成本,在相同能耗下可以为人们提供更好的生活舒适度。本文通过建筑能耗计算来分析目前建筑能耗状况、存在的问题,并给出节能改造建议。1南、北立面窗墙比对合肥市某砖混结构的公共建筑(图1)进行采暖能耗计算。从中取一个计算单元,该单元层高4.0m,正南北朝向,南、北立面窗墙比分别为0.4和0.3,采暖期Z=119d,采暖期室外平均温度te=-1.2℃,建筑面积A0=138.05m2,建筑体积V0=552.2m3,换气体积V=0.6V0=331.32m3,外表面积909.72m2,体形系数S=0.607。单层平面布局如图2所示,各部分围护结构的构造、传热系数和传热面积见表1。2公共车辆的能耗模拟和分析2.1最热月采暖控制参数合肥地处东经117.16°、北纬31.15°,位于长江以北,属于江淮地区。平均气温14~17℃,1月为最冷月份,平均气温-1~4℃;7月为最热月份,平均气温27~29℃。年平均日照时数1800~2500h。太阳辐射总量110~130kK/cm2,年平均无霜期200~250d,降水丰富,年平均降水量7500~1800mm,以上参数可以由图3得出。由图4,可以看出采暖控制温度是18℃,采暖度小时数为44981.64h;空调控制温度是26℃,空调度小时数为5408.29h。2.2对不同人员人群的热扰在该办公建筑中,各房间按功能可划分为办公室、接待室、会议室和卫生间。在设定各功能房间内部热扰参数时,按“最多最少人数”和“最大最小功率”分类,有总量指标、平方米指标、功能指标3种选择。选择“总量指标”,则指的是房间内的总数量。选择“平方米指标”,则指的是每平方米的数量值。选择“功能指标”则利用公式:式中:Q为内扰总热量;F为房间面积;A、B分别为需要用户设定的参数,用户可以根据房间的功能加以设定。办公室、接待室、会议室和卫生间的人员总数最多分别为0.05人、0.5人、0.3人、0.1人,人均发热量为61W/m2,照明热扰平均为15W/m2。结果如图5所示。在进行人员热扰分配模式时选取缺省人员热扰,对流部分为0.5,辐射各部分权重比例分别为:四周墙体,50%;地板,10%;天花板,40%。同样,灯光热扰、设备热扰均采取缺省热扰模式。2.3空调开停时间和湿度上下限(1)空调开启时间:办公室空调启停作息;(2)室温上下限:16~23℃;(3)容忍温度(开启空调温度)上下限:16~29℃;(4)湿度上下限:20%~80%;(5)卫生间不装空调;(6)冬季采暖时间:11月中旬~3月中旬,共120d;夏季空调时间:6月1日~8月30日,共91d。“空调开停时间”是指空调开启的时间分布。“湿度上下限”和“耐受温度上下限”是指空调开启的临界湿度和温度值。“室温上下限”指的是空调运行所要达到的室内设计温度。2.4通风次数的定义在DeST-h中,通风有逐时通风定义和通风范围定义,前者需要通过作息定义每个时刻的通风次数;后者则需要通过作息分别定义最大和最小的通风次数。本次模拟中,采用逐时通风定义,取值为0.5次/h。3空调系统参数下的建筑负荷计算通过DeST软件对上述公共建筑的建模,以及设置建筑气象、房间内扰、空调系统的参数后,进行建筑室温和住宅负荷计算,其计算结果统计表主要包括逐时气象数据、房间逐时基础室温及小时数、房间逐时空调室温数据、房间逐时冷热负荷、系统逐时负荷、建筑逐时冷热负荷、建筑逐时单位面积冷热负荷等。3.1建筑能耗情况本次模拟采用动态计算法,综合考虑逐时干球温度、湿球温度、含湿量、水平面总辐射强度和水平面散射辐射强度等的气象参数,以及人的作息时间等内扰因素,计算结果能真实反映实际能耗情况。在建筑负荷统计表2中,全年最大热负荷为168.48kW,这个负荷出现在全年温度最低的时刻,全年8760逐时小时中的第895h内,即2月7日早上7:00左右,当时最低气温为-13.9℃(干球温度);全年最大冷负荷为165.63kW,这个负荷出现在全年温度最高的时刻,全年8760逐时小时中的第4095h内,即6月20日下午15:00左右,当时最高气温为36.9℃(干球温度)。全年累计热负荷为203.46kW、冷负荷为100.95kW。3.2研究对象的选择在各个房间中,只有办公室、接待室、会议室有采暖空调系统,卫生间不安排采暖空调系统,故进行能耗分析时只把会议室、办公室和接待室作为研究对象。采暖季从本年11月15日开始,到来年的3月15日结束,在一个采暖季节内,根据模拟出的房间逐时单位面积热负荷整理出的数据,做出了主要房间的采暖季单位面积平均热负荷曲线,可以看出南向房间的平均热负荷比其他房间的平均热负荷要高,其原因是冬季室外温度低,南向房间的窗墙面积比(为0.4)比较大,在窗户传热系数较大的情况下,通过窗户传出去的热量比较大,造成了室内热量的流失。3.3各围护结构经济性分析对计算单元进行建筑节能经济性分析,以围护结构为例来说明分析方法。楼面与屋顶138.05m2,综合窗墙比0.23。首先对整个建筑物朝向进行统计,如表3。然后对各个围护结构(外墙、内墙、楼底、屋顶、窗和内门)进行经济性分析,如表4所示。由于DeST能耗分析软件生成的结果主要是以Excel表格的形式呈现的,它集成了多种数学运算模型,只需要输入建筑构件的单价即可得出该构件经济性能参数。4dest软件的运用之于空调设备的应用—结论本文依据夏热冬冷地区的气候条件以及现存公共建筑的结构状况,对公共建筑物的能耗进行模拟。以安徽某公共建筑为例,利用DeST软件进行建筑节能经济指标计算与评价。经过分析得出,在进行建筑节能设计过程中,系统设计最基本的依据之一就是负荷计算。因为冷(热)负荷是选取空调设备、运行调节、进行系统评价等方面的基础资料。通过DeST软件可以从建筑构成诸因素中,分析出影响冷(热)负荷的主要因素和次要因素,并计算出各个因素对冷(热)负荷的影响程度,