[2] 空调能耗.
(2 )常规能源系统的优化利用 主要可以从四个方面入手: ① 因地制宜进行冷热源优化选择,提高采暖,空调系统的能 量转换效率; ② 采用合理的调控方式,节省输配系统能耗; ③ 优化照明控制,减少照明能耗; ④ 选用适宜能源制备生活热水,如利用工业废热,热泵,空 调余热和分户燃气炉等制备热水. (3 )可再生能源利用 根据建筑类别, 气候特点和可再生能源的可利用性选择具体的 可再生能源利用技术,主要包括太阳能利用技术,地热利用技术,
贡献,在模拟中引入两种对比建筑: (1) 基准建筑: 20 世纪80 年代初的不节能建筑. 以它作为节 能 5 0 % 的对比建筑,其主要建筑构件的热工性能为:外墙 K 值 为 2 . 4 7 W / ( m 2 ·K ) ,屋顶 K 值为 1 . 8 W / ( m 2 ·K ) ,外窗 K 值为 6 . 4W/(m 2 ·K),遮阳系数 S c 为 0.9 ,空调能效比为 2.2 .
表 2 围护结构材料及其传热系数 类别 构件名称 传热系数 K 值 1.00 0.95 传热系数 限值 1.50(D ≥ 3.0) 1.00
(1) 室内环境:冬季为 16℃,夏季为 26℃,24 小时空调 (2) 室内负荷:无 (3) 空调季节:1 月 1 日～12 月 31 日,不考虑采暖 (4) 换气次数:1 次 /h 3. 建筑模型 由于建筑中间各层平面设计基本相同,为简化计算,只取四 层,其中 2～9 层取两层,10～21 层取两层,简化的建筑模型如图 7 所示. 为了进行节能对比分析和探讨外窗, 外墙和屋顶对建筑节能的
住宅研究 HOUSING STUDIES
建筑节能优化设计案例分析
一,引言 目前,我国城镇建筑运行消耗的能源为全国商品能源的 23%～
[1] 26%,发达国家的建筑能耗一般占总能耗的 1/3 以上. 随着我国
城市化程度的不断提高和产业调整,建筑能耗的比例将不断提高, 建筑节能将成为各种节能途径中潜力最大,最为直接有效的方式, 是缓解能源紧张, 解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最 有效措施之一.
与国外相比, 我国的单位建筑能耗是同等气候条件下发达国家 的 3 倍,外墙的传热系数为3.5～4.5 倍,外窗传热系数为 2～3 倍, 屋面传热系数为 3～6 倍,门窗的空气渗透为 3～6 倍.与北京气候 条件相近的德国, 1984年其建筑年消耗为每平方米 24.6～30.8kg 标准煤,到 2001 年,降低至每平方米 3.7～8.6kg 标准煤.而北京 的建筑年消耗近年来一直是每平方米 22.5kg 标准煤,可见我国的 建筑节能潜力巨大. 由于建筑本身是一个复杂的系统,各方面因素相互影响,因 此,建筑节能设计需要进行综合的系统分析,目前通常采用能耗模 拟方法.该方法始于 20 世纪 70 年代,当时世界各国相继开发出了 许多能耗模拟软件,对节能建筑的开发建设起到了一定的推动作 用.具有代表性的能耗模拟软件有美国的 DOE2 和 Energy Plus, 欧洲的 E S P - r ,日本的 H A S P 以及我国的 D e S T 等. 本文所分析的两个案例均采用 DeST 进行能耗模拟,根据模拟 结果,提出了降低建筑能耗的具体措施,分析了影响建筑能耗的关 键因素. 二,建筑节能技术内容 建筑节能技术主要包括建筑主体节能, 常规能源系统的优化利 用以及可再生能源利用等三个方面. (1 )建筑主体节能 进行建筑主体节能设计就是根据不同地区气候和建筑能耗特 点,在兼顾冬夏,整体优化的原则上,通过能耗模拟综合分析,采 取各种有效节能途径(包括选择适宜体型系数,合理布置室内空 间,提高围护结构保温隔热性能,控制不同朝向窗墙比,设计有效 的夏季遮阳装置,改善自然通风等) ,从整体上降低建筑的采暖和
聂梅生 张雪舟 赵凤山
摘要/文章选择处于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区两个不同气候分 区的节能建筑作为案例, 分析了通过建筑能耗模拟和优化设计, 改 善建筑节能效果的途径和措施. 关键词/建筑节能 能耗模拟 优化设计
ABSTRACT/ By the case study of two energy efficient buildings situated in different climate zone of hot summer with cold winter and hot summer with warm winter, this article analyzes the method of improving energy saving effect in building by way of optimization design and energy consumption simulation. KEY WORDS/ Energy efficiency in building, Energy consumption simulation, Optimization design
外墙 2 0 0 m m T H K 混凝土,内外各 2 0 m m 水泥砂浆抹灰 屋顶 1 5 0 m m 钢筋混凝土,2 5 m m 挤塑聚苯板 (模拟中考虑屋面遮阳的当量热阻) 铝合金框 L o w - E 中空玻璃 外窗 朝 向 窗 墙 比 遮阳系数 E 0.60 0.45 S 0.60 0.45 W 0.60 0.45 N 0.45 0.45
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建筑学报
住宅研究 HOUSING STUDIESቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的建筑,热工,空调,采暖和通风设计中所采取的节能措施和应该
类别 外墙 内墙 屋顶 楼地 楼板 8 0 m m 外门 外窗 构件名称 200 混凝土墙 +100 空气层 +50 聚苯乙烯外保温 200 加气混凝土空心砌块 100 混凝土 +100 憎水珍珠岩 2 4 0 m m 砖楼地 钢筋混凝土楼板 双层实体木制外门 塑钢中空窗 传热系数 K 值 0.81 1.40 0.67 0.29 1.78 2.33 2.68 传热系数 限值 0.82～1.16 1.83 0.6～0.8 0.52 — — 4.00
2.50
—
表 3 三种建筑全年累计耗电量对比 项目 全年累计冷负荷指标( K W h / m 2 ) 空调能效比 全年累计耗电量( K W h / m 2 ) 节能率(%) 基准建筑 169.7 2.2 77.1 - 参照建筑 95.6 2.7 35.4 54.1 实际方案 82.7 4.4 18.8 75.6
(2) 参照建筑:与所设计的实际建筑在大小, 形状等方面完全 一致,围护结构满足标准的基本节能要求,属于节能建筑. 4. 模拟分析结果比较 基准建筑,参照建筑和实际建筑的能耗模拟分析结果如表 3 所 示,实际建筑与基准建筑相比,节能达到 75.6%. 在基准建筑的基础上,逐一更改外窗,外墙和屋顶的热工效能 (参见表 4) ,得到各种围护结构单一节能率,如表 5 所示,其中空 调节能仍用基准建筑能耗.
表 5 各种围护结构单一节能率对比 项目 全年累计冷负荷 指标( k W h / m 2 ) 空调能效比 全年累计耗电量 ( k W h / m 2) 节能率(%) 基准建筑 169.7 2.2 77.1 - 外窗节能 114.8 2.2 52.2 32.3% 外墙节能 167.8 2.2 76.3 1.1% 屋顶节能 161.6 2.2 73.5 4.7% 空调节能 169.7 4.4 38.6 50.0%
[3] 风能利用技术,生物质能利用技术和地源热泵技术等.
三,能耗模拟分析与优化设计流程
作者单位:全国工商联住宅产业商会(北京,100006) 作者单位: 收稿日期:2005-09-05
建筑能耗模拟分析是一个多方案的比较择优过程. 根据建筑的
建筑学报
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全年耗热量指标, 全年耗冷量指标以及房间自然室温要求,动态模 拟出调整围护结构性能,体型系数,室内空间布置,不同朝向窗墙 比,自然通风等情况下的全年逐时自然室温和采暖,空调系统负荷 等的变化情况.建筑能耗模拟分析应该贯穿于设计的全过程, 与建 筑设计全面结合, 才能实现节能的优化设计.模拟分析与优化设计 流程如图 1 所示. 四,夏热冬冷地区节能建筑案例分析 这里以北京当代万国城一期北区塔楼为例进行分析. 该建筑设 计是在 2002 年进行的,依据国家节能标准《民用建筑热工设计规 范》 (GB50176-1993) ,北京属寒冷地区,其冬季采暖能耗标准为 20.6W/m 2 .主要围护结构的平均传热系数 K(W/m 2 ·K) 限值分别 为:屋顶 0.6～0.8;外墙 0.82～1.16;外窗 4.00. 1. 围护结构的热工性能 该建筑的实际围护结构的热工性能设置均可满足 《民用建筑热 工设计规范》(GB50176-1993) 要求,其具体围护结构材料及其传 热系数如表 1 所示. 此外,对于外墙,屋顶,门窗等热惰性指标及气密性要求也均 符合国家相关的节能设计标准. 2. 模拟参数设置 1)室内设计参数:夏季室内设计温度为 26℃,湿度小于 80%; 冬季室内设计温度为 18℃,湿度大于 30% 2 )热扰:平均 4 . 3 W / m 2 3)通风模式:冬季 0.5 次 /h;夏季 1～5 次 /h (均充分考虑 室外可利用新风) 3.建筑模型 建筑模型如图 2 所示.由于建筑中间各层平面设计基本相同, 为简化计算,模型中将中间的标准层简化为 3 层 (二, 三, 四层); 顶层保留,整个建筑单体模型共 5 层. 4.冬季采暖能耗分析 由模拟输出结果图 3 和图 4 可以看出,整个建筑的平均采暖负 荷为 1 7 . 2 0 W / m 2 ,小于 2 0 . 6 W / m 2 的标准值,而顶层户型的热工 性能较差,较标准层户型大 8 W / m 2 左右,朝北户型与其它朝向户 型的负荷差异较小. 原因分析:朝北户型北墙面积大;屋顶保温效果一般. 改进措施:加厚屋顶保温至平均传热系数 K = 0.35W/m 2 ,加 厚北墙保温至平均传热系数 K = 0 . 4 1 W / m 2 . 5. 夏季基础室温分析 户型基础室温大于 29℃的最大小时数为 1297,超过《中国生态 住宅技术评估手册》的要求,所有户型大于 2 9℃的基础室温小时 数平均为 950,如图 5 所示.图 6 给出了热工性能较差房间的具体 位置. 原因分析:东,西外窗面积过大,屋顶隔热效果一般. 改进措施 (结合冬季改进措施)增加遮阳措施 (外遮阳或百叶 : 内遮阳) ,屋顶加隔热层,使其总传热系数降至 0.35 左右. 五, 夏热冬暖地区节能建筑案例分析 这里以深圳泰格公寓 G 栋为例进行分析.在《夏热冬暖地区 居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2003) 规定了该地区内居住建筑