低輻射玻璃窗高層住宅建筑能耗計算

陳蘭娥 劉佳瓊

(華南理工大學廣州學院建筑學院，廣東廣州 510800)

1 居住建筑熱環境模擬計算軟件簡述

使用軟件為清華大學開發的居住建筑熱環境模擬計算軟件，并應用它對高層居住建筑能耗模擬計算，建筑室內熱環境及采暖通風空調制冷系統動態過程中的狀態下模擬計算環境;此軟件由清華大學從1990年開始開發使用的，在此期間曾得到國家建筑科學技術等項目資金支持，至今已經形成技術完善、應用廣泛的節能計算系統軟件。居住建筑的功能房間較為簡單，一般有客廳、客房、廚房、洗手間等幾種使用功能空間，所以在模擬能耗計算軟件中，房間功能內擾和系統默認參數是根據功能空間來定義，各功能房間上的人、光源和家具設備熱擾都是固定的。也可以在龐大的構件庫根據具體情況選擇建筑構件。在模擬能耗計算軟件中，綜合考慮了建筑遮陽、自然通風、自然天空輻射等因素，使得被模擬居住建筑的真實能耗狀態計算更加合理準確。

2 模擬能耗計算軟件參數設置及建筑模型

以廣州穗園小區高層居住建筑為例，對其能耗進行計算，高層居住建筑的四種工作狀況進行全年居住能耗模擬，計算累計負荷值、負荷峰值、全年能耗等數值。對高層居住建筑的四種工作狀況(即建筑模型的內部空間劃分、形狀、大小、朝向和使用功能一致，不同的是建筑玻璃外窗材料、技術)進行模擬計算、分析與對比，總結出各種工作狀況對整個高層居住建筑能耗的情況。

2.1 模擬計算居住建筑模型

為了模擬計算合理性，采用廣東廣州當地氣候參數，內部熱環境按默認值設置。建筑坐北偏東南方向，建筑用地面積258 m2，一共28層，層高2.8 m，建筑總面積7 225 m2。非空調房間為空房間(樓梯間)、走道、衛生間、廚房。空調房間為客廳、主人房、臥房。

居住建筑圍護結構熱工參數按DeST-h軟件建筑構件中的默認值，根據原建筑設計結構圖，外墻為礦渣加氣磚砌塊導熱熱阻為0.845(m2·K)/W，傳熱系數0.976 W/(m2·K);內墻為180 雙排孔砌塊導熱熱阻為0.452(m2·K)/W，傳熱系數1.469 W/(m2·K);屋面為煤礦加氣混凝土保溫屋頂，導熱熱阻為1.069(m2·K)/W，傳熱系數 0.798 W/(m2·K)。建筑窗戶幅面采用尺寸為1 600 mm×2 100 mm;衛生間窗戶尺寸為900 mm×1 200 mm。

2.2 溫度、太陽直射輻射強度設定

1)全年360 d干球溫度統計如圖1所示。

圖1 各天干球溫度統計圖

2)全年太陽直射輻射強度統計如圖2所示。

圖2 全年太陽直射輻射強度統計圖

2.3 參數設定

內擾參數設定見表1，表2。

表1 建筑主要功能房間設計用參數

表2 建筑主要功能房間環境

3 能耗計算軟件模擬計算居住建筑結果

工作狀況:建筑模型的內部空間劃分、形狀、大小、朝向和使用功能一致;不同的是光學熱工性能參數的建筑外窗設計。

下面首先是采用8厘玻璃鋁合金窗(工一)，K=5.768 W/(m2·K)，SC=0.819 1;8厘遮陽型 Low-E玻璃鋁合金窗(工二)，K=5.52 W/(m2·K)，SC=0.468;建筑負荷計算結果見表 3。

采暖季開始日期:11月15日;采暖季結束日期:4月13日;空調季開始日期:5月2日;空調季結束日期:8月28日。

表3模擬了居住建筑在同一工作狀況下，不同建筑外窗材料與技術能耗分析中，建筑外窗應用8厘玻璃鋁合金窗與8 mm低輻射玻璃鋁合金窗進行對比，得出:單層低輻射玻璃窗比單層普通玻璃窗的全年能耗要少1 039 822.23 kW·h;全年累計熱負荷減少了69.78%;但使全年累計冷負荷增加了29.89%。由表3分析可以看出，在我國夏熱冬暖地區，全年累計冷負荷的絕對值很大，而全年累計熱負荷的絕對值比較小，空調能耗就是因為這種情況而影響。從統計得出，模擬居住建筑應用遮陽型低輻射玻璃外窗對建筑冷、熱負荷改良很有意義。

下面是采用中空玻璃鋁合金窗6 mm+9A+6(工三)，K=3.898 W/(m2·K)，SC=0.729;中空玻璃鋁合金窗 6Low-E+9A+6 mm Low-E(工四)，K=3.10 W/(m2·K)，SC=0.349;建筑負荷計算結果見表4。

表3 建筑負荷計算結果表

表4 建筑計算結果

采暖季開始日期:11月15日;采暖季結束日期:4月13日;空調季開始日期:5月2日;空調季結束日期:8月28日。

表4中建筑外窗應用8厘普通中空玻璃鋁合金窗與8厘低輻射中空玻璃鋁合金窗對比，中空玻璃窗比8厘低輻射中空玻璃窗的全年能耗要少10 592.58 kW·h;全年累計熱負荷減少了52.2%，也使得全年最大熱負荷減少了2.12%;但使全年累計冷負荷增加了41.7%，全年最大冷負荷也增加27.98%。數據分析得出結論:模擬建筑應用8厘低輻射中空玻璃鋁合金窗外窗對居住建筑冷、熱負荷改良有節能意義。

居住建筑的四種設計工作狀況通過能耗計算軟件對全年能耗模擬計算，計算冷熱負荷峰值、累計負荷值、全年能耗，結合數值對比，得出結論:在夏熱冬暖地區居住建筑中，使用Low-E玻璃鋁合金窗能把建筑能耗大幅度降低約38%～52%，達到建筑節能。

［1］李 岳，孟慶林，張 磊.北京某高層寫字樓幕墻熱工性能與能耗模擬分析［J］.建筑節能，2009(9)：8-22.

［2］王曉健，王青宇.Low-E玻璃在冀南地區公共建筑上適用性分析［J］.中華民居，2011(5)：45.