夏熱冬冷地區居住建筑圍護結構的節能影響分析★

吳宏偉 張 濤 趙 永 季文慧

(1.金科地產集團股份有限公司，重慶 400000； 2.重慶燃氣集團股份有限公司，重慶 400000；3.中鐵十六局第五工程有限公司，河北 唐山 063000； 4.重慶大學城環學院，重慶 400045)

·綠色環保·建筑節能·

夏熱冬冷地區居住建筑圍護結構的節能影響分析★

吳宏偉1張 濤2趙 永3季文慧4

(1.金科地產集團股份有限公司，重慶 400000； 2.重慶燃氣集團股份有限公司，重慶 400000；
3.中鐵十六局第五工程有限公司，河北 唐山 063000； 4.重慶大學城環學院，重慶 400045)

選取夏熱冬冷地區7個城市住宅建筑，采用Visual DOE4.0模擬分析改變墻體、屋面、外窗的傳熱系數以及遮陽系數對模型建筑全年節能率的影響，結果表明，當外墻K<0.78 W/(m2·K)時，7個城市的全年節能率均超過20%；屋面熱工性能對建筑總能耗的影響很小，但降低屋頂傳熱系數仍能提高節能率；降低外窗遮陽系數及傳熱系數，7個城市的全年節能率均得以提高。

居住建筑，圍護結構，節能率

0 引言

夏熱冬冷地區夏季高溫，冬季濕冷，居住熱環境相對惡劣，該地區的圍護結構設計應同時考慮夏季隔熱、冬季保溫的需求。周正[1]、劉剛[2]對重慶、深圳兩地的住宅建筑圍護結構節能措施進行了調研，并利用能耗模擬軟件DOE模擬分析圍護結構節能措施與節能率的關系。王焱[3]研究了夏熱冬冷地區的氣候因素、建筑規劃以及圍護結構熱工特性等參數對住宅建筑節能的影響。

本文以夏熱冬冷地區7個城市：重慶、成都、武漢、長沙、上海、南京、南昌的住宅建筑為研究對象，參照《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》[4]的圍護結構熱工限值，利用Visual DOE4.0分析墻體、屋面、窗戶的傳熱系數K以及遮陽系數SC對模型建筑全年節能率的影響。

1 基礎建筑模型與模擬建筑模型及參數設定

1.1 模擬建筑模型及基準建筑熱工性能

采用的模擬建筑為一棟6層居住建筑，每層分為東西兩戶，每戶面積84.54 m2，兩室兩廳，層高3 m，體型系數0.395，窗墻比0.248，朝向正南。

基準建筑熱工性能參數如表1所示。

表1 基礎建筑圍護結構的熱工性能參數

1.2 模擬參數設定

模擬參數設定[5，6]如下：

1)室外氣象數據采用美國勞倫斯伯克利國家實驗室的典型氣象年氣象數據。

2)主要居室冬季供暖設定溫度18 ℃，采用能效比為1的電采暖器；夏季空調設定溫度26 ℃，采用額定制冷能效比為2.2的空調器。

3)1.5次/h的換氣次數。

4)設備及照明得熱強度為5 W/(m2·K)，人員數量設定為3人。

5)采用各項模擬參數以及圍護結構熱工參數，采用能耗模擬軟件Visual DOE4.0模擬分析夏熱冬冷地區7個城市居住建筑的能耗及節能率。

2 不同墻體熱工性能對建筑節能的影響

研究[7，8]表明，墻體采用外保溫可以避免熱橋，有利于室內溫度穩定，本文采用聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)作外保溫。通過改變保溫厚度構造成13種外墻構造，如表2所示，其余圍護結構熱工性能參數均相同。

表2 13種模擬墻體構造(從內側到外側)

表3為不同墻體傳熱系數下，7個城市的全年節能率模擬結果。當外墻傳熱系數小于0.78 W/(m2·K)，全年節能率均高于20%，降低外墻傳熱系數的節能效果非常明顯；外墻傳熱系數低于0.37 W/(m2·K)，節能率幾乎不變，因此有必要選取合理的保溫層厚度。

表3 不同墻體傳熱系數下各城市的全年節能率 %

3 不同屋頂熱工性能對建筑節能的影響

改變屋頂XPS厚度設置了5種屋頂構造(見表4)，模擬得出全年能耗，對比基準建筑，分析屋頂熱工性能對頂層房間全年節能率的影響。

表4 屋頂構造及其熱工參數(由內至外)

由圖1可知，屋面熱工性能對建筑能耗的影響較小，但降低屋頂傳熱系數仍能提升節能率。當屋頂傳熱系數為0.96 W/(m2·K)，各城市的全年節能率在2.4%～4.3%之間；當屋頂傳熱系數為0.71 W/(m2·K)，各城市的全年節能率在3.6%～6.5%之間；將屋頂傳熱系數從0.96 W/(m2·K)減小到0.71 W/(m2·K)，各城市的全年節能率平均提高46.7%。

4 外窗熱工性能對建筑節能的影響

外窗是建筑圍護結構中熱性能較薄弱的部位，夏季應考慮隔熱，減少通過外窗的得熱，冬季則要求外窗保溫良好，且太陽透過率較高。太陽輻射強度和室內外空氣溫差是影響外窗得熱量的兩個主要因素。因此本文選擇外窗遮陽系數SC及傳熱系數K作為研究對象。

4.1 外窗遮陽系數對節能率的影響

遮陽的主要目的是減少夏季太陽輻射得熱，降低夏季空調負荷。本文分別設置窗墻比為 0.34，0.42，模擬不同遮陽系數下各城市的全年節能率。

如表5、表6所示，隨著外窗遮陽系數的減小，各城市的全年節能率逐漸增大。由表5可知，窗墻比為0.34時，當SC=0.45時，各城市的全年節能率在12.5%～14.4%之間；當SC降低到0.3時，各城市的全年節能率在14.9%～22.8%之間；因此，將SC從0.45降低至0.3，7個城市的全年節能率平均提高25.6%。由表6可知，窗墻比為0.42時，當SC=0.4時，各城市的全年節能率在14.1%～19.5%之間；當SC降低到0.3時，各城市的全年節能率在16.1%～24.4%之間；將外窗遮陽系數從0.4減小到0.3，各城市全年節能率平均提升20.74%。

表5 不同外窗遮陽系數下各城市的全年節能率(窗墻比為0.34) %

4.2 外窗傳熱系數的節能貢獻率分析

目前，常用的居住建筑外窗傳熱系數為2.8 W/(m2·K)～4.0 W/(m2·K)，即使采用塑鋼或斷熱鋁合金窗框加鍍膜中空玻璃傳熱系數也很難降低到2.0 W/(m2·K)以下[9]。因此，筆者針對外窗傳熱系數在3.2 W/(m2·K)～2.0 W/(m2·K)范圍內的情況，分別模擬分析不同窗墻比下(0.34和0.42)各城市的節能情況。

表6 不同外窗遮陽系數下各城市的全年節能率(窗墻比為0.42) %

隨著外窗傳熱系數的減小，7個城市的全年節能率有不同程度的提升。表7中，將外窗傳熱系數從3.2 W/(m2·K)降低至2.5 W/(m2·K)，各城市全年節能率平均提高21.2%。表8中，將外窗傳熱系數從2.8 W/(m2·K)降低至2.0 W/(m2·K)，各城市全年節能率平均提高20.2%。

表7 不同外窗傳熱系數下各城市的全年節能率(窗墻比為0.34) %

表8 不同外窗傳熱系數下各城市的全年節能率(窗墻比為0.42) %

5 結語

1)改善外墻熱工性能的節能效果非常明顯。當外墻K<0.78 W/(m2·K)時，7個城市的全年節能率均超過20%。當外墻K<0.37 W/(m2·K)時，全年節能率幾乎無變化，因此應該合理選用保溫層厚度。

2)屋面熱工性能對建筑能耗的影響很小，但降低屋頂傳熱系數仍能提高節能率。將屋面傳熱系數從0.96 W/(m2·K)降低至0.71 W/(m2·K)，7個城市的全年節能率均提升34.4%以上。

3)降低外窗傳熱系數或外窗遮陽系數，各城市的全年節能率均得以提高。

[1] 周 正.重慶市居住建筑節能65%技術體系研究[D].重慶:重慶大學,2007.

[2] 劉 剛.深圳市居住建筑節能65%技術體系研究[D].重慶:重慶大學,2008.

[3] 王 炎.夏熱冬冷地區住宅節能優化設計[D].南京:東南大學,2003.

[4] JGJ 134—2010，夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準[S].

[5] 重慶市建設技術發展中心.建筑節能設計標準培訓輔導教材[Z].重慶:重慶市建筑節能協會,2007:127-168.

[6] 候余波，付祥釗.夏熱冬冷地區窗墻比對建筑能耗的影響[J].建筑技術,2001,32(10):661-662.

[7] 吳偉偉.夏熱冬冷地區居住建筑圍護結構節能研究[D].重慶:重慶大學城市建設與環境工程,2008.

[8] 付祥釗.夏熱冬冷地區建筑節能技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[9] 冷艷峰，趙 輝，張 元，等.夏熱冬冷地區居住建筑節能65%研究[J].建筑節能,2010,38(7):78-80.

Analysis of the thermal performance of building envelope on energy-saving of residential buildings in hot summer and cold winter zone★

Wu Hongwei1Zhang Tao2Zhao Yong3Ji Wenhui4

(1.JinkePropertyGroupLimitedCompanybyShare,Chongqing400000,China; 2.ChongqingGasGroupLimitedCompanybyShare,Chongqing400000,China; 3.No.5CompanyofChinaRailwayEngineering16thGroupCorporation,Tangshan063000,China; 4.CityandEnvironmentCollege,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

Residential buildings were selected as the research object in the seven typical cities of hot summer and cold winter zone. The paper analysis the influence of thermal performance of exterior wall, roof, and window to the energy efficiency using energy consumption software VisualDOE4.0. The results show that when the heat transfer coefficient below 0.78 W/(m2·K), the energy efficiency of seven cities would be over 20%, the thermal performance of roof has little contribute to the energy efficiency of the whole building, however, the energy efficiencies increase when the heat transfer coefficients of roof decrease, while the energy efficiencies of the seven cities increase when the shading coefficient or heat transfer coefficient decrease.

residential building, building envelope, energy-saving coefficient

2015-02-26★：“十二五”國家科技支撐計劃課題(課題編號：2012BAJ06B05)

吳宏偉(1984- )，男，工程師； 張 濤(1987- )，女，工程師； 趙 永(1971- )，男，高級工程師； 季文慧(1990- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)13-0194-03

TU201.5

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