廈門地區辦公建筑圍護結構能耗研究與分析

連小鑫

廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司

廈門地區辦公建筑圍護結構能耗研究與分析

連小鑫

廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司

為了研究廈門地區辦公建筑圍護結構能耗變化特點，本文采用DeST-C能耗模擬軟件分析了建筑朝向、窗墻比、玻璃遮陽系數以及地面熱阻對建筑圍護結構能耗的影響。結果表明與建筑最不利朝向相比較，最佳朝向的建筑能耗減少了7%；建筑能耗隨窗墻面積比及玻璃遮陽系數增大而增大；其中窗墻面積比對建筑能耗的影響最為顯著，而地面熱阻對建筑能耗的影響最小。研究結果可為建筑節能設計和既有建筑節能改造提供參考。

辦公建筑能耗 建筑朝向 窗墻比 遮陽系數 地面熱阻

0 引言

廈門地區是我國建筑發展最快的地區之一，同時也是我國建筑能耗最多的地區之一。目前，我國建筑能耗占社會總能耗近30%[1]。公共商用類建筑的單位面積的能耗是住宅類建筑的4～10倍[2]。因而研究建筑能耗的變化特點，對于我國建筑節能工作有著重要意義。本文采用DeST-C能耗模擬軟件對辦公樓建筑全年逐時能耗模擬，通過研究分析建筑朝向、窗墻比、遮陽系數以及地面熱阻等被動節能措施對建筑能耗的影響。

1 建模及設置

1）辦公樓模型。本文選擇的辦公樓模擬為一棟6層的辦公樓，建筑中間為2m寬走廊，每個房間均為8m×8m的正方形房間。每層的建筑面積為864m2。建筑平面布置如圖1所示。每個房間的功能和設置均一致。

圖1 建筑平面圖

2）圍護結構。外墻采用200mm厚加氣混凝土砌塊，內外表面加有20mm的石灰砂漿。外墻的傳熱系數為0.882W/(m2·K)；初始外窗采用6mm厚的普通透明玻璃，玻璃的傳熱系數取5.7W/(m·2K)，遮陽系數SC為0.85；建筑模型的所有窗墻面積比均設置為0.4。

3）辦公室類型。辦公室類型采用軟件默認的普通辦公室類型。假設房間內人員（0.1人/m2）為靜坐，人均發熱量為64W，人均產濕量為0.084kg/h，人均最低新風量為30m3/h；設置最低照度為300lx，照明功率為10W/m2，電熱轉換效率為0.9；設備熱擾為20W/m2。

4）辦公建筑作息時間。辦公建筑人員、燈光、設備均采用統一的作息時間。建筑內作息時間對建筑能耗的影響很大。本文采用的建筑作息時間分成兩部分，一部分為工作時間，即周一到周五，第二部分為周末時間，考慮到周末（即周六和周日）可能存在加班情況，所以周末對內擾也進行設置，但是內擾系數均比較小，具體設置如表1所示。

表1 人員、燈光、設備內擾作息時間設置

5）室外天氣參數。模擬采用軟件默認的天氣參數。

6）室內參數。辦公室內溫度設置為26℃，濕度為60%，空調的運行時間從早上8:00到晚上20:00。

本文主要分析不同圍護結構指標對建筑能耗的影響。研究從5月份到11月份共計7個月的建筑空調工況下的建筑能耗。

2 影響參數分析

2.1 建筑朝向

本文分析不同建筑朝向對空調能耗的影響，采用兩個模型：一個為4層辦公樓，窗墻比為0.4；另一個模型為6層辦公樓，窗墻比為0.5。這兩個模型的其他設置均一致。模擬計算結果如圖2所示。

圖2 不同建筑朝向下建筑能耗（kW/m2）分布圖

圖2中，270°方向表示南向，90°方向表示北向，180°方向表示東向，0°方向表示西向。由圖1可知，建筑平面中辦公室為對稱布置，所以圖2中對角線上朝向的建筑能耗基本一致。從圖2中可知，建筑能耗隨著朝向變化而變化，并形成一個橢圓。橢圓的短邊為南向和北向的建筑能耗，長邊為東向和西向的建筑能耗。

從圖2中可以看出，朝向在南向和北向的能耗比其他朝向都低，而最高能耗是在東向和西向朝向上。建筑朝向越往南（北）向，建筑能耗越低，越往東（西），建筑能耗越高。

當建筑模型為4層，窗墻比為40%時，最低能耗和最高能耗分別為121.3kW/m2和130.7kW/m2，相差為7.2%。建筑模型為6層，窗墻比為50%時，最低能耗和最高能耗分別為143.2kW/m2和154.1kW/m2，相差為7.1%。因此與最不利朝向相比較，最佳朝向的建筑能耗減少約7%。在廈門地區，建議建筑物朝向應盡量接近南北朝向。

2.2 窗墻面積比

本文分析不同窗墻面積比對建筑能耗的影響，模擬計算窗墻比從10%～70%的建筑能耗的變化情況。

圖3 不同窗墻面積比建筑能耗的變化趨勢

從圖3中可知，隨著窗墻比逐漸升高，通過窗進入室內的太陽能直射得熱越多，所以建筑能耗越大。建筑能耗變化主要分成3個階段；第一個階段，當窗墻比從10%上升到40%的時候，負荷變化比較緩慢，從96.8kW/m2上升到126.0kW/m2，建筑能耗增加了30%，窗墻比增加0.1，建筑能耗平均增長10%；第二個階段，而從40%到50%的時候，建筑能耗變化比較快，從126.0kW/m2上升到161.5kW/m2，建筑能耗增加了36.8%；第三個階段，最后從60%到70%的時候變化又變緩慢，從161.5kW/m2上升到170.7kW/m2，建筑能耗增加了9.5%。

從表2可知，窗墻面積比對建筑能耗的影響非常顯著。窗墻面積每增大10%，建筑能耗平均增加了12.7%。因此在廈門地區應嚴格控制窗墻面積比。

表2 不同窗墻面積比建筑能耗的變化率

2.3 遮陽系數

本文分析不同玻璃遮陽系數下的建筑能耗增長情況，玻璃遮陽系數變化區間為0.3～0.85之間。從圖4中可知，隨著玻璃遮陽系數的增大，建筑能耗幾乎成線性增長。當玻璃遮陽系數為0.3時，建筑能耗為96.9kW/m2，SC=0.85時，建筑能耗為122.6kW/m2，建筑能耗增長了26.6%。玻璃遮陽系數每增加0.05，建筑能耗平均增加2.4%。

圖4 不同玻璃遮陽系數時建筑能耗的變化趨勢

從上面分析可見，在廈門地區，應盡量選擇遮陽系數比較低的窗玻璃。

2.4 地面熱阻

本文分析不同地面熱阻下的建筑能耗增長情況，地面熱阻的變化區間為0.05～5m2·K/W之間。從圖5中可知，建筑能耗隨地面熱阻的增加呈拋物線增長。從 0.05m2·K/W 變化到 5m2·K/W，建筑能耗從122.6kW/m2增加到128.1kW/m2，建筑能耗僅僅增加了4.4%。地面熱阻每增大1m2·K/W，建筑空調能耗僅僅增大0.5%，可見建筑地面熱阻的變化對建筑能耗的影響非常有限。

圖5 不同地面熱阻時建筑能耗變化趨勢

3 結論

1）建筑朝向越往南（北）向，建筑能耗越低，越往東（西），建筑能耗越高。與建筑最不利朝向相比較，最佳朝向的建筑能耗減少約7%。

2）建筑能耗隨窗墻比的增大而增大；窗墻面積比對建筑能耗的影響非常顯著，窗墻面積比每增大10%，建筑能耗平均增加了12.7%，因此在廈門地區應重點控制窗墻面積比，應盡量降低建筑的窗墻面積比。

3）建筑能耗隨玻璃遮陽系數的增大，幾乎成線性增長；玻璃遮陽系數每增加0.05，建筑能耗平均增加2.4%，在廈門地區應選擇遮陽系數較低的玻璃，降低太陽能得熱，從而降低建筑能耗。

4）建筑能耗隨地面的熱阻的增大呈拋物線增大，但地面熱阻對建筑能耗的影響非常有限。地面熱阻每增大1m·2K/W，建筑空調能耗僅僅增大0.5%。

[1]張恩祥,李春旺,陳淑琴,等.辦公建筑空調系統能耗評價及節能潛力分析[J].節能技術,2008,26(4):295-320

[2]李志生,李冬梅,梅勝,等.夏熱冬暖地區辦公建筑能耗模擬與分析[J].節能技術,2006,24(6):483-186

Re s e a rc h on Ene rgy Cons um ption of Offic e Building Enc los ure Struc ture in Xia m e n Dis tric t

LIAN Xiao-xin
Xiamen Academy of Building Research Group Co.,Ltd.

In order to research on energy consumption changing characteristics of office building enclosure structure in Xiamen district,this paper uses DeST-C energy consumption tool to analyzes the influence of building orientation, window-wall ratio,shading coefficient and ground thermal resistance on energy consumption of building enclosure structure.The result show that compared with the most unfavorable building orientation,building energy consumption reduces by 7%on the optimal building orientation.Building energy consumption increases with window-wall ratio and shading coefficient.Window-wall Ratio has the most significant effect on building energy consumption,while ground thermal resistance with minimal effect.The research results can be used for building energy efficiency design and existing building energy efficiency retrofits to provide reference.

office building energy consumption,building orientation,window-wall ratio,shading coefficient,ground thermal resistance

1003-0344（2015）02-078-3

2013-12-2

連小鑫（1984～），男，碩士，工程師；廈門市湖濱南路62號（361004）；0592-2273765；E-mail:lsx1389@126.com