基于DeST 對寒冷地區(qū)農(nóng)宅能耗與窗墻比關(guān)系的分析

黃鶯

太原學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系

0 引言

對于寒冷地區(qū)來說，改變窗墻面積比可以有效節(jié)約建筑能耗。有研究表明[1]，太原一農(nóng)宅通過增加南向窗墻比，能夠有效吸收太陽輻射，增加太陽得熱，進(jìn)而減少室內(nèi)采暖系統(tǒng)的供暖負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能。該文獻(xiàn)也指出不能一味吸收太陽輻射而增加南向窗墻比，增加窗墻比的同時，也增加了建筑冷輻射，進(jìn)而增加能耗。本文擬針對同一農(nóng)宅，研究位于寒冷地區(qū)不同城市，研究不同窗墻比對農(nóng)宅能耗的影響是否一致。

本文選取寒冷地區(qū)代表性城市，蘭州，銀川，西安，太原，石家莊，濟(jì)南，大連等七個城市為代表，來進(jìn)行研究窗墻面積比對農(nóng)宅能耗影響。農(nóng)宅模型選用文獻(xiàn)[1]中模型，圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置見文獻(xiàn)[1]，并符合規(guī)范要求[2]。農(nóng)宅模型見圖1，總建筑面積為70.25 m2。但室外參數(shù)隨城市的不同而改變，室內(nèi)參數(shù)如溫度、內(nèi)擾等設(shè)定相同，以及建筑參數(shù)如體形系數(shù)、層高、面積等參數(shù)相同。窗墻面積比分別設(shè)為0.1，0.2，03，0.4，0.5 等。

圖1 農(nóng)宅模型空間布局圖

1 室內(nèi)外參數(shù)設(shè)定

1.1 各地區(qū)室外氣象參數(shù)及供暖期起止時間

表1 各地區(qū)供暖參數(shù)

1.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

依據(jù)規(guī)范[3]，室內(nèi)供暖溫度為16～24 ℃，本文選取18 ℃。選取同一農(nóng)宅進(jìn)行窗墻比對采暖能耗影響的研究，故本文在室內(nèi)參數(shù)設(shè)計時采用控制變量法，忽略不同地區(qū)農(nóng)村人們的生活習(xí)性、家庭情況等的差異性，選取默認(rèn)值。

2 各地區(qū)農(nóng)宅冬季供暖負(fù)荷與窗墻比之間的關(guān)系

2.1 農(nóng)宅的采暖熱負(fù)荷值匯總

通過模型建立，利用DeST-h 軟件，對各地區(qū)進(jìn)行采暖熱負(fù)荷的計算，計算結(jié)果匯總見表2。

從表2 中數(shù)據(jù)可看出，不同地區(qū)農(nóng)宅能耗隨著窗墻比的增加，不斷降低，說明窗墻比的增加對于寒冷地區(qū)來說，普遍會降低采暖能耗，但最低能耗并不出現(xiàn)在最大窗墻比的時候。所以，窗墻比對不同地區(qū)農(nóng)宅采暖熱負(fù)荷有不同的影響。

表2 不同地區(qū)不同窗墻比的熱負(fù)荷指標(biāo)

2.2 全年累計采暖熱負(fù)荷與窗墻比之間的關(guān)系

依據(jù)表2 中不同地區(qū)不同窗墻比的農(nóng)宅采暖累計熱負(fù)荷值，可得圖2。

圖2 不同地區(qū)農(nóng)宅采暖累計熱負(fù)荷隨窗墻比的變化

由圖2 可知：

1）不同的窗墻比，農(nóng)宅采暖累計熱負(fù)荷最大的地區(qū)為蘭州，最小為濟(jì)南，采暖能耗排序為：蘭州＞大連＞太原＞銀川＞石家莊＞西安＞濟(jì)南。

2）蘭州地區(qū)農(nóng)宅采暖能耗的大小與窗墻比的變化基本無關(guān)，窗墻比的增大對采暖能耗的影響很小。

3）隨著窗墻比的逐漸增加，太原、銀川、濟(jì)南、石家莊、大連地區(qū)采暖能耗大致呈不斷下降的趨勢，說明對這些地區(qū)農(nóng)宅來說，窗墻比增加所帶來的太陽得熱明顯大于冷風(fēng)滲透耗熱量，得熱量大于失熱量。

4）對于西安地區(qū)農(nóng)宅來說，窗墻比從0.1 增加到0.4，采暖能耗降低，降幅不大。從0.4 增加到0.5，采暖能耗增加。說明對于西安地區(qū)農(nóng)宅能耗來說，窗墻比小于0.4 時，隨著窗墻比的增加，農(nóng)宅得熱量大于失熱量，當(dāng)窗墻比大于0.4 時，窗墻比的增加，使農(nóng)宅得熱量小于失熱量，采暖能耗增加。西安地區(qū)農(nóng)宅能耗最小時窗墻比為0.4。

5）窗墻比從0.1 變化到0.2，各地區(qū)農(nóng)宅采暖能耗變化較小。窗墻比從0.2 變化到0.5，除蘭州和西安地區(qū)外，其他地區(qū)農(nóng)宅能耗有明顯下降趨勢。說明窗墻比0.1 和0.2 給農(nóng)宅帶來的太陽得熱量和冷風(fēng)滲透失熱量相差不大，從0.2 變化到0.5，太陽得熱量明顯大于冷風(fēng)滲透耗熱量。若需明顯降低這些地區(qū)農(nóng)宅采暖能耗，可選用大于0.2 的窗墻比。

2.3 單位面積全年累計采暖負(fù)荷與窗墻比之間關(guān)系

依據(jù)表2 中不同地區(qū)不同窗墻比的農(nóng)宅單位面積全年累計采暖熱負(fù)荷值，可得圖3。

圖3 不同地區(qū)農(nóng)宅能耗累計熱負(fù)荷指標(biāo)隨窗墻比的變化

由圖3 可知：

1）累計熱負(fù)荷指標(biāo)定義：累計熱負(fù)荷指標(biāo)=采暖累計熱負(fù)荷/建筑面積。由公式可知，累計熱負(fù)荷指標(biāo)和累計熱負(fù)荷隨著窗墻比變化而變化趨勢相同。此處不再贅述。

2）太原地區(qū)，窗墻比從0.1 增至0.2，累計熱負(fù)荷指標(biāo)增加0.3%。從0.2 增至0.3，累計熱負(fù)荷指標(biāo)降低6%。從0.3 到0.4，降低4.3%。從0.3 到0.5，降低4.1%。窗墻比為0.5 時，熱負(fù)荷指標(biāo)取到最小值。從0.2 增至0.5，采暖熱負(fù)荷指標(biāo)共降低約14%。

3）銀川地區(qū)，從0.2 增至0.5，采暖熱負(fù)荷指標(biāo)共降低約23%。

4）濟(jì)南地區(qū)，從0.2 增至0.5，采暖熱負(fù)荷指標(biāo)共降低約6%。石家莊地區(qū)，從0.2 增至0.5，采暖熱負(fù)荷指標(biāo)共降低約4%。大連地區(qū)，從0.1 增至0.5，采暖熱負(fù)荷指標(biāo)共降低約7%。

5）蘭州地區(qū)，最小值為窗墻比0.3 的熱負(fù)荷指標(biāo)，從0.2 增至0.3，采暖熱負(fù)荷指標(biāo)降低2%。西安地區(qū)，最小值在0.4，從0.1 增至0.4，熱負(fù)荷指標(biāo)共降低2%。

2.4 采暖季熱負(fù)荷指標(biāo)與窗墻比之間的關(guān)系

依據(jù)表2 中不同地區(qū)不同窗墻比的農(nóng)宅采暖累計熱負(fù)荷值，可得圖4。由圖4 可知：

圖4 不同地區(qū)農(nóng)宅采暖季熱負(fù)荷指標(biāo)隨窗墻比的變化

1）銀川、太原、濟(jì)南、大連采暖季熱負(fù)荷指標(biāo)隨窗墻比的增加有明顯降幅，銀川和太原降幅最大，節(jié)能效果顯著。這些地區(qū)既有農(nóng)宅可以通過增加窗墻比的方法，在一定程度上降低采暖能耗，達(dá)到節(jié)能效果。

2）石家莊采暖季熱負(fù)荷指標(biāo)隨著窗墻比的增加不斷下降，但節(jié)能效果較明顯。石家莊既有農(nóng)宅可適度增加增創(chuàng)比來降低采暖能耗。

3）西安、蘭州采暖季熱負(fù)荷指標(biāo)變化較小，有起伏，說明窗墻比對該地區(qū)農(nóng)宅能耗影響較小。西安、蘭州地區(qū)新建或既有農(nóng)宅節(jié)能改造中，窗墻比的變化對農(nóng)宅能耗影響較小，窗墻比的選擇需綜合考量技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，并滿足住戶采光要求。

3 結(jié)論

由DeST-h 模擬結(jié)果可知：窗墻比的增加，對于寒冷地區(qū)農(nóng)宅，在一定程度上增加了太陽輻射得熱，但同時會增加冷風(fēng)滲透耗熱量，不同地區(qū)節(jié)能效果不同。對于太原和銀川地區(qū)，窗墻比的增加明顯降低了農(nóng)宅采暖能耗，節(jié)能效果顯著。濟(jì)南、大連、石家莊地區(qū)農(nóng)宅可適度調(diào)整窗墻比，能夠起到一定的節(jié)能效果。西安、蘭州地區(qū)農(nóng)宅能耗，受窗墻比的影響不明顯，需結(jié)合當(dāng)?shù)刈粜枨蠹凹夹g(shù)經(jīng)濟(jì)條件合理選定窗墻比。