夏热冬冷地区公共建筑围护结构的节能影响研究_刘文沛.pdf

江苏建筑2022年第6期（总第225期）0引言我国正处在城镇化快速发展的时期，随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，能源和环境的矛盾日益突出，建筑能耗总量和能耗强度上行压力不断加大。过去30年里，我国建筑节能工作取得了很大进展，并进一步向国际看齐，将低能耗建筑、超低能耗建筑、近零能耗建筑乃至净零能耗建筑这一系列建筑发展理念，定为未来建筑节能的发展方向1。为了尽可能地降低建筑能源需求，需要通过优化外围护结构热工性能，来减少围护结构与外界环境之间的热传递，从而实现建筑整体负荷的降低2。而外围护结构影响建筑能耗的主要热工部件包括外墙、屋面和外窗，因此文章以夏热冬冷地区某典型办公建筑为例，运用斯维尔超低能耗模拟软件，模拟分析外墙、屋面的传热系数对建筑物本体节能率与综合节能率的影响。1研究方法建筑基础模型某办公楼，所在热工分区为夏热冬冷地区。建筑共6层，总建筑面积11 782 m2，南北朝向，屋面为平屋顶，体型系数为0.17。建筑主要功能与用能房间为办公室与会议室，其控温条件、人均占地以及照明设备功率均基于近零能耗建筑技术标准（GB/T 513502019）设定。建筑基本形态与计算机模型见图1。2研究结果2.1外墙传热系数的影响外墙保温性能通过其传热系数进行定义（传热系数越低，保温性能越高），使用控制变量法，在控夏热冬冷地区公共建筑围护结构的节能影响研究刘文沛1，曹静2，陈源2（1南京河西新城建设发展有限公司，江苏南京211800；2江苏丰彩节能科技有限公司，江苏南京210008）摘要文章针对江苏省某办公建筑，在不同外墙传热系数与屋面传热系数的作用条件下，采用斯维尔超低能耗模拟软件对该建筑进行建筑能耗模拟，并对这两项热工参数对建筑本体节能率和综合节能率影响进行线性拟合。模拟结果表明，外墙传热系数对建筑节能率的影响更为显著。关键词超低能耗；围护结构；夏热冬冷地区；模型模拟中图分类号 TU111.48文献标志码 A文章编号1005-6270（2022）06-0147-03Study on Energy Saving Effect of Public Building Envelope in Hot Summer and ColdWinter RegionLIU Wen-pei1CAO-Jin2CHEN Yuan2（1.Nanjing Hexi Newcity Construction Development Co.,Ltd,Nanjing Jiangsu 211800 China；2.Jiangsu Colourful Saving-energy Technology Co.,Ltd,Nanjing Jiangsu 210008 China）Abstract：In this research we simulate the energy consumption of an office building under different retainingstructure parameters,and linearly fits the influence of the four thermal parameters on the building body energysaving rate and comprehensive energy saving rate.The simulation results show that among the five-termvariables,the external wall heat transfer coefficient has the most significant effect on the building energysaving rate.Key words：energy efficient building；retaining structure；hot summer and cold winter zone；model simulation收稿日期2022-11-01作者简介刘文沛，女（1991-）南京河西新城建设发展有限公司，国家一级注册建筑师，工程师，主要从事设计管理工作。147江苏建筑2022年第6期（总第225期）制其它围护结构部位参数的同时改变外墙传热系数数值以建立不同场景。其它围护结构部位设定为：屋面传热系数0.3，外窗传热系数1.5，外窗太阳得热系数0.4。外墙传热系数与建筑制冷量节能率和采暖量节能率的关系见图2。外墙保温性能总体与建筑制冷量节能率与采暖量节能率的总体呈正相关，当外墙保温性能从传热系数0.8 W/（m2K）提升至传热系数0.1 W/（m2K）时，采暖量节能率总体提升了11.32%，制冷量节能率总体提升了2.89%。可以看出，外墙传热系数对采暖量的影响远大于制冷量。在研究外墙传热与建筑本体与综合节能率时，将其它围护结构部位设定为高保温水平与低保温水平两种情况，参数分别设定为近零能耗建筑技术标准（GB/T 513502019）中的达标范围的上下限。其中高水平情况，屋面传热系数为0.15，外窗传热系数为1.2，外窗太阳得热系数为0.6；低水平情况屋面传热系数为0.4，外窗传热系数为2.0，外窗太阳得热系数为0.3。通过计算机模拟，得出了外墙传热系数与建筑本体节能率与综合节能率的关系，具体结果见图3。图3表明，本建筑案例中外墙保温性能与本体节能率和综合节能率总体呈正相关，当外墙保温性能从传热系数0.6 W/（m2K）增加到0.15 W/（m2K）时，低水平情况下本体节能率总体提升了3.94%，综合节能率总体提升了3.74%。高水平情况下本体节能率总体提升了3.22%，综合节能率总体提升了2.73%。由于传热系数与建筑节能率大致呈线性相关，因此将模拟数据在SPSS数据分析软件中进行线性回归分析，得出的回归方程分别为：本体节能率（低水平条件）：Eb=-8.75Ka+23.39本体节能率（高水平条件）：Eb=-7.15Ka+24.98综合节能率（低水平条件）：Ez=-7.7Ka+53.11综合节能率（高水平条件）：Ez=-6.08Ka+54.69式中Eb为建筑本体节能率，Ez为建筑综合节能率，Ka为外墙传热系数。上述公式中Ka的系数绝对值可对应相应围护部位的节能潜力。无论是本体节能率与综合节能率，外墙传热系数在建筑总体处于低水平条件时Ka系数更高，表明此时外墙保温性能对建筑节能的影响更大。2.2屋面传热系数的影响屋面保温性能与建筑节能率的相关性分析与外墙相似。其它围护结构部位设定为：外墙传热系图1办公建筑案例的计算机模型、标准层平面图与基本信息图2建筑外墙传热系数与建筑制冷量节能率和采暖量节能率的关系（a）本体节能率（b）综合节能率图3外墙传热系数与建筑本体节能率与综合节能率的关系148江苏建筑2022年第6期（总第225期）数0.3，外窗传热系数1.5，外窗太阳得热系数0.4。外墙传热系数与建筑制冷量节能率和采暖量节能率的关系见图4。屋面保温性能总体与建筑制冷量节能率与采暖量节能率呈正相关，当屋面保温性能从传热系数0.8 W/（m2K）增加到传热系数0.1 W/（m2K）时，采暖量节能率总体提升了6.5%，制冷量节能率总体提升了2.79%。可以看出，屋面保温性能对采暖量的影响同样大于制冷量。高保温水平固定围护结构部位参数设置：外墙传热系数为0.15，外窗传热系数为1.2，外窗太阳得热系数为0.3；低保温水平固定围护结构部位参数设置：外墙传热系数为0.4，外窗传热系数为2.0，外窗太阳得热系数为0.6。通过不同屋面传热系数场景的计算机模拟，得出传热系数与建筑本体节能率与综合节能率的关系，见图5。与外墙类似，本建筑案例中屋面保温性能与本体节能率和综合节能率总体呈正相关，当屋面传热系数保温性能从传热系数0.6 W/（m2K）提升到传热系数0.15 W/（m2K）时，高水平条件下本体节能率总体提升了2.21%，综合节能率总体提升了2.04%。低水平条件下本体节能率总体提升了1.95%，综合节能率总体提升了1.78%。在SPSS数据分析软件中进行线性回归分析，得出的回归方程分别为：本体节能率（低水平条件）：Eb=-4.9Ka+22.17本体节能率（高水平条件）：Eb=-4.33Ka+24.28综合节能率（低水平条件）：Ez=-4.53Ka+52.05综合节能率（高水平条件）：Ez=-3.95Ka+54.18与外墙相比，本建筑屋面保温性能的节能潜力较小。本体节能率与综合节能率方程中屋面保温性能在建筑总体处于低水平条件时影响系数绝对值更大，表明此时屋面保温性能对建筑节能的影响更大。3结语采用斯维尔超低能耗模拟软件对该建筑进行建筑能耗模拟，探讨了不同围护结构部位传热系数对建筑节能效果的影响，得出结论如下：（1）无论是屋面还是外墙，其保温性能提升都能显著提升建筑节能效果；（2）屋面与外墙的性能提升在建筑其他围护结构保温性能总体处于低水平条件时效果更好，表明围护结构保温在初期投入的性价比更高，随着建筑保温性能的总体提升其投入性价比将会逐渐减少；（3）外墙对建筑节能的影响显著大于屋面，原因在于外墙在建筑整体外表面中面积占比一般远大于屋面。参考文献1崔国游，淡雅莉.被动式建筑在我国发展的经济技术适应性J.工程管理学报，2017，031（04）：29-34.2郑小丽，李振全，雷亚平，马思聪.夏热冬冷地区被动式低能耗建筑研究现状综述J.建设科技，2020（20）：123-126.图4建筑屋面传热系数与建筑制冷量节能率和采暖量节能率的关系（a）本体节能率（b）综合节能率图5屋面传热系数与建筑本体节能率与综合节能率的关系149