王 倩 金梧鳳

(天津商業(yè)大學(xué) 天津市制冷技術(shù)重點實驗室，天津 300134)

·綠色環(huán)保·建筑節(jié)能·

基于e-QUEST的住宅建筑能耗模擬分析研究

王 倩 金梧鳳

(天津商業(yè)大學(xué) 天津市制冷技術(shù)重點實驗室，天津 300134)

以天津市某住宅樓為研究對象，用e-QUEST能耗模擬軟件對該建筑的全年能耗進(jìn)行了模擬計算，研究了不同朝向上窗墻比、圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度對建筑物全年能耗的影響，結(jié)果表明：南向窗墻比的變化對建筑物全年耗能量的影響最大，且增加圍護結(jié)構(gòu)保溫層的厚度有利于減少建筑能耗。

能耗模擬軟件，住宅建筑，窗墻比，建筑物朝向，圍護結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的日益增長以及人民物質(zhì)生活水平的提高，人們對于生活環(huán)境的舒適性的要求也越來越高，從而導(dǎo)致了建筑的能耗的增長，所以需要對建筑能耗尤其是住宅建筑能耗進(jìn)行研究。

在我國，建筑能耗占總能耗的30%以上，而建筑能耗中有80%左右是在建筑使用的過程中產(chǎn)生的[1]，而在使用的過程中，建筑能耗又有40%～50%是由建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)造成的。在圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計中對能耗有影響的因素包括窗墻比、體形系數(shù)、外墻的導(dǎo)熱系數(shù)、外窗的導(dǎo)熱系數(shù)、屋面等的導(dǎo)熱系數(shù)[2]。建筑物的外窗的面積越大，則建筑的自然采光的效果就越好，但是會造成外窗的保溫隔熱效果降低，在滿足公共建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)情況下，外窗的傳熱系數(shù)會比外墻高1倍～2倍，單位面積的外窗的溫差傳熱量也會比外墻大[3]。增大窗墻比，一方面，可使得冬天的耗能量因日射得熱而減少；而另一方面，也增加了夏天的制冷耗能，且由于外窗的導(dǎo)熱，使得冬天的晚間耗能增加。從而優(yōu)化窗墻比變得尤為重要。而圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能對建筑能耗也有很大影響[4]。

本文主要研究建筑不同朝向上窗墻比和圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度對建筑能耗的影響，模擬計算過程中將窗墻比和圍護結(jié)構(gòu)保溫層的厚度分別作為變量來研究其對建筑能耗的影響。

1 e-QUEST軟件的介紹

e-QUEST軟件是快速計算建筑物能耗的工具，建筑物的傳熱是一個繁雜的動態(tài)過程，建筑物的得熱和失熱是隨著室內(nèi)外的氣候條件的變化而變化的。e-QUEST軟件采用的是反應(yīng)系數(shù)法來計算建筑物的圍護結(jié)構(gòu)傳熱量，即根據(jù)室外的氣象條件以及外圍護結(jié)構(gòu)的情況，采用一種正向思維的計算方法計算出室內(nèi)的溫度以及室內(nèi)的得熱量，從而進(jìn)一步計算出負(fù)荷。e-QUEST軟件是根據(jù)輸入的建筑物的情況(建筑物的結(jié)構(gòu)、外圍護結(jié)構(gòu)的材料、空調(diào)采暖方式以及系統(tǒng)的布置形式、室內(nèi)人員的活動規(guī)律、照明情況、設(shè)備情況等)和室內(nèi)的設(shè)計溫度值，計算出建筑物的全年能耗[5]。

2 項目概況

本建筑物為天津市某住宅樓，熱工氣候分區(qū)屬于寒冷地區(qū)，冬季有采暖需求，夏季有供冷需求。本住宅樓的主體共3層，主體建筑高度為15 m，建筑總面積為948.78 m2，其中地上3層，建筑面積632.78 m2，地下1層，建筑面積306 m2。地上有四戶，兩個戶型，按中線對稱布局，地下為車庫。

本住宅樓的熱工性能參數(shù)如表1所示[6]，e-QUEST能耗模擬軟件也按照該規(guī)范進(jìn)行計算。

表1 建筑物的熱工性能參數(shù) W/(m2·K)

本住宅樓夏季室內(nèi)空調(diào)設(shè)計溫度26 ℃，不同功能用房的人員密度、照明功率密度等內(nèi)擾參數(shù)設(shè)置[7]詳見表2。本住宅樓生活熱水及空調(diào)情況如表3所示。

表2 住宅樓內(nèi)擾參數(shù)

表3 生活熱水及空調(diào)設(shè)備情況表

3 研究方法和內(nèi)容

在影響建筑物的能耗方面，建筑物的朝向、體形系數(shù)、窗墻比以及外圍護結(jié)構(gòu)的保溫層厚度都發(fā)揮著不同的作用。本文中建立e-QUEST建筑模型，計算該建筑物的單位面積的全年耗能量，并且確定在不同的建筑物朝向、窗墻比以及外圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度的條件下單位面積全年總負(fù)荷能耗，最后研究朝向、窗墻比和圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度對建筑全年總負(fù)荷能耗的影響。具體的研究內(nèi)容如下:

1)分別在四個不同的建筑物朝向下，通過改變建筑物的窗墻比這一影響因素來模擬建筑單位面積的全年耗能量變化。

2)對比分析了在建筑物的朝向一定、窗墻比一定的條件下，建筑物的全年總能耗隨外圍護結(jié)構(gòu)的保溫層厚度增加的變化趨勢。

4 模型建立與結(jié)果分析

4.1 模型建立

根據(jù)建筑平面圖建立e-QUEST模型，圖1為用e-QUEST軟件建立的整體建筑立體圖。

4.2 不同建筑物朝向的窗墻比對全年耗能的影響

針對不同的建筑物朝向，模擬研究建筑物單位面積的全年總耗能量隨著窗墻比的變化情況，模擬結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，建筑物全年耗能量隨著不同朝向的窗墻比的增大而增大，全年單位能耗受南向窗墻比變化的影響最大，受北向窗墻比變化的影響次之，受東、西向窗墻比的變化影響最小。由此可以得出如下結(jié)論：若通過改變窗墻比以達(dá)到大幅度降低全年耗能量的目的，應(yīng)該從南向的窗墻比入手，確定一個適宜的窗墻比。

4.3 圍護結(jié)構(gòu)對全年能耗的影響

眾所周知，建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能對建筑物的耗能量有很大的影響。因此本文對建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度對建筑的全年能耗影響進(jìn)行研究分析，主要通過改變外墻、屋面的保溫層的厚度，得出不同情況下全年能耗量，并以原建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫層厚度情況下的全年耗能量作為參照值，與改變保溫層厚度后的全年耗能量進(jìn)行對比，分析其對全年能耗影響的規(guī)律。外墻保溫層采用的保溫材料為橫塑石墨聚苯板，屋面保溫層采用的保溫材料為擠塑聚苯板。改變外墻、屋面保溫層厚度后的全年耗能量如表4,表5所示。

表4 外墻保溫性能分析

表5 屋面保溫性能分析

由表4，表5中的模擬數(shù)據(jù)表明外墻每增加10 mm厚的保溫層，全年建筑耗能量大概降低600 kW·h，屋面每增加10 mm厚的保溫層，全年建筑耗能量大概降低400 kW·h，由此說明增加保溫層的厚度可以降低建筑全年耗能量，且外墻的保溫層的增加效果比屋面的效果好，在資金有限的情況下應(yīng)該重點改造外墻結(jié)構(gòu)以減少建筑能耗。

5 結(jié)語

本文使用e-QUEST能耗模擬軟件計算得到嚴(yán)寒地區(qū)某住宅樓的全年耗能量，主要得到以下結(jié)論：

1)建筑物全年能耗量受南向窗墻比變化的影響最大，受北向窗墻比變化的影響次之，受東、西向窗墻比的變化影響最小。

2)在不同的建筑物朝向上，建筑物全年的能耗量均隨著窗墻比的增大而增大，選擇合適的窗墻比是建筑節(jié)能的重要手段。

3)適當(dāng)?shù)脑黾訃o結(jié)構(gòu)保溫層的厚度有利于減少建筑能耗，且增加外墻的保溫層厚度比增加屋面的保溫層的厚度對節(jié)能的效果更好。

[1] DB 29—153—2010,天津市公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 簡毅文，江 億.窗墻比對住宅供暖空調(diào)總能耗的影響[J].暖通空調(diào)，2009(11)：73-74.

[3] 龍恩深，付祥釗.窗墻比對居住建筑的冷熱耗量指標(biāo)及節(jié)能率的影響[J].暖通空調(diào)，2007，37(2)：46-49.

[4] 宋 輝，常汝完，張忠杰，等.基于e-QUEST軟件的倉儲建筑能耗模擬分析研究[J].糧食儲藏技術(shù)，2013,42(4):11-14.

[5] 馬曉云.建筑能耗模擬軟件e-QUEST及其應(yīng)用[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2009(18)：106-107.

[6] GB 50176—93，民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范[S].

[7] DB 29—1—2010，天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

Numerical simulation research on residential building energy consumption on the basis of e-QUEST

Wang Qian Jin Wufeng

(TianjinCoolingTechnologyLab,TianjinUniversityofCommerce,Tianjin300134,China)

Taking the residential building in Tianjin as the research target, the paper carries out simulation computation on the yearly building energy consumption by applying e-QUEST energy consumption simulation software, studies the impacts of wall-widow ration with various directions and enclosure structure insulation thickness upon yearly building energy consumption. Results show that: the southern direction will-window ratio alteration has biggest impact upon yearly building energy consumption， increasing enclosure structure insulation layer thickness will be some help for reducing building energy consumption.

energy consumption simulating software, residential building, window-wall ratio， building direction, enclosure structure

1009-6825(2015)02-0176-02

2014-11-03

王 倩(1988- )，女，在讀碩士； 金梧鳳(1964- )，男，博士，副教授

TU201.5

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