基于DeST对内蒙古寒冷区低能耗住宅的围护结构能耗分析

金国辉　张敏

摘 要：文章通过DeST模拟软件建立内蒙古自治区某一住宅建筑，在不加保温层的基础上，逐一改变外墙、屋顶、窗玻璃、窗墙比等围护结构，模拟各个因素改变时建筑的热负荷值，指出各项围护结构因素对建筑能耗的影响大小。

关键词：DeST；住宅建筑；围护结构；建筑能耗

引言

建筑能耗占我国总能耗比重30%以上，而住宅建筑能耗占总建筑能耗的比例呈逐年上升趋势，对住宅建筑实施节能优化措施刻不容缓。影响其能耗的因素有体型系数、围护结构、自然采光等，其中围护结构对能耗的影响最大。文章对内蒙古寒冷区某一住宅建筑进行围护结构能耗影响因素分析，运用DeST软件主要对建筑的外墙、屋顶、窗户玻璃、窗墙比等因素深入分析。

1 建筑概况及模型的建立

选取内蒙古自治区某一住宅建筑为模拟分析对象。该住宅建筑为6层砖混结构，层高3m，正南北朝向，南、北向窗墙比分别为0.4和0.3，为后续比较不同外围护结构对建筑能耗的影响效果，基准建筑的外围护结构均未采取任何保温措施。建筑面积2103.32m2，建筑体积6339.5136m3，外表面积1832.60m2，体形系数为0.289。建筑平面图和三维立体图见图1、图2，围护结构构造见表1。

2 参数设置与模拟计算

2.1 气象参数设置

设计计算用采暖期的平均温度为18℃，选取内蒙古吉兰太为典型气象年。

2.2 房间内部热扰参数设定

每一户的住户房间分别为主卧室、次卧室、客房、起居室、厨房和卫生间。主卧室最多2人、次卧室最多2人、客房最多2人、起居室最多3人、厨房最多1人、卫生间最多1人，人均发热量均为53W/m2，卧室和起居室照明最大发热量为5W/m2，起居室设备最大发热量为9.3W/m2，厨房设备的最大发热量为48.2W/m2。

2.3 系统设定

本次模拟中，对主卧室、次卧室、客房、起居室进行采暖，厨房和卫生间不考虑。三个卧室的空调启停统一为卧室空调启停，起居室空调启停另设。周一至周五三个卧室空调开启时间为：1：00-7：00，21：00-24：00，起居室空调开启时间为：7：00-8：00，17：00-21：00；周六周日三个卧室空调开启时间为：1：00-7：00，12：00-14：00，21：00-24：00，起居室空调开启时间为：8：00-21：00。

2.4 能耗计算

供暖期为10月15日至来年的4月15日，全年累计热负荷205062.61kW·h，全年累计热负荷指标124.23kW·h/m2。

3 对各个围护结构影响因素单项优化分析

3.1 单独增加不同的外墙保温层

EPS泡沫板、XPS挤塑板、岩棉板、聚氨酯保温板等是当前建筑应用较多的保温材料，在基准建筑外墙的基础上分别加入四种常用的保温材料，外墙外保温方案见表2。

除外墙材料改变之外，其余参数均不变。软件模拟得出五种方案的建筑热负荷分别为124.23kW·h/m2、97kW·h/m2、94.41kW·h/m2、89.67kW·h/m2、88.36kW·h/m2。传热系数的大小与采暖热负荷呈线性关系，传热系数越小，采暖热负荷越小，但同时负荷下降的趋势逐渐趋于缓和。

选取同种保温材料，改变保温板的厚度，模拟分析保温板厚度与能耗的关系。建筑模型仍采用上述基准模型，保温材料选取EPS泡沫板，其他参数均不变，模拟外墙保温层为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm厚的建筑全年熱负荷，模拟结果见表3。

除屋顶材料改变之外，其余参数均不变。软件模拟得出五种方案的建筑热负荷分别为124.23kW·h/m2、115.76kW·h/m2、112.11kW·h/m2、109.45kW·h/m2、108.99kW·h/m2。建筑热负荷相对节能率分别增加6.82%、9.76%、11.90%、12.27%，上升曲线明显，说明屋顶加入保温层，有利于加强室内热稳定性。添加屋顶保温层使建筑热负荷相对节能率分别增加了6.82%、9.76%、11.90%、12.27%，说明屋顶加入保温层，室内热稳定和保温性能加强，有利于能耗的降低。

3.3 单独改变窗户玻璃

改变原有的单玻，换成一些常用的节能玻璃，玻璃方案见表5。

除玻璃改变之外，其余参数均不变。软件模拟得出四种方案的建筑热负荷分别为124.23kW·h/m2、96.2kW·h/m2、94.81kW·h/m2、95.23kW·h/m2、94.06kW·h/m2。热负荷总体呈下降趋势，但负荷指标与窗户的传热系数并不是线性关系，原因是传热系数是衡量由温差引起的通过窗户的热流量，是传导、对流和表面辐射这三种热传递方式的综合体现，能耗还与窗户的遮阳系数、可见光透过率、空气渗透性相关。

3.3.1 单独改变南向窗墙比

北向窗墙比为0.3，南向窗墙比分别变化为0.4、0.5、0.6、0.7。软件模拟得出的建筑热负荷分别为28.28W/m2、27.31W/m2、26.47W/m2、25.75W/m2，建筑热负荷相对节能率分别增加3.43%、6.40%、8.95%，节能效果明显。

3.3.2 单独改变北向窗墙比

南向窗墙比为0.4，北向窗墙比分别变化为0.3、0.4、0.5、0.6。软件模拟得出的建筑热负荷分别为28.28W/m2、28.80W/m2、29.29W/m2、29.76W/m2，建筑热负荷相对节能率分别增加-1.84%、-3.57%、-5.23%，北向外窗面积应在满足采光、通风的要求下控制在合适的范围内。

4 结束语

通过建筑能耗模拟软件DeST对建筑模型的外墙、屋顶、窗玻璃、窗墙比这四个能耗影响因素进行逐一模拟分析，外墙保温材料和南向窗墙比对建筑热负荷影响最大，窗户玻璃和屋顶保温材料次之，北向窗墙比与热负荷成反比。因此，住宅建筑的节能要加强外墙保温层的保温蓄热作用；在太阳能充足的地区，加大南向窗墙比，尽可能的利用太阳热辐射，同时减少北向窗墙比，减少室内热量的散失；注重屋顶的保温和节能玻璃的开发利用。

参考文献

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[2]马秀丽.建筑围护结构的综合节能及经济性分析[J].工业建筑，2006（1）：16-18.

[3]张晋蓉.严寒地区居住建筑节能优化设计研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2012.

作者简介：金国辉（1965，8-），男，内蒙古科技大学，硕士，职称：教授，硕士生导师，研究方向：土木工程建造与管理。

张敏（1991，11-），女，内蒙古科技大学，学生，硕士，工程管理。