夏热冬冷地区居住建筑围护结构的节能影响分析★

吴宏伟 张 涛 赵 永 季文慧

(1.金科地产集团股份有限公司，重庆 400000； 2.重庆燃气集团股份有限公司，重庆 400000；3.中铁十六局第五工程有限公司，河北 唐山 063000； 4.重庆大学城环学院，重庆 400045)

·绿色环保·建筑节能·

夏热冬冷地区居住建筑围护结构的节能影响分析★

吴宏伟1张 涛2赵 永3季文慧4

(1.金科地产集团股份有限公司，重庆 400000； 2.重庆燃气集团股份有限公司，重庆 400000；
3.中铁十六局第五工程有限公司，河北 唐山 063000； 4.重庆大学城环学院，重庆 400045)

选取夏热冬冷地区7个城市住宅建筑，采用Visual DOE4.0模拟分析改变墙体、屋面、外窗的传热系数以及遮阳系数对模型建筑全年节能率的影响，结果表明，当外墙K<0.78 W/(m2·K)时，7个城市的全年节能率均超过20%；屋面热工性能对建筑总能耗的影响很小，但降低屋顶传热系数仍能提高节能率；降低外窗遮阳系数及传热系数，7个城市的全年节能率均得以提高。

居住建筑，围护结构，节能率

0 引言

夏热冬冷地区夏季高温，冬季湿冷，居住热环境相对恶劣，该地区的围护结构设计应同时考虑夏季隔热、冬季保温的需求。周正[1]、刘刚[2]对重庆、深圳两地的住宅建筑围护结构节能措施进行了调研，并利用能耗模拟软件DOE模拟分析围护结构节能措施与节能率的关系。王焱[3]研究了夏热冬冷地区的气候因素、建筑规划以及围护结构热工特性等参数对住宅建筑节能的影响。

本文以夏热冬冷地区7个城市：重庆、成都、武汉、长沙、上海、南京、南昌的住宅建筑为研究对象，参照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》[4]的围护结构热工限值，利用Visual DOE4.0分析墙体、屋面、窗户的传热系数K以及遮阳系数SC对模型建筑全年节能率的影响。

1 基础建筑模型与模拟建筑模型及参数设定

1.1 模拟建筑模型及基准建筑热工性能

采用的模拟建筑为一栋6层居住建筑，每层分为东西两户，每户面积84.54 m2，两室两厅，层高3 m，体型系数0.395，窗墙比0.248，朝向正南。

基准建筑热工性能参数如表1所示。

表1 基础建筑围护结构的热工性能参数

1.2 模拟参数设定

模拟参数设定[5，6]如下：

1)室外气象数据采用美国劳伦斯伯克利国家实验室的典型气象年气象数据。

2)主要居室冬季供暖设定温度18 ℃，采用能效比为1的电采暖器；夏季空调设定温度26 ℃，采用额定制冷能效比为2.2的空调器。

3)1.5次/h的换气次数。

4)设备及照明得热强度为5 W/(m2·K)，人员数量设定为3人。

5)采用各项模拟参数以及围护结构热工参数，采用能耗模拟软件Visual DOE4.0模拟分析夏热冬冷地区7个城市居住建筑的能耗及节能率。

2 不同墙体热工性能对建筑节能的影响

研究[7，8]表明，墙体采用外保温可以避免热桥，有利于室内温度稳定，本文采用聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)作外保温。通过改变保温厚度构造成13种外墙构造，如表2所示，其余围护结构热工性能参数均相同。

表2 13种模拟墙体构造(从内侧到外侧)

表3为不同墙体传热系数下，7个城市的全年节能率模拟结果。当外墙传热系数小于0.78 W/(m2·K)，全年节能率均高于20%，降低外墙传热系数的节能效果非常明显；外墙传热系数低于0.37 W/(m2·K)，节能率几乎不变，因此有必要选取合理的保温层厚度。

表3 不同墙体传热系数下各城市的全年节能率 %

3 不同屋顶热工性能对建筑节能的影响

改变屋顶XPS厚度设置了5种屋顶构造(见表4)，模拟得出全年能耗，对比基准建筑，分析屋顶热工性能对顶层房间全年节能率的影响。

表4 屋顶构造及其热工参数(由内至外)

由图1可知，屋面热工性能对建筑能耗的影响较小，但降低屋顶传热系数仍能提升节能率。当屋顶传热系数为0.96 W/(m2·K)，各城市的全年节能率在2.4%～4.3%之间；当屋顶传热系数为0.71 W/(m2·K)，各城市的全年节能率在3.6%～6.5%之间；将屋顶传热系数从0.96 W/(m2·K)减小到0.71 W/(m2·K)，各城市的全年节能率平均提高46.7%。

4 外窗热工性能对建筑节能的影响

外窗是建筑围护结构中热性能较薄弱的部位，夏季应考虑隔热，减少通过外窗的得热，冬季则要求外窗保温良好，且太阳透过率较高。太阳辐射强度和室内外空气温差是影响外窗得热量的两个主要因素。因此本文选择外窗遮阳系数SC及传热系数K作为研究对象。

4.1 外窗遮阳系数对节能率的影响

遮阳的主要目的是减少夏季太阳辐射得热，降低夏季空调负荷。本文分别设置窗墙比为 0.34，0.42，模拟不同遮阳系数下各城市的全年节能率。

如表5、表6所示，随着外窗遮阳系数的减小，各城市的全年节能率逐渐增大。由表5可知，窗墙比为0.34时，当SC=0.45时，各城市的全年节能率在12.5%～14.4%之间；当SC降低到0.3时，各城市的全年节能率在14.9%～22.8%之间；因此，将SC从0.45降低至0.3，7个城市的全年节能率平均提高25.6%。由表6可知，窗墙比为0.42时，当SC=0.4时，各城市的全年节能率在14.1%～19.5%之间；当SC降低到0.3时，各城市的全年节能率在16.1%～24.4%之间；将外窗遮阳系数从0.4减小到0.3，各城市全年节能率平均提升20.74%。

表5 不同外窗遮阳系数下各城市的全年节能率(窗墙比为0.34) %

4.2 外窗传热系数的节能贡献率分析

目前，常用的居住建筑外窗传热系数为2.8 W/(m2·K)～4.0 W/(m2·K)，即使采用塑钢或断热铝合金窗框加镀膜中空玻璃传热系数也很难降低到2.0 W/(m2·K)以下[9]。因此，笔者针对外窗传热系数在3.2 W/(m2·K)～2.0 W/(m2·K)范围内的情况，分别模拟分析不同窗墙比下(0.34和0.42)各城市的节能情况。

表6 不同外窗遮阳系数下各城市的全年节能率(窗墙比为0.42) %

随着外窗传热系数的减小，7个城市的全年节能率有不同程度的提升。表7中，将外窗传热系数从3.2 W/(m2·K)降低至2.5 W/(m2·K)，各城市全年节能率平均提高21.2%。表8中，将外窗传热系数从2.8 W/(m2·K)降低至2.0 W/(m2·K)，各城市全年节能率平均提高20.2%。

表7 不同外窗传热系数下各城市的全年节能率(窗墙比为0.34) %

表8 不同外窗传热系数下各城市的全年节能率(窗墙比为0.42) %

5 结语

1)改善外墙热工性能的节能效果非常明显。当外墙K<0.78 W/(m2·K)时，7个城市的全年节能率均超过20%。当外墙K<0.37 W/(m2·K)时，全年节能率几乎无变化，因此应该合理选用保温层厚度。

2)屋面热工性能对建筑能耗的影响很小，但降低屋顶传热系数仍能提高节能率。将屋面传热系数从0.96 W/(m2·K)降低至0.71 W/(m2·K)，7个城市的全年节能率均提升34.4%以上。

3)降低外窗传热系数或外窗遮阳系数，各城市的全年节能率均得以提高。

[1] 周 正.重庆市居住建筑节能65%技术体系研究[D].重庆:重庆大学,2007.

[2] 刘 刚.深圳市居住建筑节能65%技术体系研究[D].重庆:重庆大学,2008.

[3] 王 炎.夏热冬冷地区住宅节能优化设计[D].南京:东南大学,2003.

[4] JGJ 134—2010，夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[5] 重庆市建设技术发展中心.建筑节能设计标准培训辅导教材[Z].重庆:重庆市建筑节能协会,2007:127-168.

[6] 候余波，付祥钊.夏热冬冷地区窗墙比对建筑能耗的影响[J].建筑技术,2001,32(10):661-662.

[7] 吴伟伟.夏热冬冷地区居住建筑围护结构节能研究[D].重庆:重庆大学城市建设与环境工程,2008.

[8] 付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[9] 冷艳峰，赵 辉，张 元，等.夏热冬冷地区居住建筑节能65%研究[J].建筑节能,2010,38(7):78-80.

Analysis of the thermal performance of building envelope on energy-saving of residential buildings in hot summer and cold winter zone★

Wu Hongwei1Zhang Tao2Zhao Yong3Ji Wenhui4

(1.JinkePropertyGroupLimitedCompanybyShare,Chongqing400000,China; 2.ChongqingGasGroupLimitedCompanybyShare,Chongqing400000,China; 3.No.5CompanyofChinaRailwayEngineering16thGroupCorporation,Tangshan063000,China; 4.CityandEnvironmentCollege,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

Residential buildings were selected as the research object in the seven typical cities of hot summer and cold winter zone. The paper analysis the influence of thermal performance of exterior wall, roof, and window to the energy efficiency using energy consumption software VisualDOE4.0. The results show that when the heat transfer coefficient below 0.78 W/(m2·K), the energy efficiency of seven cities would be over 20%, the thermal performance of roof has little contribute to the energy efficiency of the whole building, however, the energy efficiencies increase when the heat transfer coefficients of roof decrease, while the energy efficiencies of the seven cities increase when the shading coefficient or heat transfer coefficient decrease.

residential building, building envelope, energy-saving coefficient

2015-02-26★：“十二五”国家科技支撑计划课题(课题编号：2012BAJ06B05)

吴宏伟(1984- )，男，工程师； 张 涛(1987- )，女，工程师； 赵 永(1971- )，男，高级工程师； 季文慧(1990- )，女，在读硕士

1009-6825(2015)13-0194-03

TU201.5

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