夏热冬冷地区不同屋顶形式节能效果分析

张京京，张伟林，刘晓凤,何 军，杨军伟

（安徽建筑大学 土木工程学院，合肥 230601）

夏热冬冷地区不同屋顶形式节能效果分析

张京京，张伟林，刘晓凤,何 军，杨军伟

（安徽建筑大学 土木工程学院，合肥 230601）

随着世界能源危机的出现以及环境污染越来越严重，人们越来越重视建筑节能，坚持走可持续发展道路，建立生态文明社会。屋顶作为建筑围护结构的重要组成部分，对建筑节能影响很大。屋顶处于气候变化最激烈的部位，是左右顶层空间的舒适度和空调耗能的关键，尤其是低层建筑或大空间建筑的屋顶，更应该重视屋顶节能。本文基于合肥市气候条件，运用ECOTECT软件对采用普通屋顶、一般坡屋顶和保温隔热屋顶这三种不同屋顶形式的建筑进行能耗模拟，将模拟结果进行对比分析可得：保温隔热屋顶的节能效果明显，一般坡屋顶的节能效果一般，对于屋顶节能，要优先选用保温隔热屋顶。若采用坡屋顶形式，应增设老虎窗通风，节能效果更佳。

节能；屋顶；夏热冬冷；ECOTECT

0　引　言

夏热冬冷地区是我国气候相对恶劣，分布范围较广的地区，该地区湿度普遍较大，冬季气温较低；夏季天气炎热，持续时间长，太阳辐射强度高，是我国建筑节能的重点地区。

目前我国的屋顶节能技术主要包括保温隔热型屋顶、屋顶平改坡、通风屋顶、种植屋顶(绿化屋顶)、蓄水屋顶、其他新型屋顶等，这些屋顶节能技术在我国都得到了广泛的运用，但是我国对这些技术的节能效果却研究甚少。屋顶作为建筑外围护结构组成部分，处于气候变化最激烈的部位，是影响顶层空间的舒适度和空调耗能的关键。尤其是低层建筑或大空间建筑的屋顶，更应重视屋顶节能。

本文从节能的角度，运用ECOTECT能耗分析软件，基于合肥市的气象数据，对一居住建筑模型在采用保温隔热型屋顶、一般平改坡屋顶和普通屋顶情况下，逐月的空调能耗进行模拟分析，比较这三种屋顶的耗能量，为夏热冬冷地区屋顶的节能技术提供参考。

1　能耗分析的计算模型与参数设置

1.1建立模型与设置参数

用ECOTEC软件的分别建立平屋顶（有、无保温）和坡屋顶建筑模型，层高为2.8 m，坡屋顶的坡度为26.7度，两个模型如图1 、图2所示。

图 1平屋顶（有、无保温）模型

图 2坡屋顶模型

1.2墙体材料参数设置

模型的门均采用实心木塑门，传热系数为2.26 W/(m².K)，窗户采用铝合金框双层玻璃窗，传热系数为2.7 W/(m².K)，围护结构其余部分的材料参数如表1所示（其中传热系数是系统根据材料参数自动计算所得）

表1　外墙各层材料参数

1.3区域属性设置

区域属性设置包括一般设置和热环境属性设置。ECOTECT在进行能耗计算时，考虑了设备和人员产生的热量，所以在进行区域属性设置时，一般设置主要是设置区域内人员的工作状态，着装情况、灯光照度、室内风速和湿度，人员工作所遵循的时间表等。热环境属性设置主要是设置供能系统类型，系统运行时间以及环境温度变化值等。室内环境温度设置为18 ℃～26 ℃，卧室、客厅和餐厅采用空调系统，其他区域采用自然通风系统。其中卧室中空调工作日和休息日运行时间为21:00～7:00；客厅空调工作日运行时间为17:00～21:00，休息日运行时间为11:00～21:00；餐厅空调工作日运行时间17:00～19:00，休息日运行时间为16:00～19:00。

使用中国气象台所监测的合肥市气象数据作为计算依据。选取全部区域进行能耗计算。

2　计算结果分析

建好模型和设置完参数之后，便可对该建筑进行能耗模拟分析，模拟结果见图3～5。如图可以看出：

图 3普通屋顶空调能耗图

图 4坡屋顶建筑空调能耗图

图 5保温屋顶建筑空调能耗图

（1）不管采用哪种形式的屋顶，建筑的采暖能耗都远大于制冷能耗。因此，在夏热冬冷地区，应该加强冬季的保温措施，防止热量散失。

（2）根据以上数据，计算出该建筑模型采用普通屋顶、坡屋顶和保温隔热屋顶时，全年的空调能耗分别为：3842 kWh，2415 kWh，1223 kWh，坡屋顶和保温隔热屋顶的节能率分别为37.1%，68%，保温隔热屋顶的节能效果令人满意，坡屋顶的节能效果不是特别明显。

（3）将模拟结果运用Origin软件对数据进行处理，画出这三种屋顶形式能耗折线对比图，如图6所示。

图 6三种屋顶建筑空调能耗对比图

由图6可看出，无论是在夏季还是在冬季，保温屋顶的节能效果都令人满意。在采用保温屋顶时，全年能耗量波动不大。而在采用坡屋顶后，冬季的耗能量降低很多，而夏季的耗能量却增加少许，使得建筑全年节能效果一般。导致这一结果的原因可能如下：

（1）屋顶是气候变化最为激烈的部分，当屋顶由原来的平屋顶变成坡屋顶后，增大了屋顶的面积和坡度，加大了屋顶对太阳辐射的吸收，而夏季太阳辐射强度大，高温持续时间长，屋顶区域密闭，热量散失慢，从而使得夏季空调能耗增加。

（2）当平屋顶变成坡屋顶后，屋顶隔开了室内顶部与室外的直接接触，而屋顶对太阳辐射的吸收增大，屋顶相当于热量存储器，在冬季时有利于室内保温。

若采用坡屋顶，在屋顶上增设0.6 m×0.6 m老虎窗，然后用ECOTECT软件对改造后的模型进行能耗分析，结果如图7。再用origin软件对分别采用普通屋顶、一般坡屋顶、加了老虎窗的坡屋顶和保温隔热屋顶建筑全年空调能耗进行对比分析，如图8。结果显示：加了老虎窗的坡屋顶建筑全年的总能耗为1763 kWh，与普通屋顶和一般坡屋顶相比，能耗分别降低54.1%、26.9%。考虑全年耗能量，加老虎窗的坡屋顶略次于保温屋顶的节能效果。

图 7有老虎窗的坡屋顶建筑空调能耗图

图 8四种屋顶建筑空调能耗对比图

3　 结论

对采用普通屋顶、一般坡屋顶、保温屋顶以及加老虎窗的坡屋顶的建筑进行能耗模拟分析，得出结果如下：

（1）对屋顶进行恰当的节能设计后，建筑空调能耗大大降低，说明对屋顶进行节能设计是很有必要的。

（2）通过模拟数据计算对比分析，与普通屋顶相比，一般坡屋顶的节能率为37.1%，保温屋顶的节能率为68%，加了老虎窗的坡屋顶的节能率为54.1%，说明保温屋顶的节能效果很好，在对屋顶进行节能设计时，应优先选用这种屋顶形式。

（3）与普通屋顶相比，一般坡屋顶的能耗降低率不高，夏季能耗反而会增加，对屋顶加设老虎窗，能耗有所降低，若采用坡屋顶形式，应增设老虎窗通风，节能效果更佳。

[1]云朋. ECOTECT建筑环境设计教程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]段姣姣.基于PKPM软件的长沙市节能建筑屋顶设计与分析[D].长沙：湖南大学，2012.

[3]王阳.长沙地区农村住宅平屋顶节能改造综合评价研究[D].长沙：湖南大学，2013.

[4]季敏.夏热冬冷地区居住建筑屋顶节能构造与环境设计[D].长沙：湖南大学，2008.

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[6]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.

The Energy-Saving Effect Analysis of Different Roof Form in Hot Summer and Cold Winter Areas

ZHANG Jingjing，ZHANG Weilin，LIU Xiaofeng ，HE Jun，YANG Junwei
(School of Civil Engineering， Anhui Jianzhu University， Anhui Hefei 230601 China)

With the emergence of the world energy crisis and environmental pollution getting increasingly serious, people pay more and more attention to energy conservation in building, stick to the road of sustainable development and establish ecological civilization. As an important part of building palisade structure, roof has great influence on building energy efficiency. On the roof , the climate change in fiercest and it serves as the key factor determining the space comfort and air-conditioning energy consumption of the top floor. People should pay more attention to energy saving of the roof, especially the roof of low-rise buildings and large space buildings. Basing on the climate conditions in Hefei, this paper uses the ECOTECT software to simulate the energy consumption of the buildings respectively with ordinary roof, general sloping roof and heat insulation roof. Through comparison between the simulation results, it can be found that energy saving effect of heat insulation is obvious and there is little energy saving effect of sloping roof. For roof energy saving，people should give priority to the heat insulation roof. If the slope roof form is adopted, people should add the tiger window on the roof.

Energy saving; The roof; Hot summer and cold winter; ECOTECT

TU375

A

2095-8382(2016)05-067-04

10.11921/j.issn.2095-8382.20160512

2016-03-08

“十二五”国家科技支撑计划(2011BAJ03B04);安徽省教育厅科学研究重大项目（KJ2015ZD16）。

张京京（1990-），女，硕士研究生，主要研究方向为建筑中的节能技术。