節能住宅采暖計算管理論文

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摘要本文簡要介紹了某住宅樓的建筑圍護結構及其熱工特性，選取典型的戶型對其能耗進行了采暖季的逐時計算分析，并根據熱泵機組的COP特性及運行模式對其耗電量進行了計算分析計算，同時還對新風量、室內計算溫度、圍護結構傳熱系數等的變化對建筑能耗的影響進行了分析研究，提出了降低建筑能耗的一些想法和思路。

關鍵詞圍護結構新風負荷建筑能耗

1概述

某住宅樓是座廟會適度低能耗的高級住宅建筑，其外圍護結構經歐洲建筑物理學家進行優化設計，采用了多項節能措施，保溫性能高于現行節能標準。為了掌握冬季采暖能耗和采暖期運行耗是量情況，我們對該住宅樓內的典型戶型進行冬季采暖期能耗計算，并對風冷熱泵配備電加熱采暖方式的耗電量進行分析計算。

2冬季建筑能耗計算方法

建筑能耗模擬方法有許多種，其采用能耗計算方法應用較多的通常是：度日計算法和逐時計算法。

度日計算法是將整個采暖期按度日值計算能耗，具有簡單快速的特點，當建筑物用途及系統恒定時，用這種方法是合理

的。其基本公式為：

Q=Kt*DD/η

式中：Q----采暖期能耗

Kt----總熱損失系統；

DD----度日值：

Η----系統的效率

逐時計算法是最復雜，也是最準確的一種能耗計算法，它是根據室外逐時的氣象數據，室內設計參數，逐時計算出建筑的能耗。其代表軟件有：美國政府的DOE2，美國軍方的BLAST和室內環境溫度和能耗模擬軟件DEROB。DOE2是世界上功能最強大的建筑能耗模擬軟件，其界面固定，對室外氣象參數要求很高，用起來很費時間。我們采用室內環境溫度和能耗模擬軟件來計算錦繡大地公寓逐時的能耗情況。程序是通過建立R-G（熱阻-熱容）網絡，并對網絡中的節點建立方程組進行求解，從而模擬出瞬態的傳熱過程。

采用該程序軟件進行能耗計算，需要輸入逐時的室外氣象數據，這里采用北京地區標準年的逐時氣象參數，它是根據北京地區過去三十年的氣象數據，由科學統計方法所生成的。

3北京氣候特點和氣象參數整理

北京位于華北平原北端，屬大陸性季節氣候。冬季寒冷干燥，采明期長達4個多月。北京冬季晝夜溫差大，最冷溫度低，但是低溫發生時間短，最低溫度多發生在清晨。北京市計算用采暖期的天數為129天，自11月9日到第二年3月17日；采暖期室外平均溫度：1-1.6℃；采暖期采暖室外計算（干球）溫度（℃）：-9℃。

通過對北京氣象溫度進行頻譜分析，可以了解北京市室外溫度的分布情況，高低溫發生時間及累計小時數。統計數據中11月9日至第二年3月17日的室外干球溫度頻譜圖形見圖1。

圖1溫度-發生時間頻譜曲線

從圖1溫度-發生時間頻譜曲線中可以看出，冬季采暖期室外溫度大部分都在-10℃到7℃之間，其最低氣溫-17.2℃，最高氣溫16℃，平均值-1.6℃。

氣象數據來源是從北京市氣象臺購買的。標準年數據是科研人員根據氣象臺測得的30年的氣象資料，科學地計算統計出的一套全年逐是的氣象參數數據，用于提供給科學研設計人員作為計算依據。根據標準年的氣象參數算得的建筑耗能量是科學

的，比較能符合實際情況的。

4建筑類型和牲參數及中戶型空調系統描述

4．1戶型的選擇及簡介

該節能住宅樓為高層住宅建筑，分為A、B、C三座，各座建筑外型和戶型是不盡相同的。為了準確的掌握不同戶型的冬季采暖期能耗和采暖運行耗電量情況，應選用典型的建筑類型進行計算。

經過比較，選擇面積較大，朝向不利的C座B戶型和面積較小，朝向有利的A座E戶型作為計算對象，并對每個戶型分標準層和首層進行計算。

C座B戶型建筑面積為156.8m2，層高2.8m，位于C座的東北角；A座E戶型建筑面積為139.00m2，層高2.8m，位于A座的西南角。

4．2戶型的建筑特性參數介紹

《民用建筑節能設計標準》（采暖居住部分）北京地區實施細則（以下簡稱細則）對居住建筑各部分圍護結構傳熱系數限值有所規定，下表是細則規定的圍護結構傳熱系數與該住宅樓的圍護結構傳熱系數及有關參數。細則錦繡大地公寓

外墻傳熱系數[W/(m2·K)]0.820.43

外窗傳熱系數[W/(m2·K)]4.02.2

屋頂傳熱系數[W/(m2·K)]0.60.2

地板傳熱系數（不采暖地下室上部地板）[W/(m2·K)]0.550.43

單位建筑面積的建筑物內部得熱量（W/m2)3.8不考慮

室內計算溫度（℃）1620

另外計算用的其他參數如下：

1．內走廊（公共區域）冬季設計溫度：t=12℃。

2．不考慮戶型內主要電氣設備及人體負荷內部發熱量。

3．戶型居住人數：4人。

4．新風量：30m3/（h·人）。

5．外墻組成：由外到內依次為：瑞博蘭干掛磚幕墻，流通空氣層，100mm厚聚苯板保溫隔熱層，200mm現澆混凝土。

6．樓板樓面做法：樓板為160～200mm現澆混凝土。樓板上有50mm厚陶粒混凝土，陶粒層上有40mm厚水泥砂漿或地磚等。

7.地下車庫沒有采暖，計算溫度5℃。

8．兩戶型鄰居家及上下樓層戶內均按有人考慮計算溫度。

4．3戶型的空調系統介紹

以上戶型的空調系統為風冷管道式熱泵空調機組加輔助電加熱，其運行參數和模式為：

1．室外溫度t>-2℃熱泵機組運行

2．室外溫度-6℃＜t≤-2℃熱泵機組與一檔電加熱同時開啟。

3．室外溫度t≤-6℃熱泵機組關閉，二檔電加熱開啟。

4．A座E戶型選用的電加熱為5kW。

5．C座B戶型選用的電加熱為3+3kW。

4．4空調熱泵機組COP的說明

機組的COP性能曲線見下圖：圖2、圖3。

圖2TSA30BR空調熱泵機組的COP性能曲線

圖3TSA2020BR空調熱泵機組的COP性能曲線

5冬季能耗逐時計算結果

5．1按設計條件的計算結果

按照《民用建筑節能設計標準》北京地區實施細則，北京地區普通住宅建筑耗熱量指標不應超過20.6W/m2。需要特別指出的是這個指標是以單位建筑面積的建筑物內部得熱量為3.8W/m2，平均室內溫度16℃計算得出的，而本文中兩戶型的能耗計算不考慮單位建筑面積的建筑物內部提熱量，平均室內溫度按20℃考慮。

冬季能耗分為兩部分，一部分圍護結構能耗，由計算程序計算出逐時的轉護結構能耗，另一部分為新風能耗，根據氣象數據中逐時的室外溫度和相對濕度及室內溫度20℃，室內相對溫度按我國暖通設計規范取40%，新風量按要求每戶為120m3/h，由以上數據，采用室內外焓差計算出各戶逐時新風能耗。計算結果見表1。

各戶能耗計算結果匯總表表1

室內溫度傳熱系數新風量戶型能耗面積能耗指標

圍護結構新風總計圍護結構新風總計

（℃）W/(m2·K)m3/hW·hW·hW·hW/m2W/m2W/m2

200.43120A-E-F54000004445143984514312.5510.3322.88

200.43120A-E-S44000004445143884514310.2210.3320.55

200.43120C-B-F750000044451431194514317.4310.3324.61

200.43120C-B-S630000044451431074514314.6410.3322.13

A-E-F:A座E戶型首層A-E-S:A座E戶型標準層

C-B-F:C座B戶型首層C-B-S:C座B戶型標準層

5．2新風量改變對計算結果的影響

根據氣象數據中逐時的室外溫度和相對濕度及室內溫度20℃，室內相對濕度按我國暖通設計規范取40%，新風量由每戶為120m3/h變為80m3/h，由以上數據，采用室內外焓差計算出各戶逐時新風能耗。其他條件不變，計算結果見表2。

5．3室內計算溫度變化對計算結果的影響

根據氣象數據中逐時的室外溫度和相對濕度及室外內溫度18℃，室內相對濕度按我國暖通設計規范取40%，新風量每戶為120m3/h，由以上數據，采用室外焓差計算出各戶逐時新風能耗。其他條件不變，計算結果見表2。

條件改變后各戶能耗計算結果匯總表表2

室內溫度傳熱系數新風量戶型能耗面積能耗指標

圍護結構新風總計圍護結構新風總計

（℃）W/(m2·K)m3/hW·hW·hW·hW/m2W/m2W/m2

200．4380A-E-F54000002963429836342912.556.8919.43

200．4380A-E-S44000002963429736342910.226.8917.11

200．4380C-B-F750000029634291046342917.436.8921.55

200．4380C-B-S63000002963429926342914.646.8919.08

180．43120A-E-F49000003932161883216111.399.1420.52

180．43120A-E-S4000000393216179321619.299.1418.43

180．43120C-B-F680000039321611073216115.809.1422.11

180．43120C-B-S57000003932161963216113.259.1419.84

200．82120A-E-F680000044451431124514315.8010.3326.13

200．82120A-E-S560000044451431004514313.0110.3323.34

200．82120C-B-F890000044451431334514320.6810.3327.49

200．82120C-B-S740000044451431184514317.2010.3324.40

5．4外墻傳熱系數的改變對計算結果的影響

根據氣象數據中逐時的室外溫度和相對濕度及室內溫度20℃，室內相對濕度按我國暖通設計規范新風量每戶為120m3/h，外墻傳熱系數改為細則中規定0.82W/(m2·K)。由以上數據，計算出各戶逐時圍護結構能耗和新風能耗。其他條件不變，計算結果見表2。

由此可見，當建筑圍護結構熱工性能較好時新風量的變化對建筑能耗的影響較大，占到總能耗的40%～50%，圍護結構的性能越好，新風負荷能耗在總能耗中占的比例越大。當新風量減小1/3時，各戶型能耗減15%左右；當室內計算溫度由20℃降為18℃時，各戶型能耗減小10%左右；外墻傳熱系數改為細則中規定的0.82W/(m2·K)時，即比原外墻傳熱系數增大近1倍時，各戶型能耗減小12%左右。因此，新風量的加在和室內溫度的提高，提高了室內舒適水平，但付出增加能耗量的代價，只有合理的選擇新風量和提高維護結構的熱水工性能，才能降低能耗。

6風冷熱泵配備電加熱采暖方式的耗電量分析計算

逐時耗電量計算結果

1．A座E戶型標準層：

1）采暖期平均每日耗電量：（kW·h）4934

2）采暖期總耗電量：（kW·h）6365.10

3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）95.30

2．A座E戶型首層：

1）采暖期平均每日耗電量：（kW·h）54.59

2）采暖期總耗電量：（kW·h）7042.25

3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）104.39

3．C座B型標準層：

1）采暖期平均每日耗電量：（kW·h）55.98

2）采暖期總耗電量：（kW·h）7221.00

3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）116.64

4．C座B戶型首層：

1）采暖期平均每日耗電量：（kW·h）61.82

2）采暖期總耗電量：（kW·h）7975.29

3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）127.29

以上結果是根據在設計條件下計算的能耗結果計算出的，對于因設計條件改變后的能耗計算結果，耗電量可根據上述計算方法是很容易的計算出來，此處就不再進一步分析了。

參考文獻

1民用建筑節能設計標準（采暖居住部分）北京地區實施細則

2王清勤，加拿大建筑能耗模擬軟件和節能規范實施軟件，建筑科學1997.4