分室間歇用能方式下居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能理論研究.pdf

1、我國(guó)嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法主要是借鑒國(guó)外建筑節(jié)能的經(jīng)驗(yàn)，因用能方式相似，故而取得了很好的效果。相比而言，我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征具有特殊性，而且該地區(qū)居住建筑長(zhǎng)期形成的用能方式與嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)大不相同。其中主要的兩大不同特點(diǎn)帶來(lái)能耗模式的差異:一是分室用能的特點(diǎn)導(dǎo)致能量交換不僅僅是室內(nèi)與室外，更多的是用能空間與非用能空間之間的交換;二是間歇式用能導(dǎo)致六面墻體（含樓板）自身的蓄能和釋放伴隨于整個(gè)間歇用能過(guò)程，而墻體材料蓄熱量同

2、等體積下為空氣的一千多倍，這一被動(dòng)的冷熱源，將嚴(yán)重影響能耗。在這一背景下，外墻內(nèi)外保溫方式的選擇以及內(nèi)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能平衡設(shè)置，對(duì)節(jié)能增量成本有效分配和節(jié)能效果的切實(shí)取得至關(guān)重要。然而目前夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的用能工況與實(shí)際用能工況存在顯著不同，使得根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法得到的節(jié)能率與實(shí)際節(jié)能效果之間存在巨大差異，導(dǎo)致這一地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能增量成本的大量投入?yún)s收效甚微，這一問(wèn)題亟待從根本上予以解決。
　　為全面了解夏熱冬冷地

3、區(qū)居住建筑用能行為，本文首先分析了夏熱冬冷地區(qū)氣候特點(diǎn)，在該氣候區(qū)典型城市杭州開(kāi)展了居民空調(diào)用能行為的大范圍問(wèn)卷調(diào)研以及小范圍入戶測(cè)試。調(diào)研結(jié)果顯示，杭州市居住用能九成以上采用的是分室與間歇用能方式，實(shí)際平均采暖空調(diào)用能時(shí)間段與規(guī)范規(guī)定存在差異。本文提出根據(jù)不同城市的實(shí)際氣象數(shù)據(jù)確定各自的采暖空調(diào)計(jì)算期，讓模擬計(jì)算能耗更接近真實(shí)的用能水平。以1971～2000年的日值氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用五日滑動(dòng)平均法，得出了夏熱冬冷地區(qū)9個(gè)典型城市采暖

4、空調(diào)計(jì)算期。
　　本文以實(shí)際建筑為模型，采用以EnergyPlus為內(nèi)核的DesignBuilder建筑能耗模擬軟件對(duì)建筑進(jìn)行全年動(dòng)態(tài)模擬，研究分室間歇用能下圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同保溫措施的節(jié)能效果。結(jié)果顯示，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)用能方式下，外墻外保溫節(jié)能效果優(yōu)于內(nèi)保溫;而在固定作息的間歇用能方式下，內(nèi)保溫比外保溫降低更多能耗，而且外墻外保溫在夏季制冷時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)反節(jié)能現(xiàn)象。外墻外保溫的夏季反節(jié)能特性，受窗墻比及制冷設(shè)定溫度影響顯著。實(shí)際夜間制

5、冷用能工況下，外墻外保溫的反節(jié)能臨界窗墻比為30％，反節(jié)能臨界設(shè)定溫度為26℃，這兩個(gè)指標(biāo)越高越可能出現(xiàn)反節(jié)能現(xiàn)象。對(duì)不同用能方式下內(nèi)墻保溫的節(jié)能效果進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果顯示在規(guī)范規(guī)定的計(jì)算工況下，內(nèi)墻添加保溫層不僅不減少能耗，反而會(huì)略微增加全年能耗;在分室間歇用能方式下，內(nèi)墻添加保溫層后能耗顯著降低。
　　居住建筑分室間歇用能與人行為隨機(jī)性有關(guān)。本文對(duì)杭州市6戶典型家庭開(kāi)展了為期三年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，利用測(cè)試結(jié)果對(duì)DeST人行為仿真建筑能

6、耗模擬軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示，嵌入了人行為模塊的DeST與原始軟件相比，制冷能耗計(jì)算誤差減少了13.8％，采暖能耗計(jì)算誤差減少了94.1％。采用具有容忍溫度設(shè)定功能的原始軟件分析了不同容忍溫度下居住建筑外墻內(nèi)外保溫的全年節(jié)能效果。在低檔及中檔容忍溫度等級(jí)的情況下，外墻內(nèi)保溫節(jié)能效果好于外保溫;而在高檔容忍溫度等級(jí)情況下，外墻外保溫節(jié)能效果好于內(nèi)保溫;外墻內(nèi)外保溫節(jié)能效果相同的容忍溫度臨界點(diǎn)為夏季31.8℃，冬季13.4

7、℃。采用嵌入了人行為模塊的DeST對(duì)兩種動(dòng)作行為下外墻內(nèi)外保溫節(jié)能效果進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示經(jīng)濟(jì)型人行為下外墻內(nèi)保溫比外保溫節(jié)能2.78％，實(shí)用型人行為下外墻內(nèi)保溫比外保溫節(jié)能2.90％。
　　基于模擬分析結(jié)論，本文在夏熱冬冷地區(qū)典型城市對(duì)一棟實(shí)際建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同保溫方式的節(jié)能性能進(jìn)行了為期三年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)證研究。結(jié)果顯示，墻體蓄熱量是室內(nèi)空氣耗熱量的29倍之多。外墻內(nèi)保溫房間因?yàn)楸貙釉O(shè)置在外墻內(nèi)側(cè)的原因，減少了墻體的蓄熱，因而能耗更低

8、。通過(guò)對(duì)空氣溫度及墻體剖面各點(diǎn)溫度的實(shí)測(cè)，可以看出在夜間制冷工況下，室外空氣溫度下降，這時(shí)墻體溫度反而高于室外氣溫。這時(shí)保溫層在外側(cè)不利于墻體向室外散熱，從而會(huì)產(chǎn)生反節(jié)能現(xiàn)象。內(nèi)墻添加保溫層的節(jié)能效果受鄰室用能與否影響顯著。
　　提出了夏熱冬冷地區(qū)居住建筑分室間歇用能方式下的節(jié)能設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法。對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)限值，用能時(shí)間，空調(diào)控制等方面給出了修正方法以及建議值，令參照建筑的基準(zhǔn)能耗更接近于建筑物在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的耗能量。提出了