廣州地區(qū)辦公樓建筑窗戶節(jié)能研究Word

1、廣州地區(qū)辦公樓建筑窗戶節(jié)能研究 作者：陳明群 吳祥生 鄭志勇 夏江平上傳時(shí)間：2005-10-18簡(jiǎn)介： 本文利用調(diào)研測(cè)試結(jié)果，設(shè)計(jì)出廣州地區(qū)典型的辦公樓建筑模型及其通風(fēng)空調(diào)方案，針對(duì)目前常用的24種窗戶節(jié)能方案，利用美國(guó)能源部開(kāi)發(fā)的doe-2軟件對(duì)各方案進(jìn)行建筑物全年的能耗計(jì)算。對(duì)比分析各方案的計(jì)算結(jié)果，定量分析了不同窗戶節(jié)能措施對(duì)建筑能耗的影響。結(jié)合辦公樓建筑的特點(diǎn)，提出了廣州地區(qū)該類建筑在外窗熱工性能、外窗遮陽(yáng)方式以及窗墻比取值等方面的具體建議。關(guān)鍵字：辦公樓 節(jié)能 外窗 遮陽(yáng) 窗墻比 相關(guān)站中站： 風(fēng)機(jī)專題 空調(diào)節(jié)能資料大全 1 概述辦公樓建筑規(guī)模大，室內(nèi)人數(shù)多，照明量大，內(nèi)部發(fā)熱量很

2、大。在空調(diào)供冷期中，白天上述內(nèi)部發(fā)熱量蓄積于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)，夜里室外氣溫下降，希望熱量向外排得越快越好；在過(guò)渡季節(jié)，內(nèi)部發(fā)熱量的自然排放受阻也會(huì)使供冷時(shí)間延長(zhǎng)。因此，在不考慮供暖、夏熱期又較長(zhǎng)的廣州地區(qū)，辦公樓建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱與放熱的平衡問(wèn)題尤為重要。窗戶作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱的薄弱部位，其處理就較為復(fù)雜。一方面，應(yīng)把外窗視為放熱和減少辦公室照明負(fù)荷的部位，不宜過(guò)分絕熱和過(guò)分減小面積；另一方面，若不考慮窗戶的絕熱，夏季又會(huì)由窗戶向室內(nèi)侵入大量的熱量（包括太陽(yáng)直射得熱），從而增大供冷負(fù)荷，影響室內(nèi)熱舒適度1。因此，必須根據(jù)該地區(qū)的氣候特點(diǎn)和辦公樓建筑的負(fù)荷特點(diǎn)，對(duì)外窗進(jìn)行適度的節(jié)能設(shè)計(jì)。本文針對(duì)

3、廣州地區(qū)辦公樓建筑的特點(diǎn)，利用美國(guó)能源部開(kāi)發(fā)的doe-2軟件進(jìn)行建筑物全年的能耗計(jì)算，對(duì)模擬計(jì)算的結(jié)果分析比較，得出了該地區(qū)辦公樓建筑外窗節(jié)能設(shè)計(jì)的一些結(jié)論。2 建筑模型及計(jì)算方法選擇2.1 建筑模型圖1廣州地區(qū)辦公樓建筑模型標(biāo)準(zhǔn)層表1 建筑模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要材料及熱工性能表單位：w/(m2k) 構(gòu)件名稱外墻內(nèi)墻樓底地面屋面樓板主要材料鋼筋混凝土聚苯板內(nèi)隔熱層加氣混凝土混凝土空氣層水泥爐渣空心樓板聚苯板隔熱層鋼筋混凝土傳熱系數(shù)k0.922.691.020.912.58模型為一棟南北朝向的條形建筑，其標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見(jiàn)圖1。該建筑共9層，地下一層，層高為4.8m；地上8層，層高為3m，總建筑面積約78

4、03.84m2，體形系數(shù)約為0.31，南立面窗墻比為0.42。模型除窗戶以外的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)參照文獻(xiàn)2及有關(guān)熱工節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，詳情見(jiàn)表1。2.2 計(jì)算基本條件筆者對(duì)廣州地區(qū)近年來(lái)新建的具有代表性的10棟辦公大樓室內(nèi)熱環(huán)境和空調(diào)運(yùn)行狀況進(jìn)行了實(shí)測(cè)和調(diào)查，并參照有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定出了典型的辦公樓建筑能耗計(jì)算的基本條件。室內(nèi)空調(diào)溫度26，冬季不采暖，編號(hào)為0516的辦公室內(nèi)平均換氣次數(shù)為1.5次/h，其余面積較大的辦公室換氣次數(shù)取1.2次/h，走道等輔助空間無(wú)空調(diào)?？照{(diào)系統(tǒng)采用電制冷集中式制冷設(shè)備，機(jī)組額定能效比為3.5?？照{(diào)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間定為：周一到周五上午7:3011:30，下午2:305:

5、30。擬定每間辦公室平均有兩人，每人散熱量為0.1kw；電腦兩臺(tái)，每臺(tái)電腦功率以0.2kw計(jì)算；辦公室內(nèi)家具量為10.8kg/m2地板面積3。房間以自然采光為主，不考慮照明散熱，辦公設(shè)備每天開(kāi)啟時(shí)間與工作時(shí)間一致。3 模擬與分析3.1 模擬方案及計(jì)算結(jié)果窗戶結(jié)構(gòu)和遮陽(yáng)措施方案及其模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。表中，方案13旨在比較相同節(jié)能外圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件下，窗戶傳熱系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響，在計(jì)算時(shí)，窗戶遮蔽系數(shù)sc均取值為0.9；方案425代表單層鋁合金普通玻璃窗采用不同遮陽(yáng)方式的計(jì)算方案，旨在比較不同遮陽(yáng)方式在空調(diào)季的節(jié)能效果。其中，方案1為基礎(chǔ)能耗，各方案的節(jié)能率是以方案1為基準(zhǔn)算出的。節(jié)能率計(jì)算公式如

6、下：（1）表2 模擬方案及計(jì)算結(jié)果 方案編號(hào)窗戶節(jié)能方案內(nèi)容年耗冷量(kwh/m2)年耗電量(kwh/m2)節(jié)能率(%)1單層普通鋁合金窗，k=6.4 w/(m2k)55.0915.7402pvc框單層透明玻璃窗，k=4.7 w/(m2k)55.9916.001.633鋁合金框雙層透明玻璃，k=2.3 w/(m2k)k)59.0316.867.154淺色布簾活動(dòng)內(nèi)遮陽(yáng)，sc=0.5241.3111.80-25.015中間色布簾活動(dòng)內(nèi)遮陽(yáng)，sc=0.6244.0312.58-20.086熱反射鍍膜（銀色）遮陽(yáng)，sc=0.2324.757.07-55.077low-e鍍膜（低sc值）遮陽(yáng)，sc=0

7、.3529.708.48-46.098low-e鍍膜（中sc值）遮陽(yáng)，sc=0.4634.469.85-37.459low-e鍍膜（高sc值）遮陽(yáng)，sc=0.640.7811.65-25.9810鋁制百頁(yè)卷簾活動(dòng)外遮陽(yáng)，透射率=0.0929.138.32-47.1211木制百頁(yè)卷簾活動(dòng)外遮陽(yáng)，透射率=0.1220.996.00-61.9012水平固定外遮陽(yáng)，挑出透射率=0.3551.8014.80-5.970.5m13透射率=0.754.1915.48-1.6314水平固定外遮陽(yáng)，挑出1.5m，透射率透射率=0.3546.9313.41-14.8115透射率=0.751.8614.82-5.8

8、616垂直固定外遮陽(yáng)（突出墻面0.5m）透射率=0.3552.3614.96-4.9617透射率=0.753.7615.36-2.4118垂直固定外遮陽(yáng)（突出墻面1.5m）透射率=0.3549.5814.16-10.0019透射率=0.752.4014.97-4.8820綜合固定外遮陽(yáng)（水平0.5m，垂直0.5m）透射率=0.3546.5213.29-15.5621透射率=0.747.7313.64-13.3622綜合固定外遮陽(yáng)（水平1.5m，垂直1.5m）透射率=0.3538.463.85-30.1923透射率=0.740.743.61-26.0524擋板固定外遮陽(yáng)（距墻面0.1m） 透射率

9、=0.3535.3710.11-35.8025透射率=0.745.5213.01-17.37注：表中窗戶傳熱系數(shù)k、遮陽(yáng)系數(shù)sc和固定外遮陽(yáng)物透射率的取值是綜合了各類書(shū)籍及廠家提供的資料，不同廠家產(chǎn)品的熱工性能會(huì)有些差別，此處僅作為計(jì)算取值，表中的sc值為窗戶總的sc值。3.2結(jié)果分析3.2.1窗戶傳熱系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響方案13的空調(diào)耗冷量與其對(duì)應(yīng)的窗戶傳熱系數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，辦公樓建筑單位面積空調(diào)年耗冷量隨窗戶傳熱系數(shù)的降低而增加。這說(shuō)明廣州地區(qū)在不改善除窗戶以外的其它外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能情況下，僅降低窗戶傳熱系數(shù)，不但不能降低辦公樓建筑夏季空調(diào)年耗冷量，反而因其阻礙了室內(nèi)熱量的

10、散發(fā)而使建筑的空調(diào)年耗冷量大于基礎(chǔ)建筑的年耗冷量，這時(shí)，就出現(xiàn)了所謂的“節(jié)能”窗戶不節(jié)能的情況。3.2.2窗戶遮陽(yáng)對(duì)辦公樓建筑能耗的影響（1）活動(dòng)遮陽(yáng)對(duì)模型能耗的影響計(jì)算結(jié)果表明，活動(dòng)內(nèi)遮陽(yáng)措施（方案4、5）和活動(dòng)外遮陽(yáng)措施（方案10、11）能有效降低夏季空調(diào)耗冷量，節(jié)能率高達(dá)20%左右。特別是木制百頁(yè)卷簾外遮陽(yáng)措施（方案11），能把太陽(yáng)直射輻射阻擋在室外，同時(shí)還因具有較大的熱阻而有效地減少通過(guò)窗戶的溫差傳熱損失，因此空調(diào)年耗冷量節(jié)能率高達(dá)61.9%。而且，活動(dòng)遮陽(yáng)措施對(duì)建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境幾乎不產(chǎn)生影響。（2）玻璃鍍膜對(duì)模型能耗的影響根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果，可以得出辦公樓模型空調(diào)年耗冷量節(jié)能率與遮

11、蔽系數(shù)sc之間的關(guān)系，見(jiàn)圖3。從圖中可以看出，隨著窗戶sc值的降低，空調(diào)年耗冷量的節(jié)能率呈線性增長(zhǎng)，由此可得出二者之間的線性回歸方程，見(jiàn)式（2）。 （2）相關(guān)系數(shù)式中，單位面積空調(diào)年耗冷量節(jié)能率，%。（3）固定外遮陽(yáng)措施對(duì)建筑模型能耗的影響方案1225的計(jì)算結(jié)果表明，空調(diào)耗冷量節(jié)能率均隨固定遮陽(yáng)物透射率的增大而減少，但不同遮陽(yáng)形式對(duì)透射率的敏感程度不同。其中，擋板遮陽(yáng)對(duì)透射率最敏感，當(dāng)透射率從0.7減少至0.35，空調(diào)耗冷量節(jié)能率就增加了17.63個(gè)百分點(diǎn)；而透射率對(duì)綜合遮陽(yáng)方式的節(jié)能率的影響最小。另外，固定遮陽(yáng)的方式對(duì)模型空調(diào)年耗冷量的影響也非常顯著。對(duì)于南向辦公樓建筑，擋板遮陽(yáng)和綜合遮陽(yáng)的

12、節(jié)能效果較好；寬度為0.5m的垂直遮陽(yáng)和水平遮陽(yáng)的節(jié)能效果不甚理想，但相比而言，水平遮陽(yáng)效果優(yōu)于垂直遮陽(yáng)。特別值得一提的是，綜合遮陽(yáng)在方式上雖然是垂直遮陽(yáng)和水平遮陽(yáng)的疊加，但其夏季節(jié)能率卻大于后二者節(jié)能率的疊加。同時(shí)，遮陽(yáng)物的尺寸也是影響其遮陽(yáng)效果的一個(gè)重要因素。遮陽(yáng)物寬度從0.5m增大到1.5m時(shí)，水平遮陽(yáng)、垂直遮陽(yáng)和綜合遮陽(yáng)方式的空調(diào)單位面積年耗冷量節(jié)能率均可增加1倍甚至更高。3.2.3窗墻比對(duì)辦公樓建筑能耗的影響圖4 典型辦公樓建筑空調(diào)耗冷量與窗墻比關(guān)系曲線改變建筑模型的朝向以及該朝向上窗戶和墻的面積，就可以分析不同朝向建筑能耗對(duì)窗墻比的敏感程度。由于窗戶遮蔽系數(shù)的降低對(duì)夏季空調(diào)耗冷量的

13、節(jié)約效果非常明顯。模型在方案1和方案69的基礎(chǔ)上，分析其窗戶取不同遮蔽系數(shù)時(shí)，不同朝向的典型建筑模型在不同窗墻比下的能耗水平。圖4給出了建筑模型在不同朝向下，窗墻比（取值范圍為0.360.89）與辦公樓建筑單位面積空調(diào)年耗冷量的關(guān)系曲線。通過(guò)對(duì)各曲線的對(duì)比分析，可得出如下結(jié)論：（1）不同朝向，窗墻比變化對(duì)建筑能耗的影響程度不同。相同sc值，東向窗墻比變化對(duì)建筑空調(diào)耗冷量的影響最明顯，其關(guān)系曲線斜率最大，然后依次為西向、南向和北向。（2）相同朝向，不同遮蔽系數(shù)的窗戶，其窗墻比變化對(duì)建筑能耗的影響程度不同。遮蔽系數(shù)越低，窗墻比對(duì)建筑空調(diào)耗冷量的影響就越不明顯。4 結(jié)論通過(guò)前面對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果的分析，

14、結(jié)合廣州地區(qū)的氣候特點(diǎn)和辦公樓建筑本身的特點(diǎn)，可以得到如下關(guān)于該地區(qū)窗戶節(jié)能的結(jié)論：4.1 采用單層鋁合金窗能滿足該地區(qū)辦公樓建筑在窗戶熱工性能方面的要求，盲目使用雙層玻璃窗或其它傳熱系數(shù)較低的窗戶既增大了投資，也無(wú)益于建筑節(jié)能。4.2 遮陽(yáng)對(duì)廣州地區(qū)辦公樓建筑空調(diào)節(jié)能具有重大的意義，是實(shí)現(xiàn)窗戶節(jié)能目標(biāo)的主要手段。其中活動(dòng)外遮陽(yáng)效果最好，且對(duì)冬季室內(nèi)熱環(huán)境影響很小，但使用這種遮陽(yáng)方式對(duì)建筑外觀影響較大，因此在現(xiàn)代辦公樓的遮陽(yáng)中使用較少。在實(shí)際應(yīng)用中，使用最廣的是玻璃鍍膜和活動(dòng)內(nèi)遮陽(yáng)方式，即降低窗戶sc值的方式，但并非所有朝向的窗戶都是sc值越低越好。不同朝向推薦窗戶遮陽(yáng)方式見(jiàn)表3。表3 不同朝

15、向推薦窗戶遮陽(yáng)方式 朝向推薦遮陽(yáng)方式南向降低窗戶的sc值為主，如淺色布簾、中等sc值（0.40.6）的鍍膜玻璃等西向選用對(duì)太陽(yáng)高度不敏感的遮陽(yáng)措施，如低sc值（0.4以下）的鍍膜玻璃，如果建筑外觀允許，可選用活動(dòng)外遮陽(yáng)、擋板遮陽(yáng)等方式。北向經(jīng)濟(jì)條件不允許時(shí)，可不考慮北向窗戶的遮陽(yáng)，如需要可選活動(dòng)遮陽(yáng)或水平（垂直）固定外遮陽(yáng)方式。東向選用對(duì)太陽(yáng)高度不敏感的遮陽(yáng)措施，可選用中等或稍高sc值的鍍膜玻璃（如sc值為0.6的low-e膜），其余同西向。4.3 模擬計(jì)算結(jié)果表明，廣州地區(qū)辦公樓建筑采暖能耗和空調(diào)能耗均隨窗墻比的增大而增大，因此，在滿足采光、通風(fēng)的前提下，減小窗戶面積有利于該地區(qū)建筑節(jié)能。不同朝向、不同遮蔽系數(shù)下，窗墻比對(duì)建筑能耗的影響程度不同，應(yīng)區(qū)別對(duì)待，詳見(jiàn)表4。表4 廣州地區(qū)辦公樓建筑窗墻比的確定 朝向窗墻比取值南向南向窗戶可適當(dāng)增大面積，以滿足室內(nèi)采光、通風(fēng)要求和建筑在立面外觀造型上的要求，窗戶取中等sc值時(shí)，南立面窗墻比可在0.450.7之間取值；在對(duì)冬季熱環(huán)境要求不高時(shí)，可采用更低sc值的窗戶，此時(shí)南向窗戶面積就可不受上述范圍的限制。東、西向盡量避免這兩個(gè)朝向的開(kāi)窗，需開(kāi)窗時(shí)，在有遮陽(yáng)措施的前提下其窗墻