胡晨曦 毛建西 馬若籃

（南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 211100）

近年來，國(guó)內(nèi)關(guān)于窗戶熱工性能對(duì)建筑能耗的影響做了大量的研究，但主要是基于無通風(fēng)的研究。在自然通風(fēng)的情況下，室內(nèi)外之間的熱交換不是通過窗戶的散熱，而是通過室內(nèi)外空氣的對(duì)流熱交換。因此，本文選擇典型的夏季冷熱城市-南京，以南京工程學(xué)院公共教學(xué)組-南館B 為研究對(duì)象，利用清華大學(xué)研究開發(fā)的DesT-C 軟件分別分析在自然通風(fēng)和無自然通風(fēng)情況下窗戶的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響。

1 模擬模型與能耗數(shù)據(jù)分析

1.1 模型選取

本次模擬選取南京工程學(xué)院公共教學(xué)組團(tuán)-南館B 座為研究對(duì)象。南京工程學(xué)院新校區(qū)始建于2000年，學(xué)院大多數(shù)建筑于2002年建設(shè)完工，其中學(xué)海苑教學(xué)組團(tuán)也是在此時(shí)交付使用，教學(xué)組團(tuán)中的教室在之前的使用中都沒有安裝空調(diào)設(shè)備，是典型的自然通風(fēng)教室。

1.2 參數(shù)設(shè)置

氣象數(shù)據(jù)使用DesT-C 自帶的典型氣象年的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，本模擬過程采用了南京地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)。

根據(jù)教學(xué)樓的實(shí)際情況，設(shè)定模型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造如下：

1） 屋面：20mm 水泥砂漿+200mm 多空混凝土+130mm鋼筋混凝土+15mm 水泥砂漿。傳熱系數(shù)為0.812W/（m2·K）；2） 外墻：240mm 重砂漿黏土+10mm 純石膏板+60mm 聚苯乙烯泡沫塑料+8mm 純石膏板。傳熱系數(shù)為0.564W/（m2·K）；3）墻：20mm 水泥砂漿+180mm 陶?；炷?20m 水泥砂漿。傳熱系數(shù)為1.515W/（m2·K）；4） 樓板：25mm 水泥砂漿+80mm鋼筋混凝土+20mm 水泥砂漿。傳熱系數(shù)為3.054W/（m2·K）。

考慮室內(nèi)熱源的影響，主要功能房間內(nèi)熱擾參數(shù)設(shè)定如表1 所示：

表1 主要房間內(nèi)熱擾參數(shù)設(shè)定

1.3 模擬方案

分別研究?jī)煞N不同方案設(shè)定時(shí)，窗戶的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響情況：

1） 無自然通風(fēng)方案，固定通風(fēng)換氣次數(shù)，按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求設(shè)為1 次/h；2） 自然通風(fēng)方案，變通風(fēng)換氣次數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為通風(fēng)范圍為1～20 次/h，計(jì)算時(shí)優(yōu)先考慮利用自然通風(fēng)，當(dāng)自然通風(fēng)換氣次數(shù)在該范圍內(nèi)能滿足室溫要求，則不開啟空調(diào)，否則空調(diào)開啟，此時(shí)通風(fēng)換氣次數(shù)為1 次/h。

基于以上兩種研究方案的條件，研究傳熱系數(shù)對(duì)空調(diào)能耗的影響時(shí)，保持傳熱系數(shù)K 為3w/（m2·x） 不變，設(shè)定遮陽系數(shù)SC 的取值范圍為0.3～0.9，每隔0.1 取值一次；研究遮陽系數(shù)對(duì)空調(diào)能耗的影響時(shí)，保持遮陽系數(shù)SC 為0.6 不變，設(shè)定傳熱系數(shù)K 的取值范圍為1-6w/（m2·x），每隔1w/（m2·x）取值一次。

空調(diào)控制溫度范圍設(shè)定為18～26℃，容忍溫度范圍設(shè)定為16～29℃，空調(diào)季起止日期為4月15日～10月15日，采暖季起止日期為11月15日～3月15日?？照{(diào)采取每樓層一個(gè)系統(tǒng)的分區(qū)方式，采取間歇運(yùn)行的模式，能耗比按標(biāo)準(zhǔn)取3.0。

1.4 模擬結(jié)果與分析

1） 窗戶傳熱系數(shù)對(duì)空調(diào)能耗的影響

窗戶傳熱系數(shù)對(duì)空調(diào)能耗的影響情況如圖所示。

通過對(duì)模擬數(shù)據(jù)的分析可知：

①在沒有通風(fēng)的情況下，建筑的空調(diào)能耗隨著傳熱系數(shù)的增大而減小。這是因?yàn)樵谙募疽归g，室內(nèi)氣溫高于室外氣溫，窗戶的傳熱方向從室內(nèi)到室外，因此窗戶的傳熱系數(shù)越小，室內(nèi)通過窗戶向室外的散熱量就越小，夏季空調(diào)能耗就越大。通過分析比較在不同的情況下的室溫可知，開空調(diào)的時(shí)刻大部分在晚上至凌晨，而在這個(gè)時(shí)段，室外溫度相對(duì)于室內(nèi)溫度較低。此時(shí)傳熱系數(shù)越大，房間溫度就越低，而雖然是在通風(fēng)狀態(tài)下房間溫度仍高于空調(diào)設(shè)定的溫度，因此當(dāng)空調(diào)開啟的時(shí)候，窗戶的傳熱系數(shù)越大，建筑能耗就越大。

②在有自然通風(fēng)的情況下，建筑的空調(diào)能耗隨著傳熱系數(shù)的增大也是逐漸減小，但減小的幅度很小，兩棟建筑最大空調(diào)能耗差值分別為2.98 (kW·h) /m2、0.46 (kW·h) /m2，幾乎無影響。分析可知，窗戶傳熱系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響本來相對(duì)較小，而當(dāng)窗戶開啟時(shí)，此時(shí)建筑物與外界熱量交換時(shí)不是通過窗戶散熱而是通過自然通風(fēng)對(duì)流換熱。

③自然通風(fēng)狀態(tài)相對(duì)于無通風(fēng)狀態(tài)下，建筑空調(diào)能耗節(jié)能率約為50%。

2） 窗戶遮陽系數(shù)對(duì)空調(diào)能耗的影響

窗戶遮陽系數(shù)對(duì)空調(diào)能耗的影響情況如圖所示。

通過模擬分析可知：

在無通風(fēng)和自然通風(fēng)情況下，建筑的空調(diào)能耗都隨著窗戶遮陽系數(shù)的增大而增大。這是因?yàn)樵谙臒岫涞貐^(qū)的南京，太陽輻射強(qiáng)烈，窗戶的遮陽系數(shù)越大，通過窗戶的太陽輻射熱量也越大，因而建筑的空調(diào)能耗也增大。而在自然通風(fēng)的情況下，遮陽系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響程度相較于無通風(fēng)的情況下較小。自然通風(fēng)狀態(tài)相對(duì)于無通風(fēng)狀態(tài)下，建筑空調(diào)能耗節(jié)能率約為50%。

3） 窗戶傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)同時(shí)改變時(shí)對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響

考慮到實(shí)際情況下，窗戶遮陽系數(shù)較小時(shí)，傳熱系數(shù)不會(huì)太大，還模擬了當(dāng)傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)同時(shí)改變時(shí)建筑空調(diào)能耗在自然通風(fēng)和無通風(fēng)時(shí)的影響情況，模擬工況如表2所示。表中，工況1 對(duì)應(yīng)于三層LOW-E 玻璃窗，工況3 對(duì)應(yīng)于中空LOW-E 玻璃窗，工況4 對(duì)應(yīng)于普通中空玻璃窗，工況7 對(duì)應(yīng)于普通單層玻璃窗。其他參數(shù)設(shè)置以及模擬方案與上面一致，分別對(duì)兩棟建筑進(jìn)行模擬分析，模報(bào)結(jié)果如圖3 所示。

表2 主要房間內(nèi)熱擾參數(shù)設(shè)定

通過模擬分析結(jié)果可知，當(dāng)窗戶傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)同時(shí)改變時(shí)，建筑的空調(diào)能耗變化趨勢(shì)與遮陽系數(shù)的變化趨勢(shì)一致。與上面模擬結(jié)果比較可知，在自然通風(fēng)條件下，窗戶的傳熱系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)能耗幾乎無影響。

2 結(jié)語

本文選取了夏熱冬冷地區(qū)典型代表城市南京，針對(duì)南京工程學(xué)院公共教學(xué)組團(tuán)-南館B 座，利用DesT-C 模擬軟件分別在自然通風(fēng)和不通風(fēng)情況下分析了窗戶的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響，得出結(jié)論：

1） 自然通風(fēng)情況下，隨著窗戶傳熱系數(shù)的增大，建筑的空調(diào)能耗逐漸增加，但是增加的幅度很小，幾乎無影響；2） 自然通風(fēng)情況下，隨窗戶遮陽系數(shù)的增大，建筑能耗也逐漸增加，相較于無通風(fēng)時(shí)對(duì)于建筑能耗的影響程度較??；3） 在節(jié)能窗的選取上，應(yīng)更多地考慮遮陽系數(shù)并綜合考慮地區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況。本文只針對(duì)了南京市的一棟校園建筑，且在假定的通風(fēng)換氣次數(shù)下模擬自然通風(fēng)情況來研究窗戶和傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)能耗的影響，對(duì)于實(shí)際自然通風(fēng)的情況需要進(jìn)一步研究。