低辐射玻璃窗高层住宅建筑能耗计算

陈兰娥 刘佳琼

(华南理工大学广州学院建筑学院，广东广州 510800)

1 居住建筑热环境模拟计算软件简述

使用软件为清华大学开发的居住建筑热环境模拟计算软件，并应用它对高层居住建筑能耗模拟计算，建筑室内热环境及采暖通风空调制冷系统动态过程中的状态下模拟计算环境;此软件由清华大学从1990年开始开发使用的，在此期间曾得到国家建筑科学技术等项目资金支持，至今已经形成技术完善、应用广泛的节能计算系统软件。居住建筑的功能房间较为简单，一般有客厅、客房、厨房、洗手间等几种使用功能空间，所以在模拟能耗计算软件中，房间功能内扰和系统默认参数是根据功能空间来定义，各功能房间上的人、光源和家具设备热扰都是固定的。也可以在庞大的构件库根据具体情况选择建筑构件。在模拟能耗计算软件中，综合考虑了建筑遮阳、自然通风、自然天空辐射等因素，使得被模拟居住建筑的真实能耗状态计算更加合理准确。

2 模拟能耗计算软件参数设置及建筑模型

以广州穗园小区高层居住建筑为例，对其能耗进行计算，高层居住建筑的四种工作状况进行全年居住能耗模拟，计算累计负荷值、负荷峰值、全年能耗等数值。对高层居住建筑的四种工作状况(即建筑模型的内部空间划分、形状、大小、朝向和使用功能一致，不同的是建筑玻璃外窗材料、技术)进行模拟计算、分析与对比，总结出各种工作状况对整个高层居住建筑能耗的情况。

2.1 模拟计算居住建筑模型

为了模拟计算合理性，采用广东广州当地气候参数，内部热环境按默认值设置。建筑坐北偏东南方向，建筑用地面积258 m2，一共28层，层高2.8 m，建筑总面积7 225 m2。非空调房间为空房间(楼梯间)、走道、卫生间、厨房。空调房间为客厅、主人房、卧房。

居住建筑围护结构热工参数按DeST-h软件建筑构件中的默认值，根据原建筑设计结构图，外墙为矿渣加气砖砌块导热热阻为0.845(m2·K)/W，传热系数0.976 W/(m2·K);内墙为180 双排孔砌块导热热阻为0.452(m2·K)/W，传热系数1.469 W/(m2·K);屋面为煤矿加气混凝土保温屋顶，导热热阻为1.069(m2·K)/W，传热系数 0.798 W/(m2·K)。建筑窗户幅面采用尺寸为1 600 mm×2 100 mm;卫生间窗户尺寸为900 mm×1 200 mm。

2.2 温度、太阳直射辐射强度设定

1)全年360 d干球温度统计如图1所示。

图1 各天干球温度统计图

2)全年太阳直射辐射强度统计如图2所示。

图2 全年太阳直射辐射强度统计图

2.3 参数设定

内扰参数设定见表1，表2。

表1 建筑主要功能房间设计用参数

表2 建筑主要功能房间环境

3 能耗计算软件模拟计算居住建筑结果

工作状况:建筑模型的内部空间划分、形状、大小、朝向和使用功能一致;不同的是光学热工性能参数的建筑外窗设计。

下面首先是采用8厘玻璃铝合金窗(工一)，K=5.768 W/(m2·K)，SC=0.819 1;8厘遮阳型 Low-E玻璃铝合金窗(工二)，K=5.52 W/(m2·K)，SC=0.468;建筑负荷计算结果见表 3。

采暖季开始日期:11月15日;采暖季结束日期:4月13日;空调季开始日期:5月2日;空调季结束日期:8月28日。

表3模拟了居住建筑在同一工作状况下，不同建筑外窗材料与技术能耗分析中，建筑外窗应用8厘玻璃铝合金窗与8 mm低辐射玻璃铝合金窗进行对比，得出:单层低辐射玻璃窗比单层普通玻璃窗的全年能耗要少1 039 822.23 kW·h;全年累计热负荷减少了69.78%;但使全年累计冷负荷增加了29.89%。由表3分析可以看出，在我国夏热冬暖地区，全年累计冷负荷的绝对值很大，而全年累计热负荷的绝对值比较小，空调能耗就是因为这种情况而影响。从统计得出，模拟居住建筑应用遮阳型低辐射玻璃外窗对建筑冷、热负荷改良很有意义。

下面是采用中空玻璃铝合金窗6 mm+9A+6(工三)，K=3.898 W/(m2·K)，SC=0.729;中空玻璃铝合金窗 6Low-E+9A+6 mm Low-E(工四)，K=3.10 W/(m2·K)，SC=0.349;建筑负荷计算结果见表4。

表3 建筑负荷计算结果表

表4 建筑计算结果

采暖季开始日期:11月15日;采暖季结束日期:4月13日;空调季开始日期:5月2日;空调季结束日期:8月28日。

表4中建筑外窗应用8厘普通中空玻璃铝合金窗与8厘低辐射中空玻璃铝合金窗对比，中空玻璃窗比8厘低辐射中空玻璃窗的全年能耗要少10 592.58 kW·h;全年累计热负荷减少了52.2%，也使得全年最大热负荷减少了2.12%;但使全年累计冷负荷增加了41.7%，全年最大冷负荷也增加27.98%。数据分析得出结论:模拟建筑应用8厘低辐射中空玻璃铝合金窗外窗对居住建筑冷、热负荷改良有节能意义。

居住建筑的四种设计工作状况通过能耗计算软件对全年能耗模拟计算，计算冷热负荷峰值、累计负荷值、全年能耗，结合数值对比，得出结论:在夏热冬暖地区居住建筑中，使用Low-E玻璃铝合金窗能把建筑能耗大幅度降低约38%～52%，达到建筑节能。

［1］李 岳，孟庆林，张 磊.北京某高层写字楼幕墙热工性能与能耗模拟分析［J］.建筑节能，2009(9)：8-22.

［2］王晓健，王青宇.Low-E玻璃在冀南地区公共建筑上适用性分析［J］.中华民居，2011(5)：45.