基于e-QUEST的住宅建筑能耗模拟分析研究

王 倩 金梧凤

(天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室，天津 300134)

·绿色环保·建筑节能·

基于e-QUEST的住宅建筑能耗模拟分析研究

王 倩 金梧凤

(天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室，天津 300134)

以天津市某住宅楼为研究对象，用e-QUEST能耗模拟软件对该建筑的全年能耗进行了模拟计算，研究了不同朝向上窗墙比、围护结构保温层厚度对建筑物全年能耗的影响，结果表明：南向窗墙比的变化对建筑物全年耗能量的影响最大，且增加围护结构保温层的厚度有利于减少建筑能耗。

能耗模拟软件，住宅建筑，窗墙比，建筑物朝向，围护结构

0 引言

随着国民经济的日益增长以及人民物质生活水平的提高，人们对于生活环境的舒适性的要求也越来越高，从而导致了建筑的能耗的增长，所以需要对建筑能耗尤其是住宅建筑能耗进行研究。

在我国，建筑能耗占总能耗的30%以上，而建筑能耗中有80%左右是在建筑使用的过程中产生的[1]，而在使用的过程中，建筑能耗又有40%～50%是由建筑物的外围护结构造成的。在围护结构的设计中对能耗有影响的因素包括窗墙比、体形系数、外墙的导热系数、外窗的导热系数、屋面等的导热系数[2]。建筑物的外窗的面积越大，则建筑的自然采光的效果就越好，但是会造成外窗的保温隔热效果降低，在满足公共建筑的节能标准情况下，外窗的传热系数会比外墙高1倍～2倍，单位面积的外窗的温差传热量也会比外墙大[3]。增大窗墙比，一方面，可使得冬天的耗能量因日射得热而减少；而另一方面，也增加了夏天的制冷耗能，且由于外窗的导热，使得冬天的晚间耗能增加。从而优化窗墙比变得尤为重要。而围护结构的保温性能对建筑能耗也有很大影响[4]。

本文主要研究建筑不同朝向上窗墙比和围护结构保温层厚度对建筑能耗的影响，模拟计算过程中将窗墙比和围护结构保温层的厚度分别作为变量来研究其对建筑能耗的影响。

1 e-QUEST软件的介绍

e-QUEST软件是快速计算建筑物能耗的工具，建筑物的传热是一个繁杂的动态过程，建筑物的得热和失热是随着室内外的气候条件的变化而变化的。e-QUEST软件采用的是反应系数法来计算建筑物的围护结构传热量，即根据室外的气象条件以及外围护结构的情况，采用一种正向思维的计算方法计算出室内的温度以及室内的得热量，从而进一步计算出负荷。e-QUEST软件是根据输入的建筑物的情况(建筑物的结构、外围护结构的材料、空调采暖方式以及系统的布置形式、室内人员的活动规律、照明情况、设备情况等)和室内的设计温度值，计算出建筑物的全年能耗[5]。

2 项目概况

本建筑物为天津市某住宅楼，热工气候分区属于寒冷地区，冬季有采暖需求，夏季有供冷需求。本住宅楼的主体共3层，主体建筑高度为15 m，建筑总面积为948.78 m2，其中地上3层，建筑面积632.78 m2，地下1层，建筑面积306 m2。地上有四户，两个户型，按中线对称布局，地下为车库。

本住宅楼的热工性能参数如表1所示[6]，e-QUEST能耗模拟软件也按照该规范进行计算。

表1 建筑物的热工性能参数 W/(m2·K)

本住宅楼夏季室内空调设计温度26 ℃，不同功能用房的人员密度、照明功率密度等内扰参数设置[7]详见表2。本住宅楼生活热水及空调情况如表3所示。

表2 住宅楼内扰参数

表3 生活热水及空调设备情况表

3 研究方法和内容

在影响建筑物的能耗方面，建筑物的朝向、体形系数、窗墙比以及外围护结构的保温层厚度都发挥着不同的作用。本文中建立e-QUEST建筑模型，计算该建筑物的单位面积的全年耗能量，并且确定在不同的建筑物朝向、窗墙比以及外围护结构保温层厚度的条件下单位面积全年总负荷能耗，最后研究朝向、窗墙比和围护结构保温层厚度对建筑全年总负荷能耗的影响。具体的研究内容如下:

1)分别在四个不同的建筑物朝向下，通过改变建筑物的窗墙比这一影响因素来模拟建筑单位面积的全年耗能量变化。

2)对比分析了在建筑物的朝向一定、窗墙比一定的条件下，建筑物的全年总能耗随外围护结构的保温层厚度增加的变化趋势。

4 模型建立与结果分析

4.1 模型建立

根据建筑平面图建立e-QUEST模型，图1为用e-QUEST软件建立的整体建筑立体图。

4.2 不同建筑物朝向的窗墙比对全年耗能的影响

针对不同的建筑物朝向，模拟研究建筑物单位面积的全年总耗能量随着窗墙比的变化情况，模拟结果如图2所示。

由图2可知，建筑物全年耗能量随着不同朝向的窗墙比的增大而增大，全年单位能耗受南向窗墙比变化的影响最大，受北向窗墙比变化的影响次之，受东、西向窗墙比的变化影响最小。由此可以得出如下结论：若通过改变窗墙比以达到大幅度降低全年耗能量的目的，应该从南向的窗墙比入手，确定一个适宜的窗墙比。

4.3 围护结构对全年能耗的影响

众所周知，建筑围护结构的保温性能对建筑物的耗能量有很大的影响。因此本文对建筑围护结构保温层厚度对建筑的全年能耗影响进行研究分析，主要通过改变外墙、屋面的保温层的厚度，得出不同情况下全年能耗量，并以原建筑围护结构保温层厚度情况下的全年耗能量作为参照值，与改变保温层厚度后的全年耗能量进行对比，分析其对全年能耗影响的规律。外墙保温层采用的保温材料为横塑石墨聚苯板，屋面保温层采用的保温材料为挤塑聚苯板。改变外墙、屋面保温层厚度后的全年耗能量如表4,表5所示。

表4 外墙保温性能分析

表5 屋面保温性能分析

由表4，表5中的模拟数据表明外墙每增加10 mm厚的保温层，全年建筑耗能量大概降低600 kW·h，屋面每增加10 mm厚的保温层，全年建筑耗能量大概降低400 kW·h，由此说明增加保温层的厚度可以降低建筑全年耗能量，且外墙的保温层的增加效果比屋面的效果好，在资金有限的情况下应该重点改造外墙结构以减少建筑能耗。

5 结语

本文使用e-QUEST能耗模拟软件计算得到严寒地区某住宅楼的全年耗能量，主要得到以下结论：

1)建筑物全年能耗量受南向窗墙比变化的影响最大，受北向窗墙比变化的影响次之，受东、西向窗墙比的变化影响最小。

2)在不同的建筑物朝向上，建筑物全年的能耗量均随着窗墙比的增大而增大，选择合适的窗墙比是建筑节能的重要手段。

3)适当的增加围护结构保温层的厚度有利于减少建筑能耗，且增加外墙的保温层厚度比增加屋面的保温层的厚度对节能的效果更好。

[1] DB 29—153—2010,天津市公共建筑节能设计标准[S].

[2] 简毅文，江 亿.窗墙比对住宅供暖空调总能耗的影响[J].暖通空调，2009(11)：73-74.

[3] 龙恩深，付祥钊.窗墙比对居住建筑的冷热耗量指标及节能率的影响[J].暖通空调，2007，37(2)：46-49.

[4] 宋 辉，常汝完，张忠杰，等.基于e-QUEST软件的仓储建筑能耗模拟分析研究[J].粮食储藏技术，2013,42(4):11-14.

[5] 马晓云.建筑能耗模拟软件e-QUEST及其应用[J].建筑热能通风空调，2009(18)：106-107.

[6] GB 50176—93，民用建筑热工设计规范[S].

[7] DB 29—1—2010，天津市居住建筑节能设计标准[S].

Numerical simulation research on residential building energy consumption on the basis of e-QUEST

Wang Qian Jin Wufeng

(TianjinCoolingTechnologyLab,TianjinUniversityofCommerce,Tianjin300134,China)

Taking the residential building in Tianjin as the research target, the paper carries out simulation computation on the yearly building energy consumption by applying e-QUEST energy consumption simulation software, studies the impacts of wall-widow ration with various directions and enclosure structure insulation thickness upon yearly building energy consumption. Results show that: the southern direction will-window ratio alteration has biggest impact upon yearly building energy consumption， increasing enclosure structure insulation layer thickness will be some help for reducing building energy consumption.

energy consumption simulating software, residential building, window-wall ratio， building direction, enclosure structure

1009-6825(2015)02-0176-02

2014-11-03

王 倩(1988- )，女，在读硕士； 金梧凤(1964- )，男，博士，副教授

TU201.5

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