厦门地区办公建筑围护结构能耗研究与分析

连小鑫

厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司

厦门地区办公建筑围护结构能耗研究与分析

连小鑫

厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司

为了研究厦门地区办公建筑围护结构能耗变化特点，本文采用DeST-C能耗模拟软件分析了建筑朝向、窗墙比、玻璃遮阳系数以及地面热阻对建筑围护结构能耗的影响。结果表明与建筑最不利朝向相比较，最佳朝向的建筑能耗减少了7%；建筑能耗随窗墙面积比及玻璃遮阳系数增大而增大；其中窗墙面积比对建筑能耗的影响最为显著，而地面热阻对建筑能耗的影响最小。研究结果可为建筑节能设计和既有建筑节能改造提供参考。

办公建筑能耗 建筑朝向 窗墙比 遮阳系数 地面热阻

0 引言

厦门地区是我国建筑发展最快的地区之一，同时也是我国建筑能耗最多的地区之一。目前，我国建筑能耗占社会总能耗近30%[1]。公共商用类建筑的单位面积的能耗是住宅类建筑的4～10倍[2]。因而研究建筑能耗的变化特点，对于我国建筑节能工作有着重要意义。本文采用DeST-C能耗模拟软件对办公楼建筑全年逐时能耗模拟，通过研究分析建筑朝向、窗墙比、遮阳系数以及地面热阻等被动节能措施对建筑能耗的影响。

1 建模及设置

1）办公楼模型。本文选择的办公楼模拟为一栋6层的办公楼，建筑中间为2m宽走廊，每个房间均为8m×8m的正方形房间。每层的建筑面积为864m2。建筑平面布置如图1所示。每个房间的功能和设置均一致。

图1 建筑平面图

2）围护结构。外墙采用200mm厚加气混凝土砌块，内外表面加有20mm的石灰砂浆。外墙的传热系数为0.882W/(m2·K)；初始外窗采用6mm厚的普通透明玻璃，玻璃的传热系数取5.7W/(m·2K)，遮阳系数SC为0.85；建筑模型的所有窗墙面积比均设置为0.4。

3）办公室类型。办公室类型采用软件默认的普通办公室类型。假设房间内人员（0.1人/m2）为静坐，人均发热量为64W，人均产湿量为0.084kg/h，人均最低新风量为30m3/h；设置最低照度为300lx，照明功率为10W/m2，电热转换效率为0.9；设备热扰为20W/m2。

4）办公建筑作息时间。办公建筑人员、灯光、设备均采用统一的作息时间。建筑内作息时间对建筑能耗的影响很大。本文采用的建筑作息时间分成两部分，一部分为工作时间，即周一到周五，第二部分为周末时间，考虑到周末（即周六和周日）可能存在加班情况，所以周末对内扰也进行设置，但是内扰系数均比较小，具体设置如表1所示。

表1 人员、灯光、设备内扰作息时间设置

5）室外天气参数。模拟采用软件默认的天气参数。

6）室内参数。办公室内温度设置为26℃，湿度为60%，空调的运行时间从早上8:00到晚上20:00。

本文主要分析不同围护结构指标对建筑能耗的影响。研究从5月份到11月份共计7个月的建筑空调工况下的建筑能耗。

2 影响参数分析

2.1 建筑朝向

本文分析不同建筑朝向对空调能耗的影响，采用两个模型：一个为4层办公楼，窗墙比为0.4；另一个模型为6层办公楼，窗墙比为0.5。这两个模型的其他设置均一致。模拟计算结果如图2所示。

图2 不同建筑朝向下建筑能耗（kW/m2）分布图

图2中，270°方向表示南向，90°方向表示北向，180°方向表示东向，0°方向表示西向。由图1可知，建筑平面中办公室为对称布置，所以图2中对角线上朝向的建筑能耗基本一致。从图2中可知，建筑能耗随着朝向变化而变化，并形成一个椭圆。椭圆的短边为南向和北向的建筑能耗，长边为东向和西向的建筑能耗。

从图2中可以看出，朝向在南向和北向的能耗比其他朝向都低，而最高能耗是在东向和西向朝向上。建筑朝向越往南（北）向，建筑能耗越低，越往东（西），建筑能耗越高。

当建筑模型为4层，窗墙比为40%时，最低能耗和最高能耗分别为121.3kW/m2和130.7kW/m2，相差为7.2%。建筑模型为6层，窗墙比为50%时，最低能耗和最高能耗分别为143.2kW/m2和154.1kW/m2，相差为7.1%。因此与最不利朝向相比较，最佳朝向的建筑能耗减少约7%。在厦门地区，建议建筑物朝向应尽量接近南北朝向。

2.2 窗墙面积比

本文分析不同窗墙面积比对建筑能耗的影响，模拟计算窗墙比从10%～70%的建筑能耗的变化情况。

图3 不同窗墙面积比建筑能耗的变化趋势

从图3中可知，随着窗墙比逐渐升高，通过窗进入室内的太阳能直射得热越多，所以建筑能耗越大。建筑能耗变化主要分成3个阶段；第一个阶段，当窗墙比从10%上升到40%的时候，负荷变化比较缓慢，从96.8kW/m2上升到126.0kW/m2，建筑能耗增加了30%，窗墙比增加0.1，建筑能耗平均增长10%；第二个阶段，而从40%到50%的时候，建筑能耗变化比较快，从126.0kW/m2上升到161.5kW/m2，建筑能耗增加了36.8%；第三个阶段，最后从60%到70%的时候变化又变缓慢，从161.5kW/m2上升到170.7kW/m2，建筑能耗增加了9.5%。

从表2可知，窗墙面积比对建筑能耗的影响非常显著。窗墙面积每增大10%，建筑能耗平均增加了12.7%。因此在厦门地区应严格控制窗墙面积比。

表2 不同窗墙面积比建筑能耗的变化率

2.3 遮阳系数

本文分析不同玻璃遮阳系数下的建筑能耗增长情况，玻璃遮阳系数变化区间为0.3～0.85之间。从图4中可知，随着玻璃遮阳系数的增大，建筑能耗几乎成线性增长。当玻璃遮阳系数为0.3时，建筑能耗为96.9kW/m2，SC=0.85时，建筑能耗为122.6kW/m2，建筑能耗增长了26.6%。玻璃遮阳系数每增加0.05，建筑能耗平均增加2.4%。

图4 不同玻璃遮阳系数时建筑能耗的变化趋势

从上面分析可见，在厦门地区，应尽量选择遮阳系数比较低的窗玻璃。

2.4 地面热阻

本文分析不同地面热阻下的建筑能耗增长情况，地面热阻的变化区间为0.05～5m2·K/W之间。从图5中可知，建筑能耗随地面热阻的增加呈抛物线增长。从 0.05m2·K/W 变化到 5m2·K/W，建筑能耗从122.6kW/m2增加到128.1kW/m2，建筑能耗仅仅增加了4.4%。地面热阻每增大1m2·K/W，建筑空调能耗仅仅增大0.5%，可见建筑地面热阻的变化对建筑能耗的影响非常有限。

图5 不同地面热阻时建筑能耗变化趋势

3 结论

1）建筑朝向越往南（北）向，建筑能耗越低，越往东（西），建筑能耗越高。与建筑最不利朝向相比较，最佳朝向的建筑能耗减少约7%。

2）建筑能耗随窗墙比的增大而增大；窗墙面积比对建筑能耗的影响非常显著，窗墙面积比每增大10%，建筑能耗平均增加了12.7%，因此在厦门地区应重点控制窗墙面积比，应尽量降低建筑的窗墙面积比。

3）建筑能耗随玻璃遮阳系数的增大，几乎成线性增长；玻璃遮阳系数每增加0.05，建筑能耗平均增加2.4%，在厦门地区应选择遮阳系数较低的玻璃，降低太阳能得热，从而降低建筑能耗。

4）建筑能耗随地面的热阻的增大呈抛物线增大，但地面热阻对建筑能耗的影响非常有限。地面热阻每增大1m·2K/W，建筑空调能耗仅仅增大0.5%。

[1]张恩祥,李春旺,陈淑琴,等.办公建筑空调系统能耗评价及节能潜力分析[J].节能技术,2008,26(4):295-320

[2]李志生,李冬梅,梅胜,等.夏热冬暖地区办公建筑能耗模拟与分析[J].节能技术,2006,24(6):483-186

Re s e a rc h on Ene rgy Cons um ption of Offic e Building Enc los ure Struc ture in Xia m e n Dis tric t

LIAN Xiao-xin
Xiamen Academy of Building Research Group Co.,Ltd.

In order to research on energy consumption changing characteristics of office building enclosure structure in Xiamen district,this paper uses DeST-C energy consumption tool to analyzes the influence of building orientation, window-wall ratio,shading coefficient and ground thermal resistance on energy consumption of building enclosure structure.The result show that compared with the most unfavorable building orientation,building energy consumption reduces by 7%on the optimal building orientation.Building energy consumption increases with window-wall ratio and shading coefficient.Window-wall Ratio has the most significant effect on building energy consumption,while ground thermal resistance with minimal effect.The research results can be used for building energy efficiency design and existing building energy efficiency retrofits to provide reference.

office building energy consumption,building orientation,window-wall ratio,shading coefficient,ground thermal resistance

1003-0344（2015）02-078-3

2013-12-2

连小鑫（1984～），男，硕士，工程师；厦门市湖滨南路62号（361004）；0592-2273765；E-mail:lsx1389@126.com