夏热冬冷地区外窗遮阳对居住建筑能耗的影响

1、 2009年 5期夏热冬冷地区有着特殊的气候特点 , 夏季闷热且 湿度大 , 持续时间长 , 太阳辐射强 ; 冬季湿冷 , 昼夜温 差小 , 太阳辐射弱 。 最热月的平均温度在 2530 。 建筑通过外窗损失的能耗往往占围护结构总能耗的50%左右 , 约为墙体的 4倍 1。 近年来 , 随着居住建筑的开窗面积越来越大 , 夏季通过窗户进入室内的太阳 辐射成为空调能耗的主要来源 。 目前 , 相关的研究主 要集中在各种固定遮阳的最佳尺度 、 距窗位置 、 适合 的方位等方面 , 各种遮阳技术及其遮阳效果的研究则 相对匮乏 。建筑物不同方向以及不同地区的遮阳对其能耗 的影响各有不同 。 本文选取具

2、有典型夏热冬冷气候特 征的上海 、 武汉和重庆三个城市分别模拟分析建筑各 朝向遮阳系数对建筑能耗的影响 , 以及几种常用遮阳 技术的节能效果 。1模拟条件遮阳系数不仅可以表征太阳辐射引起的热量传递 , 而且能够表征各种遮阳形式的遮阳性能 。 广义的 遮阳系数指通过窗户 (包括窗玻璃 、 遮阳和窗帘 投射 到室内的太阳辐射量与照射到窗户上的太阳辐射量 的比值 , 又称综合遮阳系数 , 取值范围在 01。 狭义的 遮阳系数指窗户各部件的遮阳系数 , 如窗玻璃的遮阳 系数 、 外遮阳的遮阳系数等 , 又称遮蔽系数 。 这里主要 指广义上的遮阳系数 。选取一个理想模型来模拟分析遮阳系数对建筑 能耗的影

3、响 , 见图 1。 该模型中每层分为 16个房间 , 且 都为空调房间 , 层高 3m , 建筑面积 622.08m 2, 建筑体 形系数 0.39, 窗墙面积比 0.4, 外窗采用断热铝合金普通窗 , 传热系数 3.5W/(m 2·K 。 外墙选用 30mm 膨胀聚 苯板为保温材料 , 屋顶选用 40mm 挤塑聚苯板 。 外墙 和屋顶的太阳辐射吸收系数均选取 0.70。 夏季空调房 间设计温度 26 , 冬季 18 , 换气次数取 1.0次 ·h -1。 制冷能效比 2.3, 采暖能效比 1.9。 采用美国劳伦斯伯 克力国家实验室开发的以 DOE-2为内核的建筑能耗 数值

4、模拟软件 PKPM 进行模拟分析 , 此计算内核模型 工具是我国现行建筑节能设计标准技术体系的分析 工具之一 。2研究结果与分析2.1遮阳系数对建筑能耗的影响以武汉地区为例 , 分析西向遮阳系数对建筑能耗的影响 , 结果见表 1、 图 2。由图 2可知 , 随着西向遮阳系数的增大 , 建筑空调 能耗 、 总能耗呈线性增长 , 而采暖能耗则呈线性降低 。 西向遮阳系数由 0.1增加到 1时 , 建筑空调能耗增加了9.83kWh/m2, 采暖能耗降低了 4.59kWh/m2, 总能耗增长到 5.24kWh/m2, 节能率降低了 4.39%。 由此可见 , 遮阳 带来的节能潜力大 , 遮阳系数越小

5、, 建筑总能耗越小 , 且遮阳系数对建筑空调能耗的影响比对采暖能耗的夏热冬冷地区外窗遮阳对居住建筑能耗的影响阳江英 1丛钢 2彭家惠 1(1. 重庆大学材料科学与工程学院 , 重庆 400045; 2. 重庆市建设委员会 , 重庆 400015摘要 选取具有典型夏热冬冷气候特征的上海 、 武汉和重庆三个城市 , 分别模拟分析建筑各朝向遮阳系数对建筑能耗的影响 , 以及几种常用遮阳技术的节能效果 。关键词 夏热冬冷地区 ; 外窗 ; 遮阳系数 ; 遮阳技术 ; 建筑能耗48影响显著 。2.2遮阳系数对不同朝向建筑能耗的影响以武汉地区为例 , 分析各朝向遮阳系数对建筑能 耗的影响 , 结果见表 1

6、和图 3、 图 4、 图 5。随着遮阳系数的增大 , 建筑各朝向空调能耗 、 总能 耗 、 东向采暖能耗均随之增大 , 南 、 西 、 北三个方向的采 暖能耗则随之降低 。 遮阳系数由 0.1增加到 1时 , 空调能 耗东向增加了 7.47kWh/m2, 南向增加了 6.16kWh/m2, 西 向增加了 9.83kWh/m2, 北向增加了 7.15kWh/m2; 而采暖 能耗东向增加了 3.68kWh/m2, 南 、 西 、 北向则分别降低了 0.57kWh/m2、 4.59kWh/m2、 3.47kWh/m2; 总能耗东向增加 了 11.15kWh/m2、 南向增加了 5.59kWh/m2、

7、 西向增加了 5.24kWh/m2、 北向增加了 3.68kWh/m2。 故遮阳系数对空 调能耗的影响西向最显著 , 东 、 北向次之 , 南向最小 ; 对 采暖的影响西向最显著 , 东 、 北向次之 , 南向最小 ; 对建 筑总能耗的影响东向最显著 , 南 、 西向次之 , 北向最小 。 2.3遮阳系数对建筑能耗影响的地区差异分析三个城市西向遮阳系数对建筑能耗的影响 , 结果见表 1和图 6。西向遮阳系数对各城市建筑能耗的影响规律相 似 , 即随着西向遮阳系数的增大 , 空调能耗增加 , 采暖 能耗降低 , 总能耗增加 。 遮阳系数由 0.1增加到 1时 , 空 调 能 耗 上 海 增 加

8、了 8.68kWh/m2, 重 庆 增 加 了 8.95kWh/m2, 武 汉 增 加 了 9.83kWh/m2; 采 暖 能 耗 上 海 降低了 5.77kWh/m2, 重庆降低了 1.94kWh/m2, 武汉降 低了 4.59kWh/m2; 总能耗上海增加了 2.91kWh/m2、 重 庆增加了 7.01kWh/m2、 武汉增加了 4.59kWh/m2。 由此 可知 , 遮阳系数对建筑空调能耗的影响较采暖能耗显 著 , 但对各城市能耗的影响存在显著差异 。 遮阳系数 对空调能耗的影响由大到小的地区依次为 :武汉 、 重 庆 、 上海 ; 对采暖能耗的影响由大到小的地区依次为 :上海 、 武

9、汉 、 重庆 ; 而对总能耗的影响由大到小的地区 依次为 :重庆 、 武汉 、 上海 。 因此 , 在上海和武汉地区 , 西向外窗在选择外遮阳时应综合考虑其对空调能耗 和采暖能耗的影响 , 在重庆地区则可以忽略西向遮阳 系数对采暖能耗的影响 3。2.4多种遮阳技术及其节能效果以武汉地区为例 , 对西向外窗采取常见遮阳技术 的模拟结果进行分析 , 见表 2、 表 3。增加外窗玻璃层数 、 贴膜或各种固定遮阳等形式 , 有助于降低建筑能耗 。 其中挡板式遮阳板的节能效果 最显著 , 低透光低辐射 Low-E 中空玻璃 、 综合遮阳板次 之 , 高透光低辐射 Low-E 中空玻璃 、 水平遮阳板 、

10、 垂直 遮阳板较差 。 挡板式遮阳的高度为 1m 时 , 能够遮挡外 窗 50%的光线 。 低透光低辐射 Low-E 玻璃的太阳能总 透射在 20%。 因此 , 这两种遮阳方式在有效降低室内能表 1遮阳系数由 0.1增加到 1时 , 各能耗变化情况城市 遮阳系数由 0.1增加到1时各能耗增加量东 南 西 北上海 空调能耗 (kWh/m2 6.355.498.686.13采暖能耗 (kWh/m2 3.30-1.87-5.77-4.50总能耗 (kWh/m2 9.653.622.911.63武汉 空调能耗 (kWh/m2 7.476.169.837.15采暖能耗 (kWh/m2 3.68-0.57

11、-4.59-3.47总能耗 (kWh/m2 11.155.595.243.68重庆 空调能耗 (kWh/m2 6.345.418.956.68采暖能耗 (kWh/m2 2.140.78-1.94-2.45总能耗 (kWh/m2 8.486.197.014.23注 :“ -” 表示降低了 。图 2西向遮阳系数对能耗的影响 (武汉 2009年 5期 2009年 5期表 3多种遮阳能耗模拟结果遮阳形式空调能耗(kWh/m2采暖能耗(kWh/m2总能耗(kWh/m2总能耗降低量(kWh/m2总能耗 降低率 单层透明玻璃27.1341.8668.9900单层吸热玻璃26.3442.1668.500.49

12、0.71%普通中空玻璃26.6842.0368.710.280.41%高透光低辐射镀膜(Low -E 玻璃23.9943.1767.161.832.65%低透光低辐射镀膜(Low -E 玻璃20.5344.9365.463.535.12%水平遮阳板23.8043.2667.061.932.80%垂直遮阳板25.5942.4768.060.931.35%挡板式遮阳板(混凝土 18.3346.0664.394.66.67%综合遮阳板21.9244.1866.112.884.17%耗的同时 , 也影响了室内的采光 。 在水平和垂直遮阳中 , 水平遮阳板的节能效果优于垂直遮阳板 。 故从单一遮 阳技术

13、角度来说 , 低辐射 Low-E 玻璃 、 综合遮阳板 、 水 平遮阳板和垂直遮阳板的节能效果比较明显 。各种遮阳技术的遮阳效果是由综合遮阳系数 (广 义 决定的 , 因此可将多种遮阳技术复合进行遮阳 。 如 外窗选用高透光低辐射镀膜 Low-E 玻璃时 , 若采用水 平遮阳板 , 则外窗的遮阳系数为 0.415, 建筑总能耗为 66.02kWh/m2, 与单玻璃相比 , 能耗降低了 4.3%; 若选 用综合遮阳板 , 则遮阳系数为 0.273, 建筑总能耗为 65.33kWh/m2, 与单玻璃相比 , 能耗降低了 5.3%。3结 论(1 夏热冬冷地区建筑外窗遮阳系数对建筑能耗 的影响很大 。

14、 遮阳系数越小 , 建筑越节能 , 遮阳节能潜 力越大 。(2 遮阳对夏热冬冷地区各朝向建筑能耗的影响 相似 。 随着遮阳系数的增大 , 各朝向空调能耗增大 , 且 以西向最显著 , 东 、 北向次之 , 南向最小 ; 随遮阳系数 的增大 , 东向采暖能耗增大 , 南向 、 西向 、 北向采暖能 耗降低 。 其中 , 以对西向采暖能耗的影响最显著 , 其次 是东 、 北向 , 南向最小 , 且外窗遮阳系数对空调能耗的 影响比对采暖能耗的影响大 。 故南向可忽略遮阳系数 对采暖能耗的影响 。(3 遮阳系数对各城市建筑能耗的影响存在差 异 。 上海和武汉地区各能耗比重庆地区各能耗对遮阳系数的变化敏

15、感 。 且在上海和武汉地区西 、 北向外窗 设置遮阳时 , 应综合考虑遮阳对空调能耗和采暖能耗 的影响 。(4 就单一遮阳技术而言 , 综合遮阳板 、 水平遮阳 板 、 垂直遮阳板 、 低辐射镀膜 Low-E 玻璃的节能效果 比较明显 。 参考文献 :1涂逢祥 . 建筑节能 -当代建筑科技发展的一个重要方向 J.建筑技术 , 1996, (11:731-733.2胡平放 , 冷御寒 , 江章宇 . 武汉地区居住建筑遮阳现状分析 . 暖通空调 , 2005, (12:73-76.3阳江英 , 杨丽莉 , 吕忠等 . 重庆地区外窗遮阳能效模拟分析 . 建筑节能 , 2008, (9:66-69.表

16、 2多种遮阳技术的基本情况遮阳形式 尺寸 (规格 遮蔽系数综合遮 阳系数 单层透明玻璃 6mm 0.900.90单层吸热玻璃 6mm 0.830.83普通中空玻璃 6+12A +60.860.86高透光低辐射镀膜 (Low -E 玻璃6(Low-E +12A +60.620.62低透光低辐射镀膜 (Low -E 玻璃6(Low-E +12A +60.300.30水平遮阳板板与窗等长 , 板外挑 1200mm ,距窗 200mm , 倾角 60°0.670.603垂直遮阳板板与窗等长 , 板外挑 600mm ,距窗 200mm , 倾角 60°0.730.657挡板式遮阳板(

17、混凝土 挡板与窗同宽 , 高度为 1m ,挑出长度 500mm0.100.09综合遮阳板水平 、 垂直深度均为 1200mm ,与窗水平 、 垂直距离均为 200mm0.490.4450WALL MATERlALS INNOVATlON &ENERGY SAVlNG lN BUlLDlNGSan important role in the application.Foam concrete wall applications in cold regions Zhao Dewei,et al(43Abstract:Calculated by analyzing, Discussion p

18、oured concrete wall foamapplications in cold regions of the Condensation problem.External wall tile insulation system of technical analysisGuo Junli,et al(45Abstract:Through the External wall tile insulation system of power andto analyze the problems of the system, Analysis feasibility of External w

19、alltile insulation system, through the reinforcement, the system construction,construction technology.The impact of the external window shading on residential energy con -sumption in Hot summer and cold winter areas Yang Jiangying,et al(48Abstract:Select three cities in hot summer and cold winter ar

20、eas ,in -cluding Shanghai, Wuhan, Chongqing, Through Simulation analysis theenergy -saving potential of the external window shading, and the differ -ence between the impact of the external window shading on building en -ergy consumption of different areas and towards, as well as the energy-saving ef

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