分室間歇用能方式下居住建筑圍護結構保溫節(jié)能理論研究.pdf

1、我國嚴寒及寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能設計方法主要是借鑒國外建筑節(jié)能的經(jīng)驗，因用能方式相似，故而取得了很好的效果。相比而言，我國夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征具有特殊性，而且該地區(qū)居住建筑長期形成的用能方式與嚴寒及寒冷地區(qū)大不相同。其中主要的兩大不同特點帶來能耗模式的差異:一是分室用能的特點導致能量交換不僅僅是室內與室外，更多的是用能空間與非用能空間之間的交換;二是間歇式用能導致六面墻體（含樓板）自身的蓄能和釋放伴隨于整個間歇用能過程，而墻體材料蓄熱量同

2、等體積下為空氣的一千多倍，這一被動的冷熱源，將嚴重影響能耗。在這一背景下，外墻內外保溫方式的選擇以及內外圍護結構的熱工性能平衡設置，對節(jié)能增量成本有效分配和節(jié)能效果的切實取得至關重要。然而目前夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能設計規(guī)范中規(guī)定的用能工況與實際用能工況存在顯著不同，使得根據(jù)現(xiàn)有設計方法得到的節(jié)能率與實際節(jié)能效果之間存在巨大差異，導致這一地區(qū)圍護結構節(jié)能增量成本的大量投入?yún)s收效甚微，這一問題亟待從根本上予以解決。
　　為全面了解夏熱冬冷地

3、區(qū)居住建筑用能行為，本文首先分析了夏熱冬冷地區(qū)氣候特點，在該氣候區(qū)典型城市杭州開展了居民空調用能行為的大范圍問卷調研以及小范圍入戶測試。調研結果顯示，杭州市居住用能九成以上采用的是分室與間歇用能方式，實際平均采暖空調用能時間段與規(guī)范規(guī)定存在差異。本文提出根據(jù)不同城市的實際氣象數(shù)據(jù)確定各自的采暖空調計算期，讓模擬計算能耗更接近真實的用能水平。以1971～2000年的日值氣象數(shù)據(jù)為基礎，采用五日滑動平均法，得出了夏熱冬冷地區(qū)9個典型城市采暖

4、空調計算期。
　　本文以實際建筑為模型，采用以EnergyPlus為內核的DesignBuilder建筑能耗模擬軟件對建筑進行全年動態(tài)模擬，研究分室間歇用能下圍護結構不同保溫措施的節(jié)能效果。結果顯示，在標準規(guī)定的連續(xù)用能方式下，外墻外保溫節(jié)能效果優(yōu)于內保溫;而在固定作息的間歇用能方式下，內保溫比外保溫降低更多能耗，而且外墻外保溫在夏季制冷時可能會出現(xiàn)反節(jié)能現(xiàn)象。外墻外保溫的夏季反節(jié)能特性，受窗墻比及制冷設定溫度影響顯著。實際夜間制

5、冷用能工況下，外墻外保溫的反節(jié)能臨界窗墻比為30％，反節(jié)能臨界設定溫度為26℃，這兩個指標越高越可能出現(xiàn)反節(jié)能現(xiàn)象。對不同用能方式下內墻保溫的節(jié)能效果進行了計算。結果顯示在規(guī)范規(guī)定的計算工況下，內墻添加保溫層不僅不減少能耗，反而會略微增加全年能耗;在分室間歇用能方式下，內墻添加保溫層后能耗顯著降低。
　　居住建筑分室間歇用能與人行為隨機性有關。本文對杭州市6戶典型家庭開展了為期三年的現(xiàn)場測試，利用測試結果對DeST人行為仿真建筑能

6、耗模擬軟件計算結果的準確性進行了驗證，結果顯示，嵌入了人行為模塊的DeST與原始軟件相比，制冷能耗計算誤差減少了13.8％，采暖能耗計算誤差減少了94.1％。采用具有容忍溫度設定功能的原始軟件分析了不同容忍溫度下居住建筑外墻內外保溫的全年節(jié)能效果。在低檔及中檔容忍溫度等級的情況下，外墻內保溫節(jié)能效果好于外保溫;而在高檔容忍溫度等級情況下，外墻外保溫節(jié)能效果好于內保溫;外墻內外保溫節(jié)能效果相同的容忍溫度臨界點為夏季31.8℃，冬季13.4

7、℃。采用嵌入了人行為模塊的DeST對兩種動作行為下外墻內外保溫節(jié)能效果進行模擬，結果顯示經(jīng)濟型人行為下外墻內保溫比外保溫節(jié)能2.78％，實用型人行為下外墻內保溫比外保溫節(jié)能2.90％。
　　基于模擬分析結論，本文在夏熱冬冷地區(qū)典型城市對一棟實際建筑圍護結構不同保溫方式的節(jié)能性能進行了為期三年的現(xiàn)場實證研究。結果顯示，墻體蓄熱量是室內空氣耗熱量的29倍之多。外墻內保溫房間因為保溫層設置在外墻內側的原因，減少了墻體的蓄熱，因而能耗更低

8、。通過對空氣溫度及墻體剖面各點溫度的實測，可以看出在夜間制冷工況下，室外空氣溫度下降，這時墻體溫度反而高于室外氣溫。這時保溫層在外側不利于墻體向室外散熱，從而會產(chǎn)生反節(jié)能現(xiàn)象。內墻添加保溫層的節(jié)能效果受鄰室用能與否影響顯著。
　　提出了夏熱冬冷地區(qū)居住建筑分室間歇用能方式下的節(jié)能設計評價方法。對圍護結構熱工參數(shù)限值，用能時間，空調控制等方面給出了修正方法以及建議值，令參照建筑的基準能耗更接近于建筑物在實際運行過程中的耗能量。提出了