基于DeST對內蒙古寒冷區低能耗住宅的圍護結構能耗分析

金國輝　張敏

摘 要：文章通過DeST模擬軟件建立內蒙古自治區某一住宅建筑，在不加保溫層的基礎上，逐一改變外墻、屋頂、窗玻璃、窗墻比等圍護結構，模擬各個因素改變時建筑的熱負荷值，指出各項圍護結構因素對建筑能耗的影響大小。

關鍵詞：DeST；住宅建筑；圍護結構；建筑能耗

引言

建筑能耗占我國總能耗比重30%以上，而住宅建筑能耗占總建筑能耗的比例呈逐年上升趨勢，對住宅建筑實施節能優化措施刻不容緩。影響其能耗的因素有體型系數、圍護結構、自然采光等，其中圍護結構對能耗的影響最大。文章對內蒙古寒冷區某一住宅建筑進行圍護結構能耗影響因素分析，運用DeST軟件主要對建筑的外墻、屋頂、窗戶玻璃、窗墻比等因素深入分析。

1 建筑概況及模型的建立

選取內蒙古自治區某一住宅建筑為模擬分析對象。該住宅建筑為6層磚混結構，層高3m，正南北朝向，南、北向窗墻比分別為0.4和0.3，為后續比較不同外圍護結構對建筑能耗的影響效果，基準建筑的外圍護結構均未采取任何保溫措施。建筑面積2103.32m2，建筑體積6339.5136m3，外表面積1832.60m2，體形系數為0.289。建筑平面圖和三維立體圖見圖1、圖2，圍護結構構造見表1。

2 參數設置與模擬計算

2.1 氣象參數設置

設計計算用采暖期的平均溫度為18℃，選取內蒙古吉蘭太為典型氣象年。

2.2 房間內部熱擾參數設定

每一戶的住戶房間分別為主臥室、次臥室、客房、起居室、廚房和衛生間。主臥室最多2人、次臥室最多2人、客房最多2人、起居室最多3人、廚房最多1人、衛生間最多1人，人均發熱量均為53W/m2，臥室和起居室照明最大發熱量為5W/m2，起居室設備最大發熱量為9.3W/m2，廚房設備的最大發熱量為48.2W/m2。

2.3 系統設定

本次模擬中，對主臥室、次臥室、客房、起居室進行采暖，廚房和衛生間不考慮。三個臥室的空調啟停統一為臥室空調啟停，起居室空調啟停另設。周一至周五三個臥室空調開啟時間為：1：00-7：00，21：00-24：00，起居室空調開啟時間為：7：00-8：00，17：00-21：00；周六周日三個臥室空調開啟時間為：1：00-7：00，12：00-14：00，21：00-24：00，起居室空調開啟時間為：8：00-21：00。

2.4 能耗計算

供暖期為10月15日至來年的4月15日，全年累計熱負荷205062.61kW·h，全年累計熱負荷指標124.23kW·h/m2。

3 對各個圍護結構影響因素單項優化分析

3.1 單獨增加不同的外墻保溫層

EPS泡沫板、XPS擠塑板、巖棉板、聚氨酯保溫板等是當前建筑應用較多的保溫材料，在基準建筑外墻的基礎上分別加入四種常用的保溫材料，外墻外保溫方案見表2。

除外墻材料改變之外，其余參數均不變。軟件模擬得出五種方案的建筑熱負荷分別為124.23kW·h/m2、97kW·h/m2、94.41kW·h/m2、89.67kW·h/m2、88.36kW·h/m2。傳熱系數的大小與采暖熱負荷呈線性關系，傳熱系數越小，采暖熱負荷越小，但同時負荷下降的趨勢逐漸趨于緩和。

選取同種保溫材料，改變保溫板的厚度，模擬分析保溫板厚度與能耗的關系。建筑模型仍采用上述基準模型，保溫材料選取EPS泡沫板，其他參數均不變，模擬外墻保溫層為40mm、50mm、60mm、70mm、80mm厚的建筑全年熱負荷，模擬結果見表3。

除屋頂材料改變之外，其余參數均不變。軟件模擬得出五種方案的建筑熱負荷分別為124.23kW·h/m2、115.76kW·h/m2、112.11kW·h/m2、109.45kW·h/m2、108.99kW·h/m2。建筑熱負荷相對節能率分別增加6.82%、9.76%、11.90%、12.27%，上升曲線明顯，說明屋頂加入保溫層，有利于加強室內熱穩定性。添加屋頂保溫層使建筑熱負荷相對節能率分別增加了6.82%、9.76%、11.90%、12.27%，說明屋頂加入保溫層，室內熱穩定和保溫性能加強，有利于能耗的降低。

3.3 單獨改變窗戶玻璃

改變原有的單玻，換成一些常用的節能玻璃，玻璃方案見表5。

除玻璃改變之外，其余參數均不變。軟件模擬得出四種方案的建筑熱負荷分別為124.23kW·h/m2、96.2kW·h/m2、94.81kW·h/m2、95.23kW·h/m2、94.06kW·h/m2。熱負荷總體呈下降趨勢，但負荷指標與窗戶的傳熱系數并不是線性關系，原因是傳熱系數是衡量由溫差引起的通過窗戶的熱流量，是傳導、對流和表面輻射這三種熱傳遞方式的綜合體現，能耗還與窗戶的遮陽系數、可見光透過率、空氣滲透性相關。

3.3.1 單獨改變南向窗墻比

北向窗墻比為0.3，南向窗墻比分別變化為0.4、0.5、0.6、0.7。軟件模擬得出的建筑熱負荷分別為28.28W/m2、27.31W/m2、26.47W/m2、25.75W/m2，建筑熱負荷相對節能率分別增加3.43%、6.40%、8.95%，節能效果明顯。

3.3.2 單獨改變北向窗墻比

南向窗墻比為0.4，北向窗墻比分別變化為0.3、0.4、0.5、0.6。軟件模擬得出的建筑熱負荷分別為28.28W/m2、28.80W/m2、29.29W/m2、29.76W/m2，建筑熱負荷相對節能率分別增加-1.84%、-3.57%、-5.23%，北向外窗面積應在滿足采光、通風的要求下控制在合適的范圍內。

4 結束語

通過建筑能耗模擬軟件DeST對建筑模型的外墻、屋頂、窗玻璃、窗墻比這四個能耗影響因素進行逐一模擬分析，外墻保溫材料和南向窗墻比對建筑熱負荷影響最大，窗戶玻璃和屋頂保溫材料次之，北向窗墻比與熱負荷成反比。因此，住宅建筑的節能要加強外墻保溫層的保溫蓄熱作用；在太陽能充足的地區，加大南向窗墻比，盡可能的利用太陽熱輻射，同時減少北向窗墻比，減少室內熱量的散失；注重屋頂的保溫和節能玻璃的開發利用。

參考文獻

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[2]馬秀麗.建筑圍護結構的綜合節能及經濟性分析[J].工業建筑，2006（1）：16-18.

[3]張晉蓉.嚴寒地區居住建筑節能優化設計研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2012.

作者簡介：金國輝（1965，8-），男，內蒙古科技大學，碩士，職稱：教授，碩士生導師，研究方向：土木工程建造與管理。

張敏（1991，11-），女，內蒙古科技大學，學生，碩士，工程管理。