普通住宅與節(jié)能住宅分析論文
時間：2022-08-04 11:34:00
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摘要：本文以長沙地區(qū)一棟六層住宅為對象，對該住宅采取節(jié)能措施前后進行了技術(shù)比較；認(rèn)為在湖南地區(qū)推廣使用節(jié)能住宅具有很好的經(jīng)濟性，對湖南地區(qū)節(jié)約能源、保護環(huán)境具有重要的意義。
關(guān)鍵詞：節(jié)能住宅耗冷量耗熱量經(jīng)濟性
1引言
根據(jù)我國的建筑熱工設(shè)計分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，湖南全部位于夏熱冬冷地區(qū)，該地區(qū)最熱月平均溫度25℃—30℃，最冷月平均溫度0℃—10℃。夏季悶熱，氣溫高于35℃的天數(shù)有15—30天，最高溫度可達(dá)40℃以上，包括長沙在內(nèi)的“四大火爐城市”便位于該地區(qū)。冬季濕冷，日照偏少，氣溫低于5℃的天數(shù)達(dá)60—80天。近年來，夏熱冬冷地區(qū)夏季空調(diào)和冬季采暖所消耗的能源急劇增長。就長沙地區(qū)來說，夏季空調(diào)和冬季采暖的時間一般超過6個月，許多住宅建筑圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能很差，空調(diào)采暖設(shè)備的能效比不高，住宅建筑能耗越來越大。在夏季用電高峰時期，空調(diào)用電約占城市總用電的1／3，住宅空調(diào)用電占空調(diào)用電的1／2以上。每年夏天的高溫時期，城市電網(wǎng)不堪重負(fù)，跳閘斷電、拉閘限電的現(xiàn)象時有發(fā)生。在湖南地區(qū)推廣節(jié)能住宅，不僅可以節(jié)約能源，削低用電高峰，還可以減少燃煤發(fā)電所排放的污染物（湖南主要使用火電）。本文對湖南地區(qū)節(jié)能住宅與普通住宅進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，并了節(jié)能住宅在湖南地區(qū)的前景。
2條件
以位于長沙市的一棟比較典型的六層住宅為計算對象，分別考慮該住宅采取節(jié)能措施和未采取節(jié)能措施兩種情況。根據(jù)2001年頒布實施的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)），按該地區(qū)住宅傳統(tǒng)的圍護結(jié)構(gòu)（如表1左邊所示），在保證居室夏天26℃、冬天18℃的條件下，冬季用能效比為1的電暖器采暖，夏季用能效比為2.2的空調(diào)器降溫，計算出一個全年空調(diào)采暖能耗，作為住宅的基礎(chǔ)能耗值。而該地區(qū)的節(jié)能住宅必須達(dá)到全年空調(diào)采暖能耗在基礎(chǔ)能耗值的基礎(chǔ)上節(jié)能50％的指標(biāo)。要達(dá)到這個目標(biāo)，除了改善圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能外，還須使用高效率的空調(diào)采暖設(shè)備，改善圍護結(jié)構(gòu)和使用高效率設(shè)備對住宅節(jié)能的貢獻均為25％左右。
對該住宅的圍護結(jié)構(gòu)采取一系列節(jié)能措施（如表1右邊所示）。根據(jù)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采取這些節(jié)能措施能保證該住宅達(dá)到節(jié)能50％的指標(biāo)，該住宅采取這些節(jié)能措施后成為符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能住宅。
表1各項參數(shù)對比（K為傳熱系數(shù)）普通住宅
節(jié)能住宅
外墻
240mm實心磚墻兩面抹灰，
K=2.0W∕(m2·K)
水泥砂漿＋矩形多孔空心磚＋保溫
砂漿，K=1.47W∕(m2·K)
外窗
單層鋁合金窗，內(nèi)遮陽，
K=6.4W∕(m2·K)
單框雙玻塑鋼窗，內(nèi)遮陽，
K=3.2W∕(m2·K)
屋面
鋼筋混凝土屋面加簡單保溫
隔熱措施，K=1.5W∕(m2·K)
鋼筋混凝土屋面加3cm厚的聚苯板
保溫層，K=0.96W∕(m2·K)
陽臺門
單層木門，K=4.7W∕(m2·K)
窗墻比
南北向的窗墻比平均為0.3
氣密性
外窗、陽臺門的氣密性均達(dá)到GB7017規(guī)定的Ⅲ級要求
外形尺寸
平面尺寸60×11m2，高16.8m，建筑面積3960m2
3日耗冷量差值的計算
冷負(fù)荷計算采用冷負(fù)荷系數(shù)法。
3.1外玻璃窗日射得熱形成的冷負(fù)荷
式中，F(xiàn)——外窗的面積，m2；
Ca——有效面積系數(shù)；取0.85；
Cz——玻璃窗的綜合遮擋系數(shù)，單層窗0.6，雙層窗0.516；
Djmax——日射得熱因數(shù)的最大值，南向173W∕m2，北向115W∕m2；
CLQ——外窗的冷負(fù)荷系數(shù)
3.2外墻、屋面和外窗瞬變傳熱形成的冷負(fù)荷
式中，F(xiàn)——外墻、屋面或外窗的面積，m2；
K——外墻、屋面或外窗的傳熱系數(shù)；W∕(m2·K)；｜
t1——外墻、屋面或外窗的冷負(fù)荷溫度逐時值，℃；
td——外墻、屋面或外窗的地點修正值，℃；
tnx——夏季室內(nèi)設(shè)計溫度，26℃
3.3逐時冷負(fù)荷的
各圍護結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷溫度逐時值、地點修正值和外窗冷負(fù)荷系數(shù)可從2中查到。表2為普通住宅和節(jié)能住宅外窗、外墻、屋面的逐時冷負(fù)荷計算結(jié)果。從表2可以看出，外窗負(fù)荷在圍護結(jié)構(gòu)負(fù)荷中所占的比例較大，即使加上其他各項負(fù)荷，外窗負(fù)荷在總負(fù)荷中的比例仍然可以達(dá)到40％左右。窗戶的節(jié)能措施成為建筑能耗的主要因素之一，要實現(xiàn)住宅節(jié)能，必須提高外窗的隔熱保溫性能。
將全天的逐時負(fù)荷累加便得到全天的外窗、外墻及屋面耗冷量，普通住宅為2199.5kWh，節(jié)能住宅為1479.1kWh，兩者的差值為720.4kWh。兩者的其他各項冷負(fù)荷基本相同，主要是外窗、外墻及屋面冷負(fù)荷不同，可以認(rèn)為節(jié)能住宅的日耗冷量比普通住宅減少720.4kWh。
表2逐時冷負(fù)荷計算結(jié)果（kW）時刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
普
通
住
宅
外窗
20.2
18.2
16
14.2
12.8
11.9
22.7
26
31.6
41.1
52
60.3
外墻
48.5
46.8
44.9
42.3
39.7
36.9
34.1
31.5
29
26.7
25.1
24.2
屋面
22.1
19.7
17.4
15.3
13.4
11.6
10
8.5
7.3
6.8
7.1
8.4
合計
90.8
84.7
78.3
71.8
65.9
60.4
66.8
66
67.9
74.6
84.2
92.9
節(jié)
能
住
宅
外窗
11.5
10.5
9.3
8.3
7.6
7
16.2
18.2
21.7
28.5
36.3
42.2
外墻
34.8
33.5
32.2
30.3
28.5
26.5
24.5
22.6
20.8
19.1
18
17.3
屋面
14.1
12.6
11.2
9.8
8.6
7.4
6.4
5.4
4.7
4.4
4.6
5.4
合計
60.4
56.6
52.7
48.4
44.7
40.9
47.1
46.2
47.2
52
58.9
64.9
時刻
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
普
通
住
宅
外窗
67.3
68.9
65
60.3
54.8
52
49.6
35.8
31.9
28.6
25.5
23
外墻
24.4
25.4
27.5
30.1
33.2
36.7
40.2
43.4
45.9
48
49.1
49.2
屋面
10.6
13.6
17
20.6
23.9
26.6
28.6
29.6
29.5
28.4
26.6
24.4
合計
102.3
107.9
109.5
111
111.9
115.3
118.4
108.8
107.3
105
101.2
96.6
節(jié)
能
住
宅
外窗
47
47.4
43.5
39
34.3
32.2
30.7
19.9
17.9
16.1
14.4
13.1
外墻
17.5
18.2
19.7
21.6
23.8
26.3
28.8
31.1
32.9
34.4
35.2
35.3
屋面
6.8
8.7
10.9
13.2
15.3
17
18.3
18.9
18.9
18.2
17
15.6
合計
71.3
74.3
74.1
73.8
73.4
75.5
77.8
69.9
69.7
68.7
66.6
64
4采暖期耗熱量差值的計算
熱負(fù)荷計算采用供暖熱負(fù)荷的計算。圍護結(jié)構(gòu)溫差傳熱量為：
式中，F(xiàn)——某一圍護結(jié)構(gòu)的散熱面積，m2；
K——該圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)；W∕(m2·K)；
tnd——冬季室內(nèi)設(shè)計溫度，18℃；
tw——室外計算溫度，取長沙的冬季空調(diào)室外計算溫度，－3℃
考慮附加后的圍護結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為：
式中A1為朝向修正率，北向取0.05，南向取－0.2，東、西向?。?.05；A2為兩面外墻修正率，取0.05；A3為間歇附加率，取0.3。
按上述方法進行計算，得出普通住宅的圍護結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為227.7kW，節(jié)能住宅的圍護結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為138.8kW，兩者的差值為88.9kW。兩者的冷風(fēng)滲透耗熱量基本相同，主要是圍護結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷不同，可以認(rèn)為節(jié)能住宅的熱負(fù)荷比普通住宅減少88.9kW。
采用度日法計算節(jié)能住宅在采暖期的耗熱量的減少△QS。
式中，HDD18——以18℃為基準(zhǔn)溫度的采暖度日數(shù)，長沙的HDD18為1557（℃·d）；
△Q——普通住宅與節(jié)能住宅的熱負(fù)荷差值，kW；
C——間歇采暖修正系數(shù)；取0.6；
經(jīng)計算，節(jié)能住宅在采暖期的耗熱量比普通住宅減少94915kWh。
5性比較
本文要的是改善圍護結(jié)構(gòu)對全年空調(diào)采暖能耗影響，因此設(shè)定普通住宅和節(jié)能住宅使用同樣的空調(diào)采暖設(shè)備。
根據(jù)家用空調(diào)器國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最低能效比，取家用空調(diào)器的能效比為2.3。，部分家庭冬季使用熱泵型空調(diào)器，部分家庭仍使用電熱型采暖器。為了不失一般性，考慮兩種采暖設(shè)備同時在住宅中存在，取采暖熱備的平均能效比為1.9。夏季空調(diào)時間100天，居民生活電價0.503元／kWh。則夏季空調(diào)耗電量可減少（720.4×100）÷2.3＝31322kWh，節(jié)省電費15755元；冬季采暖耗電量可減少94915÷1.9＝49955kWh，節(jié)省電費25127元。
該住宅的節(jié)能措施所增加的投資大致如下：采用雙層塑鋼窗比采用單層鋁合金窗增加投資100元／m2窗面積，采用矩形多孔空心磚加保溫砂漿比采用240實心磚墻要增加投資15元／m2墻面面積，采用3cm厚聚苯板做保溫層比簡單保溫隔熱處理要增加投資50元／m2屋面面積。綜合這三方面投資的增加，該節(jié)能住宅共需增加投資120192元（30.35元／m2），而1年可以節(jié)省空調(diào)采暖電費40882元，所增加的投資在2.9年內(nèi)即可收回。普通住宅的造價按450元／m2計算，節(jié)能投資增長率為6.74％?？梢娫摴?jié)能住宅所采用的節(jié)能技術(shù)是經(jīng)濟合理的，符合湖南的經(jīng)濟水平，值得在湖南地區(qū)推廣。
6節(jié)能住宅在湖南地區(qū)的前景
從上文的分析可知，如果只考慮改善圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果，節(jié)能住宅每年空調(diào)采暖耗電量可減少（31322＋49955）÷3960＝20.5kWh／m2。
據(jù)統(tǒng)計，2002年湖南省新建城鄉(xiāng)住宅建筑面積6770萬m2，其中新建的城鎮(zhèn)住宅建筑面積2802萬m2。如果在每年新建的城鎮(zhèn)住宅建筑中全部推廣節(jié)能住宅，一年可以節(jié)電2802萬m2×20.5kWh／m2＝5.74億kWh。
湖南的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，火力發(fā)電煤耗（單位發(fā)電量所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤）以0.41kg/kWh計，如果在湖南每年新建的城鎮(zhèn)住宅建筑中全部推廣節(jié)能住宅，一年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤23.55萬t，一年可減少燃煤發(fā)電所帶來的各種污染物排放量為：CO291.1萬t；SO20.525萬t；NOX0.213萬t；煙塵0.06萬t；煤渣7.71萬t。
由此可見，在湖南全面推廣節(jié)能住宅對于湖南地區(qū)節(jié)約能源、保護環(huán)境將會起到重要的作用。
文獻
［1］JGJ134—2001.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).
［2］單寄平.空調(diào)負(fù)荷實用計算法.北京:建筑出版社,1989.
［3］付祥釗,主編.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù).北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.
［4］陸耀慶,主編.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.
［5］錢以明.高層建筑空調(diào)與節(jié)能.上海:同濟大學(xué)出版社,1990.