普通住宅與節能住宅分析論文

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摘要：本文以長沙地區一棟六層住宅為對象，對該住宅采取節能措施前后進行了技術比較；認為在湖南地區推廣使用節能住宅具有很好的經濟性，對湖南地區節約能源、保護環境具有重要的意義。

關鍵詞：節能住宅耗冷量耗熱量經濟性

1引言

根據我國的建筑熱工設計分區標準，湖南全部位于夏熱冬冷地區，該地區最熱月平均溫度25℃—30℃，最冷月平均溫度0℃—10℃。夏季悶熱，氣溫高于35℃的天數有15—30天，最高溫度可達40℃以上，包括長沙在內的“四大火爐城市”便位于該地區。冬季濕冷，日照偏少，氣溫低于5℃的天數達60—80天。近年來，夏熱冬冷地區夏季空調和冬季采暖所消耗的能源急劇增長。就長沙地區來說，夏季空調和冬季采暖的時間一般超過6個月，許多住宅建筑圍護結構的隔熱保溫性能很差，空調采暖設備的能效比不高，住宅建筑能耗越來越大。在夏季用電高峰時期，空調用電約占城市總用電的1／3，住宅空調用電占空調用電的1／2以上。每年夏天的高溫時期，城市電網不堪重負，跳閘斷電、拉閘限電的現象時有發生。在湖南地區推廣節能住宅，不僅可以節約能源，削低用電高峰，還可以減少燃煤發電所排放的污染物（湖南主要使用火電）。本文對湖南地區節能住宅與普通住宅進行了技術經濟比較，并了節能住宅在湖南地區的前景。

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能措施和未采取節能措施兩種情況。根據2001年頒布實施的《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（以下簡稱節能標準），按該地區住宅傳統的圍護結構（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的空調器降溫，計算出一個全年空調采暖能耗，作為住宅的基礎能耗值。而該地區的節能住宅必須達到全年空調采暖能耗在基礎能耗值的基礎上節能50％的指標。要達到這個目標，除了改善圍護結構的隔熱保溫性能外，還須使用高效率的空調采暖設備，改善圍護結構和使用高效率設備對住宅節能的貢獻均為25％左右。

對該住宅的圍護結構采取一系列節能措施（如表1右邊所示）。根據節能標準，采取這些節能措施能保證該住宅達到節能50％的指標，該住宅采取這些節能措施后成為符合節能標準的節能住宅。

表1各項參數對比（K為傳熱系數）普通住宅

節能住宅

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，內遮陽，

K=6.4W∕(m2·K)

單框雙玻塑鋼窗，內遮陽，

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到GB7017規定的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

冷負荷計算采用冷負荷系數法。

3.1外玻璃窗日射得熱形成的冷負荷

式中，F——外窗的面積，m2；

Ca——有效面積系數；取0.85；

Cz——玻璃窗的綜合遮擋系數，單層窗0.6，雙層窗0.516；

Djmax——日射得熱因數的最大值，南向173W∕m2，北向115W∕m2；

CLQ——外窗的冷負荷系數

3.2外墻、屋面和外窗瞬變傳熱形成的冷負荷

式中，F——外墻、屋面或外窗的面積，m2；

K——外墻、屋面或外窗的傳熱系數；W∕(m2·K)；｜

t1——外墻、屋面或外窗的冷負荷溫度逐時值，℃；

td——外墻、屋面或外窗的地點修正值，℃；

tnx——夏季室內設計溫度，26℃

3.3逐時冷負荷的

各圍護結構的冷負荷溫度逐時值、地點修正值和外窗冷負荷系數可從2中查到。表2為普通住宅和節能住宅外窗、外墻、屋面的逐時冷負荷計算結果。從表2可以看出，外窗負荷在圍護結構負荷中所占的比例較大，即使加上其他各項負荷，外窗負荷在總負荷中的比例仍然可以達到40％左右。窗戶的節能措施成為建筑能耗的主要因素之一，要實現住宅節能，必須提高外窗的隔熱保溫性能。

將全天的逐時負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，節能住宅為1479.1kWh，兩者的差值為720.4kWh。兩者的其他各項冷負荷基本相同，主要是外窗、外墻及屋面冷負荷不同，可以認為節能住宅的日耗冷量比普通住宅減少720.4kWh。

表2逐時冷負荷計算結果（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

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

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

熱負荷計算采用供暖熱負荷的計算。圍護結構溫差傳熱量為：

式中，F——某一圍護結構的散熱面積，m2；

K——該圍護結構的傳熱系數；W∕(m2·K)；

tnd——冬季室內設計溫度，18℃；

tw——室外計算溫度，取長沙的冬季空調室外計算溫度，－3℃

考慮附加后的圍護結構熱負荷為：

式中A1為朝向修正率，北向取0.05，南向?。?.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構熱負荷為227.7kW，節能住宅的圍護結構熱負荷為138.8kW，兩者的差值為88.9kW。兩者的冷風滲透耗熱量基本相同，主要是圍護結構熱負荷不同，可以認為節能住宅的熱負荷比普通住宅減少88.9kW。

采用度日法計算節能住宅在采暖期的耗熱量的減少△QS。

式中，HDD18——以18℃為基準溫度的采暖度日數，長沙的HDD18為1557（℃·d）；

△Q——普通住宅與節能住宅的熱負荷差值，kW；

C——間歇采暖修正系數；取0.6；

經計算，節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構對全年空調采暖能耗影響，因此設定普通住宅和節能住宅使用同樣的空調采暖設備。

根據家用空調器國家標準所規定的最低能效比，取家用空調器的能效比為2.3。，部分家庭冬季使用熱泵型空調器，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。夏季空調時間100天，居民生活電價0.503元／kWh。則夏季空調耗電量可減少（720.4×100）÷2.3＝31322kWh，節省電費15755元；冬季采暖耗電量可減少94915÷1.9＝49955kWh，節省電費25127元。

該住宅的節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，該節能住宅共需增加投資120192元（30.35元／m2），而1年可以節省空調采暖電費40882元，所增加的投資在2.9年內即可收回。普通住宅的造價按450元／m2計算，節能投資增長率為6.74％?？梢娫摴澞茏≌捎玫墓澞芗夹g是經濟合理的，符合湖南的經濟水平，值得在湖南地區推廣。

6節能住宅在湖南地區的前景

從上文的分析可知，如果只考慮改善圍護結構的節能效果，節能住宅每年空調采暖耗電量可減少（31322＋49955）÷3960＝20.5kWh／m2。

據統計，2002年湖南省新建城鄉住宅建筑面積6770萬m2，其中新建的城鎮住宅建筑面積2802萬m2。如果在每年新建的城鎮住宅建筑中全部推廣節能住宅，一年可以節電2802萬m2×20.5kWh／m2＝5.74億kWh。

湖南的能源結構以煤為主，火力發電煤耗（單位發電量所消耗的標準煤）以0.41kg/kWh計，如果在湖南每年新建的城鎮住宅建筑中全部推廣節能住宅，一年可以節約標準煤23.55萬t，一年可減少燃煤發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，在湖南全面推廣節能住宅對于湖南地區節約能源、保護環境將會起到重要的作用。

文獻

［1］JGJ134—2001.夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準.中華人民共和國行業標準.

［2］單寄平.空調負荷實用計算法.北京:建筑出版社,1989.

［3］付祥釗,主編.夏熱冬冷地區建筑節能技術.北京:中國建筑工業出版社,2002.

［4］陸耀慶,主編.實用供熱空調設計手冊.北京:中國建筑工業出版社,1993.

［5］錢以明.高層建筑空調與節能.上海:同濟大學出版社,1990.