天津居住建筑節能率與節能策略分析

摘 要

摘要：結合工程實例，對天津某居住建筑的耗熱量指標、節能率、各種圍護結構能耗權重進行了計算，實際節能率為67.9%。外窗、外墻的能耗權重較高，為實施節能措施的對象。以節能率70%
摘要：結合工程實例，對天津某居住建筑的耗熱量指標、節能率、各種圍護結構能耗權重進行了計算，實際節能率為67.9%。外窗、外墻的能耗權重較高，為實施節能措施的對象。以節能率70%、75%為目標，在分別提高外窗、外墻絕熱性能的前提下，計算了節能措施的經濟性。對于實現節能率70%，通過降低外窗傳熱系數或增加外墻擠塑聚苯板的厚度均可實現，后者的經濟性較優。對于實現75%節能率，單純增加外墻的保溫層厚度或單純降低外窗的傳熱系數，并不現實。可行的方法是在改善外墻及外窗絕熱性能的同時，降低建筑南、北向的窗墻比。
關鍵詞：居住建筑節能；節能率；耗熱量指標；節能策略
Analysis on Energy Saving Rate and Strategy for Residential Building in Tianjin
YANG Ying，LU Yan
Abstract：Combined with an engineering case，heat consumption index，energy saving rate and energy consumption weight of different envelopes of a residential building in Tianjin are calculated，with the actual energy saving rate of 67.9%.Due to high energy consumption weight.the external windows and walls are the primary objects of energy saving measures.Aimed at the energy saving rates of 70% and 75%，the economic efficiency of energy saving measures are calculated under the premise of improving the insulation performance of external windows and walls respectively.For the energy saving rate of 70%，it can be achieved by reducing the heat transfer coefficients of external windows or increasing the thickness of extruded polyphenyl board for external walls，and the latter has higher economic efficiency. For the energy saving rate of 75%，it can not be achieved by simply increasing the insulation layer thickness of external walls or simply reducing the heat transfer coefficients of external windows.The feasible way i s reducing the window-to-wall ratio with south and north orientations while the insulation performance of external windows and walls are improved.
Key words：energy saving for residential building；energy saving rate；heat consumption index；energy saving strategy
目前，我國建筑能耗約占全社會總能耗的30%，其中最主要的是供暖空調能耗，占到20%。根據《中國建筑節能年度發展研究報告(2007)》，我國北方城鎮供暖能耗占全國城鎮建筑總能耗的40%，為建筑能源消耗的最大組成部分。天津屬于夏熱冬冷地區，降低居住建筑供暖能耗成為重中之重，天津市于2007年頒布了DB 29—1—2007《天津市居住建筑節能設計標準》，目的是通過合理設計，切實降低居住建筑供暖能耗。本文結合工程實例，對天津市居住建筑節能率與節能策略進行分析。
1 節能策略制定的總體思路
    ① 根據DB 29—1—2007中有關計算方法，以建筑圍護結構熱工參數為依據，計算建筑的耗熱量指標。
    ② 將建筑的耗熱量指標計算值與DB 29—1—2007中居住建筑不同節能率對應的耗熱量指標限值進行比較，確定建筑的實際節能率。根據DB 29—1—2007規定，不同節能率下的居住建筑耗熱量指標見表1。
表1 不同節能率下的居住建筑耗熱量指標
節能率/%
65
70
75
耗熱量指標/(W·m-2)
14.40
12.34
10.29
    ③ 計算不同部位圍護結構的耗熱量指標在居住建筑耗熱量指標中的權重，尋找節能潛力最大的部位。
    ④ 為獲得更佳的節能效果，計算各部分圍護結構的改善程度。
    ⑤ 以提高圍護結構絕熱性能的技術經濟性為評價標準，確定最優的節能策略。
2 工程概況
    該建筑位于天津市津南區，為18層居住建筑，建筑面積為5592.6m2。窗墻比為：南向0.55，北向0.45，東、西向0.15。主要圍護結構傳熱系數及構造見表2，表2中的隔墻為走廊與房間之間的隔墻。
表2 主要圍護結構傳熱系數及構造
圍護結構
傳熱系數/(W·m-2·K-1)
構造
外墻
0.600
20mm厚外涂裝飾層+20mm厚聚合物加強面層+70mm厚擠塑聚苯板+180mm厚現澆}昆凝土+20mm厚內墻面水泥砂漿
外窗
2.700
斷橋鋁窗+中空雙層玻璃
外門
1.500
門芯板內填30mm厚巖棉
隔墻
1.490
30mm厚外抹膠粉聚苯顆粒保溫漿料+200mm厚鋼筋混凝土墻體+20mm厚內抹白灰砂漿
屋頂
0.459
4mm厚SBS卷材防水層+20mm厚水泥砂漿找平層+110mm厚聚苯板+白灰焦渣找坡最薄處30mm+200mm厚現澆鋼筋混凝土屋面板+20mm厚內抹白灰砂漿
3 耗熱量指標計算結果及分析
    ① 計算式
    根據DB 29—1—2007，建筑耗熱量指標的計算式為：
    qh=qh,t+qinf-q    (1)
 
式中qh——建筑耗熱量指標，W/m2
    qh,t——單位建筑面積通過圍護結構的傳熱量，W/m2
    qinf——單位建筑面積空氣滲透耗熱量，W/m
    q——單位建筑面積的建筑內部得熱量(包括炊事、照明、家電和人體散熱)，W/m2，居住建筑取3.8W/m2
    n——圍護結構數量
    εi——第i種圍護結構傳熱系數的修正系數，見DB 29—1—2007
    Ki——第i種圍護結構的傳熱系數，W/(m2·K)
    Ai——第i種圍護結構的面積，m2
    A——總建筑面積，m2
    V——建筑體積，m3
   ② 計算結果及分析
   經計算，該建筑耗熱量指標為13.22W/m2。根據表1，采用內插法，計算得該建筑的實際節能率為67.9%。經計算得各項耗熱量指標所占權重(見表3)。分析計算結果，結論如下：該建筑的耗熱量指標為13.22W/m2，實際節能率為67.9%，已超過65%節能率。各項耗熱量指標中，外窗耗熱量指標所占權重最大，為57.08%，外窗的節能潛力最大。空氣滲透耗熱量指標所占權重為31.77%，加強外門及外窗的密閉性也將改善建筑的節能效果。不供暖地下室樓板、屋頂、外門及隔墻的耗熱量指標所占權重不高，這些部位的節能潛力不大。
表3 各項耗熱量指標所占權重
項 目
耗熱量指標/(W/m2)
權重/%
外墻
3.68
27.87
外窗
7.54
57.08
不供暖地下室樓板
0.35
2.62
屋頂
0.39
2.92
外門
0.21
1.58
隔墻
0.65
4.90
空氣滲透
4.20
31.77
內部得熱
-3.80
-28.74
4 節能策略的制定
以70%、75%為目標節能率，分別計算分析兩種不同情況下的技術經濟性：情況1：只降低外窗的傳熱系數，不改變其他圍護結構熱工參數；情況2：只降低外墻的傳熱系數，不改變其他圍護結構熱工參數。
① 情況1
根據已知條件由式(1)～(3)可計算出外窗的傳熱系數。不同節能率下外窗的傳熱系數計算結果見表4。根據計算結果，按照目前建筑市場外窗的單位面積造價，對降低外窗傳熱系數的經濟性進行評價，見表4。
表4 不同節能率下外窗的傳熱系數計算結果及經濟評價
節能率/%
67.9
70.0
75.0
外窗傳熱系數/(W·m-2·K-1)
2.70
2.39
1.80
外窗形式
斷橋鋁
中空雙玻
斷橋鋁
中空雙玻
Low-E
玻璃窗
外窗單位面積造價/(元·m-2)
600
700
900
外窗總面積/m2
1432.37
總造價/元
85.94×104
100.27×104
128.91×104
② 情況2
根據已知條件由式(1)～(3)可計算出外墻的傳熱系數。不同節能率下外墻的傳熱系數計算結果見表5，由于外墻的絕熱效果關鍵在于擠塑聚苯板的厚度，因此這里僅考慮增大擠塑聚苯板的厚度降低外墻的傳熱系數。根據計算結果，按照目前建筑市場擠塑聚苯板的單位體積造價，對降低外墻傳熱系數的經濟性進行評價，見表5。
表5 不同節能率下外墻的傳熱系數計算結果及經濟評價
節能率/%
67.9
70.0
75.0
外墻傳熱系數/(W·m-2·K-1)
0.60
0.49
0.19
擠塑聚苯板厚度/mm
70.00
87.12
287.68
擠塑聚苯板單位體積造價/(元·m-3)
250
外墻面積/m2
2377.87
總造價/元
4.16×104
5.18×104
16.75×104
③ 節能策略
達到70%節能率并不困難，降低外窗或外墻的傳熱系數均可實現。增加外墻擠塑聚苯板厚度相對于降低外窗的傳熱系數更經濟，只需增加1.02×104元。
對于達到75%節能率，單純靠增加外墻擠塑聚苯板厚度或單純降低外窗的傳熱系數，并不現實。從經濟性分析，增加外墻擠塑聚苯板厚度更經濟，只需增加12.59×104元。比較可行的方法是在改善外墻及外窗絕熱性能的同時，降低建筑南、北向的窗墻比[1～3]。
5 結論
① 對于大窗墻比的居住建筑，外窗耗熱量指標權重最大，因此具有較大的節能潛力。
② 實現70%節能率并不困難，只需付出較小的經濟代價。
③ 對于實現節能率70%，通過降低外窗傳熱系數或增加外墻擠塑聚苯板的厚度均可實現，后者的經濟性較優。對于實現75%節能率，單純增加外墻的保溫層厚度或單純降低外窗的傳熱系數，并不現實。可行的方法是在改善外墻及外窗絕熱性能的同時，降低建筑南、北向的窗墻比。
④ 提高居住建筑節能率，應首先分析建筑各部分耗熱量指標，找出節能潛力最大的區域與相應的技術經濟性合理的改進措施，從而制定技術經濟性合理的節能策略。
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(本文作者：楊穎1 蘆巖2 1.中國市政工程華北設計研究總院 天津 300074；2.天津市建筑設計院 天津 300074)