天津居住建筑節(jié)能率與節(jié)能策略分析

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對天津某居住建筑的耗熱量指標(biāo)、節(jié)能率、各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)際節(jié)能率為67.9%。外窗、外墻的能耗權(quán)重較高，為實(shí)施節(jié)能措施的對象。以節(jié)能率70%
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對天津某居住建筑的耗熱量指標(biāo)、節(jié)能率、各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)際節(jié)能率為67.9%。外窗、外墻的能耗權(quán)重較高，為實(shí)施節(jié)能措施的對象。以節(jié)能率70%、75%為目標(biāo)，在分別提高外窗、外墻絕熱性能的前提下，計(jì)算了節(jié)能措施的經(jīng)濟(jì)性。對于實(shí)現(xiàn)節(jié)能率70%，通過降低外窗傳熱系數(shù)或增加外墻擠塑聚苯板的厚度均可實(shí)現(xiàn)，后者的經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。對于實(shí)現(xiàn)75%節(jié)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(shù)，并不現(xiàn)實(shí)?？尚械姆椒ㄊ窃诟纳仆鈮巴獯敖^熱性能的同時，降低建筑南、北向的窗墻比。
關(guān)鍵詞：居住建筑節(jié)能；節(jié)能率；耗熱量指標(biāo)；節(jié)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(diào)能耗，占到20%。根據(jù)《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告(2007)》，我國北方城鎮(zhèn)供暖能耗占全國城鎮(zhèn)建筑總能耗的40%，為建筑能源消耗的最大組成部分。天津?qū)儆谙臒岫涞貐^(qū)，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(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，目的是通過合理設(shè)計(jì)，切實(shí)降低居住建筑供暖能耗。本文結(jié)合工程實(shí)例，對天津市居住建筑節(jié)能率與節(jié)能策略進(jìn)行分析。
1 節(jié)能策略制定的總體思路
    ① 根據(jù)DB 29—1—2007中有關(guān)計(jì)算方法，以建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)為依據(jù)，計(jì)算建筑的耗熱量指標(biāo)。
    ② 將建筑的耗熱量指標(biāo)計(jì)算值與DB 29—1—2007中居住建筑不同節(jié)能率對應(yīng)的耗熱量指標(biāo)限值進(jìn)行比較，確定建筑的實(shí)際節(jié)能率。根據(jù)DB 29—1—2007規(guī)定，不同節(jié)能率下的居住建筑耗熱量指標(biāo)見表1。
表1 不同節(jié)能率下的居住建筑耗熱量指標(biāo)
節(jié)能率/%
65
70
75
耗熱量指標(biāo)/(W·m-2)
14.40
12.34
10.29
    ③ 計(jì)算不同部位圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量指標(biāo)在居住建筑耗熱量指標(biāo)中的權(quán)重，尋找節(jié)能潛力最大的部位。
    ④ 為獲得更佳的節(jié)能效果，計(jì)算各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改善程度。
    ⑤ 以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕熱性能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性為評價標(biāo)準(zhǔn)，確定最優(yōu)的節(jié)能策略。
2 工程概況
    該建筑位于天津市津南區(qū)，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(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)及構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)及構(gòu)造
圍護(hù)結(jié)構(gòu)
傳熱系數(shù)/(W·m-2·K-1)
構(gòu)造
外墻
0.600
20mm厚外涂裝飾層+20mm厚聚合物加強(qiáng)面層+70mm厚擠塑聚苯板+180mm厚現(xiàn)澆}昆凝土+20mm厚內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面板+20mm厚內(nèi)抹白灰砂漿
3 耗熱量指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及分析
    ① 計(jì)算式
    根據(jù)DB 29—1—2007，建筑耗熱量指標(biāo)的計(jì)算式為：
    qh=qh,t+qinf-q    (1)
 
式中qh——建筑耗熱量指標(biāo)，W/m2
    qh,t——單位建筑面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)量
    εi——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的修正系數(shù)，見DB 29—1—2007
    Ki——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
    Ai——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2
    A——總建筑面積，m2
    V——建筑體積，m3
   ② 計(jì)算結(jié)果及分析
   經(jīng)計(jì)算，該建筑耗熱量指標(biāo)為13.22W/m2。根據(jù)表1，采用內(nèi)插法，計(jì)算得該建筑的實(shí)際節(jié)能率為67.9%。經(jīng)計(jì)算得各項(xiàng)耗熱量指標(biāo)所占權(quán)重(見表3)。分析計(jì)算結(jié)果，結(jié)論如下：該建筑的耗熱量指標(biāo)為13.22W/m2，實(shí)際節(jié)能率為67.9%，已超過65%節(jié)能率。各項(xiàng)耗熱量指標(biāo)中，外窗耗熱量指標(biāo)所占權(quán)重最大，為57.08%，外窗的節(jié)能潛力最大?？諝鉂B透耗熱量指標(biāo)所占權(quán)重為31.77%，加強(qiáng)外門及外窗的密閉性也將改善建筑的節(jié)能效果。不供暖地下室樓板、屋頂、外門及隔墻的耗熱量指標(biāo)所占權(quán)重不高，這些部位的節(jié)能潛力不大。
表3 各項(xiàng)耗熱量指標(biāo)所占權(quán)重
項(xiàng) 目
耗熱量指標(biāo)/(W/m2)
權(quán)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(nèi)部得熱
-3.80
-28.74
4 節(jié)能策略的制定
以70%、75%為目標(biāo)節(jié)能率，分別計(jì)算分析兩種不同情況下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性：情況1：只降低外窗的傳熱系數(shù)，不改變其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)；情況2：只降低外墻的傳熱系數(shù)，不改變其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)。
① 情況1
根據(jù)已知條件由式(1)～(3)可計(jì)算出外窗的傳熱系數(shù)。不同節(jié)能率下外窗的傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4。根據(jù)計(jì)算結(jié)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(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價，見表4。
表4 不同節(jié)能率下外窗的傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果及經(jīng)濟(jì)評價
節(jié)能率/%
67.9
70.0
75.0
外窗傳熱系數(shù)/(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(jù)已知條件由式(1)～(3)可計(jì)算出外墻的傳熱系數(shù)。不同節(jié)能率下外墻的傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表5，由于外墻的絕熱效果關(guān)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(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)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(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價，見表5。
表5 不同節(jié)能率下外墻的傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果及經(jīng)濟(jì)評價
節(jié)能率/%
67.9
70.0
75.0
外墻傳熱系數(shù)/(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(jié)能策略
達(dá)到70%節(jié)能率并不困難，降低外窗或外墻的傳熱系數(shù)均可實(shí)現(xiàn)。增加外墻擠塑聚苯板厚度相對于降低外窗的傳熱系數(shù)更經(jīng)濟(jì)，只需增加1.02×104元。
對于達(dá)到75%節(jié)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(shù)，并不現(xiàn)實(shí)。從經(jīng)濟(jì)性分析，增加外墻擠塑聚苯板厚度更經(jīng)濟(jì)，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(jié)論
① 對于大窗墻比的居住建筑，外窗耗熱量指標(biāo)權(quán)重最大，因此具有較大的節(jié)能潛力。
② 實(shí)現(xiàn)70%節(jié)能率并不困難，只需付出較小的經(jīng)濟(jì)代價。
③ 對于實(shí)現(xiàn)節(jié)能率70%，通過降低外窗傳熱系數(shù)或增加外墻擠塑聚苯板的厚度均可實(shí)現(xiàn)，后者的經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。對于實(shí)現(xiàn)75%節(jié)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(shù)，并不現(xiàn)實(shí)?？尚械姆椒ㄊ窃诟纳仆鈮巴獯敖^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(jié)能率，應(yīng)首先分析建筑各部分耗熱量指標(biāo)，找出節(jié)能潛力最大的區(qū)域與相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性合理的改進(jìn)措施，從而制定技術(shù)經(jīng)濟(jì)性合理的節(jié)能策略。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：楊穎1 蘆巖2 1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院 天津 300074；2.天津市建筑設(shè)計(jì)院 天津 300074)