天津居住建筑节能率与节能策略分析

摘 要

摘要：结合工程实例，对天津某居住建筑的耗热量指标、节能率、各种围护结构能耗权重进行了计算，实际节能率为67.9%。外窗、外墙的能耗权重较高，为实施节能措施的对象。以节能率70%
摘要：结合工程实例，对天津某居住建筑的耗热量指标、节能率、各种围护结构能耗权重进行了计算，实际节能率为67.9%。外窗、外墙的能耗权重较高，为实施节能措施的对象。以节能率70%、75%为目标，在分别提高外窗、外墙绝热性能的前提下，计算了节能措施的经济性。对于实现节能率70%，通过降低外窗传热系数或增加外墙挤塑聚苯板的厚度均可实现，后者的经济性较优。对于实现75%节能率，单纯增加外墙的保温层厚度或单纯降低外窗的传热系数，并不现实。可行的方法是在改善外墙及外窗绝热性能的同时，降低建筑南、北向的窗墙比。
关键词：居住建筑节能；节能率；耗热量指标；节能策略
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，我国建筑能耗约占全社会总能耗的30%，其中最主要的是供暖空调能耗，占到20%。根据《中国建筑节能年度发展研究报告(2007)》，我国北方城镇供暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%，为建筑能源消耗的最大组成部分。天津属于夏热冬冷地区，降低居住建筑供暖能耗成为重中之重，天津市于2007年颁布了DB 29—1—2007《天津市居住建筑节能设计标准》，目的是通过合理设计，切实降低居住建筑供暖能耗。本文结合工程实例，对天津市居住建筑节能率与节能策略进行分析。
1 节能策略制定的总体思路
    ① 根据DB 29—1—2007中有关计算方法，以建筑围护结构热工参数为依据，计算建筑的耗热量指标。
    ② 将建筑的耗热量指标计算值与DB 29—1—2007中居住建筑不同节能率对应的耗热量指标限值进行比较，确定建筑的实际节能率。根据DB 29—1—2007规定，不同节能率下的居住建筑耗热量指标见表1。
表1 不同节能率下的居住建筑耗热量指标
节能率/%
65
70
75
耗热量指标/(W·m-2)
14.40
12.34
10.29
    ③ 计算不同部位围护结构的耗热量指标在居住建筑耗热量指标中的权重，寻找节能潜力最大的部位。
    ④ 为获得更佳的节能效果，计算各部分围护结构的改善程度。
    ⑤ 以提高围护结构绝热性能的技术经济性为评价标准，确定最优的节能策略。
2 工程概况
    该建筑位于天津市津南区，为18层居住建筑，建筑面积为5592.6m2。窗墙比为：南向0.55，北向0.45，东、西向0.15。主要围护结构传热系数及构造见表2，表2中的隔墙为走廊与房间之间的隔墙。
表2 主要围护结构传热系数及构造
围护结构
传热系数/(W·m-2·K-1)
构造
外墙
0.600
20mm厚外涂装饰层+20mm厚聚合物加强面层+70mm厚挤塑聚苯板+180mm厚现浇}昆凝土+20mm厚内墙面水泥砂浆
外窗
2.700
断桥铝窗+中空双层玻璃
外门
1.500
门芯板内填30mm厚岩棉
隔墙
1.490
30mm厚外抹胶粉聚苯颗粒保温浆料+200mm厚钢筋混凝土墙体+20mm厚内抹白灰砂浆
屋顶
0.459
4mm厚SBS卷材防水层+20mm厚水泥砂浆找平层+110mm厚聚苯板+白灰焦渣找坡最薄处30mm+200mm厚现浇钢筋混凝土屋面板+20mm厚内抹白灰砂浆
3 耗热量指标计算结果及分析
    ① 计算式
    根据DB 29—1—2007，建筑耗热量指标的计算式为：
    qh=qh,t+qinf-q    (1)
 
式中qh——建筑耗热量指标，W/m2
    qh,t——单位建筑面积通过围护结构的传热量，W/m2
    qinf——单位建筑面积空气渗透耗热量，W/m
    q——单位建筑面积的建筑内部得热量(包括炊事、照明、家电和人体散热)，W/m2，居住建筑取3.8W/m2
    n——围护结构数量
    εi——第i种围护结构传热系数的修正系数，见DB 29—1—2007
    Ki——第i种围护结构的传热系数，W/(m2·K)
    Ai——第i种围护结构的面积，m2
    A——总建筑面积，m2
    V——建筑体积，m3
   ② 计算结果及分析
   经计算，该建筑耗热量指标为13.22W/m2。根据表1，采用内插法，计算得该建筑的实际节能率为67.9%。经计算得各项耗热量指标所占权重(见表3)。分析计算结果，结论如下：该建筑的耗热量指标为13.22W/m2，实际节能率为67.9%，已超过65%节能率。各项耗热量指标中，外窗耗热量指标所占权重最大，为57.08%，外窗的节能潜力最大。空气渗透耗热量指标所占权重为31.77%，加强外门及外窗的密闭性也将改善建筑的节能效果。不供暖地下室楼板、屋顶、外门及隔墙的耗热量指标所占权重不高，这些部位的节能潜力不大。
表3 各项耗热量指标所占权重
项 目
耗热量指标/(W/m2)
权重/%
外墙
3.68
27.87
外窗
7.54
57.08
不供暖地下室楼板
0.35
2.62
屋顶
0.39
2.92
外门
0.21
1.58
隔墙
0.65
4.90
空气渗透
4.20
31.77
内部得热
-3.80
-28.74
4 节能策略的制定
以70%、75%为目标节能率，分别计算分析两种不同情况下的技术经济性：情况1：只降低外窗的传热系数，不改变其他围护结构热工参数；情况2：只降低外墙的传热系数，不改变其他围护结构热工参数。
① 情况1
根据已知条件由式(1)～(3)可计算出外窗的传热系数。不同节能率下外窗的传热系数计算结果见表4。根据计算结果，按照目前建筑市场外窗的单位面积造价，对降低外窗传热系数的经济性进行评价，见表4。
表4 不同节能率下外窗的传热系数计算结果及经济评价
节能率/%
67.9
70.0
75.0
外窗传热系数/(W·m-2·K-1)
2.70
2.39
1.80
外窗形式
断桥铝
中空双玻
断桥铝
中空双玻
Low-E
玻璃窗
外窗单位面积造价/(元·m-2)
600
700
900
外窗总面积/m2
1432.37
总造价/元
85.94×104
100.27×104
128.91×104
② 情况2
根据已知条件由式(1)～(3)可计算出外墙的传热系数。不同节能率下外墙的传热系数计算结果见表5，由于外墙的绝热效果关键在于挤塑聚苯板的厚度，因此这里仅考虑增大挤塑聚苯板的厚度降低外墙的传热系数。根据计算结果，按照目前建筑市场挤塑聚苯板的单位体积造价，对降低外墙传热系数的经济性进行评价，见表5。
表5 不同节能率下外墙的传热系数计算结果及经济评价
节能率/%
67.9
70.0
75.0
外墙传热系数/(W·m-2·K-1)
0.60
0.49
0.19
挤塑聚苯板厚度/mm
70.00
87.12
287.68
挤塑聚苯板单位体积造价/(元·m-3)
250
外墙面积/m2
2377.87
总造价/元
4.16×104
5.18×104
16.75×104
③ 节能策略
达到70%节能率并不困难，降低外窗或外墙的传热系数均可实现。增加外墙挤塑聚苯板厚度相对于降低外窗的传热系数更经济，只需增加1.02×104元。
对于达到75%节能率，单纯靠增加外墙挤塑聚苯板厚度或单纯降低外窗的传热系数，并不现实。从经济性分析，增加外墙挤塑聚苯板厚度更经济，只需增加12.59×104元。比较可行的方法是在改善外墙及外窗绝热性能的同时，降低建筑南、北向的窗墙比[1～3]。
5 结论
① 对于大窗墙比的居住建筑，外窗耗热量指标权重最大，因此具有较大的节能潜力。
② 实现70%节能率并不困难，只需付出较小的经济代价。
③ 对于实现节能率70%，通过降低外窗传热系数或增加外墙挤塑聚苯板的厚度均可实现，后者的经济性较优。对于实现75%节能率，单纯增加外墙的保温层厚度或单纯降低外窗的传热系数，并不现实。可行的方法是在改善外墙及外窗绝热性能的同时，降低建筑南、北向的窗墙比。
④ 提高居住建筑节能率，应首先分析建筑各部分耗热量指标，找出节能潜力最大的区域与相应的技术经济性合理的改进措施，从而制定技术经济性合理的节能策略。
参考文献：
[1] 倪吉，李念平，周慧，等.长沙居住建筑外窗能耗的模拟研究[J].煤气与热力，2008，28(3)：A15-A19.
[2] 姚健，闫成文，周燕，等.夏热冬冷地区外窗传热系数对建筑能耗的影响[J].煤气与热力，2008，28(9)：A09-A11.
[3] 王兰，王云山，高玲.外窗对寒冷地区居住建筑节能的影响[J].煤气与热力，2009，29(12)：A11-A17.
 
(本文作者：杨颖1 芦岩2 1.中国市政工程华北设计研究总院 天津 300074；2.天津市建筑设计院 天津 300074)