窗户对建筑能耗的影响研究

JournalofBeijingInstituteofCivilEng.andArchitectureVol.20No.4Dec.2004

　　文章编号:1004-6011(2004)04-0009-04

窗户对建筑能耗的影响研究Ξ

陈红兵1,　李德英1,　邵宗义1,　戴新强2

(11城市建设工程系,北京　100044;　21南通市港闸设计院,南通　226500)摘　要:窗户是建筑不可缺少的重要组成部分,也是建筑能耗的最大因素.利用TRNSYS软件对建筑能

耗进行模拟计算,分析了窗户的有关特性参数如透光率、窗墙比、窗台高和窗户朝向等对采暖和空调能耗的影响,验证了建筑东西向长、南北向短的节能特性.关键词:窗户;建筑能耗;TRNSYS软件中图分类号:TU8　　　　文献标识码:A　　能源是生产发展和生活提高不可缺少的重要物质因素.由于绝大多数能源是不可再生的,发展节能技术、提高能源有效利用率已被视为继煤、石油、天然气和核能之后的第五种能源[1].在全世界日益增长的能源消耗中,无论发达国家还是发展中国家,建筑能耗都是国家总能耗中比较重大的一项.国际上发达国家的建筑能耗一般占其全国总能耗的三分之一左右[2].

窗户是建筑不可缺少的重要组成部分,使采光和通风大为改善,又可使住宅有一定的敞开面积,扩大视野,但同时它也是建筑耗能的最大因素.由多层建筑的能耗分析可知,门窗散热约占建筑总散热的三分之一以上[3].

1　影响因素分析

111　模型

11混凝土;21保温层;31铝膜;41空气层;51玻璃(窗)

图1　玻璃幕墙围护结构示意图

根据对办公室布局特点分析建立了一个6×4×3m(长×宽×高)的计算模型,只有一面外墙(玻璃幕墙),其它各面为内墙,天花、地面为隔离楼板层,该模型可作为一独立房间,也可看作开敞办公室的一个单元.在空调系统运行时间内,认为该房间和相邻房间的室内温度是一致的,该办公室处于标准层,也不考虑楼层之间的传热.图1为幕墙结构示意图.

围护结构不透光部分:混凝土(0.36m)+保温层(0.1m)+金属膜(0.001m)+空气层+玻璃(0.008m),传热系数为0.337w/m2・K;可透光部分为玻璃(0.008m),传热系数为5.8w/m2・K.系统运行设置如表1所示.112　系统运行工况和设计参数

Ξ收稿日期:2004-10-15

　3基金项目:2004年北京建筑工程学院博士科研启动基金项目(1004013).

),男,工学博士,讲师,城建系北京市重点实验室,主要研究自然采光与建筑能耗分析.　作者简介:陈红兵(1977年—

10

表1　系统运行工况和设计参数

WORKDAYWEEKENDDAYNIGHT

USE

ON(8:00-18:00)OFF

ON(6:00-18:00)

周一到周五(WORKDAY)

北京建筑工程学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　第20卷　

11411　透光率对Hec和Cec的影响

外墙为南向外墙,窗墙面积比为40%,透光率

分别为0.3、0.502、0.617和0.81.

SETOFF

周六、周日(WEEKEND)

周一到周五(DAYNIGHT)周六、周日(WEEKEND)0.75×USE+0.25　AirChange/h3×USEAirChange/h50-24×SETOFF℃50%20×SETOFF℃50%

图2　透光率对Hec和Cec的影响

自然渗透

通风

空调设定温湿度采暖设定温湿度

　　由表1可知,周一到周五为工作日(WORK2DAY),8:00～18:00开,其它时间关.周六、日为周末(WEEKEND),全天关.DAYNIGHT表示6:00～18:00开,其它时间关.自然渗透:周一到周五的8:00～18:00自然渗透换气次数为1AC/h,其它时间

由图2可以看出,Hec和Cec与透光率成线性关系.透光率每增加0.1,全年Hec减少5774KJ/m2,合3.6×10-4吨标准煤/m2(标准煤热值约为7000

Kcal/Kg,锅炉效率取65%,热网输配效率取85%);Cec增加4519.5KJ/m2,合0.36KWh/m2(COP等于5,机组耗电量占空调系统的70%).透光率增加,室内得热增大,在炎热的夏季,室内更热,空调能耗增大;在寒冷的冬季,室内更暖和,采暖能耗减小.总的来说,透光率增加,暖通空调系统的能耗减少了,透光率每增加0.1,单位面积全年系统能耗减少1254.4KJ/m2.从图中可以看到,Hec比Cec高多,主要

为0.25AC/h.通风:周一到周五的8:00～18:00通风换气次数为3AC/h,其它时间为0AC/h.室内空调设定温湿度为26℃和50%,室内采暖设定温湿度为20℃和50%.因为本文研究的重点是办公建筑特性参数如窗墙比、透光率、窗户朝向等对空调采暖能耗的影响,所以为简化计算,其它室内产热量如人员、设备和照明得热等在所比较的各种工况中是相同的,因而未计算在其中.113　气象参数资料

原因是在进行上述分析中没有考虑人员、设备和照明得热.如果考虑这些得热,夏天空调能耗将调高.随着透光率的变化,暖通空调系统全年单位面积总

能耗的变化斜率依旧,因而引起的单位面积空调采暖能耗量的差值是不变的.

图2中的曲线,从经济角度考虑,天津地区的商业电价为0.59元/KWh,标准煤的价格为417元/t,透光率每增加0.1,采暖费用减少0.15元/m2,空调费用增加0.21元/m2,综合起来,费用增加0.06元/m2.

表2　不同透光率下的空调采暖负荷

透光率

空调负荷(W/m2)采暖负荷(W/m2)

0.337.260.6

0.50239.558.3

0.61740.956.9

0.814354.3

天津位于北纬39.1度,东经117.2度,海拔5米,气候属暖温带半浸润大陆性气候,四季变化明显.年平均气温在摄氏11℃以上.1月最冷,平均气温为摄氏-4℃以下;7月最热,气温在摄氏26℃以上.年平均降水量为561mm,主要集中在7、8月份.年平均日照时数在2610～3090小时之间.以下分析中使用天津的典型气象年逐时数据进行能耗计算,文中的单位面积采暖能耗(Hec)和单位面积空调能耗(Cec)都是基于逐时数据算得的全年运行能耗指标.只有在工作时间内才有冷量或热量供给,系统在提前工作时间两个小时启动运行.采暖能耗约为1300小时,相当于150天的累计值,主要分布在典

型气象年的11～3月.空调能耗约为1100小时,相当于135天的累计值,主要分布在典型气象年的6～9月.

114　影响因素分析

　　注:如前所述表2所列负荷指标中未包括室内负荷.

11412　窗墙比对Hec和Cec的影响

外墙为南向外墙,透光率为0.502,窗墙面积比

　第4期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　陈红兵等:窗户对建筑能耗的影响研究11

分别为20%、24%、28%和32%.

KJ/m2,北向最大,为327600KJ/m2,相差16.7%;

对于整个系统的全年能耗指标,南向最小,为429264KJ/m2,北向次之,接着是东向,西向最大,

为478980KJ/m2,相差10.4%.所以建筑一般东西向较长,南北向短,这样可以减小建筑能耗.

图3　窗墙比对Hec和Cec的影响图3为窗墙面积比对Hec和Cec的影响.从图中看出可以,Hec和Cec都与窗墙面积比成线性的关系.但与透光率的影响所不同的是,窗墙比增加,Hec和Cec都增大;而透光率增加,Cec增大,Hec减小.其中窗墙比每增加10%,Cec增加14652KJ/m2,合1.11KWh/m2,Hec增加13923KJ/m2,合4.75×10-4吨

图4　窗户朝向对Hec和Cec的影响表4　不同窗户朝向下的空调采暖负荷

窗户朝向

空调负荷(W/m2)采暖负荷(W/m2)

东34.469.1

北31.270

南39.558.3

西42.666.3

标准煤/m2.总的来看,窗墙比增加10%,空调系统全年能耗指标增加28575KJ/m2.费用增加0.45元/m2.

表3　不同窗墙比下的空调采暖负荷

窗墙比(%)

空调负荷(W/m2)采暖负荷(W/m2)

2031.752.3

2433.153.6

2834.754.7

3236.155.9

由表4可知,夏天北向空调负荷最小,西向最大;而冬天南向采暖负荷最小,北向最大.

2　结论

1)Hec和Cec与透光率、窗墙比成线性关系;2)窗台高对Hec和Cec没有影响;

3)窗户朝向对Hec和Cec影响很大.对于Cec而

11413　窗台高对Hec和Cec的影响

外墙为南向外墙,透光率为0.502,窗墙面积比

40%,窗台高分别为0.9m、1.0m、1.1m和1.2m.

计算结果表明,窗台高对Hec和Cec没有影响.Cec恒为156420KJ/m,Hec恒为272844KJ/m.空

2

2

言,北向最小,西向最大,西向与北向相差26.8%;对于Hec,南向最小,北向最大,南、北向相差16.7%;

4)对于整个系统的单位面积全年能耗,南向最

调负荷恒为39.5W/m,采暖负荷恒为58.3

W/m2.11414　窗户朝向对Hec和Cec的影响

透光率为0.502,窗墙比为40%,窗户朝向分别为东、西、南和北.

由图4可看出,不同的窗户朝向对Hec和Cec影响很大,尤其表现在采暖能耗上.对于Cec,北向最小,为123552KJ/m,西向最大,为168696KJ/m,相差26.8%;对于Hec,南向最小,为272844

2

2

2

小,北向次之,接着是东向,西向最大,南、西向相差10.4%.

参考文献:

[1]　叶海,魏润柏1可持续发展与建筑节能[J]1住宅科

技,1998,(1):3～7.

[2]　俞善庆,倪德良1国内外建筑节能现状[J]1上海节能,

1999,(1):6～10.

12北京建筑工程学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　第20卷　

(10):64～66.

[3]　张红梅.浅谈建筑的节能[J]1太原大学学报,2002,3

[编辑:叶子]

StudyontheEffectofWindowonBuildingEnergyConsumptionChenHongbing1,　LiDeying1,　ShaoZongyi1,　DaiXingqiang2(11Dept.ofUrbanConstructionEngineering,Beijing　100044;　21NantongGangzhaDesignInstituteofArchitecture,Nantong,226500　Jiangsu)

Abstract:Windowisanimportantpartofbuilding,andisalsooneofcriticalfactorsaffectingbuildingenergyconsumption.Aimingatthat,TRNSYSsoftwareisusedforthesimulationandcalculationofbuildingenergyconsumption.Analysisoftheeffectofwindowparameterssuchastransparency,window-to-wallratio,sillandwindoworientationtoheatingandcoolingenergyconsumptioniscarriedout,andbuildinggeometricalchar2acterforenergysavingisvalidatedtoberight.

Keywords:window;buildingenergyconsumption;TRNSYSsoftware

(上接第41页)

AnApproachtotheFaultDiagnosisofElectricCircuit

WangYanjing

(Dept.ofElectricalEngineeringandAutomation,Beijing　100044)

Abstract:Thispaperdiscussesthediagnosticmethodsofelectriccircuitfaultonthebasisofanalyzingthefaultexcitationofanalogcircuits.Insubstance,electriccircuitfaultresultsfromthedeparturesofcircuitelementpa2rametersawayfromtheirtypicalvalues.Variationalelementparameterscanbedetectedbymeasuringthevaria2tionsofthevoltageandcurrentvaluesoncircuitports,whichareconsideredastheresponsetoelementfaultinthenetwork.

Keywords:analogcircuit,faultdiagnosis,equivalentcircuit