单体住宅建筑围护结构供暖能耗分析

闫冬袁鹏

摘要：如今能源问题已经成为世界关注的焦点，而建筑能耗在社会能耗中所占比例较大，使建筑节能成为建筑行业急需解决的问题。随着城市化进程的推进，我国住宅产业发展迅速，住宅节能问题日益突出。虽然我国颁布多部节能标准，但仍旧存在许多住宅建筑节能不达标的情况，原因是缺少对应的建筑节能措施，而单体住宅的围护结构能够很好的解决住宅的能耗问题。

关键词：住宅；供暖；指标

引言

建筑能耗是国民生活中主要的能源消费形式，我们可以通过降低建筑能耗达到生活节能的目的。围护结构能耗是单体住宅使用时产生的主要能耗，包括由围护结构传热和空气渗透引起的能耗。由于住宅建筑的使用时间较长，它的运行能耗远大于制造能耗，所以，研究如何减少围护结构能耗具有十分重要的意义，进而根据围护结构的不同采取针对性的措施做好节能工作。

1.模拟计算的实验条件

以北京单体住宅的建筑围护结构传热系数限值为例，确定围护结构的用料和组成，表1给出围护结构的热工参数。

实验设定房间室温不低于18℃，对起居室和卧室进行供暖操作，阳台和楼梯间不供暖，观察并记录数据。

图1为模拟计算的是具有代表性的住宅建筑，数字1~6分别代表不同的户型编号。我国多数的住宅楼是板式和塔式结构，我们可以通过分析板式和塔式结构的变化规律，得到住宅建筑的基本特征。

2.单体住宅朝向对供暖能耗的影响

建筑物耗热量是建筑在全供暖期内的耗热量，为保持室内计算温度和单位时间内消耗的热量，它可以用来计算全年供暖的能耗量。热负荷指标是在供暖室外温度条件下，单位建筑面积由供热设施供给的热量，目的是为确定达到室内温度所设置的供暖设备的依据，其中的供暖指标是耗热量和热负荷的能耗情况。

从图2可以看出板楼朝向不同会引起供暖指标的变化，它的变化规律与建筑的外窗参数密切相关。例如板楼a，主要的外窗和内侧窗户的宽度就有小外窗和大外窗之分。窗户参数的不同造成供暖指标的变化规律也不一样。在板楼a小外窗当中，供暖指标随角度的减小而增大，耗热量的最大增幅为1.96%，热负荷的最大增幅为0.87%，符合建筑朝向普遍的规律；而在大外窗当中，供暖指标最大值是大外窗朝正南方向的时候，最小指标出现在朝东南方向的时候，耗热量的最大增幅为3.16%，热负荷的最大增幅为0.96%。相比而言板楼b比板楼a的外形更为复杂，朝向对板楼b供暖指标的影响基本和板楼a相同，而板楼c的供暖指标差异较大，它的最大耗热量指标在南向225°，最小值在南向270°和255°。

在符合规划的时候，东西向建筑耗热量比南北向建筑耗热量高5%。目前住宅设计需要考虑室内采光和室内外通风的问题，所以就会将外窗面积做大，导致住宅的外形更加复杂，因此住宅接受太阳辐射的强弱不再随朝向的变化而单调的改变。由表2我们可以看出板楼的窗墙面积也在逐渐增大。

塔楼热工性能的变化程度没有板楼明显，塔楼的供暖指标应从围护结构着手分析。从图3我国可以看出塔楼a，b，c的供暖指标呈现单调的变化趋势，而且最高值的增幅比最低值的增幅相对较小。塔楼的南、北向窗墙面积也高于平均指标。建筑物朝向的变化直接影响着接受到太阳辐射量的大小，住宅朝向正南时的热负荷指标最小，当南向角度发生变化后，热负荷指标会逐渐增加，但增加的幅度会很小。

板楼的热负荷受朝向影响较大，而塔楼的热负荷情况却相对稳定，耗热量指标随朝向的变化更为明显，这样的情况体现太阳的辐射对热负荷指标的影响相对较大。然而住宅中部分房间由于位置的不同，其热指标会出现不同的变化，有的甚至呈现相反的变化，但这样的变化不会影响住宅热指标的变化趋势。例如板楼a的1号住户和塔楼a的1号住户相比，当住宅朝向发生变化的时候，它的热指标就会发生明显的变化。他们的朝向由西向变为南向时，当住宅的窗墙面积远超出规范要求的时候，供暖指标会随朝向的变化而出现波动，最小值出现在非正南朝向，最大值出现在非东西朝向。由于住宅设计的多样化，住宅的外窗选择均呈现丰富性，朝向对于住宅接受太阳辐射能力的影响已经越来越小。所以，我们在分析住宅建筑的供暖指标时，应当根据太阳辐射的实际情况进行具体分析。例如住宅的外窗是受太阳辐射最多的围护构件，从板楼a的外窗对比结果中可以发现，太阳辐射的热量随着外窗面积的增大而增加，直接影响着建筑的供暖指标。接着考虑住宅的外形对供暖指标的影响，因为外形的变化影响着建筑物受到太阳辐射的高低，尤其是大外窗设计使住宅受到的太阳辐射情况显得更为复杂，造成供暖指标随窗户朝向的变化而变化，所以，分析住宅供暖指标变化的时候我们需要针对到具体的房间。

Si为户型体形系数,其中的Ai表示户型的总外表面积,Vi为户型总体积。

模拟实验中计算的宽度分别为12.60m、14.70m和16.80m的板楼a1、a2和a3，实验根据它们的外墙、屋顶和外窗得到其传热系数分别为0.990W/（m2K），0.964W/（m2K）和0.941W/（m2K）。其中户型的供暖指标与平均传热系数和户型体形系数的乘积成正比。有个别的供暖指标和Kisi不一致是由于△?ti造成的，一方面是因为相邻楼梯间的地面的温度与室外温度有差异；另一方面是因为不同户型的冷空气耗热量不同，导致供暖指标的不同。由图4可知，在顶层住户中板楼a2的供暖指标最高，这与屋顶和空气渗透的实际情况有关。随着屋顶面积的增大，房间的耗热量也会有所提高。在窗户尺寸变化不大的情况下，换气次数对于面积更大住户的影响相对变小，耗热量也会相对减小。这两种因素造成板楼a2的耗热量和热负荷指标最大。

结束语

总之，我们需要加强节能住宅建筑的建设脚步，通过对围护结构的优化，实现供暖能耗能降到最低。针对住宅建筑需要根据其接受太阳辐射的实际情况进行具体分析，注意外窗的位置和尺寸。根据住宅朝向和房间位置接受太阳辐射的大小，判断房间的供暖指标，可以看出住宅建筑的供暖指标与其体形系数成正相关，我们需要通过改进围护结构达到供暖能耗的最优化。

参考文献

[1]陈盛,狄洪发.单体住宅建筑围护结构供暖能耗分析[J].暖通空调,2005,35(2):116-119.

[2]逯红梅,王亚茹.寒冷地区新农村住宅围护结构性能对供暖能耗的影响分析[J].建筑节能,2018,46(3):61-63.

[3]韩京彤,王清勤,李德英,等.住宅围护结构改造对供暖空调能耗的影响及效益分析[J].新型建筑材料,2018,45(8):116-120.