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摘要：本文以長沙地區(qū)一棟六層住宅為對象，對該住宅采取節(jié)能措施前后進行了技術比較；認為在湖南地區(qū)推廣使用節(jié)能住宅具有很好的經濟性，對湖南地區(qū)節(jié)約能源、保護環(huán)境具有重要的意義。

關鍵詞：節(jié)能住宅耗冷量耗熱量經濟性

1引言

根據我國的建筑熱工設計分區(qū)標準，湖南全部位于夏熱冬冷地區(qū)，該地區(qū)最熱月平均溫度25℃—30℃，最冷月平均溫度0℃—10℃。夏季悶熱，氣溫高于35℃的天數(shù)有15—30天，最高溫度可達40℃以上，包括長沙在內的“四大火爐城市”便位于該地區(qū)。冬季濕冷，日照偏少，氣溫低于5℃的天數(shù)達60—80天。近年來，夏熱冬冷地區(qū)夏季空調和冬季采暖所消耗的能源急劇增長。就長沙地區(qū)來說，夏季空調和冬季采暖的時間一般超過6個月，許多住宅建筑圍護結構的隔熱保溫性能很差，空調采暖設備的能效比不高，住宅建筑能耗越來越大。在夏季用電高峰時期，空調用電約占城市總用電的1／3，住宅空調用電占空調用電的1／2以上。每年夏天的高溫時期，城市電網不堪重負，跳閘斷電、拉閘限電的現(xiàn)象時有發(fā)生。在湖南地區(qū)推廣節(jié)能住宅，不僅可以節(jié)約能源，削低用電高峰，還可以減少燃煤發(fā)電所排放的污染物（湖南主要使用火電）。本文對湖南地區(qū)節(jié)能住宅與普通住宅進行了技術經濟比較，并了節(jié)能住宅在湖南地區(qū)的前景。

2條件

以位于長沙市的一棟比較典型的六層住宅為計算對象，分別考慮該住宅采取節(jié)能措施和未采取節(jié)能措施兩種情況。根據2001年頒布實施的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》（以下簡稱節(jié)能標準），按該地區(qū)住宅傳統(tǒng)的圍護結構（如表1左邊所示），在保證居室夏天26℃、冬天18℃的條件下，冬季用能效比為1的電暖器采暖，夏季用能效比為2.2的空調器降溫，計算出一個全年空調采暖能耗，作為住宅的基礎能耗值。而該地區(qū)的節(jié)能住宅必須達到全年空調采暖能耗在基礎能耗值的基礎上節(jié)能50％的指標。要達到這個目標，除了改善圍護結構的隔熱保溫性能外，還須使用高效率的空調采暖設備，改善圍護結構和使用高效率設備對住宅節(jié)能的貢獻均為25％左右。

對該住宅的圍護結構采取一系列節(jié)能措施（如表1右邊所示）。根據節(jié)能標準，采取這些節(jié)能措施能保證該住宅達到節(jié)能50％的指標，該住宅采取這些節(jié)能措施后成為符合節(jié)能標準的節(jié)能住宅。

表1各項參數(shù)對比（K為傳熱系數(shù)）普通住宅

節(jié)能住宅

外墻

240mm實心磚墻兩面抹灰，

K=2.0W∕(m2·K)

水泥砂漿＋矩形多孔空心磚＋保溫

砂漿，K=1.47W∕(m2·K)

外窗

單層鋁合金窗，內遮陽，

K=6.4W∕(m2·K)

單框雙玻塑鋼窗，內遮陽，

K=3.2W∕(m2·K)

屋面

鋼筋混凝土屋面加簡單保溫

隔熱措施，K=1.5W∕(m2·K)

鋼筋混凝土屋面加3cm厚的聚苯板

保溫層，K=0.96W∕(m2·K)

陽臺門

單層木門，K=4.7W∕(m2·K)

窗墻比

南北向的窗墻比平均為0.3

氣密性

外窗、陽臺門的氣密性均達到GB7017規(guī)定的Ⅲ級要求

外形尺寸

平面尺寸60×11m2，高16.8m，建筑面積3960m2

3日耗冷量差值的計算

冷負荷計算采用冷負荷系數(shù)法。

3.1外玻璃窗日射得熱形成的冷負荷

式中，F(xiàn)——外窗的面積，m2；

Ca——有效面積系數(shù)；取0.85；

Cz——玻璃窗的綜合遮擋系數(shù)，單層窗0.6，雙層窗0.516；

Djmax——日射得熱因數(shù)的最大值，南向173W∕m2，北向115W∕m2；

CLQ——外窗的冷負荷系數(shù)

3.2外墻、屋面和外窗瞬變傳熱形成的冷負荷

式中，F(xiàn)——外墻、屋面或外窗的面積，m2；

K——外墻、屋面或外窗的傳熱系數(shù)；W∕(m2·K)；｜

t1——外墻、屋面或外窗的冷負荷溫度逐時值，℃；

td——外墻、屋面或外窗的地點修正值，℃；

tnx——夏季室內設計溫度，26℃

3.3逐時冷負荷的

各圍護結構的冷負荷溫度逐時值、地點修正值和外窗冷負荷系數(shù)可從2中查到。表2為普通住宅和節(jié)能住宅外窗、外墻、屋面的逐時冷負荷計算結果。從表2可以看出，外窗負荷在圍護結構負荷中所占的比例較大，即使加上其他各項負荷，外窗負荷在總負荷中的比例仍然可以達到40％左右。窗戶的節(jié)能措施成為建筑能耗的主要因素之一，要實現(xiàn)住宅節(jié)能，必須提高外窗的隔熱保溫性能。

將全天的逐時負荷累加便得到全天的外窗、外墻及屋面耗冷量，普通住宅為2199.5kWh，節(jié)能住宅為1479.1kWh，兩者的差值為720.4kWh。兩者的其他各項冷負荷基本相同，主要是外窗、外墻及屋面冷負荷不同，可以認為節(jié)能住宅的日耗冷量比普通住宅減少720.4kWh。

表2逐時冷負荷計算結果（kW）時刻

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

普

通

住

宅

外窗

20.2

18.2

16

14.2

12.8

11.9

22.7

26

31.6

41.1

52

60.3

外墻

48.5

46.8

44.9

42.3

39.7

36.9

34.1

31.5

29

26.7

25.1

24.2

屋面

22.1

19.7

17.4

15.3

13.4

11.6

10

8.5

7.3

6.8

7.1

8.4

合計

90.8

84.7

78.3

71.8

65.9

60.4

66.8

66

67.9

74.6

84.2

92.9

節(jié)

能

住

宅

外窗

11.5

10.5

9.3

8.3

7.6

7

16.2

18.2

21.7

28.5

36.3

42.2

外墻

34.8

33.5

32.2

30.3

28.5

26.5

24.5

22.6

20.8

19.1

18

17.3

屋面

14.1

12.6

11.2

9.8

8.6

7.4

6.4

5.4

4.7

4.4

4.6

5.4

合計

60.4

56.6

52.7

48.4

44.7

40.9

47.1

46.2

47.2

52

58.9

64.9

時刻

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

普

通

住

宅

外窗

67.3

68.9

65

60.3

54.8

52

49.6

35.8

31.9

28.6

25.5

23

外墻

24.4

25.4

27.5

30.1

33.2

36.7

40.2

43.4

45.9

48

49.1

49.2

屋面

10.6

13.6

17

20.6

23.9

26.6

28.6

29.6

29.5

28.4

26.6

24.4

合計

102.3

107.9

109.5

111

111.9

115.3

118.4

108.8

107.3

105

101.2

96.6

節(jié)

能

住

宅

外窗

47

47.4

43.5

39

34.3

32.2

30.7

19.9

17.9

16.1

14.4

13.1

外墻

17.5

18.2

19.7

21.6

23.8

26.3

28.8

31.1

32.9

34.4

35.2

35.3

屋面

6.8

8.7

10.9

13.2

15.3

17

18.3

18.9

18.9

18.2

17

15.6

合計

71.3

74.3

74.1

73.8

73.4

75.5

77.8

69.9

69.7

68.7

66.6

64

4采暖期耗熱量差值的計算

熱負荷計算采用供暖熱負荷的計算。圍護結構溫差傳熱量為：

式中，F(xiàn)——某一圍護結構的散熱面積，m2；

K——該圍護結構的傳熱系數(shù)；W∕(m2·K)；

tnd——冬季室內設計溫度，18℃；

tw——室外計算溫度，取長沙的冬季空調室外計算溫度，－3℃

考慮附加后的圍護結構熱負荷為：

式中A1為朝向修正率，北向取0.05，南向取－0.2，東、西向?。?.05；A2為兩面外墻修正率，取0.05；A3為間歇附加率，取0.3。

按上述方法進行計算，得出普通住宅的圍護結構熱負荷為227.7kW，節(jié)能住宅的圍護結構熱負荷為138.8kW，兩者的差值為88.9kW。兩者的冷風滲透耗熱量基本相同，主要是圍護結構熱負荷不同，可以認為節(jié)能住宅的熱負荷比普通住宅減少88.9kW。

采用度日法計算節(jié)能住宅在采暖期的耗熱量的減少△QS。

式中，HDD18——以18℃為基準溫度的采暖度日數(shù)，長沙的HDD18為1557（℃·d）；

△Q——普通住宅與節(jié)能住宅的熱負荷差值，kW；

C——間歇采暖修正系數(shù)；取0.6；

經計算，節(jié)能住宅在采暖期的耗熱量比普通住宅減少94915kWh。

5性比較

本文要的是改善圍護結構對全年空調采暖能耗影響，因此設定普通住宅和節(jié)能住宅使用同樣的空調采暖設備。

根據家用空調器國家標準所規(guī)定的最低能效比，取家用空調器的能效比為2.3。，部分家庭冬季使用熱泵型空調器，部分家庭仍使用電熱型采暖器。為了不失一般性，考慮兩種采暖設備同時在住宅中存在，取采暖熱備的平均能效比為1.9。夏季空調時間100天，居民生活電價0.503元／kWh。則夏季空調耗電量可減少（720.4×100）÷2.3＝31322kWh，節(jié)省電費15755元；冬季采暖耗電量可減少94915÷1.9＝49955kWh，節(jié)省電費25127元。

該住宅的節(jié)能措施所增加的投資大致如下：采用雙層塑鋼窗比采用單層鋁合金窗增加投資100元／m2窗面積，采用矩形多孔空心磚加保溫砂漿比采用240實心磚墻要增加投資15元／m2墻面面積，采用3cm厚聚苯板做保溫層比簡單保溫隔熱處理要增加投資50元／m2屋面面積。綜合這三方面投資的增加，該節(jié)能住宅共需增加投資120192元（30.35元／m2），而1年可以節(jié)省空調采暖電費40882元，所增加的投資在2.9年內即可收回。普通住宅的造價按450元／m2計算，節(jié)能投資增長率為6.74％?？梢娫摴?jié)能住宅所采用的節(jié)能技術是經濟合理的，符合湖南的經濟水平，值得在湖南地區(qū)推廣。

6節(jié)能住宅在湖南地區(qū)的前景

從上文的分析可知，如果只考慮改善圍護結構的節(jié)能效果，節(jié)能住宅每年空調采暖耗電量可減少（31322＋49955）÷3960＝20.5kWh／m2。

據統(tǒng)計，2002年湖南省新建城鄉(xiāng)住宅建筑面積6770萬m2，其中新建的城鎮(zhèn)住宅建筑面積2802萬m2。如果在每年新建的城鎮(zhèn)住宅建筑中全部推廣節(jié)能住宅，一年可以節(jié)電2802萬m2×20.5kWh／m2＝5.74億kWh。

湖南的能源結構以煤為主，火力發(fā)電煤耗（單位發(fā)電量所消耗的標準煤）以0.41kg/kWh計，如果在湖南每年新建的城鎮(zhèn)住宅建筑中全部推廣節(jié)能住宅，一年可以節(jié)約標準煤23.55萬t，一年可減少燃煤發(fā)電所帶來的各種污染物排放量為：CO291.1萬t；SO20.525萬t；NOX0.213萬t；煙塵0.06萬t；煤渣7.71萬t。

由此可見，在湖南全面推廣節(jié)能住宅對于湖南地區(qū)節(jié)約能源、保護環(huán)境將會起到重要的作用。

文獻

［1］JGJ134—2001.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準.中華人民共和國行業(yè)標準.

［2］單寄平.空調負荷實用計算法.北京:建筑出版社,1989.

［3］付祥釗,主編.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

［4］陸耀慶,主編.實用供熱空調設計手冊.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

［5］錢以明.高層建筑空調與節(jié)能.上海:同濟大學出版社,1990.