建筑围护结构热工性能在建筑节能中的应用(2)

　　3.1 内部热环境质量要求严格的建筑节能措施分析

　　某些建筑因其功能的特殊性，要求建筑内部具有稳定的热环境，如档案馆库房对室内的温湿度及波幅要求较高，温度要求在14~24℃之间，昼夜温差 ±2℃以内，相对湿度保持在 45% ~ 60%,波幅±5%.严格的温湿度要求使得档案馆库房能耗高，空调设备的全年连续运行需相关人员加班维护，导致档案馆运行费用较高，这也是一直困扰档案馆的难题。华南理工大学（2009）的相关研究表明，广东省档案馆采用围护结构，主要是墙体综合节能技术（图 2），实现了在工作时间外不开启空调，室内温度依然能保证恒定。广东省档案馆 5 年的运行数据显示，该技术节能效果显着，并广泛应用于广东省各类档案库房类建筑。获得国家绿色建筑二星级标识的佛山档案馆也采用了这种围护结构（表 5）。

　　档案馆库房建筑的外围护结构具有高效的保温、遮阳、蓄热等热工性能，这种优异的热工性能可以保持建筑室内的温湿度，减少空调运行时间，从而降低空调能耗（图 3）。运用 DeST-c 2K（20100728版）软件对该档案馆进行室温及能耗模拟，在确定库房间歇使用空调能够保证室温满足要求的前提下，建筑围护结构和空调运行时间缩短对建筑节能具有一定的贡献。

　　3.1.1 室温模拟结果分析

　　选取夏至日（6 月 22 日）所在的一周（6 月 20 ~ 27 日）的时间作为研究对象，对顶层所有不同朝向的档案库房提取一天中库房温度最高值，根据模拟结果可以看出（图 4），在工作日 8:00 ~ 17:00开启空调，其余时间段关闭空调便可满足档案库房对温度的要求。

　　3.1.2 能耗模拟分析

　　档案库房的室内参数设置为：房间温度 22 ~ 16℃；湿度60% ~ 45%.明功率密度、热扰、人员密度和裙房部分的室内设计参数及空调作息均按《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）的相关规定，考虑库存状态，档案库房家具系数取值 35,设计建筑和参照建筑设置相同。

　　围护结构的高性能对降低建筑能耗的作用可分为两部分，首先是减少了传热损失和太阳辐射得热，其次是高性能使得空调运行时间减少，为此设置了设计建筑的两种工况进行计算：参照建筑库房部分空调作息为全时间段开启，设计建筑工况一的空调作息同参照建筑一致，为全时间段开启；工况二的空调作息为工作日的 8:00 ~ 17:00 开启，其余时间关闭，模拟结果如表 6 所示。

　　当设计建筑为工况一时，只有围护结构对建筑能耗有影响，建筑的空调全年计算负荷降低幅度达到 16.7%,可见当建筑内部需连续保证室内温湿度参数时，通过改善围护结构的热工性能，建筑空调全年计算负荷降低幅度可以达到 15%;当设计建筑为工况二时，由于围护结构良好的热惰性，建筑的空调全年计算负荷降低幅度达到 25%,节能效果显着。值得注意的是，由于造价、墙体厚度、窗墙比等的特殊性，这种围护结构在夏热冬暖地区是不可能被一般建筑所采用的。

　　3.2 以满足热舒适要求为主的建筑节能措施分析

　　大部分公共建筑的室内热环境以满足人的热舒适为主，这类建筑的温湿度要求在人的舒适范围内即可，吉沃尼（Givoni,1992）建议热湿气候区的舒适范围上限应扩及到气温 29℃、湿度 80% 的情形，他甚至建议，在充分通风环境下的舒适范围可扩大至气温 32℃、湿度 90%.在夏热冬暖地区的气候条件下适当提高热舒适上限，通过适当的建筑设计，公共建筑的大堂、过厅、走廊、休闲区等公共空间完全可以不设置空调。林宪德（2010）设计的台湾绿色魔法学校通过开口设计、遮阳设计、浮力通风设计，大厅以及和大厅相连的亚热带绿建筑博物馆均未设置空调，建筑面积相当于一层总面积的一半左右。

　　深圳市建筑科学研究院有限公司（2009）设计的深圳建科大楼采用了开放式大堂及以空中庭院形式设置的茶水间。黄印金（2012）指出番禺中心医院候诊厅采用自然通风设计，良好的自然通风气流能满足病人就医的环境舒适度，没有设置空调。

　　本文以佛山科技馆青少宫为例，分析建筑节能措施对降低空调负荷的作用。佛山科技馆青少宫以绿色三星级为建设目标。根据项目特点，经反复优化，主要采用良好的围护结构、大厅自然通风、外墙穿孔板遮阳等建筑节能技术。为减少太阳辐射对建筑的影响，采用穿孔铝板为外墙和外窗遮阳（图 5、6）。为减少公共空间的空调面积，科技馆和青少宫共用大厅，采用可活动的 Low-E 玻璃百叶，实现良好的遮阳和自然通风（图7）。通过DeST-c模拟得出具体的节能量化值，并计算出各种设计措施对空调节能贡献的比重。

　　3.2.1 围护结构性能对能耗影响

　　建筑除了外挑楼板、天窗遮阳系数不满足现行标准的规定性指标外，其余围护结构均满足，围护结构热工参数如表 7 所示。通过能耗模拟权衡计算，建筑的空调全年计算负荷降低幅度达到 4%（表 8 工况一）。如果进一步降低遮阳系数有一定的难度，大厅可改用自然通风并增加外墙穿孔板遮阳。

　　3.2.2 大厅自然通风对能耗的影响

　　建筑中部设置了 5 层高的入口公共大厅，建筑面积为 2 000m2,采用可开启的幕墙实现自然通风，不设置空调。经优化分析，压花玻璃百叶开启与水平面呈 60°时可实现最佳的遮阳通风效果。通过在大厅采用空调和自然通风，建筑的空调全年计算负荷降低幅度达到9.8%（表 8 工况二）。

　　3.2.3 穿孔板遮阳对能耗的影响

　　在夏热冬暖地区，遮阳对建筑能耗的降低尤为重要。通过遮阳可减少照射到建筑的太阳辐射量。该建筑选用的外立面穿孔板对建筑墙体起到遮挡作用，大大降低了能耗。李怡（2012）研究发现厚度5mm 的铝制穿孔板最佳穿孔率为 30%.通过在围护结构优化、大厅自然通风的基础上再采用穿孔板遮阳，建筑的空调全年计算负荷降低幅度达到 17.6%（表 8 工况三）。

　　最终数据显示：外墙穿孔板遮阳的节能量占整体节能量的44.3%,节能贡献最大；其次是公共大厅采用自然通风，此大厅面积约占总建筑面积的 2%,比例不大，但节能量占整体节能量的 32.7%,节能效果巨大；围护结构的节能贡献较小，为 23.0%.

　　4 总结

　　新版绿色建筑评价标准根据围护结构热工性能相对于国家和行业节能设计标准规定的提高程度或者供暖空调全年计算负荷的降低程度分档评分。夏热冬暖地区不同窗墙面积比的建筑应选择不同的评价方法：（1）对于大窗墙面积比建筑，宜在建筑满足全部规定性指标的前提下，按照外窗综合遮阳系数降低幅度进行评价，但实现起来具有一定的难度。（2）对于窗墙面积比小的建筑，若要得到新版标准第 5.2.3 条的 5 分，建议选择空调全年计算负荷降低幅度进行评价；若要得到第 11.2.1 条的 2 分加分，在建筑满足全部规定性指标的前提下，按照围护结构热工性能提高幅度进行评价；若要得到新版标准第 5.2.3 条的 10 分，需要综合考虑实际情况选取评价方法。

　　对于内部热环境质量要求严格的建筑，热工性能优异的围护结构可以从两方面实现节能：一方面采用良好的围护结构直接减少建筑能耗；另一方面可以利用良好的围护结构降低室外环境对建筑的影响，尽量保持建筑室内的温湿度，在不必要时减少空调运行时间，从而降低空调能耗。

　　对于以满足热舒适为主的建筑，应加强建筑开口设计、遮阳设计、自然通风设计，在保证人体舒适要求的前提下尽量减少空调的使用面积，或者尽量缩短建筑空调使用时间。

　　参考文献

　　[1] 中华人民共和国建设部 .GB/T 50378-2006 绿色建筑评价标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

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　　[4] 姬永洲 . 夏热冬暖地区民用建筑节能技术要点及浅析 [J]. 大众科技，2009（7）。

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