圍護(hù)結(jié)構(gòu)及建筑內(nèi)設(shè)備對(duì)能耗的影響仿真分析案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u15590圍護(hù)結(jié)構(gòu)及建筑內(nèi)設(shè)備對(duì)能耗的影響仿真分析案例綜述 1139051.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)能耗的影響 175321.2照明功率對(duì)能耗的影響 6140111.3設(shè)備負(fù)荷對(duì)能耗的影響 9258201.4小結(jié) 121.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)能耗的影響維護(hù)結(jié)構(gòu)包括墻體、屋頂、窗戶等結(jié)構(gòu)，其中，外墻對(duì)建筑能耗的影響較大。在廣東地區(qū)，氣候夏熱冬暖，外墻良好的隔熱性能將會(huì)大大降低建筑的能耗。因此，本節(jié)重點(diǎn)研究建筑外墻對(duì)墻體能耗的影響。外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)其中的一種，室內(nèi)室外的熱量交換都要通過外墻，而外墻的傳熱系數(shù)是熱量交換的過程中重要的影響因素，所以，接下來研究外墻的傳熱系數(shù)對(duì)建筑各能耗的影響。圖1.1外墻傳熱系數(shù)對(duì)能耗的影響廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ15《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及國(guó)家《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定外墻傳熱系數(shù)不大于0.65W/(m2·K)。因此本研究基于此規(guī)定，將傳熱系數(shù)的修改間隔設(shè)為0.5W/(m2·K)，在EnergyPlus軟件中進(jìn)行能耗模擬，研究外墻傳熱系數(shù)在0.3~0.6W/(m2·K)范圍內(nèi)對(duì)校園建筑能耗的影響。結(jié)果如圖1.1。由于廣東地區(qū)的制熱需求較少，總體來說制熱能耗明顯小于制冷能耗，而無論是制熱還是制冷能耗，都隨著外墻的傳熱系數(shù)增加而增加。當(dāng)外墻傳熱系數(shù)增加，室內(nèi)和室外的熱量交換變得更加頻繁，因此能耗也會(huì)增加。圖1.2外墻傳熱系數(shù)對(duì)制冷能耗的影響對(duì)于制冷能耗，其隨外墻的傳熱系數(shù)增大而增大，是因?yàn)橥鈮鳠嵯禂?shù)增大，意味著外墻的隔熱性能越來越差，室內(nèi)外溫差小，空調(diào)制冷就更困難，需要更高的功耗才能不斷將熱量帶到外界，因此制冷能耗會(huì)不斷增大。圖1.3外墻傳熱系數(shù)對(duì)制熱能耗的影響對(duì)于制熱能耗，由于冬季廣東地區(qū)氣候溫暖，對(duì)建筑外墻的保溫性能要求不大，因此制熱能耗隨傳熱系數(shù)增大而變化的幅度不大，但仍會(huì)增大。綜上，在外墻的選材、設(shè)計(jì)、施工的過程中，應(yīng)該重點(diǎn)考慮外墻材料的隔熱性能，另外，還需同時(shí)考慮防潮、防霉、防風(fēng)等性能。圖1.4外墻傳熱系數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)能耗的影響風(fēng)機(jī)的能耗隨外墻傳熱系數(shù)增大而增大。當(dāng)外墻的傳熱系數(shù)增大，室內(nèi)外熱量交換變得更加頻繁，因此溫差會(huì)逐漸減小，此過程中風(fēng)機(jī)需要消耗更多能量。圖1.5外墻傳熱系數(shù)對(duì)照明能耗的影響要減少建筑能耗，減小外墻的傳熱系數(shù)是一個(gè)十分可行的方法。然而，一味追求減小傳熱系數(shù)會(huì)導(dǎo)致建材成本、人工費(fèi)用成本增加，應(yīng)綜合考慮理論與實(shí)際等多方面因素，選擇合適的外墻傳熱系數(shù)。另外，由于廣東地區(qū)夏季多暴雨、臺(tái)風(fēng)，且氣候潮濕，梅雨多，還應(yīng)綜合考慮建筑的位置、材料的防潮性能等因素。上述報(bào)告了外墻總傳熱系數(shù)對(duì)建筑的能耗影響，接下來研究不同的建筑材料對(duì)能耗的影響。建筑外墻由200mm標(biāo)準(zhǔn)重量混凝土砌塊、石膏板、灰泥外層組成，不同的材料的熱工性能各不相同。將外墻組成分為四種情況，分別為：含三種材料、無混凝土砌塊、無石膏板、無灰泥的外墻。表2-1不同外墻建筑材料對(duì)建筑能耗的影響含全部材料無石膏板無200mm標(biāo)準(zhǔn)重量混凝土砌塊無外墻灰泥層年平均單位面積能耗（kWh/m2）188.93189.01189.01188.95年平均單位面積能耗與含全部材料差（kWh/m2）00.0816.830.02圖1.6外墻材料對(duì)能耗的影響模擬出的結(jié)果如圖1.6?？梢钥闯觯捎趶V東室外氣溫較高，室內(nèi)想要保持良好的制冷溫度，就要墻體有良好的隔熱效果。200mm標(biāo)準(zhǔn)重量混凝土砌塊對(duì)建筑能耗的影響最大，而外墻灰泥層影響最小。1.2照明功率對(duì)能耗的影響在校園中，照明情況對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、教師的辦公效率及其他工作人員的工作效率影響很大，而不合理使用照明燈具又會(huì)極大提高建筑能耗。校園當(dāng)中，教室的照明功率是總的照明功率中極大的一部分。因此，重點(diǎn)研究教室內(nèi)照明功率對(duì)建筑能耗的影響，而將大廳、走廊等區(qū)域的照明功率設(shè)置恒定為10W/m2。圖1.7照明功率對(duì)能耗的影響為了保護(hù)學(xué)生視力，提高教師的教學(xué)效果，國(guó)家規(guī)定教室照明燈具的平均照度需要維持在300lx，照明功率在9~20W/m2之間。本研究取教室照明功率范圍為10~20W/m2，修改間隔為2W/m2，進(jìn)行能耗模擬。結(jié)果如圖1.5。當(dāng)照明功率增加，照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為光能時(shí)會(huì)釋放一部分熱量，室內(nèi)溫度會(huì)升高，在夏季需要制冷時(shí)，室內(nèi)溫度升高會(huì)導(dǎo)致制冷溫差變大，空調(diào)需要消耗更多的能量來使更高的溫度降低到指定制冷溫度，則制冷能耗增加。圖1.7照明功率對(duì)制冷能耗的影響圖1.8照明功率對(duì)制熱能耗的影響對(duì)于制熱功率，由于廣東地區(qū)對(duì)制熱需求不大，因此整體制熱能耗明顯小于制冷能耗。照明功率增大導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高，在冬季，室內(nèi)需要制熱升溫，此時(shí)空調(diào)只需要消耗較少的能量即可將溫度升高到指定的溫度點(diǎn)，因此能耗下降。圖1.8照明功率對(duì)風(fēng)機(jī)能耗的影響當(dāng)照明功率增加，電燈的運(yùn)作會(huì)散發(fā)熱量，從而使室內(nèi)的溫度升高，為了維持室內(nèi)的溫度在某一恒定值，風(fēng)機(jī)需要增加運(yùn)作頻率，加大散熱，特別是在廣東地區(qū)，夏季炎熱，室內(nèi)悶熱，空氣流通性小，因此室內(nèi)外溫差很小，而照明功率使得其更小，風(fēng)機(jī)需增加功耗才能將溫度降低到合適的點(diǎn)，因此風(fēng)機(jī)能耗會(huì)隨著照明功率的增加而增加。圖1.9照明功率對(duì)照明能耗的影響節(jié)假日期間學(xué)校的教室、辦公室都不使用，若不關(guān)燈將造成能源浪費(fèi)。在EnergyPlus中，將節(jié)假日時(shí)，教室、辦公室、走廊的照明功率設(shè)置為0W/m2，進(jìn)行能耗模擬。結(jié)果如下。圖1.10節(jié)假日教室關(guān)燈情況對(duì)能耗的影響節(jié)假日還保持照明設(shè)備開啟會(huì)導(dǎo)致年均增加約3kWh/m2能耗，年均總能耗增加21535kWh，造成大量的能耗浪費(fèi)。綜上，在選取照明設(shè)備時(shí)，應(yīng)在保護(hù)學(xué)生視力的前提下，選擇節(jié)能的LED燈，降低照明能耗。在挑選照明設(shè)備時(shí)，還應(yīng)考慮燈光的冷暖色調(diào)，保持良好的學(xué)習(xí)氛圍。同時(shí)，也應(yīng)考慮校園的時(shí)間安排，在休息時(shí)間、節(jié)假日，關(guān)閉教室、辦公室等區(qū)域的照明設(shè)備，節(jié)約能源。1.3設(shè)備負(fù)荷對(duì)能耗的影響本節(jié)中的設(shè)備指除照明設(shè)備以外的耗電設(shè)備，如：電腦、洗衣機(jī)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。國(guó)家《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，圖書館的用電指標(biāo)在15~60W/m2，實(shí)驗(yàn)室的用電指標(biāo)宜在20~60W/m2，辦公樓的用電指標(biāo)宜在30~70W/m2。圖1.11設(shè)備負(fù)荷對(duì)能耗的影響綜合各類指標(biāo)，將設(shè)備負(fù)荷的范圍選定為25~50W/m2，間隔為5W/m2，共模擬6次，得出結(jié)果如圖1.9。由圖1.9可以看出，設(shè)備負(fù)荷的增加會(huì)影響到制冷、制熱、風(fēng)機(jī)的能耗，本節(jié)分別單獨(dú)分析設(shè)備負(fù)荷對(duì)上述各能耗的影響。 圖1.12設(shè)備負(fù)荷對(duì)制冷能耗的影響從圖1.10中可以看出，設(shè)備負(fù)荷增加時(shí)，制冷能耗增加。當(dāng)設(shè)備負(fù)荷增加，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，能量轉(zhuǎn)化的過程中，會(huì)釋放出熱量，室內(nèi)溫度升高，在夏天，天氣炎熱，此時(shí)室內(nèi)外溫差會(huì)變小，空調(diào)需要從室內(nèi)帶走更多的熱量，則制冷能耗增加。圖1.13設(shè)備負(fù)荷對(duì)制熱能耗的影響由圖1.11，當(dāng)設(shè)備負(fù)荷增加，設(shè)備耗電時(shí)散發(fā)的熱能會(huì)使室內(nèi)溫度提高，對(duì)于需要制熱的冬季，室內(nèi)外溫度差變大，空調(diào)只需要更少的能量即可提高室內(nèi)溫度，因此能耗降低。圖1.14設(shè)備負(fù)荷對(duì)風(fēng)機(jī)能耗的影響風(fēng)機(jī)隨設(shè)備負(fù)荷的增加而增加，如上，設(shè)備運(yùn)作也會(huì)在能量轉(zhuǎn)化的過程中散失一部分熱能，致使室內(nèi)溫度增加，因此空調(diào)需要加大風(fēng)機(jī)的運(yùn)作來達(dá)到降溫效果。考慮到為學(xué)校，學(xué)生處于青春期，生長(zhǎng)發(fā)育速度比成年人快，活動(dòng)也比成年人更加頻繁，因此風(fēng)機(jī)的散熱需求就更大，能耗會(huì)增加。由圖1.15可看出，設(shè)備負(fù)荷的增加對(duì)內(nèi)外部照明能耗幾乎沒有影響。圖1.15設(shè)備負(fù)荷對(duì)其他能耗的影響1.4小結(jié)對(duì)于外墻，在廣東地區(qū)選擇建筑外墻材料時(shí)，選擇傳熱系數(shù)較低的外墻材料可降低建筑能耗。但是隔熱性能越好的建筑材料，成本也可能隨之增加，另外，還需要檢測(cè)材料是否有良好的防潮、防變形性能，以適應(yīng)廣東地區(qū)多暴雨、多臺(tái)風(fēng)的悶熱天氣。綜合多項(xiàng)因素考慮，選出性價(jià)比較高的節(jié)能材料。對(duì)于照明設(shè)備，隨著其功率的增加，建