建筑热工节能设计计算与分析

一、 建筑概况

 

城市：上海（北纬=31.37 东经=121.43  HDD18=1691  CDD26=164）

建筑名称：小别墅 朝向：   北偏西17.6 度   

建筑形状：点式建筑 体形系数：   0.68    

 

 

节能建筑面积： 193.61    m2  建筑体积： 639.23   m3

建筑表面积： 436.58   m2     建筑层数： 2层     

建筑物高度：  6.20   m          

二、围护结构热工计算

1、墙体工程：

外墙主要构造为：15mm花岗岩,玄武岩+30mm膨胀聚苯板+20mm水泥砂浆+240mm粘土多孔砖+20mm混合砂浆。

内墙主要构造为：20mm水泥砂浆+120mm粘土多孔砖+20mm水泥砂浆。

具体参数的计算如下：

表1 外墙热工性能计算

外墙类型	厚度	导热系数	蓄热系数	热阻值	热惰性指标	导热系数
每层材料名称	(mm)	W/m.K	W/(m2.k)	(m2.K)/W	D=R.S	修正系数
花岗岩,玄武岩	15	3.49	25.49	0.004	0.11	1.00
膨胀聚苯板	30	0.046	0.40	0.652	0.26	1.10
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.24	1.00
粘土多孔砖	240	0.58	7.92	0.414	3.28	1.00
混合砂浆	20	0.87	10.75	0.023	0.25	1.00
墙体各层之和	325			1.12	4.14
墙体热阻RO=Ri+∑R+Re	1.27 (m2.K/W)
墙体传热系数	0.79(W/m2.K)

 

典型墙体平均传热系数的计算数据如下：

表2 典型外墙平均传热系数

外墙主体厚度 (mm)	计算单元外墙 面积(m2)	外墙各部位面积(m2)
		主墙体		构造柱	圈梁	过梁	墙内楼板
240	5.94	4.08		0.72	0.57	0.23	0.34
各部位的传热系数(W/m2.C)		0.79		1.01	1.01	1.01	0.79
外墙平均传热系数(W/m2.C)Km=0.85				外墙的热惰性指标D=4.14
外墙内表面最高温度TMAX=35.18
外墙传热系数限值(W/m2.C)1.00			外墙内表面温度限值(C)36.10
满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.8条Km≤1.0 D≥2.5的要求，外墙内表面最高温度为35.18℃,小于规范要求的36.10℃的夏季室外最高计算温度。符合规范要求。

 

表3  内墙热工性能计算

内墙类型 每层材料名称	厚度   (mm)	导热系数 W/m.K	蓄热系数 W/(m2.K)	热阻值 (m2.K)/W	热惰性指标 D=R.S	导热系数 修正系数
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.24	1.00
粘土多孔砖	120	0.58	7.92	0.207	1.64	1.00
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.24	1.00
墙体各层之和	160			0.25	2.12
墙体热阻Ro=Ri+∑R+Re=0.40(m2.K/W)
墙体传热系数Kp=1/Ro=2.49W/(m2.K)
不满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.8条K≤2.0的要求。

 

2、屋面工程：

屋面主要构造为：40mm碎石，卵石混凝土+隔离层（不计入）+40mm挤塑聚苯板 +20mm水泥砂浆+15mm沥青油毡+20mm水泥砂浆+100mm粉煤灰陶粒混凝土+100mm钢筋混凝土+20mm混合砂浆

具体参数的计算如下： 

表4 屋面热工性能计算

屋顶类型 每层材料名称	厚度   (mm)	导热系数 W/m.K	蓄热系数 W/(m2.K)	热阻值 (m2.K)/W	热惰性指标 D=R.S	导热系数 修正系数
碎石，卵石混凝土	40	1.51	15.36	0.026	0.407	1.00
隔离层	不计入
挤塑聚苯板	40	0.033	0.35	1.212	0.424	1.10
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.245	1.00
沥青油毡,油毡纸	15	0.17	3.33	0.088	0.294	1.00
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.245	1.00
粉煤灰陶粒混凝土	100	0.95	11.40	0.105	1.20	1.00
钢筋混凝土屋面板	100	1.74	17.20	0.057	0.989	1.00
混合砂浆	20	0.87	10.75	0.023	0.247	1.00
屋顶各层之和	355			1.56	4.05
屋顶热阻Ro=Ri+∑R+Re	1.71(m2.K/W)
屋顶传热系数	0.58W/(m2.K)
满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.8条K≤0.8, D≥2.5的要求。

3、楼面：

楼板主要构造为：20mm水泥砂浆+ 120mm钢筋混凝土+20mm水泥砂浆

具体参数的计算如下：

表5 楼板热工性能计算

楼板类型 每层材料名称	厚度   (mm)	导热系数 W/m.K	蓄热系数 W/(m2.K)	热阻值 (m2.K)/W	热惰性指标 D=R.S	导热系数 修正系数
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.245	1.00
钢筋混凝土	120	1.74	17.20	0.069	1.186	1.00
水泥砂浆	20	0.93	11.37	0.022	0.245	1.00
楼板各层之和	160			0.113	1.68	1.00
楼板热阻Ro=Ri+∑R+Re=0.33 (m2.K/W)
楼板传热系数Kp=1/Ro=3.03W/(m2.K)
不满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.8条K≤2.0的要求

 

4、门窗工程：

门窗框料选用不断热铝合金窗框，玻璃采用5ｍｍ+12Amm+5mm的普通双层中空玻璃。

户门采用双层金属门板，中间填充15mm厚矿棉板。

具体参数的计算如下： 

表6 窗户热工性能计算

门窗类型	规格型号	窗墙比	朝向	传热系数 w/（m2·k）	气密性1-6层	气密性7层及以上	K限值
1、	铝合金普通双层中空玻璃窗	0.31	南	3.6	III	II	≤3.2
K值和窗墙比不满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.4，4.0.7条要求， 窗墙比为组合体标准层的南向平均值
1、	铝合金普通双层中空玻璃窗	0.16	东	3.6	III	II	≤4.7
K值和窗墙比满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.4，4.0.7条要求， 窗墙比为组合体标准层的东向平均值
1、	铝合金普通双层中空玻璃窗	0.05	西	3.6	III	II	≤4.7
K值和窗墙比满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.4，4.0.7条要求， 窗墙比为组合体标准层的西向平均值
1、	铝合金普通双层中空玻璃窗	0.07	北	3.6	III	II	≤4.7
除南向外，K值和窗墙比满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.4，4.0.7条要求， 窗墙比为组合体标准层的北向平均值

 

表7  户门热工性能计算

户门类型号	玻璃厚度类型	传热系数K (W/(m2.K)	K限值
1	双层金属门板，中间填充15mm厚矿棉板	2.47	≤3.0
满足夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准4.0.8条K≤3.0的要求

 

5、静态指标计算分析结论：

(一) 体形系数未满足标准要求。

(二) 南向外窗的传热系数未满足标准要求。

     东向外窗的传热系数满足标准要求。

     西向外窗的传热系数满足标准要求。

     北向外窗的传热系数满足标准要求。

(三) 外墙的传热系数满足要求。

(四) 内墙的传热系数未满足要求。

(五) 屋顶的传热系数满足标准要求。

(六) 楼板的传热系数未满足标准要求。

(七) 户门的传热系数满足标准要求。

根据计算，该建筑物的体形系数、南向外窗、内墙、楼板的传热系数等指标未能满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的第4.0.3、4.0.4和4.0.8条规定的相应要求，所以根据规范第5.0.1条的规定，应该计算和判定建筑物的节能综合指标——全年耗电量是否满足标准要求。

三、动态计算部分分析

(如不符合《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的第4.0.3、4.0.4和4.0.8条规定，必须进行动态能耗计算)

 

节能综合指标计算条件：

居室室内计算温度，冬季全天为18℃；夏季全天为26℃.

室外气象计算参数采用典型气象年。

采暖和空调时，换气次数为1.0次/h。

采暖、空调设备为家用气源热泵空调器，空调额定能效比取2.3,采暖额定能效比取1.9。

室内照明得热为每平方米每天0.0141kWh，室内其他得热平均强度为4.3W/m2。

表8 冬季结果

	动态分析计算结果		节能综合指标限值
HDD18	耗热量指标	采暖年耗电量	耗热量指标	采暖年耗电量
(℃.d)	(W/m2)	(kWh/m2)	(W/m2)	(kWh/m2)
1691	76.53	40.28	17.42	31.00

 

表9 夏季结果

	动态分析计算结果		节能综合指标限值
CDD26	耗冷量指标	空调年耗电量	耗冷量指标	空调年耗电量
(℃.d)	(W/m2)	(kWh/m2)	(W/m2)	(kWh/m2)
164	47.50	20.65	26.64	24.06

 全年耗电量=60.93 (kWh/m2)

 

 

四、动态计算结果大于标准限值的原因分析及解决方法

标准中对体形系数、围护结构传热系数的有关要求采用的是以六层、多层住宅建筑为基础建筑模型，按其达到节能50%而计算得到的，将这一“基准”建筑物节能50%后的单位建筑面积能耗作为标准用于所有种类的居住建筑节能设计时，低层住宅、特别是小别墅就较难达到能耗限值的要求。

因此，采用“参考模型”作为所设计建筑的基础模型，使所有设计建筑有一个相对的节能达标标准，但有着相同的节能率。这里所说的“参照建筑”是用来进行对比评定的节能建筑。首先，参照建筑在大小、形状、朝向等各个方面与所设计的实际建筑物相同。而且，由于参照建筑是节能建筑，因而它的围护结构热工性能参数满足标准的最低要求。这样的参照建筑是一个刚好满足节能要求的建筑。把所设计的建筑与之相比，即要求所设计的建筑可以满足节能设计的最低要求。

简单地说，在相同的计算条件下，用相同的计算方法，所设计建筑的空调采暖年耗电量

EC≤ECref

式中 EC---所设计建筑的空调采暖年耗电量（kW.h/m2）

     ECref-参照建筑的空调采暖年耗电量（kW.h/m2）

参照建筑应按下列原则确定：

参照建筑的形状、大小和朝向均应与所设计建筑完全相同；

节能设计进行综合评价的建筑，其参照建筑的围护结构各部分的传热系数和热惰性指标应符合下表的要求。

表10  参照建筑的热工数据

屋顶	外墙	外窗（含阳台透明部分窗墙面积比0.25）	分户墙和楼板	底部自然通风的架空楼板	户门
K=1.0 D=3.0	K=1.5 D=3.0	K=4.7	K=2.0	K=1.5	K=3.0

 

根据以上参数，动态计算分析计算结果如下表所示：

表11  动态计算结果比较

参照建筑物			实际建筑物
采暖年耗电量	空调年耗电量	年耗电量之和	采暖年耗电量	空调年耗电量	年耗电量之和
55.26	22.72	77.98	40.28	20.65	60.94

 

结论：设计建筑物全年耗电量 ≤ 参照建筑物全年耗电量，所以采用“对比评定法”对该建筑物进行节能评估，可以认为该建筑物是节能建筑。

 

四、节能计算综合结果

该建筑的静态指标虽然有若干项不满足标准第四章的相应要求，但是根据标准第五章的要求对该建筑物节能综合指标——采暖和空调年耗电量进行全年的动态计算后，结果其全年耗电量小于《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》  JGJ 134-2001规定的限值，符合标准规定的建筑节能设计要求。

 

 

 

 

 

设计计算人：朱朝辉

2006年3月9日