節(jié)能住宅與普通住宅

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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(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較；認(rèn)為在湖南地區(qū)推廣使用節(jié)能住宅具有很好的經(jīng)濟(jì)性，對湖南地區(qū)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。關(guān)鍵詞：節(jié)能住宅耗冷量耗熱量經(jīng)濟(jì)性1引言根據(jù)我國的建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)40℃以上，包括長沙在內(nèi)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(dá)60—80天。近年來，夏熱冬冷地區(qū)夏季空調(diào)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(diào)和冬季采暖的時(shí)間一般超過6個(gè)月，許多住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能很差，空調(diào)采暖設(shè)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(shí)期，空調(diào)用電約占城市總用電的1／3，住宅空調(diào)用電占空調(diào)用電的1／2以上。每年夏天的高溫時(shí)期，城市電網(wǎng)不堪重負(fù)，跳閘斷電、拉閘限電的現(xiàn)象時(shí)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(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，并分析了節(jié)能住宅在湖南地區(qū)的應(yīng)用前景。2計(jì)算條件以位于長沙市的一棟比較典型的六層住宅為計(jì)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(jù)2001年頒布實(shí)施的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)），按該地區(qū)住宅傳統(tǒng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)（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(diào)器降溫，計(jì)算出一個(gè)全年空調(diào)采暖能耗，作為住宅的基礎(chǔ)能耗值。而該地區(qū)的節(jié)能住宅必須達(dá)到全年空調(diào)采暖能耗在基礎(chǔ)能耗值的基礎(chǔ)上節(jié)能50％的指標(biāo)。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，除了改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能外，還須使用高效率的空調(diào)采暖設(shè)備，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)和使用高效率設(shè)備對住宅節(jié)能的貢獻(xiàn)均為25％左右。對該住宅的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取一系列節(jié)能措施（如表1右邊所示）。根據(jù)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采取這些節(jié)能措施能保證該住宅達(dá)到節(jié)能50％的指標(biāo)，該住宅采取這些節(jié)能措施后成為符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能住宅。表1各項(xiàng)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(shí)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(nèi)遮陽，K=6.4W∕(m2·K)單框雙玻塑鋼窗，內(nèi)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(tái)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(tái)門的氣密性均達(dá)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3960m23日耗冷量差值的計(jì)算冷負(fù)荷計(jì)算采用冷負(fù)荷系數(shù)法。3.1外玻璃窗日射得熱形成的冷負(fù)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(fù)荷系數(shù)3.2外墻、屋面和外窗瞬變傳熱形成的冷負(fù)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(fù)荷溫度逐時(shí)值，℃；   　td——外墻、屋面或外窗的地點(diǎn)修正值，℃；   　tnx——夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，26℃3.3逐時(shí)冷負(fù)荷的計(jì)算各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷溫度逐時(shí)值、地點(diǎn)修正值和外窗冷負(fù)荷系數(shù)可從文獻(xiàn)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(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。從表2可以看出，外窗負(fù)荷在圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷中所占的比例較大，即使加上其他各項(xiàng)負(fù)荷，外窗負(fù)荷在總負(fù)荷中的比例仍然可以達(dá)到40％左右。窗戶的節(jié)能措施成為影響建筑能耗的主要因素之一，要實(shí)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(shí)負(fù)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(xiàng)冷負(fù)荷基本相同，主要是外窗、外墻及屋面冷負(fù)荷不同，可以認(rèn)為節(jié)能住宅的日耗冷量比普通住宅減少720.4kWh。表2逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果（kW）時(shí)刻01234567891011普通住宅外窗20.218.21614.212.811.922.72631.641.15260.3外墻48.546.844.942.339.736.934.131.52926.725.124.2屋面22.119.717.415.313.411.6108.57.36.87.18.4合計(jì)90.884.778.371.865.960.466.86667.974.684.292.9節(jié)能住宅外窗11.510.59.38.37.6716.218.221.728.536.342.2外墻34.833.532.230.328.526.524.522.620.819.11817.3屋面14.112.611.29.88.67.46.45.44.74.44.65.4合計(jì)60.456.652.748.444.740.947.146.247.25258.964.9時(shí)刻121314151617181920212223普通住宅外窗67.368.96560.354.85249.635.831.928.625.523外墻24.425.427.530.133.236.740.243.445.94849.149.2屋面10.613.61720.623.926.628.629.629.528.426.624.4合計(jì)102.3107.9109.5111111.9115.3118.4108.8107.3105101.296.6節(jié)能住宅外窗4747.443.53934.332.230.719.917.916.114.413.1外墻17.518.219.721.623.826.328.831.132.934.435.235.3屋面6.88.710.913.215.31718.318.918.918.21715.6合計(jì)71.374.374.173.873.475.577.869.969.768.766.6644采暖期耗熱量差值的計(jì)算熱負(fù)荷計(jì)算采用供暖熱負(fù)荷的計(jì)算方法。圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫差傳熱量為：式中，F(xiàn)——某一圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱面積，m2；   　K——該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)；W∕(m2·K)；   　tnd——冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，18℃；   　tw——室外計(jì)算溫度，取長沙的冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度，－3℃考慮附加后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為：式中A1為朝向修正率，北向取0.05，南向?。?.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(jìn)行計(jì)算，得出普通住宅的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為227.7kW，節(jié)能住宅的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為138.8kW，兩者的差值為88.9kW。兩者的冷風(fēng)滲透耗熱量基本相同，主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷不同，可以認(rèn)為節(jié)能住宅的熱負(fù)荷比普通住宅減少88.9kW。采用度日法計(jì)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(zhǔn)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(fù)荷差值，kW；   　C——間歇采暖修正系數(shù)；取0.6；經(jīng)計(jì)算，節(jié)能住宅在采暖期的耗熱量比普通住宅減少94915kWh。5經(jīng)濟(jì)性比較本文要分析的是改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)對全年空調(diào)采暖能耗影響，因此設(shè)定普通住宅和節(jié)能住宅使用同樣的空調(diào)采暖設(shè)備。根據(jù)家用空調(diào)器國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最低能效比，取家用空調(diào)器的能效比為2.3。目前，部分家庭冬季使用熱泵型空調(diào)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(shè)備同時(shí)在住宅中存在，取采暖熱備的平均能效比為1.9。夏季空調(diào)時(shí)間100天，居民生活電價(jià)0.503元／kWh。則夏季空調(diào)耗電量可減少（720.4×100）÷2.3＝31322kWh，節(jié)省電費(fèi)15755元；冬季采暖耗電量可減少94915÷1.9＝49955kWh，節(jié)省電費(fèi)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(shí)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(diào)采暖電費(fèi)40882元，所增加的投資在2.9年內(nèi)即可收回。普通住宅的造價(jià)按450元／m2計(jì)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(shù)是經(jīng)濟(jì)合理的，符合湖南的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，值得在湖南地區(qū)推廣。6節(jié)能住宅在湖南地區(qū)的應(yīng)用前景從上文的分析可知，如果只考慮改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果，節(jié)能住宅每年空調(diào)采暖耗電量可減少（31322＋49955）÷3960＝20.5kWh／m2。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jié)構(gòu)以煤為主，火力發(fā)電煤耗（單位發(fā)電量所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤）以0.41kg/kWh計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)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(hù)環(huán)境將會(huì)起到重要的作用。參考文獻(xiàn)［1］JGJ134—2001.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).   ［2］單寄平.空調(diào)負(fù)荷實(shí)用計(jì)算法.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1989.   ［3］付祥釗,主編.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術(shù).北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.   ［4］陸耀慶,主編.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)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(diào)與節(jié)能.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.