安徽建筑大學(xué) 王勇

安徽建元裝飾工程有限公司 王世好 張兵 楊德勝

　　【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，政府部門(mén)愈發(fā)重視建筑物的節(jié)能問(wèn)題。為合理控制建筑物內(nèi)的節(jié)能問(wèn)題，本文通過(guò)分析不同類(lèi)型外窗對(duì)合肥市住宅建筑能耗的影響，并利用Design Builder能耗模擬軟件計(jì)算每年的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷，以此為基礎(chǔ)來(lái)獲得全年累計(jì)冷熱消耗量。同時(shí)，分析不同外窗的節(jié)能效率和經(jīng)濟(jì)性，并從經(jīng)濟(jì)性的投資回收期、差額凈現(xiàn)值兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在合肥市，LOW-E玻璃的節(jié)能性要超過(guò)其他玻璃。

　　【關(guān)鍵詞】：公共建筑;節(jié)能分析;外窗玻璃;經(jīng)濟(jì)分析

　　一、 前言

　　近年來(lái)，我國(guó)建筑物數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的態(tài)勢(shì)。城鄉(xiāng)建筑中有90%屬于高能耗建筑物，新建建筑物中高能耗建筑物甚至達(dá)到95%。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在以往圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中外窗面積占到了1/3，通過(guò)外窗傳熱所產(chǎn)生的能耗是整個(gè)墻體的數(shù)倍。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)國(guó)家提倡的節(jié)約能耗戰(zhàn)略計(jì)劃，合肥市提出商業(yè)節(jié)能執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定城鎮(zhèn)新建建筑物節(jié)能高于50%，施工階段強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)率達(dá)到并超過(guò)98%。在信息化時(shí)代背景下，國(guó)內(nèi)對(duì)窗體材料節(jié)能重視程度不足，但從目前外窗節(jié)能情況來(lái)看，利用節(jié)能窗作為建筑物外窗，具有效果顯著、投資少、收回快等特點(diǎn)，能有效滿(mǎn)足國(guó)家節(jié)能規(guī)定，所以加大外窗節(jié)能研究力度對(duì)提高建筑物能源利用率有重要意義[1]。

　　二、 工程概況

　　信達(dá)銀信廣場(chǎng)項(xiàng)目坐落于合肥市高新區(qū)黃山路與科學(xué)大道交口處，西至科學(xué)大道，東側(cè)為城市綠化。規(guī)劃用地總面積約14.43畝，總建筑面積63272.7平方米。地上分兩個(gè)單體，其中高層寫(xiě)字樓(25F)36917.68平方米，多層寫(xiě)字樓(6F)11172平方米;地下兩層，建筑面積14896.55平方米[2]。

　　三、 建模仿真及外窗改造方案

　　(一) 建模仿真軟件和建筑模型

　　在信息化時(shí)代背景下，通常利用Design Builder、DOE-2、BLAST等軟件作為能耗模擬軟件。本文主要使用Design Builder軟件來(lái)開(kāi)展建模仿真工作，該軟件能準(zhǔn)確模擬出項(xiàng)目的全年累計(jì)冷負(fù)荷和熱負(fù)荷、全年建筑總能耗、峰值熱負(fù)荷和冷負(fù)荷等內(nèi)容[3]。

　　(二) 最初建筑模型參數(shù)設(shè)置

　　根據(jù)研究對(duì)象的工廠實(shí)際情況來(lái)確定軟件實(shí)際數(shù)值，其中建筑最初維護(hù)結(jié)構(gòu)材料和參數(shù)如下：

　　1. 外墻結(jié)構(gòu)：墻體材料200mm+水泥砂漿20mm+保溫材料20mm

　　2.屋頂結(jié)構(gòu)：油氈5mm+陶土瓦25mm+巖棉240mm

　　3. 外墻：無(wú)遮陽(yáng)設(shè)施+單片透明玻璃6mm+塑鋼窗框

　　(三) 外窗改造方案

　　目前合肥市常用的節(jié)能建筑外窗玻璃材料參數(shù)和價(jià)格如表1所示。本文通過(guò)對(duì)其中五種外窗方案進(jìn)行模擬分析，給合肥市外窗玻璃選型提供最合理的方案[4]。

　　四、 外窗選型方案仿真結(jié)構(gòu)及分析

　　(一) 外窗選型方案能耗仿真結(jié)構(gòu)

　　全年總耗電量主要包括生活用熱水、房間耗電、全年制冷耗電等，全年總能耗是指全年總熱能耗和全年總耗電量之和。利用Design Builder軟件能準(zhǔn)確計(jì)算出建筑物每年的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每年中旬是冷負(fù)荷的最高值，上旬是熱負(fù)荷的巔峰值，其全年總耗電量在136429.8KW*H。同時(shí)，就國(guó)內(nèi)外窗節(jié)能情況而言，利用節(jié)能窗作為建筑物外窗，具有效果顯著、投資少、收回快等特點(diǎn)，能有效滿(mǎn)足國(guó)家節(jié)能規(guī)定，所以加大外窗節(jié)能研究力度對(duì)提高建筑物能源利用率有重要意義。通過(guò)從不同方面分析外窗玻璃存在的優(yōu)勢(shì)，LOW-E中空玻璃節(jié)能效果最佳[5]。

　　(二) 外窗選型方案節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性分析

　　1. 外窗選型方案節(jié)能性分析

　　以單片透明玻璃材料為基礎(chǔ)，科學(xué)分析出其他幾種外窗材料的節(jié)能效果和能耗效果(如表2所示)。表2節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1) LOW-E中空玻璃在全年采暖能耗方面節(jié)能效果最佳，其與單片玻璃相比，采暖能耗降低了7.58%，尤其是冬季的熱負(fù)荷下降非常明顯。

　　(2) 從制冷節(jié)能效果方面來(lái)看，熱反射鍍膜玻璃性能完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其制冷下降率最好，達(dá)到12.05%，且風(fēng)氣冷負(fù)荷下降了7.85%。

　　(3) 全年制冷耗電量是整個(gè)耗電量的重要環(huán)節(jié)。由于窗體材料存在較強(qiáng)的差異性，其耗電量會(huì)出現(xiàn)不同程度的差距，下降頻率只有4.12%。但由于熱反射鍍膜玻璃在冬季采暖能耗要遠(yuǎn)超基礎(chǔ)值，所以全年總能耗與基礎(chǔ)方案相比增加了1.22%。

　　2. 外窗選型方案經(jīng)濟(jì)性分析

　　經(jīng)濟(jì)性包括投資回收期和差額凈現(xiàn)值。差額凈現(xiàn)值是用來(lái)確定方案實(shí)際經(jīng)濟(jì)效果的，當(dāng)其數(shù)值超過(guò)0時(shí)，代表該方案具有一定可行性，且數(shù)值越高，方案可行性越高。具體計(jì)算如公式(1)所示。

(1)

　　五、 總結(jié)

　　綜上所述，利用模擬分析方法進(jìn)一步分析多樣化窗體材料后，確定利用LOW-E中空玻璃作為窗體材料可達(dá)到全年總能耗最低值的目標(biāo)，能給建筑企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，可將該種玻璃運(yùn)用到所處氣候環(huán)境相同的建筑物內(nèi)，且相比于普通單片透明玻璃而言，熱反射鍍膜中空玻璃和透明中空玻璃都具有較強(qiáng)的節(jié)能效果。基于此，本文通過(guò)分析不同類(lèi)型外窗對(duì)合肥市住宅建筑能耗的影響，并利用Design Builder能耗模擬軟件計(jì)算每年的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷，以此為基礎(chǔ)來(lái)獲得全年累計(jì)冷熱消耗量。同時(shí)，分析不同外窗的節(jié)能效率和經(jīng)濟(jì)性，并從經(jīng)濟(jì)性的投資回收期、差額凈現(xiàn)值兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 法國(guó)圣戈班玻璃廠. 帶有近紅外觀察系統(tǒng)的車(chē)輛用層壓窗玻璃和設(shè)備及其制備：CN202080006368.2[P]. 2021-09-07.

　　[2] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 建筑玻璃可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)光直接透射比、太陽(yáng)能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定：GB/T 2680-2021[S]. 2021.

　　[3] 法國(guó)圣戈班玻璃廠. 在窗玻璃的邊緣或外部面上具有母線的含加熱絲的窗玻璃:CN201880064737.6[P]. 2020-05-15.

　　[4] 代春泉,邢光雪,韓飛. 無(wú)源式建筑外窗節(jié)能機(jī)理及其工程應(yīng)用研究 ——以中德生態(tài)園被動(dòng)房體驗(yàn)中心為例[J]. 建筑經(jīng)濟(jì)，2019，40(8):111-115.

　　[5] 法國(guó)圣戈班玻璃廠. 具有外部發(fā)光信號(hào)的車(chē)輛窗玻璃、包含該窗玻璃的車(chē)輛和制造：CN201880003748.3[P]. 2019-08-06.