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节能住宅与普通住宅
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内容提示：本文以长沙地区一栋六层住宅为对象，对该住宅采取节能措施前后进行了技术经济比较；认为在湖南地区推广使用节能住宅具有很好的经济性，对湖南地区节约能源、保护环境具有重要的意义。
摘要：本文以长沙地区一栋六层住宅为对象，对该住宅采取节能措施前后进行了技术经济比较；认为在湖南地区推广使用节能住宅具有很好的经济性，对湖南地区节约能源、保护环境具有重要的意义。（参考《建筑中文网》）
关键词：节能住宅 耗冷量 耗热量 经济性
1 引言
根据我国的建筑热工设计分区标准，湖南全部位于夏热冬冷地区，该地区最热月平均温度25℃—30℃，最冷月平均温度0℃—10℃。夏季闷热，气温高于35℃的天数有15—30天，最高温度可达40℃以上，包括长沙在内的“四大火炉城市”便位于该地区。冬季湿冷，日照偏少，气温低于5℃的天数达60—80天。近年来，夏热冬冷地区夏季空调和冬季采暖所消耗的能源急剧增长。就长沙地区来说，夏季空调和冬季采暖的时间一般超过6个月，许多住宅建筑围护结构的隔热保温性能很差，空调采暖设备的能效比不高，住宅建筑能耗越来越大。在夏季用电高峰时期，空调用电约占城市总用电的1／3，住宅空调用电占空调用电的1／2以上。每年夏天的高温时期，城市电网不堪重负，跳闸断电、拉闸限电的现象时有发生。在湖南地区推广节能住宅，不仅可以节约能源，削低用电高峰，还可以减少燃煤发电所排放的污染物（湖南主要使用火电）。本文对湖南地区节能住宅与普通住宅进行了技术经济比较，并分析了节能住宅在湖南地区的应用前景。
2 计算条件以位于长沙市的一栋比较典型的六层住宅为计算对象，分别考虑该住宅采取节能措施和未采取节能措施两种情况。根据2001年颁布实施的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（以下简称节能标准），按该地区住宅传统的围护结构（如表1左边所示），在保证居室夏天26℃、冬天18℃的条件下，冬季用能效比为1的电暖器采暖，夏季用能效比为2.2的空调器降温，计算出一个全年空调采暖能耗，作为住宅的基础能耗值。而该地区的节能住宅必须达到全年空调采暖能耗在基础能耗值的基础上节能50%的指标。要达到这个目标，除了改善围护结构的隔热保温性能外，还须使用高效率的空调采暖设备，改善围护结构和使用高效率设备对住宅节能的贡献均为25%左右。
对该住宅的围护结构采取一系列节能措施（如表1右边所示）。根据节能标准，采取这些节能措施能保证该住宅达到节能50%的指标，该住宅采取这些节能措施后成为符合节能标准的节能住宅。
表1 各项参数对比（K为传热系数）
| 普通住宅 | 节能住宅 | |
| 外墙 | 240mm实心砖墙两面抹灰， K=2.0 W∕(m2·K) | 水泥砂浆+矩形多孔空心砖+保温 砂浆，K=1.47 W∕(m2·K) |
| 外窗 | 单层铝合金窗，内遮阳， K=6.4 W∕(m2·K) | 单框双玻塑钢窗，内遮阳， K=3.2 W∕(m2·K) |
| 屋面 | 钢筋混凝土屋面加简单保温 隔热措施，K=1.5 W∕(m2·K) | 钢筋混凝土屋面加3cm厚的聚苯板 保温层，K=0.96W∕(m2·K) |
| 阳台门 | 单层木门，K=4.7 W∕(m2·K) | |
| 窗墙比 | 南北向的窗墙比平均为0.3 | |
| 气密性 | 外窗、阳台门的气密性均达到GB7017规定的Ⅲ级要求 | |
| 外形尺寸 | 平面尺寸60×11 m2，高16.8m，建筑面积3960 m2 | |
冷负荷计算采用冷负荷系数法。
3.1 外玻璃窗日射得热形成的冷负荷
式中，F——外窗的面积，m2；
Ca——有效面积系数；取0.85；
Cz——玻璃窗的综合遮挡系数，单层窗0.6，双层窗0.516；
Djmax——日射得热因数的最大值，南向173 W∕m2，北向115 W∕m2；
CLQ——外窗的冷负荷系数
3.2 外墙、屋面和外窗瞬变传热形成的冷负荷
式中，F——外墙、屋面或外窗的面积，m2；
K——外墙、屋面或外窗的传热系数；W∕(m2·K)；｜
t1——外墙、屋面或外窗的冷负荷温度逐时值，℃；
td——外墙、屋面或外窗的地点修正值，℃；
tnx——夏季室内设计温度，26℃
3.3 逐时冷负荷的计算
各围护结构的冷负荷温度逐时值、地点修正值和外窗冷负荷系数可从文献2中查到。表2为普通住宅和节能住宅外窗、外墙、屋面的逐时冷负荷计算结果。从表2可以看出，外窗负荷在围护结构负荷中所占的比例较大，即使加上其他各项负荷，外窗负荷在总负荷中的比例仍然可以达到40%左右。窗户的节能措施成为影响建筑能耗的主要因素之一，要实现住宅节能，必须提高外窗的隔热保温性能。
将全天的逐时负荷累加便得到全天的外窗、外墙及屋面耗冷量，普通住宅为2199.5kWh，节能住宅为1479.1kWh，两者的差值为720.4 kWh。两者的其他各项冷负荷基本相同，主要是外窗、外墙及屋面冷负荷不同，可以认为节能住宅的日耗冷量比普通住宅减少720.4 kWh。
表2 逐时冷负荷计算结果（kW）
| 时 刻 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
| 普 通 住 宅 | 外窗 | 20.2 | 18.2 | 16 | 14.2 | 12.8 | 11.9 | 22.7 | 26 | 31.6 | 41.1 | 52 | 60.3 |
| 外墙 | 48.5 | 46.8 | 44.9 | 42.3 | 39.7 | 36.9 | 34.1 | 31.5 | 29 | 26.7 | 25.1 | 24.2 | |
| 屋面 | 22.1 | 19.7 | 17.4 | 15.3 | 13.4 | 11.6 | 10 | 8.5 | 7.3 | 6.8 | 7.1 | 8.4 | |
| 合计 | 90.8 | 84.7 | 78.3 | 71.8 | 65.9 | 60.4 | 66.8 | 66 | 67.9 | 74.6 | 84.2 | 92.9 | |
| 节 能 住 宅 | 外窗 | 11.5 | 10.5 | 9.3 | 8.3 | 7.6 | 7 | 16.2 | 18.2 | 21.7 | 28.5 | 36.3 | 42.2 |
| 外墙 | 34.8 | 33.5 | 32.2 | 30.3 | 28.5 | 26.5 | 24.5 | 22.6 | 20.8 | 19.1 | 18 | 17.3 | |
| 屋面 | 14.1 | 12.6 | 11.2 | 9.8 | 8.6 | 7.4 | 6.4 | 5.4 | 4.7 | 4.4 | 4.6 | 5.4 | |
| 合计 | 60.4 | 56.6 | 52.7 | 48.4 | 44.7 | 40.9 | 47.1 | 46.2 | 47.2 | 52 | 58.9 | 64.9 | |
| 时 刻 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | |
| 普 通 住 宅 | 外窗 | 67.3 | 68.9 | 65 | 60.3 | 54.8 | 52 | 49.6 | 35.8 | 31.9 | 28.6 | 25.5 | 23 |
| 外墙 | 24.4 | 25.4 | 27.5 | 30.1 | 33.2 | 36.7 | 40.2 | 43.4 | 45.9 | 48 | 49.1 | 49.2 | |
| 屋面 | 10.6 | 13.6 | 17 | 20.6 | 23.9 | 26.6 | 28.6 | 29.6 | 29.5 | 28.4 | 26.6 | 24.4 | |
| 合计 | 102.3 | 107.9 | 109.5 | 111 | 111.9 | 115.3 | 118.4 | 108.8 | 107.3 | 105 | 101.2 | 96.6 | |
| 节 能 住 宅 | 外窗 | 47 | 47.4 | 43.5 | 39 | 34.3 | 32.2 | 30.7 | 19.9 | 17.9 | 16.1 | 14.4 | 13.1 |
| 外墙 | 17.5 | 18.2 | 19.7 | 21.6 | 23.8 | 26.3 | 28.8 | 31.1 | 32.9 | 34.4 | 35.2 | 35.3 | |
| 屋面 | 6.8 | 8.7 | 10.9 | 13.2 | 15.3 | 17 | 18.3 | 18.9 | 18.9 | 18.2 | 17 | 15.6 | |
| 合计 | 71.3 | 74.3 | 74.1 | 73.8 | 73.4 | 75.5 | 77.8 | 69.9 | 69.7 | 68.7 | 66.6 | 64 | |
热负荷计算采用供暖热负荷的计算方法。围护结构温差传热量为：
式中，F——某一围护结构的散热面积，m2；
K——该围护结构的传热系数；W∕(m2·K)；
tnd——冬季室内设计温度，18℃；
tw——室外计算温度，取长沙的冬季空调室外计算温度，-3℃
考虑附加后的围护结构热负荷为：
式中A1为朝向修正率，北向取0.05，南向取-0.2，东、西向取-0.05；A2为两面外墙修正率，取0.05；A3为间歇附加率，取0.3。
按上述方法进行计算，得出普通住宅的围护结构热负荷为227.7 kW，节能住宅的围护结构热负荷为138.8 kW，两者的差值为88.9 kW。两者的冷风渗透耗热量基本相同，主要是围护结构热负荷不同，可以认为节能住宅的热负荷比普通住宅减少88.9 kW。
采用度日法计算节能住宅在采暖期的耗热量的减少△QS 。
式中，HDD18——以18℃为基准温度的采暖度日数，长沙的HDD18为1557（℃·d）；
△Q ——普通住宅与节能住宅的热负荷差值，kW；
C ——间歇采暖修正系数；取0.6；
经计算，节能住宅在采暖期的耗热量比普通住宅减少94915 kWh。
5 经济性比较本文要分析的是改善围护结构对全年空调采暖能耗影响，因此设定普通住宅和节能住宅使用同样的空调采暖设备。
根据家用空调器国家标准所规定的最低能效比，取家用空调器的能效比为2.3。目前，部分家庭冬季使用热泵型空调器，部分家庭仍使用电热型采暖器。为了不失一般性，考虑两种采暖设备同时在住宅中存在，取采暖热备的平均能效比为1.9。夏季空调时间100天，居民生活电价0.503元／kWh。则夏季空调耗电量可减少（720.4×100）÷2.3＝31322 kWh，节省电费15755元；冬季采暖耗电量可减少94915÷1.9＝49955 kWh，节省电费25127元。
该住宅的节能措施所增加的投资大致如下：采用双层塑钢窗比采用单层铝合金窗增加投资100元／m2窗面积，采用矩形多孔空心砖加保温砂浆比采用240实心砖墙要增加投资15元／m2墙面面积，采用3cm厚聚苯板做保温层比简单保温隔热处理要增加投资50元／m2屋面面积。综合这三方面投资的增加，该节能住宅共需增加投资120192元（30.35元／m2），而1年可以节省空调采暖电费40882元，所增加的投资在2.9年内即可收回。普通住宅的造价按450元／m2计算，节能投资增长率为6.74%。可见该节能住宅所采用的节能技术是经济合理的，符合湖南的经济发展水平，值得在湖南地区推广。
6 节能住宅在湖南地区的应用前景从上文的分析可知，如果只考虑改善围护结构的节能效果，节能住宅每年空调采暖耗电量可减少（31322+49955）÷3960＝20.5 kWh／m2。
据统计，2002年湖南省新建城乡住宅建筑面积6770万m2，其中新建的城镇住宅建筑面积2802万m2。如果在每年新建的城镇住宅建筑中全部推广节能住宅，一年可以节电2802万m2×20.5 kWh／m2＝5.74亿kWh。
湖南的能源结构以煤为主，火力发电煤耗（单位发电量所消耗的标准煤）以0.41kg/kWh计，如果在湖南每年新建的城镇住宅建筑中全部推广节能住宅，一年可以节约标准煤23.55万t，一年可减少燃煤发电所带来的各种污染物排放量为：CO2 91.1万t；SO2 0.525万t；NOX 0.213万t；烟尘0.06万t；煤渣7.71万t。
由此可见，在湖南全面推广节能住宅对于湖南地区节约能源、保护环境将会起到重要的作用。
参考文献 ［1］ JGJ 134—2001. 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准. 中华人民共和国行业标准.
［2］ 单寄平. 空调负荷实用计算法. 北京: 中国建筑工业出版社, 1989.
［3］ 付祥钊, 主编. 夏热冬冷地区建筑节能技术. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002.
［4］ 陆耀庆, 主编. 实用供热空调设计手册. 北京: 中国建筑工业出版社, 1993.
［5］ 钱以明. 高层建筑空调与节能. 上海: 同济大学出版社, 1990.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200607/8626.htm
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