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被动房冷热负荷计算实际案例


开芨与建设

被动式低能耗住宅楼冷热负荷计算分析
王宝霞

摘 要 按 照 德 国标 准 对 秦 皇 岛 “ ” 在 水 一 方 c区 c15#楼 被 动 式 超 低 能耗 绿 色建 筑进 行 冷 热 负荷 计 算 、 维护 结 构 防 潮 计 算 。并将 被 动 式超 低 能耗 绿 色建 筑 与我 国 65%节 能 房屋 热 负荷 进 行 对 比 分析 ,被 动 式超 低 能耗 绿 色建 筑供 热 负荷 对 能 源的 需 求仅 为 我 国既 有建筑的 173%. 关 键 词 被 动 式超 低 能耗 绿 色建 筑 ;采 暖冷热 负荷指标 ;室 内防结露 能耗 比较
;

“ 源 自德 国的 被动式超 低能耗绿 ” 色建筑 是通过 各种节 能技术 构造措 施 ,极 大限度地 提高建筑 保温隔热性 能和气密性 ,使 热传导损失和 通风热 损失最小化 ;通 过 各种 被动式建筑手 段 以尽可 能实现室内舒适 的热湿环境 和采光环 境 ,最 大限度 降低对主动式

“△ ∥ ,建 筑高度 “ %米 ;共 一 个 单元 ,一 梯 三 户 ,三 个 户型 c本 示范 项 目由住 房和城 乡建设部科 技发展促 进 中心 、德国能源署 、秦皇 岛 五兴 房 地产有限公 司共 同组织实施。 由北京 中建建筑设 计院有限公司秦皇岛分公 司进 行施 工 图设汁 ,德 国能源署 派专 家对施工 、 图纸进行指导 、 审查工作 ∷

△ △△ 啐

i4∶

图 1:CI5号 楼标准层建筑平面图 的燃 烧 化 石 燃 料 的 采暖 和 制 冷 系统 的 依赖或 完全取 消这类采暖和制 冷设施 c ” ⒛ H年 ,秦 皇 岛 “ 在 水一方 c 区 C12I娜 楼 被 住 房城 乡建 设部列 为 “ 中国被 动 式 —— 低 能 耗 建 筑 国 际科 技 合 作 (中 德 合 作 )示 范项 日” c下 面 就 本 示 范 项 日其 中 一 个 单 体 C15#
作者 :北 京 中建建筑设计院有限公 司秦皇 岛分公司

楼 的冷热 负荷计算进行 沦述 。 项 目简介 :地 下 一 层 为 储 物 间

,

地 上 十 八 层 为 住 宅 ,地 上 建 筑 面 积

图 2:C15号 楼 南立面 图

58 /201405亻 i色
`浊

拜发 与建 没

本示 范工程 设计标准按照德国被 动房屋能耗标准进行设计 德 国被 动房 屋设计参 数
各项指标
德 国裾 勋 房 屋标 淮
:

1‘ 4典 型房 间设置 根据 C15#户 型划分建模 (不 包括 阳台 ,沿 内墙 中线 ),每 层共有 3种 户型
,

外墙 屋顶 地下室顶 K≤ 015W/(m2kl 板传热系数
外 门窗传 热 系数

K≤ 08Ⅵ //(mz n50≤ 06/h
20°

k)

图 5:当 地最冷月温度

房屋气密性 室内温度
空气相对湿度

C-26° C 1000ppm


12室 内设 计 参 数
卜⒛ ℃ 冬季室 内设 汁温度 ⒉ 相对湿度 ⒋卜F,fl%; 夏季室 内设计温度 24诩 6℃ fl-Fo0%; 相对湿度 ± 每户按照 3人 标准计算 。 室内 室内

自西向东户型面积分别为 134T+m2(A 户型 )、 拟 4m2(B户 型 )、 13281耐 (C 户型 ),空 调建筑面积为 5113胡 m2; 采暖季为每年 11月 5日 至次 年 4
l187⒆ h 月 5日 ,模 拟时刻区间为 "呢 及 Oh-2279h; 制冷季为 7月 1日 至 8爿 ⒛ 日 模拟时刻区间为 焖劬h→ gtl孔
, ;

40%-60° 。


室 内二 氧 化 碳 含 量
(居 住空间
)

废气热量回收率
室 内噪音控制

75%

卧 室 ≤ 30dB起 居 室 ≤ 35dB 5%

房 间新风 量应满足 30mⅡ /(h人

15人 员及设备作息设置
)

项 目

人员作息时间

系数取值 07
1

体型系数 (Ⅳ V)
超温频率

13围 护 结构 保 温 材 料 厚 度
1)根 据 国 内建筑材料情况 确定外
围护 结 构 保 温 材 料 采用模 塑 石 墨 聚 苯 板 ,其 导热 系数 为 0⑾ 3W/(m? Κ )), 依 据 外 围护 平 均 传 热 系数 计 算 公 式 板保温厚度
项 目
,

22h至 7h
7h至 ≡8h
8hΞ 圣17h

删 及 脱

德 国被 动房屋 能耗 控 制标 准
各项指标

17h至 22h

1

德 国被动房屋标准

采暖能源需求量

≤ 15kWh/(m2al
≤ 10Ⅵ//m2


注:单 位时间内房间人数取决于人 员作`包 数 系
;

采暖负荷指标
制冷能源需求量 采暖 (制 冷
)、

通 过 计 算 可 得 外 墙 、屋 面 、地 下 室 顶
:

15kWh/(m2

人 员设 置 :每 户 3人 ;人 均 发 热 量 l.llW,人 均产湿量 102g/h 电 器 没 各 设 置 :每 户 包 括 冰 箱 120W及 电 视 1(x)W各 一 台 ,总 功 率

生活

热水 、家庭 用 电和烹 饪的年 一 次性 能源总 消耗

建筑做 法

传 热 系 数 K 「 Ⅵ 〃 rm2?
K、
l

≤ 120kWh/(m2a)
屋面

120厚 混凝土
板 +300聚 苯 板

220W;
011 电气设 各作息设置 :冰 箱全天工 作 ,电 视仅在晚上 18h_"h工 作 电视机工作时间为 18h至 ”h,系
,

+40厚 水

一 、房 屋 计 算 参 数 的确 定
外墙

泥珍珠岩

180厚 钢 筋 混 凝 土 +250厚
聚苯板

秦 皇 岛 :北 纬 ∞ ° ⒛ ′ ⒋ )° 37′ , 东 经 Ⅱ8° 33′
119°

11室 外气象参数

150厚 聚苯板 +1⒛ 厚 混 凝 地下室顶板 土 楼 板 +100
厚聚苯板

数取 1,其 他时间为 0; 冰箱全 天开启运 行 ,故 冰箱作息 系数取 1。

~ ~

51′ ;

16被 动式低 能耗绿色建筑 与普 通 65%节 能 同类建筑 负荷计 算主要
不同

2)外 窗窗框采用的是 鸵 系列塑钢 型材 ,传 热系数 Κ =09w/(m2lql,外 窗 玻璃采用双而 Low-E中 空 +惰 性气体
玻璃 (6+12Al+FJ+12Ar+Fl)mm,具 体 性能参数详见下 表 ,整 窗传热系数 为
08[V〃 (m2? K)] 紫外线

1)被 动式低能耗绿色建筑具有非 常严格 的气密性要求 ,即 在室 内外压 差 mPa的 条件下 ,每 小时的换气次数 不得超过 06次 ,故 在进行热负荷计算
时可不考虑冷风渗透的影响。
太阳辐射

(%)
ρuv

可见光

(%)
ρvs

(%)
射 E 辐 率 数 se

执灬



璃 型 玻 类

透 射 比 反 射 比 透 射 比 反 射 比 透 射 比 反 射 比 遮 阳 系 得热系数
ρe

系数

sHGC 296

K

L__工 型损屮⊥~二 二 旦 茔塑坠⊥ ~二 二咚馋 啧 `、

、0△ 小、F氵 、、F
i≡ 彐

6+12Ar+ 6+12Ar+6

394

347

当地 最热 月温度

亻 姓 2o14o5/ 59 i乞 丿

汗发

%哕

2)暖 负荷 汁算的过 程 中要扣 除包
括 人体 、照 明 、家 电和 炊 事 散 热 等房 问 |勺 部 得热 鼍
:

经 统计 ,全 年冷热 负荷 计箅结果 如下表所示
:

s)被 动式 低能 耗绿 色建筑 采用的
外窗玻璃遮 阳系数达 到 ‖ ⊥ %∶ 、 在建筑 没汁中可 不考虑 外遮 阳
:

项 目统计
地上 建筑面积 项 目负荷统计 全 年最 大热 负荷

单位

统计值

k、 /



5921

二、被 动式低 能耗绿 色建 筑 空调 冷热 负荷计算 被动式 低能耗绿色建筑冷热负荷 的计算重点主要在参数没置上 ,参 数 设置完 哎后即可进 行软件模拟 汁算 本项 目冷热负荷汁算采用的是 DcsT_h
:

全年最 大冷 负荷 采 暖季 累计热 负苘 空调 季累计冷 负荷 项 目负荷面积指标 全 年最 大热负荷指标 全年最 大冷 负荷指标 全 年累计 采暖 能源 需求 全年 累计 制冷 能源 需求

冖 冫 kW ? h
k、

k、 '√

?h

117993 4324284 9279517 928 185

W/mˉ W/mˉ
k、 /?



h/m?

678
1455

klrJ?

h/m2

|匡
|

≡ 薹 雪 雪 龛 雪 ≡ 重 蠹 胥 量 重 雪 吾
△ 帑 岿 各 ÷ 逼 壹 云

模拟软件 ,通 过 dcst模 拟软件对 C15# 被动式 低能耗绿 色建筑进行逐 时冷热 负荷汁算 ,模 拟结 果如下图所示
:

本表 中能耗指标 均满足德 国被动房屋 能耗控 制标 准

|

≡ △Ⅱ △△△ △△ —「

21建 筑逐时热负荷图

三 、 被 动 式 低 能耗 绿 色建 筑 与 65%节 能 同类建 筑 热 负 荷 对 比分 析
本 建 筑 的全 年 最 大热 负 荷 指 标 为

:

928W/∥ ”

仝 年 累 汁采暖能 源 需 求

五、结



87kw? h/m2;F,? ,%节 能 同 类 住 为⒍ 宅 热 负 荷 指 标 为 h8W/m2,采 暖 季
采暖能源 需求 为 39从 W? h/n12;由 此 可 以看 出 ,被 动 式 低 能 耗绿 色 建筑 比 因 6:建 筑全年逐时热负 荷 (按 小时
)

经 过 汁算 分析 、被 动 式 超 低能 ≡ 绿 色建 筑 供 热 负荷 对 能 源 的需 求 R 既有

65%节 能 标 准 建 筑 的

1T3t∶

日前 “ %节 能 的建筑能 源需求 量 减 少

C1璐 楼 采 暖 面 积 臼 △ m2,仅 采 暧
项 每 年 节约标 煤 “ 6吨 ,减 少 C○ 孓 放 1783吨 ,节 省采暖 费川 178万 元
:

827%i
四、 围护 结构 防潮 设 计 德 国被动动房屋室 内严禁 出现绀 露发霉现象 ,所 以必须进行维护结构防 潮汁算 ∷ 在 已知闹护结构总传热 系数 、室 内没汁温度时 `根 据 T,l护 结构内外表面 温度 汁算公式 ,只 Ⅱ 可计算得到外墙 、 屋 顶、窗玻璃的 内外表面温度 : 被动式房屋因护 缔构 各温度 模拟 计算结果如 F图
:

建筑 最 大热 负荷 发生 时 刻 为 41JLl,只 u1月 18日 早 上 Fll1,此 时室外 温度 为 -146度
.

充 分体 现 F该 示 范项 目绿 色节 能 、iF 碳 环 保 的建 筑 特 性 :被 动式 超 低 能 = 绿 色 建 筑 为 屮国建 筑 节 能 确 定 了新 | 发展方 向 ∷∷

22建 筑 逐 时冷 负荷 图
温度 294度 :

:

建筑 最 大 冷 负荷发 生 时 刻 为 4小 3h,即 7月 5日 下午 lh,此 时室外

图 7:建 筑全年逐 时冷 负苻 (按 小 时

对照焓湿图查 出围护结构 内表 面 温度均高于相同条件 Γ 的露点温度 ,因 此室内不会结露 .
)

60 `2o1405't色 丿 Jl


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