寒冷地区住宅设计:怎样有效降低采暖耗热量?

研究人员以寒冷气候区典型城市天津的居住建筑为研究对象,选用PKPM软件模拟计算,总结建筑自身节能因素对权衡计算建筑全年采暖耗热量的影响规律,重点考量建筑体形系数、南向窗墙比、外窗传热系数、外墙传热系数等4个因素对采暖耗热量的影响

根据建筑层高不同,研究人员把研究对象拆分成3类:多层住宅(4~8层)、小高层住宅(9~13层)、高层住宅(≥14层),并基于常用建筑参数的统计结果,选用典型的计算数据,采用控制变量的方法,每次仅改变单一变量,通过使用PKPM软件模拟计算并对模拟结果数据进行多项式拟合,得出以下结论。[1]

1、体形系数

多层住宅(4~8层):体形系数每增加0. 01,全年采暖耗热量增加4. 3%

小高层住宅(9~13层):体形系数每增加0. 01,全年采暖耗热量增加3. 2%

高层住宅(≥14层):体形系数每增加0. 01,全年采暖耗热量增加1. 6%

寒冷地区住宅设计:如何有效降低采暖耗热量

2、南向窗墙比

多层住宅(4~8层):南向窗墙比每增加0. 01,全年采暖耗热量减少1.2%

小高层住宅(9~13层):南向窗墙比每增加0. 01,全年采暖耗热量减少1.94%

高层住宅(≥14层):南向窗墙比每增加0. 01,全年采暖耗热量减少4.1%

寒冷地区住宅设计:如何有效降低采暖耗热量

通常窗口的传热系数大于墙体的传热系数,室内外的传热量也会随着窗户面积的增大而增大,但同时也增加了进入室内的太阳辐射得热,夏季对于建筑的冷负荷来说是不利因素,但对于冬季的热负荷来说却是双重因素。对于寒冷地区住宅建筑来说,增加南向窗墙比,有利于降低采暖耗热量。

3、外窗传热系数

多层住宅(4~8层):外窗传热系数每增加0. 1 W/(㎡·K),全年采暖耗热量增加1.8%

小高层住宅(9~13层):外窗传热系数每增加0. 1 W/(㎡·K),全年采暖耗热量增加1.4%

高层住宅(≥14层):外窗传热系数每增加0. 1 W/(㎡·K),全年采暖耗热量增加4%

寒冷地区住宅设计:如何有效降低采暖耗热量

4、外墙传热系数

多层住宅(4~8层):外墙传热系数每增加0. 01 W/(㎡·K),全年采暖耗热量增加1.07%

小高层住宅(9~13层):外墙传热系数每增加0. 01 W/(㎡·K),全年采暖耗热量增加1.22%

高层住宅(≥14层):外墙传热系数每增加0. 01 W/(㎡·K),全年采暖耗热量增加1.56%

寒冷地区住宅设计:如何有效降低采暖耗热量

***总结——寒冷地区住宅设计建议***

1)多层住宅(4~8层)

应该严格控制体形系数,首先调整体形系数,再考虑调整外窗传热系数,再考虑调整增大南向窗墙比,最后是增加外墙保温层厚度。

2)小高层住宅(9~13层)

首先应考虑调整体形系数,其次是考虑增大南向窗墙比,最后考虑外窗传热系数选用保温性能好的窗户类型,最后考虑增大外墙保温层厚度。

3)高层住宅(≥14层)

应先增大南向窗墙比,其次改善外窗的热工性能,之后调整体形系数,最后考虑外墙保温厚度。

参考资料:
[1] 陈华,郭娟利,贾怡红,杜涛.建筑节能参数对全年耗热量的影响研究[J].建筑节能,2018,46(01):90-94.

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