建筑材料与空调能耗的关系★

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1、建筑材料与空调能耗的关系★李玉云①李汉章②童明德周维楚武汉科技大学武汉市建筑节能办摘要：依据《公共建筑节能设计标准》，通过对典型办公建筑的空调负荷计算，得到了采用节能材料，其围护结构的节能率至少可以达到18.8%。关键词：建筑材料，空调能耗，公共建筑1引言目前，我国每年城市建成民用房屋建筑面积约10亿平方米，其中公共建筑约3亿至4亿平方米。而且每年要新增８亿平方米至９亿平方米的住宅建筑和公共建筑，而且，这种建造速度和建筑量还会延续一段相当长的时间。武汉市现有房屋建筑面积近4亿m2，其中新建的住宅房屋面积

2、约占67.3%，公共建筑等其它房屋面积约占32.7%。武汉已建和在建的高层建筑约有1200～1300幢。据专家研究，我国大型公共建筑单位建筑面积能耗大约是普通居住建筑的10倍左右。武汉市的商业和居民电力消费量已占全市电力消费量的22.4%[1]。公共建筑体量大、类型多、结构复杂，涉及面广，而且能耗大、节能潜力巨大。国家颁发的《公共建筑节能设计标准》[2]中，提出节能50%的目标，其中，由北到南，围护结构分担节能率约25%～13%；空调采暖系统节能率约20%～16%；照明设备分担节能率约7%~18%[3]

3、。本文依据《公共建筑节能设计标准》的各项指标，重点讨论建筑材料（围护结构）与空调能耗的关系。2空调负荷为保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；相反，为了补偿房间失热量需向房间供应的热量称为热负荷；为维持房间相对湿度恒定需从房间除去的湿量称为湿负荷。下面以一典型建筑讨论围护结构与空调负荷[4]、[5]的关系。A楼是一座办公大楼，高134m，地上33层，地下两层。建筑面积为26822㎡（不含★2004年武汉市建筑管理委员会建设科技项目[2004]120号.①李玉云，女，教授，武汉市雄

4、楚大街199号武汉科技大学城建学院，E-mail:li-yuyun@263.net.7②李汉章，男，教授级高工，武汉市建设大道721号武汉市建筑节能办公室.地下室），空调面积为20747.7㎡，窗墙比为0.48，体形系数为0.116。2.1空调冷负荷空调房间的冷负荷包括建筑围护结构传入室内热量（太阳辐射进入的热量和室内外温差经围护结构传入的热量）形成的冷负荷，人体散热形成的冷负荷，灯光照明散热形成的冷负荷，以及计算机等设备形成的冷负荷。冷负荷计算方法较多，主要有谐波分解法、当量温差法和冷负荷系数法。目前

5、，在我国暖通空调工程中，常用冷负荷系数法。本文采用冷负荷系数法计算空调冷负荷。2.1.1围护结构引起的空调冷负荷影响围护结构负荷的因素主要有室外气象参数（太阳辐射强度、室外空气温度、湿度、风速等）。1.外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷为表1单位外墙与屋面面积空调冷负荷朝向最大值最小值W/㎡时间W/㎡时间E2819:0012.39:00SE26.520:0010.210:00S22.022:006.712:00SW29.223:0010.113:00

6、W32.20:0012.313:00NW26.80:0011.713:00N18.00:009.011:00EN23.720:0011.79:00屋面48.417:000.97:00总25.221:0011.110:00式中，为外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷，W；为外墙或屋面的面积，m2；为外墙和屋面的传热系数，W/（m2·℃）；为外墙和屋面的冷负荷计算温度逐时值，℃；冷负荷计算温度不仅与室外空气温度和太阳辐射的作用，还与建筑朝向、外墙和屋面的结构等因素有关。为室内设计温度，℃。表1为基础建筑（20世纪

7、80年代初期建造的公共建筑，外墙，屋面）的外墙与屋面的空调冷负荷计算结果。从表中可看出，各朝向最大值出现的时刻不同，傍晚17:00至0:00点；最小值出现早上至中午。因此，空调区域的最大冷负荷不是各项最大值的简单的叠加，而是取逐时冷负荷的综合最大值。图1为单位面积外墙与屋面的逐时空调冷负荷。从图中可看出空调冷负荷成正弦规律变化。最大值与最小值均发生在屋面（水平面）。图2为节能建筑（外墙，屋面7）与基础建筑的外墙和屋面的逐时冷负荷。从图中可看出，由于采用了节能材料，虽然空调冷负荷仍然呈正弦规律变化，但冷负

8、荷值不仅减小了，而且最大值出现的时间也改变了。节能材料的最大值为10.9W/㎡，出现在23:00。减少了26.0%～63.1%的外墙冷负荷。图1单位面积外墙与屋面逐时空调冷负荷1——屋面冷负荷；2——西墙冷负荷；3——为东墙冷负荷；4——南墙冷负荷；5——北墙冷负荷；6——总冷负荷。图2基础与节能材料外墙和屋面空调冷负荷比较2.外窗引起的冷负荷（1）外窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下，通过外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷为式中，为窗口面