围护结构对中央空调能耗的影响

    公共建筑空调能耗约占总能耗的25.78%~79.41%[1]。其中,围护结构空调负荷(或者空调能耗)一般占空调总负荷的10%~32%。因此,减少围护结构的空调耗能,对于实现节能有着重要的意义。围护结构的空调能耗与建筑物的朝向、体形系数、窗墙比及围护结构的保温性能紧密相关。因此,各国制定了相应的建筑节能标准,我国也制定了一些建筑节能标准。笔者以某高层建筑为例,重点讨论窗墙比和外围护结构的保温性能对空调耗能的影响。

    1 空调负荷

    1.1 空调冷负荷

    (1)空调冷负荷的计算。该大楼为一座集办公室、调度、测试中心为一体的综合性电力调度大楼。空调冷负荷采用冷负荷计算法[2]。室内设计参数如表1所示。计算参数如下:办公自动化设备空调冷负荷为96W/台;其他设备空调冷负为165W/m²;照明依房间用途定;外墙传热系数为1.84;玻璃与玻璃幕墙传热系数k为519LW/(m2•K);屋面传热系数为1.0。从图1中可看出,最大负荷出现在16h处。各项空调冷负荷比率如表2所示。根据表2中数据可计算出,围护结构空调冷负荷占31.70%,室内人体、设备占27.74%,新风负荷占40.56%,单位空调面积冷负荷为158.79 W/m2,单位建筑面积冷负荷为122.81 W/m²。

    (2)外围护结构对空调负荷的影响。为了更清楚地了解外围护结构传热系数对空调负荷的影响,设室内扰量、新风负荷与内围护结构负荷不变。不同传热系数的外墙、玻璃幕墙对空调冷负荷的影响如表3所示。从表3中可看出,墙体的传热系数减少了0.34W/(m²•K),空调冷负荷减少了16.93kW,占总负荷的0.52%;即传热系数每减少1W/(m2#K),空调冷负荷减少了49.79kW;铝合金单玻璃窗户(k=5.91 W/(m²•K))改为单框中空塑料窗(玻璃幕墙取相同的传热系数k=2.53W/(m²•K)),传热系数减少了3.38W/(m²•K),空调冷负荷减少了554.23kW,占总负荷的17.07%;即窗玻璃的传热系数每减少1W/(m²•K),空调冷负荷减少163.97kW。不节能围护结构引起的空调冷负荷占29.28%,节能围护结构(外墙k=1.5W/(m²•K),外玻璃k=2.53W/(m²•K))引起的空调负荷占14.18%。采用节能围护结构减少了空调冷负荷17.6%。

    (3)窗墙比对空调冷负荷的影响。由于玻璃、墙体的空调负荷与面积成正比,因此笔者以窗墙比0.5的空调负荷为基数,推导出其他窗墙比的空调冷负荷,如图2所示。从图2中可见,窗墙比与空调冷负荷成线性关系。窗墙比增加0.1,空调冷负荷增加167.08kW。

    2.2 空调热负荷

    (1)空调热负荷。空调热负荷采用稳态传热法[3]计算,室内设计参数参见表1。外墙传热系数k=1.84W/(m²•K),外玻传热系数k=6.02W/(m²•K),其他的与冷负荷计算参数相同。人体、照明、设备空调热负荷取空调冷负荷最小值的1/2。空调热负荷的计算结果如表4所示。