1 概述
　　
　　某住宅樓是座廟會(huì)適度低能耗的高級(jí)住宅建筑，其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)經(jīng)歐洲建筑物理學(xué)家進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了多項(xiàng)節(jié)能措施，保溫性能高于現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。為了掌握冬季采暖能耗和采暖期運(yùn)行耗是量情況，我們對(duì)該住宅樓內(nèi)的典型戶型進(jìn)行冬季采暖期能耗計(jì)算，并對(duì)風(fēng)冷熱泵配備電加熱采暖方式的耗電量進(jìn)行分析計(jì)算。
　　
2 冬季建筑能耗計(jì)算方法
　　
　　建筑能耗模擬方法有許多種，其采用能耗計(jì)算方法應(yīng)用較多的通常是：度日計(jì)算法和逐時(shí)計(jì)算法。
　　度日計(jì)算法是將整個(gè)采暖期按度日值計(jì)算能耗，具有簡單快速的特點(diǎn)，當(dāng)建筑物用途及系統(tǒng)恒定時(shí)，用這種方法是合理
的。其基本公式為：

　　　　　　　　 Q = K_t*DD / η

　　式中：Q----采暖期能耗
　　　 　K_t----總熱損失系統(tǒng)；
　　　 　DD----度日值：
　　　 　Η----系統(tǒng)的效率
　　逐時(shí)計(jì)算法是最復(fù)雜，也是最準(zhǔn)確的一種能耗計(jì)算法，它是根據(jù)室外逐時(shí)的氣象數(shù)據(jù)，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，逐時(shí)計(jì)算出建筑的能耗。其代表軟件有：美國政府的DOE2，美國軍方的BLAST和室內(nèi)環(huán)境溫度和能耗模擬軟件DEROB。DOE2是世界上功能最強(qiáng)大的建筑能耗模擬軟件，其界面固定，對(duì)室外氣象參數(shù)要求很高，用起來很費(fèi)時(shí)間。我們采用室內(nèi)環(huán)境溫度和能耗模擬軟件來計(jì)算錦繡大地公寓逐時(shí)的能耗情況。程序是通過建立R-G（熱阻-熱容）網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)建立方程組進(jìn)行求解，從而模擬出瞬態(tài)的傳熱過程。
　　采用該程序軟件進(jìn)行能耗計(jì)算，需要輸入逐時(shí)的室外氣象數(shù)據(jù)，這里采用北京地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)年的逐時(shí)氣象參數(shù)，它是根據(jù)北京地區(qū)過去三十年的氣象數(shù)據(jù)，由科學(xué)統(tǒng)計(jì)方法所生成的。
　　
3 北京氣候特點(diǎn)和氣象參數(shù)整理
　　
　　北京位于華北平原北端，屬大陸性季節(jié)氣候。冬季寒冷干燥，采明期長達(dá)4個(gè)多月。北京冬季晝夜溫差大，最冷溫度低，但是低溫發(fā)生時(shí)間短，最低溫度多發(fā)生在清晨。北京市計(jì)算用采暖期的天數(shù)為129天，自11月9日到第二年3月17日；采暖期室外平均溫度：1-1.6℃；采暖期采暖室外計(jì)算（干球）溫度（℃）：-9℃。
　　通過對(duì)北京氣象溫度進(jìn)行頻譜分析，可以了解北京市室外溫度的分布情況，高低溫發(fā)生時(shí)間及累計(jì)小時(shí)數(shù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中11月9日至第二年3月17日的室外干球溫度頻譜圖形見圖1。
　　
　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1 溫度-發(fā)生時(shí)間頻譜曲線
　　
　　從圖1溫度-發(fā)生時(shí)間頻譜曲線中可以看出，冬季采暖期室外溫度大部分都在-10℃到7℃之間，其最低氣溫-17.2℃，最高氣溫16℃，平均值-1.6℃。
　　氣象數(shù)據(jù)來源是從北京市氣象臺(tái)購買的。標(biāo)準(zhǔn)年數(shù)據(jù)是科研人員根據(jù)氣象臺(tái)測(cè)得的30年的氣象資料，科學(xué)地計(jì)算統(tǒng)計(jì)出的一套全年逐是的氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，用于提供給科學(xué)研設(shè)計(jì)人員作為計(jì)算依據(jù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)年的氣象參數(shù)算得的建筑耗能量是科學(xué)
的，比較能符合實(shí)際情況的。
4 建筑類型和牲參數(shù)及中戶型空調(diào)系統(tǒng)描述
　　
　　4．1 戶型的選擇及簡介
　　該節(jié)能住宅樓為高層住宅建筑，分為A、B、C三座，各座建筑外型和戶型是不盡相同的。為了準(zhǔn)確的掌握不同戶型的冬季采暖期能耗和采暖運(yùn)行耗電量情況，應(yīng)選用典型的建筑類型進(jìn)行計(jì)算。
　　經(jīng)過比較，選擇面積較大，朝向不利的C座B戶型和面積較小，朝向有利的A座E戶型作為計(jì)算對(duì)象，并對(duì)每個(gè)戶型分標(biāo)準(zhǔn)層和首層進(jìn)行計(jì)算。
　　C座B戶型建筑面積為156.8m²，層高2.8m，位于C座的東北角；A座E戶型建筑面積為139.00m²，層高2.8m，位于A座的西南角。
　　
　　4．2 戶型的建筑特性參數(shù)介紹
　　《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（采暖居住部分）北京地區(qū)實(shí)施細(xì)則（以下簡稱細(xì)則）對(duì)居住建筑各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值有所規(guī)定，下表是細(xì)則規(guī)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)與該住宅樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)及有關(guān)參數(shù)。

  細(xì)則 錦繡大地公寓 　外墻傳熱系數(shù)[W/(m²·K)] 0.82 0.43 　外窗傳熱系數(shù)[W/(m²·K)] 4.0 2.2 　屋頂傳熱系數(shù)[W/(m²·K)] 0.6 0.2 　地板傳熱系數(shù)（不采暖地下室上部地板）[W/(m²·K)] 0.55 0.43 　單位建筑面積的建筑物內(nèi)部得熱量（W/m²) 3.8 不考慮 　室內(nèi)計(jì)算溫度（℃） 16 20

　　另外計(jì)算用的其他參數(shù)如下：
　　1．內(nèi)走廊（公共區(qū)域）冬季設(shè)計(jì)溫度：t=12℃。
　　2．不考慮戶型內(nèi)主要電氣設(shè)備及人體負(fù)荷內(nèi)部發(fā)熱量。
　　3．戶型居住人數(shù)：4人。
　　4．新風(fēng)量：30 m³/（h·人）。
　　5．外墻組成：由外到內(nèi)依次為：瑞博蘭干掛磚幕墻，流通空氣層，100mm厚聚苯板保溫隔熱層，200mm現(xiàn)澆混凝土。
　　6．樓板樓面做法：樓板為160～200mm現(xiàn)澆混凝土。樓板上有50mm厚陶粒混凝土，陶粒層上有40mm厚水泥砂漿或地磚等。
　　7.地下車庫沒有采暖，計(jì)算溫度5℃。
　　8．兩戶型鄰居家及上下樓層戶內(nèi)均按有人考慮計(jì)算溫度。

　　4．3 戶型的空調(diào)系統(tǒng)介紹
　　以上戶型的空調(diào)系統(tǒng)為風(fēng)冷管道式熱泵空調(diào)機(jī)組加輔助電加熱，其運(yùn)行參數(shù)和模式為：
　　1．室外溫度t>-2℃ 熱泵機(jī)組運(yùn)行
　　2．室外溫度-6℃＜t≤-2℃ 熱泵機(jī)組與一檔電加熱同時(shí)開啟。
　　3．室外溫度t≤-6℃ 熱泵機(jī)組關(guān)閉，二檔電加熱開啟。
　　4．A座E戶型選用的電加熱為5kW。
　　5．C座B戶型選用的電加熱為3+3kW。

　　4．4 空調(diào)熱泵機(jī)組COP的說明
　　機(jī)組的COP性能曲線見下圖：圖2、圖3。
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 TSA30BR空調(diào)熱泵機(jī)組的COP性能曲線
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 TSA2020BR空調(diào)熱泵機(jī)組的COP性能曲線
　　　
　　
5 冬季能耗逐時(shí)計(jì)算結(jié)果
　　
　　5．1 按設(shè)計(jì)條件的計(jì)算結(jié)果
　　按照《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》北京地區(qū)實(shí)施細(xì)則，北京地區(qū)普通住宅建筑耗熱量指標(biāo)不應(yīng)超過20.6W/m²。需要特別指出的是這個(gè)指標(biāo)是以單位建筑面積的建筑物內(nèi)部得熱量為3.8 W/m²，平均室內(nèi)溫度16℃計(jì)算得出的，而本文中兩戶型的能耗計(jì)算不考慮單位建筑面積的建筑物內(nèi)部提熱量，平均室內(nèi)溫度按20℃考慮。
　　冬季能耗分為兩部分，一部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗，由計(jì)算程序計(jì)算出逐時(shí)的轉(zhuǎn)護(hù)結(jié)構(gòu)能耗，另一部分為新風(fēng)能耗，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)中逐時(shí)的室外溫度和相對(duì)濕度及室內(nèi)溫度20℃，室內(nèi)相對(duì)溫度按我國暖通設(shè)計(jì)規(guī)范取40%，新風(fēng)量按要求每戶為120m³/h，由以上數(shù)據(jù)，采用室內(nèi)外焓差計(jì)算出各戶逐時(shí)新風(fēng)能耗。計(jì)算結(jié)果見表1。
　　
　　　　　　　　　　　各戶能耗計(jì)算結(jié)果匯總表 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

室內(nèi)溫度 傳熱系數(shù) 新風(fēng)量 戶型 能耗 面積能耗指標(biāo) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 新風(fēng) 總計(jì) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 新風(fēng) 總計(jì) （℃） W/(m²·K) m³/h 　 W·h W·h W·h W/m² W/m² W/m² 20 0.43 120 A-E-F 5400000 4445143 9845143 12.55 10.33 22.88 20 0.43 120 A-E-S 4400000 4445143 8845143 10.22 10.33 20.55 20 0.43 120 C-B-F 7500000 4445143 11945143 17.43 10.33 24.61 20 0.43 120 C-B-S 6300000 4445143 10745143 14.64 10.33 22.13 A-E-F:A座E戶型首層 A-E-S:A座E戶型標(biāo)準(zhǔn)層 　 　 　 　 C-B-F:C座B戶型首層 C-B-S:C座B戶型標(biāo)準(zhǔn)層 　 　 　 　

　　5．2 新風(fēng)量改變對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響
　　
　　根據(jù)氣象數(shù)據(jù)中逐時(shí)的室外溫度和相對(duì)濕度及室內(nèi)溫度20℃，室內(nèi)相對(duì)濕度按我國暖通設(shè)計(jì)規(guī)范取40%，新風(fēng)量由每戶為120 m³/h變?yōu)?0 m³/h，由以上數(shù)據(jù)，采用室內(nèi)外焓差計(jì)算出各戶逐時(shí)新風(fēng)能耗。其他條件不變，計(jì)算結(jié)果見表2。5．3 室內(nèi)計(jì)算溫度變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

　　根據(jù)氣象數(shù)據(jù)中逐時(shí)的室外溫度和相對(duì)濕度及室外內(nèi)溫度18℃，室內(nèi)相對(duì)濕度按我國暖通設(shè)計(jì)規(guī)范取40%，新風(fēng)量每戶為120 m³/h，由以上數(shù)據(jù)，采用室外焓差計(jì)算出各戶逐時(shí)新風(fēng)能耗。其他條件不變，計(jì)算結(jié)果見表2。
　　
　　　　　　　　　　　條件改變后各戶能耗計(jì)算結(jié)果匯總表　　　　　　　　　　　　　　　　　 表2

室內(nèi)溫度 傳熱系數(shù) 新風(fēng)量 　戶型　 能耗 面積能耗指標(biāo) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 新風(fēng) 總計(jì) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 新風(fēng) 總計(jì) （℃） W/(m²·K) m³/h 　 W·h W·h W·h W/m² W/m² W/m² 20 0．43 80 A-E-F 5400000 2963429 8363429 12.55 6.89 19.43 20 0．43 80 A-E-S 4400000 2963429 7363429 10.22 6.89 17.11 20 0．43 80 C-B-F 7500000 2963429 10463429 17.43 6.89 21.55 20 0．43 80 C-B-S 6300000 2963429 9263429 14.64 6.89 19.08 18 0．43 120 A-E-F 4900000 3932161 8832161 11.39 9.14 20.52 18 0．43 120 A-E-S 4000000 3932161 7932161 9.29 9.14 18.43 18 0．43 120 C-B-F 6800000 3932161 10732161 15.80 9.14 22.11 18 0．43 120 C-B-S 5700000 3932161 9632161 13.25 9.14 19.84 20 0．82 120 A-E-F 6800000 4445143 11245143 15.80 10.33 26.13 20 0．82 120 A-E-S 5600000 4445143 10045143 13.01 10.33 23.34 20 0．82 120 C-B-F 8900000 4445143 13345143 20.68 10.33 27.49 20 0．82 120 C-B-S 7400000 4445143 11845143 17.20 10.33 24.40

　　5．4 外墻傳熱系數(shù)的改變對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

　　根據(jù)氣象數(shù)據(jù)中逐時(shí)的室外溫度和相對(duì)濕度及室內(nèi)溫度20℃，室內(nèi)相對(duì)濕度按我國暖通設(shè)計(jì)規(guī)范新風(fēng)量每戶為120 m³/h，外墻傳熱系數(shù)改為細(xì)則中規(guī)定0.82W/(m²·K)。由以上數(shù)據(jù)，計(jì)算出各戶逐時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗和新風(fēng)能耗。其他條件不變，計(jì)算結(jié)果見表2。
　　由此可見，當(dāng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能較好時(shí)新風(fēng)量的變化對(duì)建筑能耗的影響較大，占到總能耗的40%～50%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能越好，新風(fēng)負(fù)荷能耗在總能耗中占的比例越大。當(dāng)新風(fēng)量減小1/3時(shí)，各戶型能耗減15%左右；當(dāng)室內(nèi)計(jì)算溫度由20℃降為18℃時(shí)，各戶型能耗減小10%左右；外墻傳熱系數(shù)改為細(xì)則中規(guī)定的0.82 W/(m²·K)時(shí)，即比原外墻傳熱系數(shù)增大近1倍時(shí)，各戶型能耗減小12%左右。因此，新風(fēng)量的加在和室內(nèi)溫度的提高，提高了室內(nèi)舒適水平，但付出增加能耗量的代價(jià)，只有合理的選擇新風(fēng)量和提高維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱水工性能，才能降低能耗。
　　
6 風(fēng)冷熱泵配備電加熱采暖方式的耗電量分析計(jì)算
　　
　　逐時(shí)耗電量計(jì)算結(jié)果

　　1．A座E戶型標(biāo)準(zhǔn)層：
　　1） 采暖期平均每日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　 49 34
　　2）采暖期總耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　　　　 6365.10
　　3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　 95.30

　　2．A座E戶型首層：
　　1） 采暖期平均每日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　　 54.59
　　2）采暖期總耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　　　　　 7042.25
　　3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　 104.39

　　3．C座B型標(biāo)準(zhǔn)層：
　　1） 采暖期平均每日耗電量：（kW·h） 　　　　　　　　　　　　55.98
　　2）采暖期總耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　　　　　 7221.00
　　3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　 116.64

　　4．C座B戶型首層：
　　1） 采暖期平均每日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　　　 61.82
　　2）采暖期總耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　　　　　 7975.29
　　3）采暖期能耗最大日耗電量：（kW·h）　　　　　　　　　　　　 127.29
　　以上結(jié)果是根據(jù)在設(shè)計(jì)條件下計(jì)算的能耗結(jié)果計(jì)算出的，對(duì)于因設(shè)計(jì)條件改變后的能耗計(jì)算結(jié)果，耗電量可根據(jù)上述計(jì)算方法是很容易的計(jì)算出來，此處就不再進(jìn)一步分析了。