提要 　本文使用集成于CAD之上的模擬軟件DeST(Designer's Simulation Toolkit),通過(guò)狀態(tài)空間法計(jì)算房間的冷、熱負(fù)荷和熱特性,對(duì)北京地區(qū)典型的板式和塔式住宅建筑進(jìn)行了逐時(shí)模擬計(jì)算。計(jì)算中考慮建筑外表面的陰影遮擋、建筑內(nèi)部發(fā)熱量、房間與外界以及房間之間的通風(fēng)換氣。最后得出不同朝向、體形系數(shù)、外墻傳熱系數(shù)時(shí)建筑的采暖耗熱量與熱負(fù)荷指標(biāo)。通過(guò)分析這些結(jié)果，得出不同建筑參數(shù)對(duì)冬季兩個(gè)采暖指標(biāo)的影響，從而給出住宅建筑整體設(shè)計(jì)的相關(guān)指導(dǎo)性結(jié)果。對(duì)實(shí)際中可能出現(xiàn)的朝向、體形系數(shù)的建筑，本文則給出了耗熱量和熱負(fù)荷指標(biāo)的變化比例。為了達(dá)到節(jié)能要求，對(duì)于偏東西朝向或體形系數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)的建筑物，需要降低圍護(hù)傳熱系數(shù)，加強(qiáng)保溫性能，以滿(mǎn)足節(jié)能住宅相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
關(guān)鍵詞 　耗熱量指標(biāo) 熱負(fù)荷指標(biāo) 住宅建筑

一、前言

　　目前，建筑能耗（包括建材生產(chǎn)能耗、建筑施工能耗、建筑使用能耗）占國(guó)家總能耗的第一位。我國(guó)的建筑能耗約占總能耗的25%，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家可高達(dá)30%～40%，因此建筑節(jié)能具有非同一般的意義。在建筑能耗中，使用能耗（按期50年計(jì)）約占總能耗的80%～90%。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗是建筑使用能耗的重要組成部分，其占建筑能耗的比例隨建筑類(lèi)型的不同而有差異，其中住宅建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗所占比例圈套。減少住宅建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗對(duì)于建筑節(jié)能具有非同一般的意義。
　　
二、計(jì)算對(duì)象描述與條件設(shè)定
　　
　　在Dest軟件中構(gòu)造住宅建筑，磚混結(jié)構(gòu)的板式與塔式住宅（圖1），通過(guò)模擬計(jì)算得出其冬季采暖的耗熱量與熱負(fù)荷指
標(biāo)。
　 　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1　板式（左）和塔式（右）建筑平面圖及各戶(hù)編號(hào)
　　
　　計(jì)算中使用北京地區(qū)氣象數(shù)據(jù)，采暖期平均外溫為-1.4℃，低于-9℃時(shí)間為122小時(shí)，平均總輻射強(qiáng)度為384W/m₂，平均散射輻射強(qiáng)度為114 W/m₂。采暖天數(shù)由11月12日至次年3月20日，共129天。建筑內(nèi)部發(fā)熱量按照《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（采暖居住建筑部分）定義采暖期內(nèi)住宅單位建筑面積的建筑物內(nèi)部得熱量（包括炊事、照明、家電和人體散熱）為3.8 W/m₂。房間與外界的換氣次數(shù)按照《建筑外窗空氣滲透性能分級(jí)及其檢測(cè)方法》（GB7107）中建筑外窗空氣滲透性能分級(jí)規(guī)定的級(jí)水平定義，即空氣滲透量為2.5m₃(m·h)。內(nèi)部房間之間的換氣次數(shù)為0.5次。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)定義 　　表1

類(lèi)別 板樓 塔樓 構(gòu)件名稱(chēng) 導(dǎo)熱熱阻
（m₃K)/W·h 傳熱系數(shù)
W/m₂ 構(gòu)件名稱(chēng) 導(dǎo)熱熱阻
（m₃K)/W·h 傳熱系數(shù)
W/m₂ 外墻 37磚外墻 0.629 1.04 混凝土保溫外墻 0.647 1.02 內(nèi)墻 24磚外墻 0.338 1.10 混凝土隔墻 0.237 1.24 樓梯間內(nèi)墻 37磚內(nèi)墻 0.629 0.83 混凝土保溫內(nèi)墻 0.647 0.82 屋頂 加氣混凝土保溫屋面 0.607 0.54 加氣混凝土保溫屋面 0.607 0.54 樓地 混凝土保溫樓地 3.239 0.29 混凝土保溫樓地 3.239 0.29 樓板 鋼筋混凝土保溫樓板 1.895 0.32 鋼筋混凝土保溫樓板 1.895 0.32 門(mén) 雙層實(shí)體木制外門(mén) ―― 2.3 雙層實(shí)體木制外門(mén) ―― 2.3 窗 雙層鋁合金窗 ―― 3.2 雙層鋁合金窗 ―― 3.2

三、模擬計(jì)算結(jié)果及分析
　　
　　1．不同朝向計(jì)算結(jié)果
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　不同朝向的耗熱量與熱負(fù)荷結(jié)果匯總（W/m₂） 表2

　　南向角度 270度 255度 240度 225度 210度 195度 180度 　6層板樓耗熱量 19.63 19.83 240.33 20.80 21.04 21.11 21.17 　16層板樓耗熱量 18.67 18.80 19.16 19.45 19.52 19.45 19.45 　6層板樓熱負(fù)荷 37.71 38.54 42.28 45.02 46.27 46.85 47.49 　16層板樓熱負(fù)荷 38.64 38.67 38.84 38.97 39.01 39.05 39.17

　　按照最大的幅度計(jì)算，板樓與塔樓的耗熱量分別增加7.8%和4.5%，熱負(fù)荷分別增加25.9%和1.4%。
　　6層板樓和16層塔樓不同朝向時(shí)的耗熱量指標(biāo)
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2　不同朝向時(shí)勢(shì)建筑物耗熱量指標(biāo)（W/m₂）
　　
　　朝向?qū)臒崃恐笜?biāo)、熱負(fù)荷招標(biāo)的影響可總結(jié)為：
　　1．建筑物朝向的變化主要為接受的太陽(yáng)輻射多少的變化：
　　2．建筑物朝南時(shí)耗熱量和熱負(fù)荷最小，南向角度變化后，兩指標(biāo)祭同程度地增大；
　　3．板樓的耗熱量和熱負(fù)荷受朝向影響較大，塔樓則不明顯；
　　4．部分房間由于所處位置的原因，會(huì)有相反的變化，但不影響整幢建筑的變化趨勢(shì)。
　　
　　2．不同體形系數(shù)計(jì)算結(jié)果
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3　建筑物大批量指標(biāo)隨體形系數(shù)變化曲線(xiàn)
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4　建筑物熱負(fù)荷指標(biāo)隨體形系數(shù)變化曲線(xiàn)
　　
　　體形系數(shù)對(duì)耗熱量指標(biāo)、熱負(fù)荷指標(biāo)的影響可總結(jié)為：
　　　　1．隨著體形系數(shù)增加，建筑的耗熱量與熱負(fù)荷指標(biāo)分別提高；
　　　　2．體形系數(shù)接近時(shí)，板式和塔式建筑耗熱量基本相當(dāng)，而塔式建筑的熱負(fù)荷明顯大于板式；
　　　　3．體形系數(shù)對(duì)建筑耗熱量和熱負(fù)荷的影響程度不同；板式建筑變化趨勢(shì)更明顯。
　　

　　3 同外墻傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果

　　　　　　　　　　　　　　　不同外墻保溫厚度時(shí)的建筑耗熱量與熱負(fù)荷指標(biāo) 表3 6層板樓 16層塔樓 外墻保溫厚度
mm 外墻傳熱系數(shù)
W/（m₂·K） 耗熱量指標(biāo)
W/m₂ 熱負(fù)荷指標(biāo)
W/m₂ 外墻保溫厚度
mm 外墻傳熱系數(shù)
W/（m₂·K） 耗熱量指標(biāo)
W/m₂ 熱負(fù)荷指標(biāo)
W/m₂ 0 1.04 19.63 37.71 0 1.02 18.67 38.64 15 0.82 17.64 35.46 30 0.92 17.98 38.24 30 0.68 16.94 34.49 50 0.70 16.26 35.45 50 0.55 15.32 32.06 70 0.56 15.17 33.56 80 0.43 14.16 29.78 100 0.44 14.22 32.36

　　　　　　　　　　　　　　建筑耗熱量與熱負(fù)荷指標(biāo)隨外墻傳熱系數(shù)減小比例 表4

外墻傳熱系數(shù)減小 耗熱量減小 熱負(fù)荷減小 外墻傳熱系數(shù)減小 耗熱量減小 熱負(fù)荷減小 -21.29% -10.14% -5.97% -9.88% -3.07% -1.05% -35.10% -12.71% -8.54% -31.66% -12.91% -8.26% -47.37% -21.95% -14.99% -44.96% -18.78% -13.16% -59.03% -27.89% -21.03% -57.39% -23.84% -16.25%

　　根據(jù)外墻、外窗、屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)及各自面積，可以由
　　計(jì)算出整個(gè)建筑的綜合傳熱系數(shù)K。
　　
　　　　　　　　　　　　　　建筑耗熱量與熱負(fù)荷指標(biāo)隨綜合傳熱系數(shù)減小比例 表5

6層板樓 16層塔樓 綜合傳熱系數(shù)K減小 耗熱量減小 熱負(fù)荷減小 綜合傳熱系數(shù)K減小 耗熱量減小 熱負(fù)荷減小 -21.29% -10.14% -5.97% -9.88% -3.70% -1.05% -35.10% -13.71% -8.54% -31.66% -12.91% -8.26% -47.37% -21.95% -14.99% -44.96% -18.78% -13.16% -59.03% -27.89% -21.03% -57.39% -23.84% -16.25%

　　建筑的耗熱量減小比例與建筑綜合傳熱系數(shù)K的減小比例基本一致，建筑的熱負(fù)荷減小比例低于耗熱量的減小比例。
　　
四、結(jié)論
　　
　　根據(jù)以上結(jié)果，可以總結(jié)出節(jié)能建筑朝向、體形系數(shù)、窗墻比以及外墻傳熱系數(shù)的取值情況。
　　建筑朝向盡可能是坐北朝南，即南向角度0度，偏東或偏西盡量不超過(guò)15度。最好的體形是長(zhǎng)軸朝東西的長(zhǎng)方形，板式住宅優(yōu)于點(diǎn)式住宅。在可能的情況下，應(yīng)盡量避免建造東西向建筑。在建筑物各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)和窗墻面積比不變的情況下，耗熱量與熱負(fù)荷指標(biāo)隨體形系數(shù)增大而升高。在滿(mǎn)足建筑功能的前提下，體形系數(shù)應(yīng)盡量小，一般建筑都應(yīng)控制在0.30以下，高層建筑更容易做到這一點(diǎn)。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)則應(yīng)該綜合考慮外墻、外窗以及屋頂?shù)鹊龋驗(yàn)榫C合傳熱系數(shù)K最終影響著建筑物能耗情況。
　　
　　
參考文獻(xiàn)
　　
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　　2．陸耀慶，供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987。

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