提要 　本文使用集成于CAD之上的模擬軟件DeST(Designer's Simulation Toolkit),通過狀態空間法計算房間的冷、熱負荷和熱特性,對北京地區典型的板式和塔式住宅建筑進行了逐時模擬計算。計算中考慮建筑外表面的陰影遮擋、建筑內部發熱量、房間與外界以及房間之間的通風換氣。最后得出不同朝向、體形系數、外墻傳熱系數時建筑的采暖耗熱量與熱負荷指標。通過分析這些結果，得出不同建筑參數對冬季兩個采暖指標的影響，從而給出住宅建筑整體設計的相關指導性結果。對實際中可能出現的朝向、體形系數的建筑，本文則給出了耗熱量和熱負荷指標的變化比例。為了達到節能要求，對于偏東西朝向或體形系數超出標準的建筑物，需要降低圍護傳熱系數，加強保溫性能，以滿足節能住宅相關標準。
　　
關鍵詞 　耗熱量指標 熱負荷指標 住宅建筑

一、前言

　　目前，建筑能耗（包括建材生產能耗、建筑施工能耗、建筑使用能耗）占國家總能耗的第一位。我國的建筑能耗約占總能耗的25%，在一些發達國家可高達30%～40%，因此建筑節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）約占總能耗的80%～90%。建筑圍護結構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型的不同而有差異，其中住宅建筑的圍護結構能耗所占比例圈套。減少住宅建筑的圍護結構能耗對于建筑節能具有非同一般的意義。
　　
二、計算對象描述與條件設定
　　
　　在Dest軟件中構造住宅建筑，磚混結構的板式與塔式住宅（圖1），通過模擬計算得出其冬季采暖的耗熱量與熱負荷指
標。
　 　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1　板式（左）和塔式（右）建筑平面圖及各戶編號
　　
　　計算中使用北京地區氣象數據，采暖期平均外溫為-1.4℃，低于-9℃時間為122小時，平均總輻射強度為384W/m₂，平均散射輻射強度為114 W/m₂。采暖天數由11月12日至次年3月20日，共129天。建筑內部發熱量按照《民用建筑節能設計標準》（采暖居住建筑部分）定義采暖期內住宅單位建筑面積的建筑物內部得熱量（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按照《建筑外窗空氣滲透性能分級及其檢測方法》（GB7107）中建筑外窗空氣滲透性能分級規定的級水平定義，即空氣滲透量為2.5m₃(m·h)。內部房間之間的換氣次數為0.5次。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　建筑圍護結構定義 　　表1

類別 板樓 塔樓 構件名稱 導熱熱阻
（m₃K)/W·h 傳熱系數
W/m₂ 構件名稱 導熱熱阻
（m₃K)/W·h 傳熱系數
W/m₂ 外墻 37磚外墻 0.629 1.04 混凝土保溫外墻 0.647 1.02 內墻 24磚外墻 0.338 1.10 混凝土隔墻 0.237 1.24 樓梯間內墻 37磚內墻 0.629 0.83 混凝土保溫內墻 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 雙層實體木制外門 ―― 2.3 雙層實體木制外門 ―― 2.3 窗 雙層鋁合金窗 ―― 3.2 雙層鋁合金窗 ―― 3.2

三、模擬計算結果及分析
　　
　　1．不同朝向計算結果
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　不同朝向的耗熱量與熱負荷結果匯總（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層板樓熱負荷 37.71 38.54 42.28 45.02 46.27 46.85 47.49 　16層板樓熱負荷 38.64 38.67 38.84 38.97 39.01 39.05 39.17

　　按照最大的幅度計算，板樓與塔樓的耗熱量分別增加7.8%和4.5%，熱負荷分別增加25.9%和1.4%。
　　6層板樓和16層塔樓不同朝向時的耗熱量指標
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2　不同朝向時勢建筑物耗熱量指標（W/m₂）
　　
　　朝向對耗熱量指標、熱負荷招標的影響可總結為：
　　1．建筑物朝向的變化主要為接受的太陽輻射多少的變化：
　　2．建筑物朝南時耗熱量和熱負荷最小，南向角度變化后，兩指標祭同程度地增大；
　　3．板樓的耗熱量和熱負荷受朝向影響較大，塔樓則不明顯；
　　4．部分房間由于所處位置的原因，會有相反的變化，但不影響整幢建筑的變化趨勢。
　　
　　2．不同體形系數計算結果
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3　建筑物大批量指標隨體形系數變化曲線
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4　建筑物熱負荷指標隨體形系數變化曲線
　　
　　體形系數對耗熱量指標、熱負荷指標的影響可總結為：
　　　　1．隨著體形系數增加，建筑的耗熱量與熱負荷指標分別提高；
　　　　2．體形系數接近時，板式和塔式建筑耗熱量基本相當，而塔式建筑的熱負荷明顯大于板式；
　　　　3．體形系數對建筑耗熱量和熱負荷的影響程度不同；板式建筑變化趨勢更明顯。
　　

3 同外墻傳熱系數計算結果

　　　　　　　　　　　　　　　不同外墻保溫厚度時的建筑耗熱量與熱負荷指標 表3 6層板樓 16層塔樓 外墻保溫厚度
mm 外墻傳熱系數
W/（m₂·K） 耗熱量指標
W/m₂ 熱負荷指標
W/m₂ 外墻保溫厚度
mm 外墻傳熱系數
W/（m₂·K） 耗熱量指標
W/m₂ 熱負荷指標
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

　　　　　　　　　　　　　　建筑耗熱量與熱負荷指標隨外墻傳熱系數減小比例 表4

外墻傳熱系數減小 耗熱量減小 熱負荷減小 外墻傳熱系數減小 耗熱量減小 熱負荷減小 -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%

　　根據外墻、外窗、屋頂的傳熱系數及各自面積，可以由
　　計算出整個建筑的綜合傳熱系數K。
　　
　　　　　　　　　　　　　　建筑耗熱量與熱負荷指標隨綜合傳熱系數減小比例 表5

6層板樓 16層塔樓 綜合傳熱系數K減小 耗熱量減小 熱負荷減小 綜合傳熱系數K減小 耗熱量減小 熱負荷減小 -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K的減小比例基本一致，建筑的熱負荷減小比例低于耗熱量的減小比例。
　　
四、結論
　　
　　根據以上結果，可以總結出節能建筑朝向、體形系數、窗墻比以及外墻傳熱系數的取值情況。
　　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15度。最好的體形是長軸朝東西的長方形，板式住宅優于點式住宅。在可能的情況下，應盡量避免建造東西向建筑。在建筑物各部分圍護結構傳熱系數和窗墻面積比不變的情況下，耗熱量與熱負荷指標隨體形系數增大而升高。在滿足建筑功能的前提下，體形系數應盡量小，一般建筑都應控制在0.30以下，高層建筑更容易做到這一點。外圍護結構的傳熱系數則應該綜合考慮外墻、外窗以及屋頂等等，因為綜合傳熱系數K最終影響著建筑物能耗情況。
　　
　　
參考文獻
　　
　　1．彥啟森，趙床珠，建筑熱過程，北京：中國建筑工業出版社，1986。
　　2．陸耀慶，供暖通風設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1987。