外保溫節(jié)能個(gè)性與共性的研究

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

外保溫節(jié)能個(gè)性與共性的研究
 　由瓦克聚合物材料（上海）有限公司發(fā)起，聯(lián)合北京、上海、廣州3所高校和系統(tǒng)供應(yīng)商共同啟動(dòng)了“外墻外保溫系統(tǒng)在多種氣候條件下的應(yīng)用”研究項(xiàng)目。在代表寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的上述三地同時(shí)建造兩間完全相同的樣板房，其中一間安裝外保溫系統(tǒng)，一間未安裝。經(jīng)過一年多的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外墻保溫系統(tǒng)在不同氣象條件下都能夠改善住宅舒適性，具有非常明顯的節(jié)能效果。對(duì)比外保溫房特點(diǎn) 　?。?）對(duì)比房的實(shí)驗(yàn)條件。未保溫房與保溫房的幾何參數(shù)必須完全相同，均為無窗建筑，且修建于空曠場(chǎng)地，其凈面積、凈高、朝向要保持一致，對(duì)比房的屋頂、地面的熱工性能也要完全相同；三城市未保溫房與保溫房的墻體使用材料與外保溫系統(tǒng)相同，但不同地方的墻體材料略有不同(北京，多孔粘土磚，上海，混凝土空心砌塊，廣州，灰砂磚)；未保溫房與保溫房安裝的空調(diào)為1.5匹同樣型號(hào)，每個(gè)空調(diào)單接5～10A的電表，人工記錄電表讀數(shù)并比較其用電量；未保溫房與保溫房安裝完全相同的換氣扇（90m3／h）；未保溫房與保溫房的空調(diào)設(shè)置為冬季加熱20℃，夏季制冷25℃。 　　（2）對(duì)比房室內(nèi)外氣象條件。盡管北京、上海、廣州的保溫房與未保溫房冬季空調(diào)設(shè)定溫度均為20℃，但實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果仍然存在一定誤差。為了使模擬條件與實(shí)測(cè)的情況一致，模擬時(shí)以12月室內(nèi)平均氣溫的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為室內(nèi)設(shè)定條件。對(duì)于保溫房，北京、上海、廣州的室內(nèi)溫度估計(jì)分別為22℃、21℃、23℃；未保溫房，室內(nèi)溫度分別為19℃、16℃、21.6℃（即文獻(xiàn)所述分別低3℃、5℃和1.4℃）。由此可以看出，三地室外逐時(shí)氣象條件對(duì)實(shí)驗(yàn)建筑的耗電量有重要的影響。實(shí)測(cè)電耗與模擬結(jié)果的對(duì)比　　根據(jù)三地外保溫對(duì)比房的熱工特性及室內(nèi)外氣象條件，利用特征溫度法對(duì)外保溫房與未保溫房的能耗進(jìn)行模擬，從模擬結(jié)果得知，對(duì)于保溫房，模擬的月采暖耗電量與實(shí)測(cè)的耗電量是比較接近的。北京的月耗電量偏小是因?yàn)槟M用氣象的月均溫度比實(shí)測(cè)月均溫度要高；上海偏大是因?yàn)槟M用氣象的月均溫度比實(shí)測(cè)月均溫度偏低所致；廣州的月耗電量偏小，一是因?yàn)樵戮鶞囟缺葘?shí)測(cè)月均溫度要高，二是因?yàn)閺V州氣溫較高，可能有一定的空調(diào)耗電量，而對(duì)比實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)電表無法區(qū)分所致，因缺乏公開的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而沒有模擬使偏差略大。但對(duì)于未保溫房，按相同COP模擬的月采暖耗電量雖然高于保溫房的模擬和實(shí)測(cè)的耗電量，總體趨勢(shì)是正確的，但是，對(duì)應(yīng)城市耗電量值低于或遠(yuǎn)低于實(shí)測(cè)的耗電量。我們認(rèn)為，主要是因?yàn)槿貙?shí)驗(yàn)對(duì)比房選用了完全相同的空調(diào)設(shè)備。未保溫房采暖負(fù)荷遠(yuǎn)高于保溫房的采暖負(fù)荷，當(dāng)室外氣溫較低時(shí)，采暖負(fù)荷較大（尤其是未保溫房負(fù)荷更大），熱泵式空調(diào)設(shè)備不能滿足室內(nèi)負(fù)荷要求時(shí)，可能會(huì)開啟電加熱輔助加熱裝置，因此會(huì)使熱泵的COP值降低，耗電量增加。因此在同一地方，即使采用完全相同的風(fēng)冷熱泵時(shí)，其COP值也可能是不同的。                  　　　  綜上所述，在三地對(duì)比實(shí)驗(yàn)條件下，利用特征溫度法模擬采暖耗電量得到如下結(jié)論：（1）氣象條件的顯著不同決定相同建筑在不同地方的負(fù)荷和能耗完全不同；（2）當(dāng)對(duì)相同建筑采取相同的外墻外保溫措施，采暖負(fù)荷及耗電量在不同城市均有不同程度的降低，不同城市的月耗電量的降低量(即為節(jié)能量)是完全不同的，最大相差達(dá)2倍，說明氣象條件也決定節(jié)能量的大小；（3）由于相同的外保溫系統(tǒng)在全國(guó)不同城市的初投資差異不大，因此，相同的保溫系統(tǒng)在不同氣候的城市的投資回報(bào)率和節(jié)能潛力存在顯著的差異；(4)對(duì)于保溫房，三地采暖耗電量的模擬值與實(shí)測(cè)結(jié)果是比較接近的；(5)對(duì)于未保溫房，三地采暖耗電量的模擬值與實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定的差異；(6)模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比表明，用特征溫度法進(jìn)行建筑的負(fù)荷計(jì)算及能耗分析是可靠的。 對(duì)比實(shí)驗(yàn)的局限性　　通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)推斷外保溫系統(tǒng)在不同氣候區(qū)域的節(jié)能率是值得商榷的。主要有以下原因：盡管對(duì)比建筑的幾何特征在三地完全相同，保溫材料和屋頂處理完全相同，但外墻主體熱工性能存在明顯差異，因此，三地的建筑并非嚴(yán)格的相同；由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定的是耗電量，對(duì)于某些時(shí)刻，當(dāng)室外氣溫較低時(shí)，未保溫房負(fù)荷較大，設(shè)備能效比較低，這些時(shí)刻的耗電量就大，與保溫房相比，節(jié)能率很高。但節(jié)能率里即包括外保溫系統(tǒng)的貢獻(xiàn)，又有設(shè)備能效比的降低的貢獻(xiàn)，因此，很難把外保溫系統(tǒng)對(duì)節(jié)能的貢獻(xiàn)區(qū)分出來。因此通過現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很難得出外保溫盡管系統(tǒng)的節(jié)能率。 　　項(xiàng)目的策劃者煞費(fèi)苦心，但是，在各地測(cè)試過程中，由于種種原因，客觀上對(duì)比建筑在不同地方很難達(dá)到完全相同的運(yùn)行參數(shù)，導(dǎo)致最終耗電量變化的影響因素太復(fù)雜。逐時(shí)能效比測(cè)量操作上有一定難度，太陽(yáng)總輻射、散射、逐時(shí)風(fēng)速均會(huì)影響建筑的耗電量，只有將所有因素逐一測(cè)量，才能得到外墻外保溫系統(tǒng)的節(jié)能率。本項(xiàng)目火柴盒式建筑便是如此，真正有窗類建筑更要復(fù)雜得多，需要投入更多的人力、物力、財(cái)力，這是對(duì)比實(shí)驗(yàn)的局限所在。 對(duì)比房的室內(nèi)外模擬條件　　要客觀地評(píng)價(jià)外保溫系統(tǒng)在不同氣候條件下的節(jié)能效果，應(yīng)該是在室內(nèi)設(shè)定溫度一致，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、系統(tǒng)能效比完全相同的條件下比較。最好的辦法是通過全年負(fù)荷模擬和能耗分析來研究。通過對(duì)哈爾濱、北京、上海、廣州、武漢、重慶、昆明和烏魯木齊等8個(gè)城市的氣象條件下，用特征溫度法研究同樣的對(duì)比房、完全相同的設(shè)定條件的全年負(fù)荷情況，對(duì)解決相同外保溫系統(tǒng)在不同氣候下的節(jié)能率是否相近這一普遍關(guān)心的問題起到了一定的作用。                 　　　　如果把上述兩個(gè)對(duì)比建筑放置到不同氣象條件的背景城市，那么我們就可以研究在所有設(shè)定條件相同的情況下，相同的外墻外保溫系統(tǒng)在不同氣候條件下全年的能耗變化規(guī)律。利用特征溫度法進(jìn)行能耗模擬時(shí)，使用的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)有：干球溫度、水平面太陽(yáng)輻射、法向直射輻射、逐時(shí)濕度及室外風(fēng)速等。
全年累計(jì)冷、熱負(fù)荷模擬結(jié)果 　　根據(jù)相應(yīng)城市的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)和上述對(duì)比建筑的設(shè)定條件，利用特征法模擬了8城市的全年累計(jì)采暖負(fù)荷和空調(diào)負(fù)荷，其結(jié)果為：(1)對(duì)于平均氣溫較低的城市，其全年累計(jì)采暖負(fù)荷較大，而全年累計(jì)空調(diào)負(fù)荷較??；(2)各城市的全年采暖負(fù)荷最大相差9.9倍，而各城市的全年空調(diào)負(fù)荷最大相差20.5倍，說明氣象條件的顯著不同決定相同建筑在不同地方的全年負(fù)荷完全不同；(3)當(dāng)對(duì)相同建筑采取相同的外墻外保溫措施，全年的采暖負(fù)荷在不同城市均有不同程度的降低，全年空調(diào)負(fù)荷在不同城市也有不同程度的降低；(4)相同的外墻外保溫系統(tǒng)使不同城市的全年負(fù)荷的降低量(當(dāng)系統(tǒng)能效比相同時(shí)，即為節(jié)能量)是完全不同的，最大相差達(dá)10~20倍。說明氣象條件決定節(jié)能量的大小不同；(5)由于相同的外保溫系統(tǒng)在全國(guó)不同城市的初投資差異不大，因此，相同的保溫系統(tǒng)在不同氣候的城市的投資回報(bào)率和節(jié)能潛力存在顯著的差異。這是建筑外保溫系統(tǒng)節(jié)能的個(gè)性。 相同系統(tǒng)在不同氣象下的節(jié)能率 　　為了比較相同外保溫系統(tǒng)在不同氣候條件下的節(jié)能率，以未保溫房的全年負(fù)荷為比較基礎(chǔ)進(jìn)行分析。由于全年負(fù)荷與能耗的關(guān)系取決于系統(tǒng)的能效比，當(dāng)假設(shè)系統(tǒng)能效比在不同城市相同時(shí)，負(fù)荷降低率即為節(jié)能率。結(jié)果表明：（1）盡管8個(gè)城市的全年采暖負(fù)荷最大相差達(dá)10倍以上，但是，相同外保溫系統(tǒng)在不同城市的采暖節(jié)能率卻是非常相近的；(2)盡管8個(gè)城市全年空調(diào)負(fù)荷最大相差達(dá)20倍以上，但是相同外保溫系統(tǒng)在不同城市的空調(diào)節(jié)能率也是基本相近的。            　　　　我們不難發(fā)現(xiàn)，建筑外保溫系統(tǒng)節(jié)能的共性規(guī)律，即對(duì)相同建筑采取相同的外保溫措施，在不同城市其節(jié)能率是相近的，但是這種相近性并不完全相同。事實(shí)上，上述全年的節(jié)能率是建立在對(duì)全年負(fù)荷變化規(guī)律分析的基礎(chǔ)上得到的，它代表了全年能耗變化的宏觀特征。為了揭示全年節(jié)能率總體相近但又絕非完全相同的特性，通過對(duì)重慶和哈爾濱對(duì)比分析逐時(shí)、逐月空調(diào)負(fù)荷降低率的變化分布規(guī)律與全年空調(diào)節(jié)能率的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)論也基本如此。 逐時(shí)負(fù)荷降低率對(duì)比分析 　　(1)當(dāng)逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷較大時(shí)，相同外保溫系統(tǒng)的建筑空調(diào)負(fù)荷節(jié)能率較低，且變化不大。因未保溫房的基礎(chǔ)負(fù)荷較大，節(jié)能量也較大，比值變化??；(2)當(dāng)空調(diào)負(fù)荷較小時(shí)，空調(diào)負(fù)荷節(jié)能率較高；(3)當(dāng)換氣量較大時(shí)，空調(diào)負(fù)荷節(jié)能率降低，主要是因?yàn)閾Q氣量同時(shí)額外增加了保溫房與未保溫房的負(fù)荷，而節(jié)能量基本不變，所以空調(diào)節(jié)能率總體降低。而節(jié)能率的變化范圍是相近的，這就決定了全年空調(diào)節(jié)能率相近的必然性。逐月對(duì)比分析逐時(shí)的負(fù)荷變化規(guī)律影響逐月的負(fù)荷變化規(guī)律，從而最終影響全年宏觀的節(jié)能率。通過對(duì)重慶、哈爾濱和昆明三城市的逐月空調(diào)負(fù)荷節(jié)能率變化分布規(guī)律可以看出，在全國(guó)的不同地方，不管是什么氣象條件，對(duì)相同建筑采取相同的外保溫系統(tǒng)，盡管建筑本身的全年負(fù)荷及節(jié)能量差異非常大，但同樣措施的節(jié)能率是相近的；對(duì)于同一地方，對(duì)同一建筑采取某種節(jié)能措施后，在建筑使用壽命內(nèi)，不管當(dāng)?shù)馗髂隁庀蟠嬖诙啻蟮牟町?，各年的能耗及該措施的?jié)能量肯定是不同的，但對(duì)建筑采取節(jié)能措施后，各年的節(jié)能率肯定是相近的。這為在全國(guó)各地實(shí)施一系列現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)。結(jié)論
 （1）對(duì)于保溫房，三地采暖耗電量的模擬值與實(shí)測(cè)結(jié)果是比較接近的；對(duì)于未保溫房，三地采暖耗電量的模擬值與實(shí)測(cè)結(jié)果存在較大的差異。 　?。?）模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比表明，用特征溫度法進(jìn)行建筑的負(fù)荷計(jì)算及能耗分析是可靠的。 　?。?）對(duì)比實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果表明，完全相同的對(duì)比建筑，在不同城市，全年的采暖與空調(diào)負(fù)荷是完全不同的，全年負(fù)荷在同城市的差異可達(dá)10～20倍，說明氣象條件是決定負(fù)荷大小的外在因素。 　　（5）對(duì)于相同建筑采用相同的外保溫系統(tǒng)，采暖負(fù)荷和空調(diào)負(fù)荷的全年減低量，在不同城市差異可能達(dá)到數(shù)十倍。由于相同外保溫系統(tǒng)在不同城市的初投資差異不大，故相同節(jié)能措施在不同氣象條件下的城市其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和節(jié)能潛力是完全不同的。 　?。?）對(duì)相同建筑采用相同外保溫系統(tǒng)，在不同城市的全年采暖節(jié)能率是相近的（約），在不同城市的空調(diào)節(jié)能率也基本相近。但是這種相近性并非是完全相同。氣象特征的顯著不同將在一定程度上決定全年節(jié)能率的相近程度。
 （7）本文也證明了瓦克公司項(xiàng)目在不同氣候條件下外保溫系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能率40%以上的推斷是正確的。