２０１０年第３期（总第３８卷第２２９期） 建筑节能 一节能技术与检测 Ｎｏ．３ ｉｎ ２０１０（Ｔｏｔａｌ Ｎｏ，２２９，Ｖｏ１．３８） ＥＮＥＲＧＹ—ＳＡＶＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＩＤＧＹ＆ＭＥＡＳＵＲｔ ｄｏｆｆ １０ ３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３—７２３７．２０１Ｏ．０３．０２６ 浅议成都地区外窗遮阳系数对建筑能耗的影响 刘旭良，于秉坤 （中机工程勘察设计研究院，成都６１００６６） 摘要：针对成都地区的气候特点，采用中科院以ＤＯＥ．２为计算核心开发的节能分析软件ＰＢＥＣＡ２００８，建立了典型的房间建筑模型， 分别计算了东、西、南、北４个主要方向上，窗户遮阳系数和传热系数对单位外窗面积空调和采暖年耗电量的影响。结果表明： 在东、西、南、北４个主要方向上，单位外窗面积采暖年耗电量与遮阳系数大致呈负线形关系，传热系数主要影响截距大小；在 东、西、北３个方向上，单位外窗面积空调年耗电量与遮阳系数大致呈正线形关系，传热系数同样主要影响截距大小；在南向 上，单位外窗面积空调年耗电量随遮阳系数增大而增大的过程中，有突然陡降的临界现象。利用临界现象，合理的选取遮阳系 数，可以达到降低外窗成本和降低房间能耗的双重效果。 关键词： 遮阳系数； 空调年耗电量； 采暖年耗电量： 临界现象 中图分类号：ＴＵ２０１．５ 文献标志码： Ａ 文章编号： １６７３—７２３７（２０１０）０３．００７４．０３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｅｘｔｅｒｉｏｒ Ｗｉｎｄｏｗ。ｓ Ｓｈａｄｉｎｇ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｅｎｇｄｕ ＬＩＵ Ｘｕ—ｌｉａｎｇ，ＹＵ Ｂｉｎｇ－ｋｕｎ （Ｚｈｏｎ￣ｉ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈｅ ａｔｕｒｅｓ ｏｆｔｈｅ ｃｌｉｍａｔｅ ｉｎ Ｃｈｅｎｇｄｕ，０ ｔ）ｐｉｃａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ－ａｐａｒｔｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｒｅ－ ｓｕｈ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗｏｖｅ ＰＢＥＣＡ ２００８ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｃｏｒｅ ＤＯＥ－２． Ｔｈｅ ｕｅｎｅｅ ｏｆ ｗｉｎｄｏｗ ｓｈａｄｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ａＦｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｃｏｒａｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｉｔ ａｒｅａ ｏｆ ｗｉｎｄｏｗ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｉｎ ４ ｍｏＪｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ：Ｅａｓｔ，ｗｅｓｔ，ｓｏｕｔｈ ａｎｄ ｎｏｒｔｈ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｌｌｕｓｔｒｔａｅｓ ｔｈａｔ ｉｎ ｅａｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｈａｄｉｎｇ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｕｎｉｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ａｒｅａ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｓｔ，ｗｅｓｔ ａｎｄ ｎｏｒｔｈ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｕｎｉｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ａｒｅａ ａｉｒ——ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈａｄｉｎｇ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ．Ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｉｆｃｉｅｎｔ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｓ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｃａｓｅｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｕｔｈ，ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｎａｎｕａｌ ｕｎｉｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ａｒｅａ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎ— ｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｓｓｏｃｉｔａｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ｓｈａｄｉｎｇ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ，ａ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆｓｕｄｄｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ Ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈａｄｉｎｇ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｉｎ ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｅ ｗａｙ Ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ａｂｏｕｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｄｏｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｄｉｎｇ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ；ａｎｎｕａｌ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ａｎｎｕａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｈｅ— ｎ０ｍｅｎｏｎ １能耗计算模型 向，计算外窗在不同朝向时年耗电情况。 本文使用以ＤＯＥ一２为计算核心的节能分析软件 ＰＢＥＣＡ２００８，选取某办公建筑一典型房间进行典型气 象年全年能耗计算，房间模型如图１所示，房间尺寸 长×宽×高＝３．９ ｍｘ３．３ ｍｘ２．８ ｍ，外窗尺寸宽×高＝２．０ ｍ× １．２ ｍ，外窗传热系数和遮阳系数大小在模拟计算中 可变动选取，房间其他各围护结构均设置为绝热。冬 季采暖室内设计温度为２０￣Ｃ，夏季室内设计设定温 度为２６℃，不考虑室内热源和新风负荷。空调系统采 用风机盘管系统，采暖能效比１．９，制冷能效比２．３，系 图１计算模拟模型 统年运行时间表按照文献［４］设置。通过修改房间朝 ２结果分析 收稿日期：２０１０—０２—０３；修回日期：２０１０—０３—０２ （１）单位外窗面积采暖年耗电量在东、西、南、北４ 基金项目：四川省建设厅２００８年新型墙体材料专项基金资助项目（０８） 个主要方向上，‘与窗户传热系数和遮阳系数的关系， ｇ／【Ｉ．； ＼帮 嚣苷謦 一 ／ｔＩ．参 ＼接挈 廿螫 如 见图２～５。 帅鲫加∞如柏如加加０ 个主要方向上，与窗户传热系数和遮阳系数的关系， 加鼬如ｍ ｍ如羽∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ ∞∞∞∞∞∞∞ｏ ８０．ｏ０ ７０ ００ 厂¨一一 罩三．， ・ ３手６Ｏ ０Ｏ ： ４：９９ 至５０００ ， ： ： ‘‘ ：ｉｊ ：：－ｓ２ ９３ 、 ．５，ｎ７ ——４０肿 ４５ Ｉ ！ ： 一． ： 越： …．． ３Ｏ ＯＯ 。 ３３ ７３—兰 ：３ 一—、２Ｏ ｏｏ 、 ２５］；５ ｌＬ ： ，：： ．，．，：’ ． ＩＯ．ｏｏ 、 ～。 ，．＿］，蜩 ＝ 牛哆 ～ ０ｏ０ ． ． ： — ．． ，．． 一， … ：。 ． ．１０ ０００ 耀 …Ｖ … … 一 ５３’ ２０００ ｉ ．些型墨墼 十Ｋ＝６４—－－一Ｋ＝４ ９十Ｋ＝４ ２－－－Ｋ＝３ ５—— —Ｋ ４ 冒；： …～— 逝 Ｌ１ｌ‘ｄ ６０ －＝垂 ３ Ａ．－－：￣．４２…．至５Ｏ ： ： ５３．３６’ ．５２ ５ｆｌ ４５ ４ ：１６收 ： ． 姐垫．…， 。 ３４：５９—≮ ４．１６—— ２０ ２５ 卜 ： ２６・ 盆 ．２２ ５２— 。” １＝ ＿Ｉ如 ， 、 ｊ 囊 ： ． ．、＿了ｎ ．，ｌｕ－ ＿、１ ｆ３ ．． ： ｕ ｕ ｕ ｕ ｕ ｕ ，ｕ ０ｕ ｔＩｉ ｏ ’’ 遮 系数 ３西向窗户采暖年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 —’ ‘ ，・ ；５． Ｑ．… ： １ ６３ ３３— ‘， 雌 ．‘１‘１ ５３ ７３一 ＝，：： ６－６｛ 、．：；： ； ‘‘ ．－ ４ １６一． — ：’ ’５ 【 Ｌ ．ｓ，≮ｎ … ＿叶 ３ ＿ ， 、 ．２２．…■ ！．’４ ６． ～” ３ — ～～～ ： “二＝＝三 ． …～２６蕊— ．＝：～＿２６ 计 ＝＝＝ ４畔 ¨ “ ｈ－ ． ． ． 黔 遮…系数 图４北向窗户采暖年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 … 氍 …． ２２ 寄 … … 獗— 搿 池 … 蕊 鞋 ｊ 。 ’ ． ．． 图５南向窗户采暖年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 由图２～５可以看出，在东、西、南、北４个主要方 向上，采暖用单位外窗面积耗电量与遮阳系数和传热 系数的关系规律相同，均随着遮阳系数的增大而线性 减少，并随着传热系数的增大而增大。分析原因主要 是：在冬季，室内采暖控制温度大于室外，传热系数Ｋ 愈大，外窗保温性能愈差，在单位时间内的热损失也 就越大，采暖耗热量和采暖耗电量也就愈大；随着遮 阳系数的增大，通过外窗进入室内的热量也随之增 加，则相应的采暖耗热量和采暖耗电量也就愈小； （２）单位外窗面积空调年耗电量在东、西、南、北４ 见图６～８。 一ｌ４０ ｏｏ … 圭ｌ１０．００ １。ｑ｝ ．； ． ；： 蕴 ｎ 至８０ ００ 嫠５０ ００ ５ ：二匀 —， ， ７） ｊ～’’ 囊２Ｏ ０Ｏ …１７．洼 ｉ 蓦 １０ ００ ＿１９ｌ１ ．４０ Ｏ０ ” 雩鬻 ６５一，一 ． ０ 图６东向窗户空调年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 ，ｏ２墅址 舀一 圭 甄 象零 善 ～ 誊 ≮ ■ 一， ｒ ｓ・ 圣 … 导 ， ２６．￣８… ．摹 ＿ ．， 图 ７西向窗户空调年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 １２０ Ｏ０ ９７．ｒｒ～ １００００ ７ｏ ４ｌ ８０ ００ 穗 绦。 ≥ 邑６０００ ｓ ．一 ： Ｅ ｊ盏 钉 钔… 蓦４０ ００ 舞２０ Ｏ０ １６ 三撼 銎０ ＯＯ ． ：： ；； ； ｝： ： “ ４．１８一 ．２ＯＯ０ …． ４０ ＯＯ … ： ： ｊ ：‘ ． ． ．． ． ．０．００ 弭 ０．２０ ０．３０ ０．４０ ０．５０ ０．６０ ０．７０ ０．８０ ０．９０ １．Ｏ０ 遮阳系数 图８北向窗户空调年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 由图６～８可以看出，在东、西、北３个主要方向 上，空调用单位外窗面积耗电量与遮阳系数和传热系 数的关系规律相同，均随着遮阳系数的增大而线性增 大，并随着传热系数的增大而减小。 当室内采暖控制温度大于室外温度，窗户传热方 向由室内到室外时，传热系数Ｋ愈大，热量传递愈大， 空调耗热量和空调耗电量也就随之减小。反之，传热 系数Ｋ愈大，空调耗热量和空调耗电量也就随之增 大。结果表明，就成都地区而言，外窗传热系数的综合 作用是随着传热系数的增大而减小。 随着遮阳系数增大，通过外窗进入室内的得热量 也增大，则室内空调负荷也必然增大，从而导致单位 外窗面积耗电量也随之增大。 由图９可以看出，就南向而言，不同传热系数外 窗，空调用单位外窗面积耗电量在随着遮阳系数的增 大而增大时，有一个临界突降点，随着传热系数的增 大，临界遮阳系数也增大。为了更好地说明这个问题， 特汇总了外窗传热系数Ｋ分别为２．４、３．５、４．２、４．９和 ｔ２５ 一＿山≥．≥ ＼囔掣 苷碧 Ｏ ｇ／ｑ．≥ ＼据窖罐导枣 ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ ２ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ６．４时的临界遮阳系数ｘ 、Ｘ 和与取ｘ 相同空调耗 加如 ０ Ｏ ＯＯ ０ 电量时对应的遮阳系数ｘ。，详见表１。Ｘ 、Ｘ 和Ｘｃ位 置示意图见图１０。空调年耗电量在遮阳系数Ｘｈ时最 ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ｍ ｍ如 Ｏ Ｏ Ｏ ３结语 （１）单位外窗面积采暖年耗电量在东、西、南、北４ 个主要方向上，与外窗遮阳系数是负线形比例关系： 外窗传热系数主要影响截距的大小，外窗传热系数愈 大，截距愈大，反之愈小： （２）单位外窗面积空调年耗电量在东、西、北３个 主要方向上，与外窗遮阳系数是正线形比例关系；外 窗传热系数同样主要影响截距的大小，外窗传热系数 愈大，截距愈小，反之愈大； （３１单位外窗面积空调年耗电量在南向上，存在临 小，同时玻璃的遮蔽系数愈小，价格愈高。为此，通过 临界遮阳系数，可以确认遮蔽系数最优取值在Ｘ ～ｘ 。 …… ３ｏ 帮 ／／二 ／／ ： ／／ ／、 ／ ，／二 ／／，：十，，＝１ ｎ １＾ ／・ 童 。＂６３６一－ｏ．６０ ０．７０ ０．８０ ０．９０ １．（ 遮阳系数 界遮阳系数，使单位窗户面积空调年耗电量关于外窗 遮阳系数线形分成２段；随着外窗传热系数的增大， 临界遮阳系数也随之增大； ｌ＝二＝ 三 ：！＝ 兰：！＝ 三 ： ＝！＝ 兰： ＝ 图９南向窗户空调年耗电量与遮阳系数和传热系数的关系 （４）外窗遮阳系数尽量在略大于临界遮阳系数处 ／ 卢 选取。 ／ ｖ 一／／Ｉ 参考文献： ／／ ＼ ．１ ／ ． ［１］朱燕燕，杨坤丽，韦延年．浅析建筑构件遮阳系数确定中存在的问题 ． ．， ［Ｊ］．四川建筑科学研究，２００７，３３（２）：１４３—１４５． Ｏ ２０ Ｏ ３０ Ｏ．４０ＡｂＯ．５０ ０．６０ ０．７０ Ｏ．８０ Ｏ．９０ １．《 Ｏ 遮阳系数 ［２］姚健，闫成文，叶晶晶，等．外窗遮阳系数对建筑能耗的影响［Ｊ】．建筑节 能，２００８（２）：６５－６７． 图１０南向窗户临界遮阳系数示意 表１ 不同外窗传热系数所对应临界遮阳系数 和单位外窗面积空调年耗电量 ［３］任俊，刘加平．建筑能耗计算中外遮阳系数的研究［Ｊ】＿新型建筑材料， ２００５（４）：２７—２９． ［４］ＧＢ ５０１８９－－２００５，公共建筑节能设计标准［ｓ】． 作者简介：刘旭良（１９８１），男，河南禹州人，工程师，供热、供燃气、通 风及空调工程专业，主要从事建筑节能检测及既有建筑围护结构节能 改造方面的研究（ｗｏｎｉｔｅ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ）。 ｆ上接第６１页）着经济的发展以及国家对烧结黏土砖 【Ｊ］＿工业建筑，２００４，３４（１２）：７３—７５． 生产和使用的，绿色环保新型墙体材料必将得到 较大发展。生产绿色环保的新型墙体材料不仅有效治 理了工业废弃物，更有利于空气与水资源的保护，节 【６】高东．砌体结构的发展与展望［Ｊ］．吉林建材，２００４（５）：３９—４１． ［７］潘本栋．建筑的节能与墙体保温研究［Ｊ］．砖瓦，２００５（１２）：４６—４９． ［８］周挺，孙伟民，郭樟根．预应力混凝土砌块砌体的研究【Ｊ］建筑砌块与 砌块建筑，２００６（５）：３—８． ［９］吴村，富恩久＿商品砂浆的现状与未来［Ｊ］．混凝土，２００５（１）：６１・６３． Ｄｏ］要秉文．干拌砂浆粉的研制与应用［Ｊ］．粉煤灰综合利用，２００５（４）：２２－ 约能源消耗，达到社会效益和经济效益的双赢，这也 是当今社会大力推广的新技术产业。 参考文献： ２４． ［１】刘昭平．墙体材料的变迁［Ｊ］＿江西建材，２００５（１）：３３—３４． ［２】杨伟军，胡庆国ｊ昆凝土空心６专砌体房屋［Ｍ］．湖南：中南大学出版社， ２Ｏ０４：１－６． 【１ ｌ】刘数华．高性能再生骨料混凝土试验研究【Ｊ】ｌ沈阳建筑大学学报（自 然科学版），２００９，２５（２）：２６２—２６６． ［３】李湘洲．我国新型墙体材料现状与趋势［Ｊ］ｌ砖瓦世界，２００５（１）：６—８． ［４】严理宽．关于混凝土砌块若干名词术语之我见［Ｊ］．砖瓦，２００５（１０）：４９－ ５１． 作者简介： 王爱迪（１９８５），女，山东烟台人，研究生，结构工程专业，研 究方向为砌体￣（ｗａｎｇａｉｄｉ１９８５４３＠１６３．ｃｏｍ）。 指导教师：祝英杰（１９６１），男，博士，教授，主要研究方向为混凝土及 砌体结构理论 鉴定。 ［５】祝英杰，尹续峰，王士风．新型住宅建筑结构抗震节能体系应用与研究
