分室間歇用能對(duì)墻體內(nèi)外保溫節(jié)能效果的影響

阮 方,錢(qián)曉倩,朱耀臺(tái),吳敏莉

(浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310058)

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分室間歇用能對(duì)墻體內(nèi)外保溫節(jié)能效果的影響

阮 方,錢(qián)曉倩,朱耀臺(tái),吳敏莉

(浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310058)

為了探究適宜夏熱冬冷地區(qū)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫形式,針對(duì)該地區(qū)居住建筑間歇式和分室用能特點(diǎn),以戶(室)為研究單元建立二維傳熱模型,逐秒動(dòng)態(tài)分析居住建筑的能量耗散方式和墻體內(nèi)外保溫方式的節(jié)能效果.在分室用能特點(diǎn)下,兩面內(nèi)墻總耗能份額占總能耗的45%左右,該地區(qū)建筑節(jié)能必須兼顧外墻保溫和內(nèi)墻保溫.在間歇式用能特點(diǎn)下,采用外墻外保溫方式可以降低空調(diào)熱負(fù)荷,但在夏季夜間制冷時(shí),墻體溫度既高于室內(nèi)溫度又高于環(huán)境溫度,外保溫阻礙了墻體向外界散熱,存在“反節(jié)能”現(xiàn)象；采用內(nèi)保溫方式可以降低空調(diào)熱負(fù)荷和冷負(fù)荷.

建筑節(jié)能；間歇用能；分室用能；墻體保溫；動(dòng)態(tài)熱特性；Fluent

在我國(guó)夏熱冬冷地區(qū),夏季悶熱難受,冬季潮濕寒冷.隨著人們經(jīng)濟(jì)生活水平的提高,對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求也越高,空調(diào)制冷和制熱成為主要的改善手段[1].隨之帶來(lái)的建筑能耗增高,尤其是居住建筑能耗,與日益嚴(yán)峻的能源短缺問(wèn)題成為阻礙社會(huì)發(fā)展的主要矛盾之一.建筑節(jié)能是當(dāng)前我國(guó)的一項(xiàng)重要的國(guó)家戰(zhàn)略,而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能是建筑節(jié)能最有效的途徑之一[2-5].我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑普遍采用分室、間歇式用能.分室用能是相對(duì)整棟建筑用能而言,是以房間為用能單位,即部分空間用能；間歇用能是相對(duì)連續(xù)用能而言,即部分時(shí)間用能.我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì),往往忽略了分室、間歇式這一用能特點(diǎn),目前的節(jié)能模式很大程度上平移了北方采暖地區(qū)的模式,采用的是全空間全時(shí)間或全空間部分時(shí)間的研究模式,基本沿用了外墻外保溫的墻體保溫形式,但實(shí)際推廣效果不理想,節(jié)能率遠(yuǎn)低于預(yù)期[6].

在連續(xù)用能方式下,外墻外保溫對(duì)建筑采暖及制冷均有節(jié)能效果.Kossecka等[7]采用DOE-2.1E軟件分析美國(guó)6種氣候地區(qū)單層住宅建筑在連續(xù)用能模式下的冷熱負(fù)荷.結(jié)果表明,外墻外保溫既能降低建筑熱負(fù)荷,又能降低冷負(fù)荷.在間歇用能方式下,已有的研究結(jié)果表明,外墻外保溫可以降低建筑熱負(fù)荷,卻不一定能夠降低建筑冷負(fù)荷[8-17].Masoso等[8]在非洲博茨瓦納,Bojic等[9-11]在香港,Tummu等[12-13]在泰國(guó),Ihara等[14]在日本均發(fā)現(xiàn)在間歇用能方式下,建筑外墻外保溫會(huì)出現(xiàn)“反節(jié)能”特性.保溫措施的節(jié)能效果與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān).Pan等[15]對(duì)中國(guó)的北京、上海和廣州3種不同氣候地區(qū)的外墻外保溫節(jié)能特性進(jìn)行研究.結(jié)果表明,在建筑熱負(fù)荷占據(jù)主導(dǎo)的北京,外墻外保溫節(jié)能效果最佳；在上海,外墻外保溫節(jié)能臨界厚度為26 mm；在廣州,外墻外保溫具有明顯的“反節(jié)能”特性.

在分室用能特點(diǎn)下,非空調(diào)控溫的房間與室外空氣溫度相差較小,在極端設(shè)定情況下,內(nèi)部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗能約占總能耗的70%[16]；因此,僅僅針對(duì)外墻進(jìn)行保溫對(duì)總能耗降低的實(shí)際效果較小.在分室與間歇式的用能2種方式綜合影響下,墻體保溫,尤其是外墻外保溫方式,對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑冷負(fù)荷和全年總能耗的影響,是否同樣存在“反節(jié)能”特性,值得深入研究.

已有的相關(guān)研究結(jié)果,主要是基于DOE-2、EnergyPlus等建筑能耗分析軟件進(jìn)行全年冷熱負(fù)荷計(jì)算；諸如圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度、熱流等過(guò)程量未能輸出,未能深入分析墻體保溫的節(jié)能效果產(chǎn)生的根本原因.Fluent軟件具有強(qiáng)大的解決流動(dòng)傳熱耦合問(wèn)題的功能,且一般可以以秒為計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng),從而較精確地獲得各個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面的溫度和熱流.本文基于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的間歇式、分室用能特點(diǎn),選取杭州市某住宅區(qū)的一典型二室一廳居室為物理模型,以戶(室)為研究單元,利用Fluent 12.0軟件建立二維傳熱模型,對(duì)這一地區(qū)建筑的能量耗散方式進(jìn)行逐秒動(dòng)態(tài)分析,研究基于分室間歇用能特征下墻體內(nèi)外保溫的節(jié)能效果.

1 數(shù)值分析模型

選取杭州市某住宅區(qū)的一典型二室一廳居室為數(shù)值分析物理模型,利用Fluent 12.0軟件建立二維傳熱模型,研究夏熱冬冷地區(qū)基于間歇式、分室用能特點(diǎn)下的建筑能耗、溫度場(chǎng)及熱流分布等.該兩室一廳戶型的示意圖如圖1(a)所示,主要包括臥室B1、臥室B2、衛(wèi)生間W、廚房C以及客廳D,其中窗墻比為0.4,戶型總面積為90.2 m2.臥室B1和臥室B2均具有兩側(cè)外墻、兩側(cè)內(nèi)墻.數(shù)值建模分析時(shí),對(duì)選取的住宅模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,如圖1(b)所示.

圖1 Fluent軟件數(shù)值分析物理模型Fig.1 Physical model for numerical analysis in Fluent

主要考慮3種不同墻體保溫方式下的建筑能耗差別,分別如下.1)不保溫,即墻體僅為KP1型多孔磚,不包覆任何保溫材料；2)外保溫,即墻體與室外接觸壁面加貼30 mm厚擠塑聚苯板；3)內(nèi)保溫,即墻體與室內(nèi)接觸壁面均加貼30 mm厚擠塑聚苯板,與室外接觸壁面不貼任何保溫材料.圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)如表1所示.表中,Δx為厚度,ρ為密度,c為比熱容,λ為導(dǎo)熱系數(shù).

為了簡(jiǎn)化模型,進(jìn)行如下合理的假設(shè).1)忽略柱子、梁等的影響,建立二維導(dǎo)熱模型,假設(shè)樓上、樓下房間均用能,不考慮向樓上和樓下空間的傳熱.2)各層材料為均質(zhì),且各向同性；各層材料的熱物性參數(shù)不隨溫度變化.3)保溫材料與墻體緊密接觸,不考慮接觸熱阻.4)不考慮太陽(yáng)輻射和地板輻射的影響.5)房間內(nèi)部無(wú)質(zhì)量源,不考慮家具蓄熱作用的影響；不考慮人員、燈光及家電設(shè)備的熱擾.建筑圍構(gòu)件的傳熱可以視為二維、無(wú)內(nèi)熱源的非穩(wěn)態(tài)傳熱,導(dǎo)熱微分方程為

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)

(1)

式中：t為溫度,τ為時(shí)間.

外墻外表面與室外環(huán)境只考慮對(duì)流換熱,不考慮輻射,因而表面熱流為

Qout=houtA(θw-θ0).

(2)

式中：hout為外墻外表面對(duì)流換熱系數(shù),按規(guī)范[17]取為19 W/(m2·K)；A為墻體面積；θw為墻體溫度；θ0為室外空氣溫度.

墻體內(nèi)表面及兩種圍護(hù)構(gòu)件交界面采用熱流及溫度分布連續(xù)處理,即

(3)

在對(duì)物理模型進(jìn)行計(jì)算分析時(shí),針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的4個(gè)主要用能特點(diǎn)(①分室用能；②間歇式用能；③以空調(diào)為主；④集中于夏季制冷)相應(yīng)地進(jìn)行如下設(shè)定：1)選取臥室B1為唯一用能房間；2)根據(jù)城鎮(zhèn)居民主要間歇性用能特性,選取每天晚上22:00至早上6:00為用能時(shí)間；3)采用空調(diào)用能,空調(diào)系統(tǒng)的額定能效比為2.3,夏季空調(diào)設(shè)定溫度為26 ℃,冬季為18 ℃；4)選用夏熱冬冷地區(qū)夏季和冬季典型氣候特征分別進(jìn)行計(jì)算.根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[18](JGJ134-2010)可知,杭州夏季單天最高氣象溫度θmax取為37.2 ℃,最低溫度θmin取為27 ℃,日平均溫度為32.1 ℃；冬季單天最高溫度θmax為6.2 ℃,θmin取為1.2 ℃,日平均溫度為3.7 ℃.假定一天內(nèi)的室外溫度隨時(shí)間周期性正弦變化[19],采用下式計(jì)算可知,下午兩點(diǎn)溫度最高,凌晨?jī)牲c(diǎn)溫度最低.

(4)

式中：τ為時(shí)間.

當(dāng)空調(diào)開(kāi)啟時(shí),設(shè)置門(mén)、窗戶均關(guān)閉；當(dāng)空調(diào)關(guān)閉時(shí),門(mén)、窗戶均打開(kāi),外界空氣以較小的速度流入室內(nèi).相對(duì)于墻體,空氣熱容較小,對(duì)最終結(jié)果的影響較小,門(mén)窗周期性開(kāi)啟和關(guān)閉采用用戶自定義程序(user defined functions, UDF)進(jìn)行設(shè)置,通過(guò)周期性改變門(mén)窗的邊界條件達(dá)到門(mén)窗開(kāi)啟和關(guān)閉的效果.在空調(diào)用能時(shí)段,模型出現(xiàn)門(mén)窗這一邊界條件,將門(mén)窗考慮為薄壁熱阻,熱阻為Δx/λ,其中Δx為厚度.在非用能時(shí)段模型中取消門(mén)窗邊界條件,實(shí)現(xiàn)門(mén)窗開(kāi)啟的控制.所有的計(jì)算工況表如表2所示.

該模型采用變頻空調(diào)原理進(jìn)行控溫,空調(diào)運(yùn)行時(shí)制冷(熱)能力取2.5 kW,系統(tǒng)額定能效比為2.3.通過(guò)修改Fluent能量方程中的源項(xiàng)給入的制冷(熱)量,以內(nèi)熱源形式均勻耗散在用能房間內(nèi).以夏季制冷工況為例,在空調(diào)規(guī)定的運(yùn)行時(shí)段內(nèi),當(dāng)用能房間內(nèi)溫度高于空設(shè)定溫度時(shí),空調(diào)自動(dòng)啟動(dòng).根據(jù)室溫的變化情況,以20 s為步長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)空調(diào)的開(kāi)關(guān)頻次.如在某20 s時(shí)間間隔內(nèi),后序時(shí)刻溫度低于前序時(shí)刻,記該20 s空調(diào)一直開(kāi)啟.在已知空調(diào)功率的情況下,可以計(jì)算空調(diào)能耗.累計(jì)8 h內(nèi)(22:00—06:00)的空調(diào)總能耗成為單日空調(diào)運(yùn)行能耗.

表2 間歇采暖及制冷計(jì)算工況

2 計(jì)算結(jié)果與分析

為了直觀反映空調(diào)制冷和制熱時(shí)的間歇式用能特點(diǎn),取B1室內(nèi)溫度及環(huán)境溫度隨時(shí)間的變化,如圖2所示.圖中，θ為氣溫.圖2中,斜線陰影部分為用能時(shí)間,此時(shí)B1室內(nèi)溫度在空調(diào)設(shè)定溫度上下波動(dòng),這主要與空調(diào)啟動(dòng)頻率有關(guān).由圖2可知,冬季制熱時(shí)室、內(nèi)外溫差較大,而夏季夜間制冷時(shí),室、內(nèi)外溫差相對(duì)較小；當(dāng)打開(kāi)窗戶通風(fēng)時(shí),B1室內(nèi)溫度逐漸向環(huán)境溫度靠近,但由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的存在,B1室內(nèi)溫度的變化滯后于環(huán)境溫度的變化,且振幅小于環(huán)境溫度振幅.

圖2 B1室內(nèi)溫度及環(huán)境溫度隨時(shí)間變化Fig.2 Variations of room B1 indoor temperature and ambient temperature

圖3 用能時(shí)室內(nèi)溫度分布云圖Fig.3 Contours of indoor temperature at 2:00 after air-conditioner started

為了直觀地反映空調(diào)制冷和制熱時(shí)的分室用能特點(diǎn),分別取不保溫方式下墻體溫度穩(wěn)定變化后的凌晨2點(diǎn)空調(diào)制冷和制熱時(shí)室內(nèi)溫度θi分布云圖進(jìn)行說(shuō)明,如圖3所示.如圖3(a) 所示為空調(diào)制冷時(shí)室內(nèi)溫度分布,臥室B1內(nèi)空調(diào)開(kāi)啟,B1內(nèi)溫度明顯低于其他非用能房間.在臥室B1內(nèi),由于墻體溫度高于室內(nèi)溫度而向室內(nèi)散熱,因此,靠近墻體壁面處的溫度高于房間中心溫度,且窗戶邊界處溫度更高.如圖3(b) 所示為空調(diào)制熱時(shí)的室內(nèi)溫度分布,臥室B1內(nèi)空調(diào)開(kāi)啟,B1內(nèi)溫度明顯高于其他非用能房間.在臥室B1內(nèi),由于室內(nèi)溫度高于墻體溫度,因此,靠近墻體壁面處的溫度低于房間中心溫度.

在分室用能特點(diǎn)下,非用能房間與外界環(huán)境溫度相差較小,用能房間不僅與外界環(huán)境之間產(chǎn)生對(duì)流換熱,還會(huì)與非用能房間產(chǎn)生對(duì)流換熱.由于假設(shè)樓上、樓下房間均用能,不考慮樓板熱流,墻體耗能可以分為外墻總耗能和內(nèi)墻總耗能,而在當(dāng)前夏熱冬冷地區(qū)的墻體保溫體系里,以外墻外保溫為主,較少考慮內(nèi)墻的保溫.

圖4 不保溫方式下夏季制冷時(shí)墻體耗能動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Energy consumption of walls without insulation when cooling

為了詳細(xì)比較外墻耗能和內(nèi)墻耗能的差異,圖4給出不保溫方式下夏季晚間制冷時(shí)墻體溫度穩(wěn)定變化后的墻體耗能Lw及內(nèi)墻耗能份額φ.外墻和內(nèi)墻耗能夠在空調(diào)開(kāi)啟的幾分鐘內(nèi),均達(dá)到最大,此后逐漸降低.這主要是因?yàn)楫?dāng)空調(diào)開(kāi)啟后,室內(nèi)溫度一般在幾分鐘內(nèi)達(dá)到空調(diào)設(shè)定溫度,隨著室內(nèi)空氣溫度與墻體溫度溫差的增大,墻體耗能增大；當(dāng)空氣溫度不變后,墻體溫度逐漸降低,溫差減小,墻體耗能逐漸降低.從圖4可以看出,內(nèi)墻耗能僅稍低于外墻,內(nèi)墻耗能份額約占總能耗的45%,在第3小時(shí)左右內(nèi)墻耗能份額最低.在該研究的戶型中,用能房間B1臥室有兩面外墻、兩面內(nèi)墻；在實(shí)際的居民住宅建筑中,有很多戶型的用能房間僅一面墻為外墻,樓頂和地板也存在耗能,內(nèi)墻耗能份額更大,甚至可以預(yù)見(jiàn)將遠(yuǎn)大于外墻耗能.在夏熱冬冷地區(qū)的分室用能特點(diǎn)下,僅對(duì)外墻進(jìn)行保溫的節(jié)能效果不夠理想,需要兼顧外墻保溫和內(nèi)墻保溫.

為了探索最適合于夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能的墻體保溫體系,研究3種不同保溫方式的空調(diào)能耗,分別為不保溫、外墻外保溫和外墻內(nèi)墻均內(nèi)保溫等.表3給出不同保溫方式對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷和熱負(fù)荷的影響,通過(guò)空調(diào)負(fù)荷的差異直觀地反映墻體耗能的差異.表中,Δθ為室內(nèi)、外空氣平均溫差,QNI為不保溫空調(diào)負(fù)荷,QEXT為外保溫空調(diào)負(fù)荷,QINT為內(nèi)保溫空調(diào)負(fù)荷.由表3可知,與不保溫相比,內(nèi)保溫可以降低20.5%的空調(diào)冷負(fù)荷,也可以降低48.2%的空調(diào)熱負(fù)荷；外保溫可以降低22.3%的空調(diào)熱負(fù)荷,但會(huì)增加21%的空調(diào)冷負(fù)荷.由此說(shuō)明,外墻外保溫方式在夏季制冷時(shí)存在“反節(jié)能”現(xiàn)象.該研究將從墻體耗能及墻體溫度兩方面分別進(jìn)行分析.

表3 不同保溫方式對(duì)空調(diào)能耗的影響

圖5 夏季制冷時(shí)不同墻體保溫方式下的墻體耗能Fig.5 Energy consumption of walls in different wall insulation methods when cooling

圖6 夏季制冷時(shí)不同保溫方式下的外墻溫度變化Fig.6 Exterior wall temperature variations in different insulation methods when cooling

夏季制冷時(shí),不同墻體保溫方式下的墻體耗能如圖5所示.由圖5可知,在不保溫和外保溫方式下的內(nèi)墻耗能相差較小,而內(nèi)保溫的內(nèi)墻耗能相對(duì)小一些；在計(jì)算外墻耗能時(shí)發(fā)現(xiàn),內(nèi)保溫方式最小,外保溫方式最大.由此可見(jiàn),3種保溫方式對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷影響差異的原因主要來(lái)自于外墻耗能.墻體耗能主要與墻體和室內(nèi)的溫差有關(guān),對(duì)不同墻體保溫方式下的墻體溫度進(jìn)行分析.為了避免墻體初始假定溫度的影響,以下分析中的墻體溫度均為空調(diào)連續(xù)間歇式運(yùn)行模式下達(dá)到“穩(wěn)態(tài)”變化后的溫度.

圖6給出夏季制冷時(shí)不同保溫方式下的外墻體平均溫度在一天內(nèi)的變化.從圖6可知,不保溫和內(nèi)保溫方式下的外墻溫度變化基本吻合,而外保溫方式下的外墻溫度變化非常小,受環(huán)境溫度變化的影響很小.3種保溫方式下的外墻體平均溫度在用能時(shí)間內(nèi)均高于環(huán)境溫度,此時(shí)墻體表面熱流將表現(xiàn)出“雙面性”,即墻體既向外界空氣散熱,又向室內(nèi)散熱.此時(shí),若采用外墻外保溫方式,則會(huì)阻礙墻體向外界環(huán)境的散熱,增加了墻體向室內(nèi)散熱,從而增加空調(diào)冷負(fù)荷,表現(xiàn)出“反節(jié)能”特性.當(dāng)采用內(nèi)保溫方式時(shí),則與外墻外保溫不同,保溫材料阻斷的是墻體向室內(nèi)的部分散熱,增加的是墻體向外界空氣的散熱,從而可以降低冷負(fù)荷.由此可知,“反節(jié)能”特性的根本原因?yàn)殚g歇式用能特性.在非用能時(shí)間,由于空氣對(duì)流作用于墻體,使得墻體溫度在用能時(shí)高于環(huán)境溫度.

根據(jù)墻體耗能和墻體溫度可以對(duì)冬季熱負(fù)荷進(jìn)行分析.冬季制熱時(shí),不同保溫方式下的墻體能耗如圖7所示.由圖7可知,外保溫方式下的外墻耗能低于不保溫,略高于內(nèi)保溫,而外保溫方式下的內(nèi)墻耗能與不保溫基本吻合,內(nèi)保溫方式下的內(nèi)墻耗能則低于外保溫與不保溫方式.與夏季制冷時(shí)不同,無(wú)論內(nèi)墻還是外墻,墻體溫度均遠(yuǎn)低于空調(diào)設(shè)定溫度,但高于環(huán)境溫度,如圖8所示.熱流的方向是單向的,均為由室內(nèi)流向室外,無(wú)論是外保溫還是內(nèi)保溫均可以有效地阻礙部分熱流,從而降低空調(diào)熱負(fù)荷.

圖7 冬季制熱時(shí)不同保溫方式下的墻體耗能Fig.7 Energy consumption of walls in different insulation methods when heating

圖8 冬季制熱時(shí)不同保溫方式下的外墻溫度變化Fig.8 Exterior wall temperature variations in different insulation methods when heating

綜上所述,在夏熱冬冷地區(qū)外墻外保溫的墻體保溫模式的實(shí)際效果推廣不理想的主要原因?yàn)樵摰貐^(qū)用能方式為分室間歇用能.1)分室用能特點(diǎn)下,在具有兩面外墻的房間,墻體耗能中的內(nèi)墻耗能占據(jù)重要比重,若房間僅有一面外墻,則內(nèi)墻耗能將占據(jù)主要部分.若僅僅考慮外墻保溫,則對(duì)總的建筑能耗的節(jié)能效果將低于預(yù)期.2)在間歇式用能特點(diǎn)下,尤其是在居住建筑的晚間用能特點(diǎn)下,采用外墻外保溫技術(shù)雖然可以降低冬季熱負(fù)荷,但對(duì)夏季空調(diào)冷負(fù)荷存在“反節(jié)能”現(xiàn)象.根據(jù)本課題組對(duì)以浙江地區(qū)為代表的夏熱冬冷地區(qū)居住建筑電耗的調(diào)查結(jié)果[1]可知,該地區(qū)居住建筑的夏季制冷時(shí)間和頻率遠(yuǎn)高于冬季制熱.必須正視外墻外保溫技術(shù)在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用誤區(qū),針對(duì)該地區(qū)特有的建筑用能特點(diǎn),尋求最適合的建筑節(jié)能方式.根據(jù)本文的研究結(jié)果可知,采用墻體內(nèi)保溫技術(shù)既能夠降低空調(diào)熱負(fù)荷,又能夠降低空調(diào)冷負(fù)荷,值得推廣.

3 結(jié) 論

(1)在夏熱冬冷地區(qū)的分室用能特點(diǎn)下,兩面內(nèi)墻總耗能僅稍低于兩面外墻,內(nèi)墻總耗能份額占總能耗的45%左右,該地區(qū)建筑節(jié)能必須兼顧外墻保溫和內(nèi)墻保溫.

(2)內(nèi)保溫相比不保溫可以降低空調(diào)20.5%冷負(fù)荷,又可以降低48.2%空調(diào)熱負(fù)荷；外保溫可以降低22.3%空調(diào)熱負(fù)荷,但會(huì)增加21%空調(diào)冷負(fù)荷.在夏熱冬冷地區(qū)間歇式用能特點(diǎn)下,外墻外保溫方式在夏季制冷時(shí)存在“反節(jié)能”現(xiàn)象.

(3)夏季晚間制冷時(shí),外墻溫度高于環(huán)境溫度,因而增加外保溫會(huì)阻礙墻體向外界環(huán)境的散熱,增加了墻體向室內(nèi)散熱,因而表現(xiàn)出“反節(jié)能”特性；在內(nèi)保溫方式下,保溫材料阻斷的是墻體向室內(nèi)的部分散熱,因而可以降低冷負(fù)荷.

(4)冬季制熱時(shí),內(nèi)外墻墻體溫度均遠(yuǎn)低于空調(diào)設(shè)定溫度,高于環(huán)境溫度,熱流單一由室內(nèi)流向室外.無(wú)論是外保溫還是內(nèi)保溫均可以有效地阻礙部分熱流,從而降低空調(diào)熱負(fù)荷.

本文采用的CFD模擬方法與已有的諸如EnergPlus、DeST等建筑能耗模擬軟件形成了有效互補(bǔ),可以從機(jī)理上清晰地闡明間歇與局部用能特點(diǎn)下不同保溫方式的不同節(jié)能效果的具體原因.限于Fluent計(jì)算量的原因,本文只能采取簡(jiǎn)化建筑模型的方式,比如內(nèi)保溫?zé)針驅(qū)δ芎牡脑黾又翟谖闹形茨芸紤].相對(duì)于嚴(yán)寒及寒冷地區(qū),夏熱冬冷地區(qū)的局部用能方式使得房間的內(nèi)墻及樓板成為了新的能量耗散途徑.內(nèi)保溫形式在柱梁板處形成的熱橋面積相對(duì)內(nèi)外墻及樓板的總面積非常小,所以在局部用能方式下,熱橋附加能耗對(duì)總能耗的影響較小.該模型假設(shè)對(duì)最終結(jié)論的影響不大,本文結(jié)論能夠?yàn)橄臒岫涞貐^(qū)外墻保溫方式的選擇起到一定的參考作用.

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Internal and external wall insulation effect on building energy efficiency with compartmental and intermittent energy consuming method

RUAN Fang, QIAN Xiao-qian, ZHU Yao-tai, WU Min-li

(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

A two-dimensional heat transfer model of one household flat was built for a transient study of the internal and external wall insulation effect on building energy efficiency based on the intermittent and compartmental energy consuming method of residential buildings in hot summer and cold winter zone in order to explore the most suitable insulation method for resident building envelop in this climate region. The energy consumption of interior walls accounts for nearly 45% of the total amount with the mode of compartmental energy consuming. Insulation for interior walls should be considered as well as for exterior walls. With the intermittent energy consuming mode, exterior wall external insulation can decrease air-conditioner heating load. When cooling in summer nights, the temperature of wall is higher than both indoor and outdoor. External insulation hinders heat in walls from dissipating to outside, and there is an “anti-insulation” effect existing here. Internal insulation can effectively decrease both heating and cooling loads of air-conditioner．

building energy efficiency; intermittent energy consuming; compartmental energy consuming; wall insulation; dynamic thermal performance; Fluent

2015-05-07. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)網(wǎng)址： www.journals.zju.edu.cn/eng

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012BAA10B01)；浙江省建筑節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目.

阮方(1990-),男,博士生,從事建筑節(jié)能的研究. ORCID： 0000-0002-7626-5529.E-mail: ruanfang@zju.edu.cn 通信聯(lián)系人：錢(qián)曉倩,男,教授. ORCID： 0000-0003-4649-1557. E-mail: qianxq1@zju.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.01.001

TU 111

A

1008-973X(2016)01-0001-07