窗遮阳结合空调空调节能效果分析docx窗遮阳结合空调空调节能效果分析 0 流体动力的计算方法 通过从标准到数值模拟的建筑能耗研究，开发出了一个功能全面的系统。工程方面,现今暖通相关规范已给出了具体到相当范围地区的粗略计算方法;数值模拟方面,国内外大量流体动力计算软件不断完善。 国内外有相当数量的学者对许多大中城市进行了针对性极强的建筑节能研究对比,而绝大多数研究集中于对模拟出的负荷与实际情况的吻合度与精确度,以及对现行规范的思考改善。相比之下,对窗节能特别是窗遮阳节能的研究,因为受计算方法限制,研究结论具有一定的局限性。 本课题研究了在现行国内大量使用的工程计算方法下,民用建筑遮阳技术对于改善建筑能耗的影响,特别针对上海这种国内人口集中的夏热冬冷地区,并提出合适的遮阳方案。 1 通常用于建筑内部和外部的遮阳和保温方法 1.1 止飘雨,充分利用太阳高度角 遮阳板是上海地区最普遍应用的经济有效的外遮阳方法,不仅可以防止飘雨,而且充分利用了太阳高度角。遮阳板分水平固定及垂直固定,夏天正午太阳高度角大于冬季正午太阳高度角,合适的遮阳板能够有效阻挡夏季强烈阳光直射,充分利用冬季太阳热能,减小空调负荷。 1.2 内私家车间的冷负荷平衡 在各种遮阳方式中,窗内遮阳方便易行,内遮阳是在室内设窗帘,缺点是隔热效率不高。内遮阳既能美化室内环境,又能反射吸收透过的部分阳光,对室内冷负荷峰值有延迟、衰减的作用。窗帘分为浅色、中色、深色3类。 1.3 解决热峰值的作用 双层玻璃窗是把原先的单层玻璃窗改为双层玻璃窗,通过减少太阳辐射和传热减少室内负荷,双层窗对热峰值有延迟、衰减的作用,它的优点是减少负荷的同时不影响室内采光。 2 上海夏热冬冷计算算例 2.1 气象参数 表1为冷负荷室外计算参数。 2.2 岩石结构 上海市普通宾馆标准客房,设定条件如下: (2)屋顶:从上到下为:(1)预制细石混凝土25 mm,表面喷白色水泥浆;(2)通风层≥200 mm;(3)卷材防水层;(4)水泥砂浆找平层20 mm;(5)保温层,沥青膨胀珍珠岩125 mm;(6)隔气层;(7)现浇钢筋混凝土板70 mm;(8)内粉刷。 属于Ⅱ型,传热系数K=0.48 W/(m2·K); (3)南外墙的构造:(1)水泥砂浆;(2)砖墙,δ=370 mm;(3)白灰粉刷。 属于Ⅱ型,传热系数K=1.5 W/(m2·K); (4)南外窗:双层窗,3 mm厚普通玻璃;金属窗框,80%玻璃;白色帘(浅色),窗高2 000 mm; (5)内墙:邻室包括走廊,均与客房温度同; (6)每间客房2人,在客房内的总时数为16 h,(16:00~8:00); (7)室内压力稍高于室外大气压力; (8)室内照明:荧光灯明装,200 W,开灯时间为15:00~24:00; (9)空调设计运行时间24 h。 3 计算模型 以下负荷计算均采用冷负荷系数法,根据不同地区一天中的气象条件变化逐时计算后累加得出室内空调负荷。并只计算南外墙,其他均视为内墙处理。 3.1 冷负荷和室外和屋顶 K为外墙或屋面的传热系数,W/(m2·K); tc(t)为外墙、屋面逐时冷负荷计算温度,℃。 3.2 窗传热系数的修正 式中:Qc(t)为外玻璃窗的逐时冷负荷,W; Kw为外玻璃窗传热系数,W/(m2·K); tc(t)为外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值,℃。对于不同的设计地点,对此值进行修正,为tc(t)+△td; △td为地点修正值; Cw为窗框修正值。 3.3 热冷负荷w 式中:Qc(t)为透过玻璃窗的日射得热冷负荷,W; Ca为有效面积系数; Cs为窗玻璃的遮阳系数; Ci为窗内遮阳设施的遮阳系数; CLQ为窗玻璃冷负荷系数。 3.4 合成灯光的热压 式中:Qc(t)为灯光散热形成的逐时冷负荷,W; N为照明灯具所需功率，W； 当明装荧光灯的镇流器装在空调房内时,取1.2;当安装在顶棚内时,取1.0; n2为灯罩隔热系数; 当荧光灯罩上部穿有小孔,可利用自然通风散热于顶棚内时,取0.5~0.6; 而荧光灯罩无通风孔者n2=0.6~0.8; 计算时从开灯时刻算起到计算时刻的时间。 3.5 成年男性显热热风 式中:Qc(t)为显热散热形成的逐时冷负荷,W; qs为不同室温和劳动性质成年男子显热散热,W; φ为群集系数; CLQ为显热散热冷负荷系数。 4 结果分析 4.1 要减少5年生时窗的日射得热 针对图1所示的建筑,图2纵轴为各围护结构及人员灯光的冷负荷极其累加的总负荷值,横轴为空调开启时刻(11:00~0:00)。 可以看出在窗没有内遮阳和外遮阳的情况下,11:00~16:00时段,窗的日射负荷在所有负荷中比重最大,占45%~50%,中午12:00时日射负荷最大,占50%。 由此可得:减少日射得热是减少夏季空调冷负荷最行之有效的方法之一。 依设定室内照明条件(8),图中15:00时总负荷的下降与16:00人员进入室内、灯光开启等因素有关,在这里不做讨论,下同。 4.2 遮阳板对日射得热的影响 遮阳板(考虑到水平遮阳板的应用更广泛,本文采用遮阳板均为水平放置且宽度均与窗同宽。另外考虑到实际应用中0.4 m以上的遮阳板影响建筑美观,也较耗费材料,且由于0.3 m与0.4 m遮阳板遮阳效果对比得再加长遮阳板性价比不高,故本文仅模拟0~0.4 m的遮阳板)主要影响日射得热,因此,可假设其他条件均不改变,仅对日射得热造成的负荷进行分析。 如图3,遮阳板对下午时段的日射负荷作用显著,可减少负荷6%~30%。采用0.4m遮阳板时,12:00的日射负荷最多可减少30%,即便仅仅使用0.1 m的遮阳措施并且在下午15:00太阳辐射不算特大的情况下,也能使日射得热减少6%。 但对于更晚的时刻(17:00~0:00)由于日落,日射对室内空调负荷的影响逐渐减少(由于延时滞后效应仍存在一定影响),而遮阳板对于这段时间的日射负荷基本没有作用,即遮阳板所减少的热负荷为阳光直射加热室内空气的热量。 总负荷的减少数量情况基本同日射得热负荷,但在总负荷中减少量为2.3%~14.7%,其中12:00时能减少14.7%,即便在15:00太阳辐射大幅减少的情况下使用0.1 m的遮阳板也能使总负荷减少,见图4。 4.3 热冷负荷的变化 表2列出了室内各种类型窗帘的遮阳系数。 在屋顶、外墙、外窗、人员散热与照明条件情况不变的情况下改变内遮阳条件,则光透过玻璃窗的日射得热冷负荷如图5所示。 而逐时室内空调冷负荷总量如图6(无遮阳板情况)。 通过理论数据的对比,我们可以了解到浅色窗帘节能效果最显著,其室内总负荷降低了14.67%;而中色和深色各降低了13.21%和12.56%。 4.4 所影响的负荷 本文对于内遮阳采取的措施有白色、浅蓝色、深色布帘,其内遮阳系数分别为0.5、0.6、0.65;外遮阳采取横向遮阳,遮阳板的长度为0.1、0.2、0.3、0.4 m,计算了不同内外遮阳情况下的窗日射负荷,计算的结果如图7~9。 由计算结果可知,负荷的最大值发生在中午12:00,到下午16:00以后负荷值基本相同,以白布帘为例,无遮阳板,与遮阳板为0.1、0.2、0.3、0.4 m,窗日射负荷值减少13%、15%、18%、3%;以0.4 m遮阳板为例,当内遮阳措施为深色、浅蓝色、白布帘的窗日射负荷减少8%~17%。 对于总负荷而言,0.4 m遮阳板为例,计算结果如图10。 内遮阳措施为深色、浅蓝色、白布帘时总负荷减少4%~20%。 取0.4 m遮阳板、白布帘总负荷与其他各部分负荷为例。 由图11可知,总负荷的最大值基本发生在17:00,但由于到了晚上人员负荷和灯光负荷的突然增加,和屋顶外墙负荷的延时效应,导致在21:00会出现另一个小高峰。 4.5 双层窗与双向窗对比 双层玻璃窗对室内负荷的影响主要是通过日射得热,由图12可知,窗负荷呈抛物线状,最高点即负荷最大点在13:00,而双层窗并未改变这一趋势,只是削弱减少了负荷,尤其在13:00附近可以有效地减少室内负荷。而对于18:00以后,由于没有日射,所有双层窗的效果也减弱。对于室内总负荷,也大体呈抛物线时刻,由于增加了人员和灯光负荷,造成了负荷骤降的情况。总负荷的最高点出现在18:00。 5 遮阳板及盘护结构总负荷的分配 (1)计算结果只针对上海地区而言,窗日射负荷在一天中具有很强的时间分布性,在12:00左右趋近于最大值,当然也会因朝向而体现出差异性; (2)对住宅建筑而言,虽然夜间开启空调已无日射得热,但白天积蓄在室内的日射得热量会在夜间转化成辐射冷负荷,所以窗负荷的最大值在中午,但总负荷最大值却出现在晚上,基本符合抛物线形状,且围护结构总负荷在这部分负荷中占的比例较大,但对于既无内遮阳,又无外遮阳的玻璃窗负荷来说,15:00却出现了明显的拐点,具体分析见第五部分第5小节; (3)内遮阳系数越低,总负荷降低;且遮阳板越长,对降低负荷的作用越明显,但当遮阳板0.4 m后,作用减弱; (4)根据计算结果,在窗户节能措施上,上述所有遮阳措施中,采取双层玻璃窗、白布帘及0.4 m的遮阳板最为节能。 (1)客房尺寸如图1所示,层高为3 500 mm; A为外墙或屋面的面积,m2; tR为室内计算温度,℃; 式中:Qc(t)为外墙屋面的逐时冷负荷,W; Aw为窗口面积,m2; Aw为窗口面积,m2; Djmax为日射得热因数; n1为镇流器消耗功率系数； CLQ为照明散热冷负荷系数。 n为室内全部人数;

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