基于DeST 对寒冷地区农宅能耗与窗墙比关系的分析

黄莺

太原学院环境科学与工程系

0 引言

对于寒冷地区来说，改变窗墙面积比可以有效节约建筑能耗。有研究表明[1]，太原一农宅通过增加南向窗墙比，能够有效吸收太阳辐射，增加太阳得热，进而减少室内采暖系统的供暖负荷，达到节能。该文献也指出不能一味吸收太阳辐射而增加南向窗墙比，增加窗墙比的同时，也增加了建筑冷辐射，进而增加能耗。本文拟针对同一农宅，研究位于寒冷地区不同城市，研究不同窗墙比对农宅能耗的影响是否一致。

本文选取寒冷地区代表性城市，兰州，银川，西安，太原，石家庄，济南，大连等七个城市为代表，来进行研究窗墙面积比对农宅能耗影响。农宅模型选用文献[1]中模型，围护结构参数设置见文献[1]，并符合规范要求[2]。农宅模型见图1，总建筑面积为70.25 m2。但室外参数随城市的不同而改变，室内参数如温度、内扰等设定相同，以及建筑参数如体形系数、层高、面积等参数相同。窗墙面积比分别设为0.1，0.2，03，0.4，0.5 等。

图1 农宅模型空间布局图

1 室内外参数设定

1.1 各地区室外气象参数及供暖期起止时间

表1 各地区供暖参数

1.2 室内设计参数

依据规范[3]，室内供暖温度为16～24 ℃，本文选取18 ℃。选取同一农宅进行窗墙比对采暖能耗影响的研究，故本文在室内参数设计时采用控制变量法，忽略不同地区农村人们的生活习性、家庭情况等的差异性，选取默认值。

2 各地区农宅冬季供暖负荷与窗墙比之间的关系

2.1 农宅的采暖热负荷值汇总

通过模型建立，利用DeST-h 软件，对各地区进行采暖热负荷的计算，计算结果汇总见表2。

从表2 中数据可看出，不同地区农宅能耗随着窗墙比的增加，不断降低，说明窗墙比的增加对于寒冷地区来说，普遍会降低采暖能耗，但最低能耗并不出现在最大窗墙比的时候。所以，窗墙比对不同地区农宅采暖热负荷有不同的影响。

表2 不同地区不同窗墙比的热负荷指标

2.2 全年累计采暖热负荷与窗墙比之间的关系

依据表2 中不同地区不同窗墙比的农宅采暖累计热负荷值，可得图2。

图2 不同地区农宅采暖累计热负荷随窗墙比的变化

由图2 可知：

1）不同的窗墙比，农宅采暖累计热负荷最大的地区为兰州，最小为济南，采暖能耗排序为：兰州＞大连＞太原＞银川＞石家庄＞西安＞济南。

2）兰州地区农宅采暖能耗的大小与窗墙比的变化基本无关，窗墙比的增大对采暖能耗的影响很小。

3）随着窗墙比的逐渐增加，太原、银川、济南、石家庄、大连地区采暖能耗大致呈不断下降的趋势，说明对这些地区农宅来说，窗墙比增加所带来的太阳得热明显大于冷风渗透耗热量，得热量大于失热量。

4）对于西安地区农宅来说，窗墙比从0.1 增加到0.4，采暖能耗降低，降幅不大。从0.4 增加到0.5，采暖能耗增加。说明对于西安地区农宅能耗来说，窗墙比小于0.4 时，随着窗墙比的增加，农宅得热量大于失热量，当窗墙比大于0.4 时，窗墙比的增加，使农宅得热量小于失热量，采暖能耗增加。西安地区农宅能耗最小时窗墙比为0.4。

5）窗墙比从0.1 变化到0.2，各地区农宅采暖能耗变化较小。窗墙比从0.2 变化到0.5，除兰州和西安地区外，其他地区农宅能耗有明显下降趋势。说明窗墙比0.1 和0.2 给农宅带来的太阳得热量和冷风渗透失热量相差不大，从0.2 变化到0.5，太阳得热量明显大于冷风渗透耗热量。若需明显降低这些地区农宅采暖能耗，可选用大于0.2 的窗墙比。

2.3 单位面积全年累计采暖负荷与窗墙比之间关系

依据表2 中不同地区不同窗墙比的农宅单位面积全年累计采暖热负荷值，可得图3。

图3 不同地区农宅能耗累计热负荷指标随窗墙比的变化

由图3 可知：

1）累计热负荷指标定义：累计热负荷指标=采暖累计热负荷/建筑面积。由公式可知，累计热负荷指标和累计热负荷随着窗墙比变化而变化趋势相同。此处不再赘述。

2）太原地区，窗墙比从0.1 增至0.2，累计热负荷指标增加0.3%。从0.2 增至0.3，累计热负荷指标降低6%。从0.3 到0.4，降低4.3%。从0.3 到0.5，降低4.1%。窗墙比为0.5 时，热负荷指标取到最小值。从0.2 增至0.5，采暖热负荷指标共降低约14%。

3）银川地区，从0.2 增至0.5，采暖热负荷指标共降低约23%。

4）济南地区，从0.2 增至0.5，采暖热负荷指标共降低约6%。石家庄地区，从0.2 增至0.5，采暖热负荷指标共降低约4%。大连地区，从0.1 增至0.5，采暖热负荷指标共降低约7%。

5）兰州地区，最小值为窗墙比0.3 的热负荷指标，从0.2 增至0.3，采暖热负荷指标降低2%。西安地区，最小值在0.4，从0.1 增至0.4，热负荷指标共降低2%。

2.4 采暖季热负荷指标与窗墙比之间的关系

依据表2 中不同地区不同窗墙比的农宅采暖累计热负荷值，可得图4。由图4 可知：

图4 不同地区农宅采暖季热负荷指标随窗墙比的变化

1）银川、太原、济南、大连采暖季热负荷指标随窗墙比的增加有明显降幅，银川和太原降幅最大，节能效果显著。这些地区既有农宅可以通过增加窗墙比的方法，在一定程度上降低采暖能耗，达到节能效果。

2）石家庄采暖季热负荷指标随着窗墙比的增加不断下降，但节能效果较明显。石家庄既有农宅可适度增加增创比来降低采暖能耗。

3）西安、兰州采暖季热负荷指标变化较小，有起伏，说明窗墙比对该地区农宅能耗影响较小。西安、兰州地区新建或既有农宅节能改造中，窗墙比的变化对农宅能耗影响较小，窗墙比的选择需综合考量技术经济条件，并满足住户采光要求。

3 结论

由DeST-h 模拟结果可知：窗墙比的增加，对于寒冷地区农宅，在一定程度上增加了太阳辐射得热，但同时会增加冷风渗透耗热量，不同地区节能效果不同。对于太原和银川地区，窗墙比的增加明显降低了农宅采暖能耗，节能效果显著。济南、大连、石家庄地区农宅可适度调整窗墙比，能够起到一定的节能效果。西安、兰州地区农宅能耗，受窗墙比的影响不明显，需结合当地住户需求及技术经济条件合理选定窗墙比。