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通过门窗通风和遮阳达到的削减制冷能耗的效果

来源:中国幕墙网收集整理  作者:齐藤 孝一郎 & 石桥 健太郎  日期:2012-12-11
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概要:中国的能源消费,在经济长期高度的增长环境下,已经成为仅此于美国的世界第二大能源消费国。2011年用电量达到了46900亿千瓦时,比上一年增加了11.7%。从居住建筑来看,其用电量达到5646亿千瓦时,比上一年增加10.8%。按各月分别的用电量来看,在冬季和夏季出现高峰,7~9月是用电需求的最高峰。由于产业结构的变化和人民生活水平的上升,制冷空调所产生的用电消耗在逐年增加。从2011年的数据显示,在每年的最大电力负荷时,空调制冷负荷约占了1/3,超过了发电设备总容量的30%。本篇报告,使用数据模拟的方式,定量的计算居住建筑门窗的通风效果与遮阳效果,并明确了其削减夏季空调制冷所需能耗的节能效果。并且,明确了在不同区域气候条件下如何有效地使用门窗的方法,针对各个地区的节省空调制冷的节能效果,提出了在用电高峰期时削减用电量的可行性。在门窗的性能方面,对威可楷爱普(上海)门窗系统有限公司所生产的各种门窗进行评价。针对通风对应产品,通过流体分析来计算出外部风压所带来的通风换气的特性。对于遮阳产品,我们用ISO和中国标准所规定的太阳光总透射比计算法来模拟分析产品的热工特性。
 

  通过3地的条件0与条件2的比较证明,拥有遮阳功能的窗型能有效降低空调全年制冷耗电量。研究结果显示,北京可实现降低27%、上海为19%、广州为17%左右的节能效果。月度空调制冷耗电量如图7所示,广州与上海在夏季7、8月份的耗电量基本相等。这主要是由于上海与广州在7、8月的外气温度,室外绝对湿度,水平面全天日照射量基本无大的差异所致。上海在7、8月份空调用电量激增,由大型都市住宅的空调耗电对发电设备容量所产生的影响令人堪忧。因此夏季降空调制冷能耗对于缓解用电高峰的效果是非常显著的。即使北京、在7月份的空调耗电量相对于其他月份也是非常突出的,也有必要考虑采取相应的遮阳措施。

  6.2 遮阳功能按时间段对空调制冷的节能效果
  缓解日间用电高峰与削减二氧化碳排放大户的火力发电设施的电力输出密切相关。因此,从节能与控制地球温室化效应来看,是重要的组成部分。空调制冷的耗电量在日间太阳处于最高位置及运转开启后的瞬间会达到峰值。在此,我们通过各时间段的空调制冷耗电量来阐明通过遮阳功能对缓解用电
高峰的效果。

  从三地的每日空调制冷耗电量的记录数据中选取最高一日,其各时间段制冷耗电量如图8所示。通过条件0与条件2的比较得知,拥有遮阳功能的窗型其节能效果非常显著。全天空调制冷耗电量的峰值在12点左右,以12点为基准值进行比较。研究显示,安装有遮阳功能的窗型,在北京地区可以节约20%,上海为14%,广州为17%的电量消耗。虽然相比全年空调节能效果而言效果比较小,但对缓解夏季用电高峰的贡献仍然值得期待。

  7.小结
  本研究针对门窗的通风功能及遮阳功能所产生的节能效果进行定量的把握,阐明根据各地气候条件所与之适应的功能窗及使用方法为目的。本报告计算出安装通风装置的窗型与内置式遮阳百叶窗的隔热性能,以及阐述了安装遮阳装置的窗型所带来的降低制冷能耗的效果。由此得出以下结论:

  (1)使用铝合金断桥构造的YKK AP门窗,除外开门以外均可满足上海地区的隔热性能基准。另外,安装有遮阳功能的窗型(条件2·条件3),除外开门以外可满足北京地区的隔热性能基准。所有门窗的SHGC均可满足上海地区除南向以外的基准值。拥有遮阳功能的窗型(条件2·条件3)的SHGC可满足最严格的广州地区的基准值。

  (2)通过附加通风 · 换气功能(条件1),隔热性能会降低0.1~0.4W/(㎡·K)(UtValue变大),但遮阳性能会提高0.01~0.13(SHGC变小)。通过附加遮阳功能(条件2),隔热性能会提高0.3~0.7W/(㎡·K)(UtValue变小),遮阳性能也会提高0.29~0.37(SHGC变小)。

  (3)拥有遮阳功能的窗型,全年空调制冷节电效果为北京降低27%、上海降低19%、广州减低17%。

  (4)按月度空调耗电量来看,上海在7、8月份,北京在9月份空调用电量激增,由大型都市住宅的空调耗电对发电设备容量所产生的影响令人堪忧。

  (5)根据三地按时间段空调制冷耗电量的计算结果显示拥有遮阳功能的窗型在用电高峰时期的节能效果明显。北京可降低20%,上海为14%,广州为17%。相比全年空调节能效果的降幅比较小,但对缓解夏季用电高峰的贡献值得期待。

  今后,将进一步研究安装有通风功能的窗型在夏季及年中对空调制冷能耗的节能效果,以及明确适合各地气候条件的通风功能与遮阳的使用方式。我们YKKAP集团,定量的把握门窗的各种功能对建筑产生的影响,并开发适合各地气候条件的产品。我们很荣幸通过产品的研发能对中国建筑节能事业的推进与宜居环境的实现做出贡献。

  【参考文献】
  1)清华大学:【中国建筑节能年度发展研究报告】
  2)能源·资源自立循环型住宅•都市基础设施建设的系统开发(自立循环型住宅开发委员会)最终报告(日文资料)
  3)民用建筑节能条例 2008
  4)北京市居住建筑节能设计标准 DBJ 11-602-2011
  5)上海市居住建筑节能设计标准 DG/TJ08-205-2011
  6)夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 JGJ 75-2009
  7)建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程 JGJ151-2008
  8)窗户,门和遮蔽装置的热性能-详细计算ISO 15099:2003
  9)美国劳伦斯伯克力国家实验室:THERM 6.2/ WINDOW 6.2 研究版本用户手册,2008.1
  10)美国劳伦斯伯克力国家实验室:THERM5.2/WINDOW5.2 计算热传导系数的美国标准模拟手册,2006.7
  11)威斯康星-麦迪逊大学:“一个临时的模拟系统”, 太阳能实验室。瞬时模拟程序 17 : (2012)
  12)威斯康星-麦迪逊大学:“一个为56型号(多区域气流模型)双重隔热所设置的空气流网络模型”。气流模型1.4版本(2009.11)

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