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(1) 控制室的实验条件。非保温房和保温房的几何参数必须完全相同,均为无窗建筑,均为露天建筑,其净面积、净高、朝向应一致,对比室的屋顶、地面热工性能也应完全相同;墙体三个城市的无保温房和保温房的材料与外保温系统相同,但不同地方的墙体材料略有不同(北京、多孔粘土砖、上海、混凝土空心砌块、广州、灰砂砖);无保温房安装的空调保温间为1.5台同型号,每台空调机接一台5-10A电表,电表读数由人工记录并与用电量进行比较;未保温间与保温间均装同一台通风机(90m3/h)、设置无保温房、保温房空调,冬季供暖20℃,夏季降温25℃。(2) 比较室内外气象条件。虽然北京、上海、广州等地冬季空调的设定温度为20℃,但试验结果仍存在一定的误差。为使模拟条件与实际情况相一致,以12月份室内平均温度的实际数据作为室内设定条件。保温房估计北京、上海、广州的室内温度分别为22℃、21℃和23℃;非保温房的室内温度分别为19℃、16℃和21.6℃(即室内温度比文献低3℃、5℃和1.4℃)。可见,三地以外的小时气象条件对实验楼的用电量有重要影响。
通过对比试验推断不同气候区外保温系统的节能率是值得商榷的。主要原因是:三处对比建筑的几何特征相同,保温材料和屋面处理相同,但外墙主体热工性能存在明显差异,三处建筑不严格同样,由于实验测量的是耗电量,有一段时间,当室外气温较低时,无绝缘房间的负荷较大,设备的能效比较低,这些时刻的耗电量较大,与绝缘房间相比,节能率较高很高。但是,由于节能率包括外保温系统的贡献和设备能效比的降低,因此很难区分外保温系统对节能的贡献。因此,通过现有的实验数据很难得到外绝缘系统的节能率。这个项目的策划者煞费苦心。然而,在异地测试过程中,由于各种原因,通过对建筑物的客观比较,很难在不同的地点获得相同的运行参数,导致最终用电量变化的影响因素复杂。小时能效比很难测量。太阳总辐射、散射建筑外墙保温材料有几种和每小时风速都会影响建筑物的耗电量。只有对各种因素逐一测量,才能得到外墙外保温系统的节能效果。这就是本项目中火柴盒建筑的情况。真正的带窗建筑要复杂得多,需要更多的人力、物力和财力,这是比较实验的局限性。
为了客观评价外保温系统在不同气候条件下的节能效果,应在室内设定温度相同、围护结构热工性能和系统能效比相同的条件下进行比较。最好的方法是通过年负荷仿真和能耗分析来研究。本文以哈尔滨、北京、上海、广州、武汉、重庆、昆明、乌鲁木齐等8个城市的气象条件为基础,采用特征温度法对同一对比室、同一设定条件下的年负荷进行了研究,对解决同一外绝缘系统在不同气候条件下的节能率是否相似这一普遍关注的问题起到了一定的作用。如果将上述两种比较建筑置于不同气象条件的背景城市,可以研究同一外墙保温体系在相同条件下不同气候条件下的能耗变化规律。采用特征温度法模拟能源消耗时,采用的逐时气象资料包括:干球温度、水平太阳辐射、正常直接辐射、逐时湿度和室外风速。
为了比较同一外保温系统在不同气候条件下的节能率,对无保温房间的年负荷进行了分析。由于年负荷与能耗的关系取决于系统的能效比,当系统在不同城市的能效比相同时,减负荷率即为节能率。结果表明:(1)虽然8个城市年供热负荷的最大差值大于10倍,但同一外保温系统在不同城市的采暖节能率非常相似;(2)8个城市年空调负荷的最大差值大于20倍,不同城市同一外保温系统的空调节能率基本相同。我们不难发现建筑外保温系统节能的一般规律,即对同一建筑采取相同的外保温措施,其节能率在不同城市相似,但这种相似性并不完全相同。实际上,上述年节能率是基于对年负荷变化规律的分析,反映了年能耗变化的宏观特征。为了揭示年节能率一般相似但不完全相同的特点,通过对重庆、哈尔滨两市的对比,分析了时、月空调减负荷率的变化和分布与年空调节能率的内在关系,结论基本相同。
(1) 当负荷较大时,相同外保温系统的建筑空调负荷节能率较低,且变化不大。由于无绝缘房间的基本负荷大,节能能力大,且比值变化小;(2)空调负荷小,空调负荷的节能率高;(3)当空调换风量大时,空调负荷的节能率降低,主要是由于换气量增加了保温房和非保温房的负荷,同时节能基本不变,因此降低了空调的整体节能率。而节能率的变化幅度是相似的,这就决定了空调全年节能率相似的必要性。逐月对比分析小时负荷变化规律影响逐月负荷变化规律,最终影响全年宏观节能率。根据重庆、哈尔滨、昆明等地月空调负荷节能率的分布规律,无论天气状况如何,全国不同地区同一建筑均采用相同的外保温系统。虽然建筑物本身的年负荷和节能差别很大,但同一措施的节能率是相似的;对于同一地点,无论当地气象条件如何不同,对建筑物采取一些节能措施后,同一措施的节能率是相似的年,每年的能耗和这项措施的节能率必须是不同的,但对建筑物采取节能措施后,每年的节能率必须是相似的。这为在全国范围内实施一系列现行建筑节能标准提供了有力的理论依据。
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