公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗影響

1、DEST軟件學(xué)習(xí)報(bào)告 -公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗的影響 學(xué)院：市政與環(huán)境工程班級(jí)：能源與環(huán)境姓名：吳靜學(xué)號(hào)：142351046111 / 11文檔可自由編輯打印DEST軟件學(xué)習(xí)報(bào)告公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗的影響 （環(huán)境科學(xué)與工程 吳靜 1423510461）摘要：以北京地區(qū)某擬建公共建筑為研究對(duì)象,應(yīng)用能耗模擬軟件DeSTC,分別模擬分析了不同熱工性能的外墻、屋面、外窗以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體對(duì)建筑能耗的影響。分析得到圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能對(duì)建筑冷熱負(fù)荷的不同影響,以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)單體與整體的節(jié)能潛力。關(guān)鍵詞：熱工性能;圍護(hù)結(jié)構(gòu);DeSTC;能耗模擬;公共建筑;能耗影響1. 引言 圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為建筑內(nèi)外環(huán)境熱

2、交換的重要通道，對(duì)建筑能耗影響巨大。近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高,人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求越來(lái)越高,相應(yīng)的建筑能耗也越來(lái)越大,給能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)都造成了很大的壓力。同時(shí)建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況也必須隨著建筑環(huán)境狀況的變化而不斷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)滿足舒適性及其它要求的建筑環(huán)境。由于建筑環(huán)境變化是由眾多因素所決定的一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，因此只有通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的方法才能有效地預(yù)測(cè)建筑環(huán)境在沒(méi)有環(huán)境控制系統(tǒng)時(shí)和存在環(huán)境控制系統(tǒng)時(shí)可能出現(xiàn)的狀況。如果能找出影響建筑能耗的主要因素,就意味著找到了節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn),這對(duì)節(jié)能工作是非常有益的。為此清華大學(xué)建筑學(xué)院建筑技術(shù)科學(xué)系建筑環(huán)境與設(shè)備研究所 （原清華大學(xué)

3、熱能系供熱、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)教研組） “綜合十余年科研成果的結(jié)晶，開(kāi)發(fā)出了用于建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)模擬分析的軟件平臺(tái)建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)模擬工（Designer's Simulation Toolkit，簡(jiǎn)稱DeST）。在DeST的基礎(chǔ)上，針對(duì)公共建筑開(kāi)發(fā)了專用的能耗模擬分析軟件：DeST-c。 2005年國(guó)家建設(shè)部發(fā)布的公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定:從北方至南方,圍護(hù)結(jié)構(gòu)分擔(dān)節(jié)能率約25%13%4,這意味著新建公共建筑在圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮節(jié)能要求,滿足基本指標(biāo)。北京地區(qū)作為典型的夏熱冬冷地區(qū),建筑能耗十分顯著,那么圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能對(duì)該地區(qū)公共建筑的影響究竟如何?本次作者應(yīng)用DEST商建版D

4、eST-C，以北京市某擬建的節(jié)能示范工程辦公樓為研究對(duì)象,分別模擬分析了不同熱工性能的外墻、屋面、外窗以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體對(duì)建筑能耗的影響,并得到不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的節(jié)能潛力。2. DEST軟件介紹 2.1概述DeST 軟件的研發(fā)開(kāi)始于1989 年。開(kāi)始立足于建筑環(huán)境模擬，1992 年以前命名為BTP （Building Thermal Performance），以后逐步加入空調(diào)系統(tǒng)模擬模塊，命名為IISABRE。為了解決實(shí)際設(shè)計(jì)中不同階段的實(shí)際問(wèn)題，更好地將模擬技術(shù)投入到實(shí)際工程應(yīng)用中，從1997 年開(kāi)始在IISABRE 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)針對(duì)設(shè)計(jì)的模擬分析工具DeST，并于2005 年初步

5、完成DeST2.0 版本。如今DeST已陸續(xù)在國(guó)內(nèi)、歐洲、日本、香港等地區(qū)開(kāi)始得到應(yīng)用。它基于“分階段模擬”的理念，實(shí)現(xiàn)了建筑物與系統(tǒng)的連接。使之既可用于詳細(xì)地分析建筑物的熱特性，又可以模擬系統(tǒng)性能，較好地解決了建筑物和系統(tǒng)設(shè)計(jì)耦合的問(wèn)題。建筑模擬軟件的作用是為建筑環(huán)境及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供輔助分析數(shù)據(jù)，因此，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程的特點(diǎn)和邏輯關(guān)系應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在軟件的模擬過(guò)程中。DeST 在開(kāi)發(fā)過(guò)程中融合了實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程的階段性特點(diǎn)，將模擬劃分為建筑熱特性分析、系統(tǒng)方案分析、AHU 方案分析、風(fēng)網(wǎng)模擬和冷熱源模擬共5 個(gè)階段，為設(shè)計(jì)的不同階段提供準(zhǔn)確實(shí)用的分析結(jié)果，如建筑熱特性的模擬計(jì)算提供建筑本體的熱特性數(shù)

6、據(jù)，方案模擬則提供方案設(shè)計(jì)的模擬分析結(jié)果，由此實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分階段模擬。 2.2操作界面DeST以AutoCAD為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用戶可在AutoCAD界面下完成工程項(xiàng)目建模及各種能耗系統(tǒng)模擬計(jì)算等功能，因此，AutoCAD的一些命令在DeST中同樣有效。DEST操作界面如下：3. 建筑模型建立 選北京地區(qū)辦公樓為模擬分析對(duì)象。辦公樓為單層框架結(jié)構(gòu)公共建筑,層高3.6m,總建筑空調(diào)面積為1496.25m2。每層房間功能以教室為主，樓的朝向均為南北朝向。 3.1建筑物底圖的繪制 使用DEST軟件進(jìn)行建筑物能耗模擬之前必須要進(jìn)行底圖的繪制，這一工作我們可以在DEST中進(jìn)行也可以現(xiàn)在CAD

7、中進(jìn)行，主要步驟如下：1.沿墻體中心線描繪出各個(gè)樓層平面的輪廓圖，用不同圖層不同顏色表示出窗、墻、門(mén)的中軸線。2.將底圖描好后一定要根據(jù)樓層的不同編輯好圖層，一個(gè)樓層設(shè)置一個(gè)圖層，標(biāo)準(zhǔn)層只設(shè)一層即可。3.若是用CAD繪制輪廓圖，則將輪廓圖復(fù)制到DEST軟件中，新建DEST圖層，在DEST中打開(kāi)底圖。4.選擇菜單欄中“建筑描述”中的“新建建筑”按鈕，在命令行中輸入建筑名稱。 3.2門(mén)窗繪制 在直墻上開(kāi)門(mén)：點(diǎn)擊“建筑描述”中的“在直墻上開(kāi)門(mén)”，或是在工具欄中直接點(diǎn)選 在命令欄里根據(jù)提示輸入門(mén)高、門(mén)寬，最后在圖中選擇門(mén)的位置。用戶可連續(xù)添加門(mén)直至點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵為止。在直墻上開(kāi)窗：點(diǎn)擊“建筑描述”中的“

8、在直墻上開(kāi)窗”，或是在工具欄中直接點(diǎn)選，此時(shí)任務(wù)欄會(huì)出現(xiàn)"給定大?。‵）"、"隨墻自動(dòng)調(diào)整（A）"、"給定窗墻比（R）"三種繪制方式，輸入給定的字母并回車(chē)，命令欄中會(huì)提示不同的窗戶參數(shù)。 3.3建筑計(jì)算預(yù)處理執(zhí)行“模擬計(jì)算”中的“建筑計(jì)算預(yù)處理”命令，可對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行檢查，確定整個(gè)建筑的完整性和門(mén)窗布置的合理性，自動(dòng)刪除一些歧異的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并且自動(dòng)加入房間標(biāo)識(shí)及熱擾。建議在建立比較復(fù)雜的建筑時(shí)應(yīng)多存盤(pán)及執(zhí)行“建筑計(jì)算預(yù)處理”命令檢查圍護(hù)結(jié)構(gòu)的正確性。（注：在使用過(guò)程中如果遇到一些可變參數(shù)為未顯示出現(xiàn)的情況，可能是由于未進(jìn)行建筑預(yù)算預(yù)處

9、理造成的）。在往后的建筑模擬中，改變?nèi)魏我粎?shù)要進(jìn)行下階段的模擬時(shí)，必須要進(jìn)行建筑計(jì)算預(yù)處理。其方法為點(diǎn)擊菜單欄中的“模擬計(jì)算”中“建筑計(jì)算預(yù)處理”。 3.4房間通風(fēng)點(diǎn)擊“建筑描述”下的“自動(dòng)加入通風(fēng)標(biāo)志”，或者在工具欄中直接點(diǎn)選，用戶可以根據(jù)命令欄的提示選擇“房間與房間之間”的內(nèi)通風(fēng)、“房間與外界之間”的外通風(fēng)或者“兩者都有”，則DeST 會(huì)自動(dòng)加入所有符合要求的通風(fēng)。也可以手動(dòng)自行添加通風(fēng)，自動(dòng)通風(fēng)中的房間與房間的通風(fēng)不包括樓層之間的通風(fēng)，需要手動(dòng)添加。添加房間通風(fēng)后需要對(duì)建筑物進(jìn)行“建筑計(jì)算預(yù)處理”。至此，可以得到建筑模型平面圖：4. 建筑模擬工況 4.1模擬方法與思路 考慮到影響因素的

10、多樣性和復(fù)雜性,相對(duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)試而言,計(jì)算機(jī)模擬更為方便快捷5。應(yīng)用DeSTc軟件對(duì)建筑物進(jìn)行全年逐時(shí)能耗模擬,研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力。考慮北京市氣溫特點(diǎn),在采暖季和空調(diào)季設(shè)定時(shí),將采暖季設(shè)為11月15日到次年3月15日,空調(diào)季設(shè)為6月1日至8月30日。室內(nèi)計(jì)算溫度分別設(shè)為18°C和26°C?？照{(diào)時(shí)間的換氣次數(shù)為0,非空調(diào)時(shí)間換氣次數(shù)設(shè)為0.5次/h。采暖設(shè)備能效比和空調(diào)設(shè)備能效比采用軟件中默認(rèn)的數(shù)據(jù),分別取1.9和2.3。為了有效地分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力,采用單項(xiàng)逐一分析與組合分析并用的研究方法,即在其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)保持不變的情況下,只改變研究對(duì)象圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特性,分析其對(duì)建筑能

11、耗的影響。同時(shí),對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同組合情況下的建筑能耗進(jìn)行模擬,研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的節(jié)能潛力。 4.2模擬步驟在建立好建筑模型的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑物進(jìn)行描述，建筑主要參數(shù)：建筑命名，房間命名，地理位置，方位，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。建筑主要構(gòu)件：外墻，內(nèi)墻，樓板，屋頂，樓地，門(mén)，窗。建筑命名：點(diǎn)擊 “建筑編輯 ”中的 “編輯建筑 ，或者工具欄中的在名稱欄可查看建筑名。房間命名：點(diǎn)擊“活動(dòng)樓層控制”工具欄中的“顯示房間”，可以顯示或隱藏房間標(biāo)識(shí)，。此房間名稱為系統(tǒng)自動(dòng)分配，若要按系統(tǒng)自動(dòng)重新命名，則點(diǎn)擊“系統(tǒng)描述”的“系統(tǒng)房間自動(dòng)重命名”。地理位置：點(diǎn)擊 “顯示 ”中的 “顯示瀏覽窗口 ”，在圖中選定地點(diǎn)按鈕點(diǎn)擊“城市

12、 ”選項(xiàng)，擇建筑所在城市最后點(diǎn)擊“確定 ”。該選項(xiàng)十分重要，因?yàn)椴煌某鞘袝?huì)有不氣象條件，根據(jù)所選城市DeST 會(huì)調(diào)用氣象數(shù)據(jù)生成程序計(jì)算當(dāng)?shù)氐娜曛饡r(shí)氣象參數(shù)。房間功能：在商業(yè)建筑中，房間的功能不同其內(nèi)部的人員、燈光、設(shè)備、系統(tǒng)的情況就不同，這將在很大程度上影響房間最終的負(fù)荷。所以“房間功能”是一個(gè)非常重要的參數(shù)。點(diǎn)擊“顯示”中的“顯示瀏覽窗口”或者直接在工具欄中點(diǎn)選，在圖中選擇所需房間，在屬性工具欄上方選擇“基本屬性”，然后點(diǎn)擊“房間功能”，在彈出的房間類(lèi)型工具欄中即可選擇房間的類(lèi)型。在商建版中共有辦公室、客房、商場(chǎng)、洗手間、空房間幾種房間類(lèi)型可供選擇。建筑構(gòu)件：給當(dāng)前樓層內(nèi)的房間選擇建筑

13、構(gòu)件。如果當(dāng)前樓層為首層，則應(yīng)為其房間指定樓地代替樓板；如果當(dāng)前層房間是頂層房間，則應(yīng)為其指定屋頂構(gòu)件。內(nèi)墻、外墻、樓板、屋頂、樓地、門(mén)、窗等建筑構(gòu)件的選擇具有統(tǒng)一的對(duì)話框界面。先按“顯示”中的“顯示瀏覽窗口”，在圖中選定建筑構(gòu)件，在屬性工具欄中點(diǎn)擊構(gòu)件號(hào)即彈出所有可供選擇的構(gòu)件類(lèi)型。選用時(shí)首先選定所要使用的構(gòu)件的類(lèi)別，也可以選擇全部類(lèi)別，對(duì)應(yīng)該類(lèi)別的所有可用構(gòu)件在列表中顯示其名稱，而其構(gòu)件圖例分頁(yè)顯示于其右方，當(dāng)前選中的構(gòu)件其列表項(xiàng)和例均加亮顯示，選好所用的構(gòu)件后按OK 鈕并在“瀏覽窗口”中確認(rèn)。建筑全局設(shè)定：全局設(shè)定主要包括了建筑全局設(shè)定、空調(diào)系統(tǒng)全局設(shè)定、空氣處理設(shè)備全局設(shè)定及冷源、熱源

14、的全局設(shè)定等。如果建筑或系統(tǒng)的某項(xiàng)參數(shù)具有相同的設(shè)定，則可以利用以上全局設(shè)定功能對(duì)該參數(shù)進(jìn)行整體修改?！敖ㄖ衷O(shè)定”可以整體設(shè)定建筑的各項(xiàng)參數(shù)，如建筑所在地點(diǎn)、房間功能、通風(fēng)設(shè)定、窗墻比設(shè)定、各圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如果建筑的某項(xiàng)參數(shù)有相同的設(shè)定（例如外墻構(gòu)件都采用的材料相同），則可以通過(guò)“建筑全局設(shè)定”方便、快捷的進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。設(shè)定后建筑的所有的相關(guān)參數(shù)會(huì)修改為“建筑全局設(shè)定”中所設(shè)定的參數(shù)。模擬計(jì)算：模擬計(jì)算菜單的主要功能是根據(jù)用戶輸入的信息，對(duì)建筑負(fù)荷及自然采光性能、空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源、風(fēng)機(jī)水泵及輸配系統(tǒng)能耗等進(jìn)行詳細(xì)的模擬計(jì)算，并可輸出并查看計(jì)算結(jié)果報(bào)表。模擬計(jì)算可以得到建筑

15、的負(fù)荷分析表，其結(jié)果可以通過(guò)該按鈕輸出在EXCEL中查看：“輸出報(bào)表”命令是將DeST 計(jì)算出的數(shù)據(jù)結(jié)果以Excel 報(bào)表的形式表現(xiàn)出來(lái)。由于計(jì)算出的數(shù)據(jù)量較大，為了更好地滿足用戶的需求，DeST 提供了多個(gè)不同的選項(xiàng)，用戶可以選擇性的取出數(shù)據(jù)，根據(jù)自己的需要繼續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在進(jìn)行模擬計(jì)算前，需要對(duì)建筑物進(jìn)行“建筑計(jì)算預(yù)處理”。模擬計(jì)算樣表如下，本次應(yīng)用了建筑的冷熱負(fù)荷房間統(tǒng)計(jì)報(bào)表007：5. 模擬計(jì)算與結(jié)果分析分別對(duì)外墻、屋面、外窗進(jìn)行分析。即在基準(zhǔn)樓基礎(chǔ)上,分別只改變所要研究的外墻、屋面、外窗的熱工性能,模擬建筑全年能耗,并與基準(zhǔn)樓進(jìn)行比較。為了有效進(jìn)行分析,對(duì)外墻、屋面、外窗分別設(shè)計(jì)

16、了不同的熱工工況,選擇不同傳熱系數(shù)k/W.(m2.K)-1。根據(jù)根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB 50189-2005 附條文說(shuō)明可知，北京地區(qū)屬于寒冷地區(qū)選取基準(zhǔn)樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：窗墻比設(shè)定為北0.3，東西0.35，南0.5,；屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.269，外墻傳熱系數(shù)為0.199，外窗傳熱系數(shù)為1.4。 5.1外墻傳熱系數(shù)改變對(duì)建筑能耗的影響維持基準(zhǔn)樓其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)不變，依次改變外墻傳熱系數(shù)：0.199,0.256,0.297,0.33,0.418,0.466,0.591，運(yùn)用DEST軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如圖所示：外墻傳熱系數(shù)0.1990.2560.2970.4180.4660.5

17、91全年累計(jì)熱負(fù)荷181862.92182073.24183176.92183724.92184386.14185283.73全年累計(jì)冷負(fù)荷65651.4665563.3565698.9765690.6365621.2965553.15全年累計(jì)總負(fù)荷247514.3818247636.588248875.8916249415.554250007.4293250836.8834 5.2屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)改變對(duì)建筑能耗的影響維持基準(zhǔn)樓其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)不變，依次改變屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：0.075，0.145,0.269,0.359,0.437,0.531；運(yùn)用DEST軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如圖所示：屋

18、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0.0750.1450.2690.3590.4370.531全年累計(jì)熱負(fù)荷181862.92185378.22190128.33194681.58201565.38205341.22全年累計(jì)冷負(fù)荷65651.4665837.3864734.2465072.8665205.9068464.79全年累計(jì)總負(fù)荷247514.3818251215.6051254862.5716259754.4489266771.2868273806.0036 5.3外窗傳熱系數(shù)改變對(duì)建筑能耗的影響維持基準(zhǔn)樓其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)不變，依次改變外窗傳熱系數(shù)：1.0，1.4,2.0,2.4,2.7,3.0；運(yùn)用DEST軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如圖所示：外窗傳熱系數(shù)11.422.42.73全年累計(jì)熱負(fù)荷181862.92186597.74195191.54202330.96212374.10222054.23全年累計(jì)冷負(fù)荷65651.4666043.6367022.3166280.1863322.1264428.72全年累計(jì)總負(fù)荷247514.3818252641.3663262213.8578268611.1435275696.224286482.955.4模擬結(jié)果分析1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)越小