建筑能耗模擬分析技術(shù)

建筑能耗模擬分析技術(shù)

建筑能耗模擬分析技術(shù)有兩種固定的建筑功能方法：大面積的建筑能耗是指從建筑材料的制造和施工到建筑使用的整個(gè)過程的能耗。狹窄的建筑能耗和建筑使用能指的是建筑功能所消耗的能量，包括照明、加熱、空調(diào)、電梯、熱水供應(yīng)、調(diào)解、家用電器和辦公設(shè)備的能。除非特別指明,現(xiàn)在一般提及的“建筑能耗”都是指使用能耗。建筑能耗分析并不是簡(jiǎn)單的數(shù)值計(jì)算,必須綜合建筑物可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況,對(duì)建筑物進(jìn)行詳細(xì)的能耗模擬分析。建筑環(huán)境是由室外氣候條件、室內(nèi)各種熱源的發(fā)熱狀況以及室內(nèi)外通風(fēng)狀況所決定的。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)滿足舒適性及其他要求的建筑環(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)雜過程,因此只有通過計(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,例如,室內(nèi)溫濕度隨時(shí)間的變化、采暖空調(diào)系統(tǒng)的逐時(shí)能耗以及建筑物全年環(huán)境控制所需的能耗。通過建筑能耗模擬分析技術(shù),能使設(shè)計(jì)師們更好地處理好建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能與建筑設(shè)備節(jié)能、單體設(shè)備節(jié)能與系統(tǒng)節(jié)能、建筑節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)(IEQ)以及節(jié)能與節(jié)電的關(guān)系,從而設(shè)計(jì)出更優(yōu)更合理的節(jié)能建筑。建筑能耗模擬分析,根據(jù)時(shí)期和能耗計(jì)算方法的不同,可分為溫度頻率法、度—日法、計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算方法,下面針對(duì)這三種能耗分析計(jì)算方法做簡(jiǎn)要介紹。1空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及相關(guān)計(jì)算溫度頻率法是美國(guó)廣為使用的方法,稱為BINmethod,所謂BIN參數(shù),即某一地區(qū)室外空氣干球溫度逐時(shí)值的出現(xiàn)頻率。建筑物空調(diào)采暖系統(tǒng)的容量根據(jù)設(shè)計(jì)負(fù)荷選定,但設(shè)計(jì)負(fù)荷在一年中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)很少,多數(shù)時(shí)間處于部分負(fù)荷狀態(tài)下。BIN方法首先根據(jù)某地氣象參數(shù),將空調(diào)采暖系統(tǒng)運(yùn)行期間室外空氣溫度按1℃溫差的間隔統(tǒng)計(jì)出各種溫度下累計(jì)小時(shí)數(shù),計(jì)算出年溫度頻率分布或冬、夏期間溫度頻率分布,而后根據(jù)某物理模型的計(jì)算負(fù)荷與相應(yīng)氣象參數(shù)之間的關(guān)系計(jì)算出全年或期間空調(diào)負(fù)荷值,季節(jié)冷負(fù)荷或熱負(fù)荷的計(jì)算公式如下:Q=∑[K(tWX-tN)fX]。式中:Q——建筑物季節(jié)冷負(fù)荷或熱負(fù)荷,kJ;K——建筑物綜合傳熱系數(shù),kJ/(h·℃);tWX——某一時(shí)刻室外空氣的干球溫度,℃;tN——室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)的干球溫度,℃;fX——某一室外空氣干球溫度值的年(或季節(jié))小時(shí)頻率值,h。在計(jì)算出冷(熱)負(fù)荷后,再根據(jù)冷(熱)源機(jī)組的變工況性能表查出相應(yīng)工況下的機(jī)組耗能并與這一工況下的供冷(熱)即小時(shí)頻率值相乘然后累加就可計(jì)算出冷(熱)源設(shè)備的耗能量。溫度頻率法特別適用于機(jī)組的能耗隨室外氣象條件變化的情況,如風(fēng)冷熱泵等,但需根據(jù)近幾十年當(dāng)?shù)氐臍庀蠼y(tǒng)計(jì)資料分析得出當(dāng)?shù)氐腂IN氣象參數(shù)。2空調(diào)冷量的計(jì)量度—日法通常用語(yǔ)言來表述冷熱的感覺,比如說“今天很冷”,就意味著今天的室外氣溫較之人能感覺到舒適的室內(nèi)溫度低得多,也意味著這一天的采暖能耗會(huì)比較大;說“今天很熱”,就表明今天的空調(diào)冷量需求會(huì)很大,也表明今天空調(diào)需要大量開啟,這一天的供電負(fù)荷會(huì)形成高峰?？梢杂枚热諗?shù)值來量化冷熱的程度。常用的有采暖度日數(shù)(HDD),指在采暖期中,室外逐日平陳易.建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2001.[英]布萊恩·勞森.空間的語(yǔ)言[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.ign相關(guān)程序選擇Fromfunctionalrequirements,topic,emotionalrequirementandotheraspectsininteriordesignthecreationofspaceenvironmentisdiscussedthroughdiscussionoflightingandillumination,furnitureandarrangementandintegrationofcolorandvision,inordertocreateharmoniousinteriorenvironmentinformdesign,materialfeeling,tone,styleandotheraspects.采暖期能耗計(jì)算creationidea,spaceenvironment,mindfunction,modernscienceandtechnology均溫度低于室內(nèi)溫度基數(shù)的度數(shù)之和。即HDD=∑i=1n(tR?tm,i)ΗDD=∑i=1n(tR-tm,i)。其中,tR為室內(nèi)溫度基數(shù),我國(guó)一般取16℃,簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)方法可以按下式確定:HDD=n(tR-tm)。其中,tm為采暖期室外平均溫度。同樣還有空調(diào)度日數(shù)(CDD),指在供冷期中,室外逐日平均溫度高于室內(nèi)溫度基數(shù)的度數(shù)之和。即CDD=∑i=1n(tm,i?tR)CDD=∑i=1n(tm,i-tR)。其中,tR值一般取26℃。tR取值是一件比較復(fù)雜的事情,因?yàn)椴⒉皇钦f室外氣溫低于tR便馬上開啟采暖,很多情況下室內(nèi)發(fā)熱量(如照明、人體和設(shè)備)和日得熱量足以抵消熱損失,而室內(nèi)設(shè)定溫度也不一定是18℃,因此又定義了一個(gè)平衡溫度tbal,對(duì)于某個(gè)室內(nèi)設(shè)定溫度ti,當(dāng)室溫達(dá)到tbal時(shí),得熱qgain正好等于熱損失。即qgain=Ktot(ti-tbal)。其中,Ktot為建筑的總熱損失系數(shù),Ktot=AqH(ti?te)Κtot=AqΗ(ti-te);A為建筑面積;qH為各地采暖期耗熱量指標(biāo);te為各地采暖期室外平均溫度。因此可以得到平衡溫度tbal=ti?qgainKtottbal=ti-qgainΚtot,當(dāng)室外溫度降低到tbal以下時(shí)需要采暖。這里的得熱qgain(特別是太陽(yáng)輻射)必須按計(jì)算周期取平均值。采暖度日HDD可表示為:HDD=∑i=1n(tbal?tm,i)ΗDD=∑i=1n(tbal-tm,i)。因此建筑全年的采暖能耗可以用下式計(jì)算:QH=KtotηHHDD(tbal)QΗ=ΚtotηΗΗDD(tbal)。其中,ηH為采暖系統(tǒng)效率。3計(jì)算機(jī)模擬分析法建筑能耗模擬軟件分析法:建筑能耗模擬軟件是研究建筑能耗特性和評(píng)價(jià)建筑設(shè)計(jì)的有力工具。它可以解決很多復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題,并將建筑能耗進(jìn)行量化,通過改變某些設(shè)計(jì)來優(yōu)化建筑的能源特性。建筑能耗模擬軟件通常是逐時(shí)、逐區(qū)模擬建筑能耗,考慮了影響建筑能耗的各個(gè)因素,如建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、HVAC系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。在建筑物周期分析中,建筑能耗模擬軟件可對(duì)建筑物壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、管理。建筑能耗模擬軟件應(yīng)用領(lǐng)域包括建筑冷熱負(fù)荷計(jì)算、建筑能耗特性的分析、建筑能源管理和控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)等。建筑能耗模擬分析軟件可按照系統(tǒng)模擬策略分為兩類:順序模擬和同步模擬。在順序模擬方法中,首先計(jì)算建筑全年冷熱負(fù)荷,然后計(jì)算二次空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷和能耗,接著計(jì)算一級(jí)空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷和能耗,最后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。在順序模擬方法中,每一步的輸出結(jié)果是下一步的輸入?yún)?shù)。順序方法節(jié)約計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和時(shí)間,但是建筑負(fù)荷、空調(diào)系統(tǒng)和集中式空調(diào)機(jī)組三者之間缺乏聯(lián)系;如果空調(diào)設(shè)備滿足不了模擬冷熱負(fù)荷的要求,就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。在同步模擬方法中,考慮了建筑負(fù)荷、空調(diào)系統(tǒng)和集中式空調(diào)機(jī)組之間的相互聯(lián)系。同步模擬方法與順序模擬方法不同,在每一時(shí)間段同時(shí)對(duì)建筑冷熱負(fù)荷、空調(diào)設(shè)備和機(jī)組進(jìn)行模擬、計(jì)算。同步模擬法提高了模擬的準(zhǔn)確性,但需要更多的計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。4結(jié)語(yǔ)通過對(duì)建筑物的能耗模擬分析,可以獲得整個(gè)建筑的能耗狀況,便可以對(duì)其能耗分布情況進(jìn)行有效地調(diào)整和控制。首先考慮的是加強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫,這是建筑節(jié)能的基礎(chǔ),但對(duì)這一部分的控制只限于指標(biāo)限值。北方地區(qū)在墻改之后又發(fā)展到熱改,如果沒有調(diào)節(jié)閥和熱計(jì)量,圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫越好,可能浪費(fèi)的熱量越多。而在間歇運(yùn)行的空調(diào)建筑中,在空調(diào)關(guān)機(jī)之后,室溫升高,當(dāng)室外氣溫低于室溫時(shí),通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逆向傳熱可以降低第二天空調(diào)的啟動(dòng)負(fù)荷。因此,圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫越好,蓄熱量越大,空調(diào)負(fù)荷也越大。對(duì)公共建筑而言,圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的負(fù)荷在總負(fù)荷中所占比例很小,因此,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力有限,節(jié)能的關(guān)鍵還是空調(diào)采暖系統(tǒng)的效率,最終的節(jié)能量也要從空調(diào)采暖系統(tǒng)來體現(xiàn)。因此,在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的前提下,盡可能地提高采暖空調(diào)設(shè)備及控制系統(tǒng)的效率,減少不必要的能源損耗(夏季過低和冬季過高的環(huán)境溫度、過大的新風(fēng)量、邊使用空調(diào)邊開窗等)。還可以采用很多新技術(shù)或原有技術(shù)的集成。例如,獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)、輻射吊頂+置換送風(fēng)系統(tǒng)、除濕空調(diào)系統(tǒng)等?？照{(diào)系統(tǒng)的配置合理是系統(tǒng)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。在建筑節(jié)能中,選擇設(shè)備不僅要看它在額定工況下的效