基于IPLV指標測算建筑空調(diào)能耗的方法研究*

馬書寒　郭強　游慶生　王金良

（常州大學建筑環(huán)境與能源應用工程系　江蘇常州213016）

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基于IPLV指標測算建筑空調(diào)能耗的方法研究*

馬書寒郭強游慶生王金良

（常州大學建筑環(huán)境與能源應用工程系江蘇常州213016）

摘要提出一種在建筑節(jié)能評估工作中基于IPLV指標測算空調(diào)能耗的新方法。通過對同一多層建筑物采用面積指標法和IPLV指標法進行空調(diào)能耗的測算，并對比利用eQUEST模擬軟件的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)面積指標法與模擬結(jié)果誤差高達30%以上，而IPLV指標計算法與模擬結(jié)果誤差在10%左右，且IPLV指標法計算過程簡便，更適合在實際節(jié)能評估過程中使用。

關(guān)鍵詞節(jié)能評估空調(diào)能耗IPLV指標

New Method to Calculate the Building Air Conditioning Energy Consumption Based on IPLV Index

MA Shuhan GUO Qiang YOU Qingsheng WANG Jinliang
（Department of building environment and Energy Engineering，Changzhou University Changzhou，Jiangsu 213016）

Abstract A new method is proposed to calculate the air conditioning energy consumption in building energy saving assess-ment，in which area index method and IPLV index method is applied to calculate the energy consumption of the same build-ing and the result of eQUEST simulation software is compared，finding out the error of area index method is above 30%，the error of IPLV index method is only 10%，and also IPLV method is more accurate and convenient，more suitable to be used in energy－saving assessment work．

Key Words energy－saving assessment energy consumption of air conditioning IPLV index

0　引言

在實際的建筑節(jié)能評估過程中，由于對建筑能耗測算時，特別是對建筑的采暖、空調(diào)能耗進行估算時采用的方法不一致，對各種因素的考慮不充分，往往導致能耗估算結(jié)果存在較大的偏差，而過低或者過高的能耗估算結(jié)果，會使能評報告對能源合理配置和充分利用的指導意義大打折扣，建筑節(jié)能評估工作也就失去了原本的作用和價值［1］。

本文提出一種基于IPLV指標測算建筑空調(diào)能耗的方法，并對同一目標建筑物，分別利用幾種在節(jié)能評估過程中常用的方法計算得出建筑空調(diào)能耗，對比分析采用IPLV指標方法計算得到的結(jié)果與前述方法的差異，最后探討各自計算結(jié)果與利用e－QUEST建筑能耗模擬軟件計算結(jié)果的誤差程度，為建筑空調(diào)能耗的節(jié)能評估工作提供一種較為方便和可靠的計算方法。

1現(xiàn)有建筑空調(diào)能耗測算方法及其利弊

1．1面積指標法

面積指標法是目前在節(jié)能評估過程中測算建筑采暖、空調(diào)能耗最常用的方法，多數(shù)建筑設(shè)計研究院通常采用該方法，具體計算公式如下［2］：

式中，Q為空調(diào)機組能耗，J；α為空調(diào)同時使用系數(shù)；w為單位面積負荷指標，W／m2；F為建筑的空調(diào)區(qū)面積，m2；t為空調(diào)機組運行時間，h；ε為空調(diào)機組的能效系數(shù)（COP）。

計算簡便是面積指標法的最大優(yōu)勢。可以看出，該方法的關(guān)鍵在于α與w的取值，現(xiàn)有途徑是根據(jù)空調(diào)區(qū)的類型直接查表選取，忽略了室外氣象參數(shù)、建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)、朝向、機組類型等有著顯著影響的因素。規(guī)范指出，面積指標法僅限于在項目已知條件很少的情況下進行簡易估算。因此，在節(jié)能評估工作中直接使用面積指標法是不妥的。

1．2逐時動態(tài)模擬的簡化計算方法

對于建筑空調(diào)能耗的測算，最精確的計算方法是逐時動態(tài)模擬計算，對空調(diào)機組全年運行參數(shù)的逐時模擬計算［3－4］。然而在實際的節(jié)能評估工作中，由于逐時動態(tài)模擬計算過程繁瑣，需要大量的建模工作、計算參數(shù)變量多、耗費時間長等原因?qū)е略摲椒▽嵱眯暂^差，有許多研究人員在此基礎(chǔ)上簡化計算。如，文獻［5］提出了一種簡化計算方法，假設(shè)單臺空調(diào)機組全年的負荷率分為100%，75%，50% 和25%4個級別，由標準可知，在夏熱冬冷地區(qū)單臺空調(diào)機組全年運行狀況時4種負荷率的運行時間比率分別為2．3%，41．5%，46．1%和10．1%［6］，則單臺機組全年的能耗Q可按式（2）計算。

式中，W為單臺空調(diào)機組設(shè)計負荷，W；t為單臺空調(diào)機組全年運行時間，h；ε1，ε2，ε3和ε4分別表示空調(diào)機組在100%，75%，50%和25%負荷率下的能效系數(shù)。

采用式（2）計算空調(diào)能耗，相對于動態(tài)模擬計算進行了大幅簡化，計算結(jié)果準確度較高，文獻［5］利用該方法對某一建筑物空調(diào)能耗的計算結(jié)果與實際結(jié)果差距不大。此方法的關(guān)鍵在于確定空調(diào)機組在不同負荷率下的能效系數(shù)值，而多數(shù)空調(diào)機組設(shè)備手冊中不會給出該項參數(shù)，評估人員需要實際測量后才能獲取，難免給節(jié)能評估工作帶來難度，同時測量誤差也會加大計算結(jié)果的不準確性。

2利用IPLV指標測算建筑空調(diào)能耗

由前文可以看出，空調(diào)能耗的計算分為2個主要部分：空調(diào)負荷的確定，負荷與能耗間的轉(zhuǎn)換。前一部分與建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)、朝向、窗墻比等有著直接的關(guān)系，而傳統(tǒng)的面積指標法并未對其加以考慮。關(guān)于計算負荷的方法不在本文討論，本文的重點在于負荷與能耗間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，該部分與機組在不同負荷運行下的能效系數(shù)、機組的自控策略等有著直接的關(guān)系。負荷性能系數(shù)IPLV是用來評估空調(diào)機組能效的參數(shù)指標，其定義為：用一個單一數(shù)值表示空氣調(diào)節(jié)用冷水機組的部分負荷效率指標。標準規(guī)范中規(guī)定夏熱冬冷地區(qū)的IPLV指標按式（3）計算［6］。

式中，ε1，ε2，ε3和ε4的含義與式（2）中一致。部分研究者［7－8］認為，采用IPLV指標的計算方法不能準確反映空調(diào)的實際運行能耗，主要依據(jù)是IPLV指標未考慮空調(diào)機組不同負荷率百分比的權(quán)重值對機組全年能耗的影響。事實上，文獻［7－8］均將IPLV指標中對應的空調(diào)負荷理解為空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負荷，而設(shè)計負荷對應的是機組滿負荷運轉(zhuǎn)的情況，在實際運行中，大部分時間室外溫度低于空調(diào)室外設(shè)計干球溫度，在這些時間內(nèi)空調(diào)機組并非滿負載工作狀態(tài)。因此，根據(jù)設(shè)計負荷得到的負荷值與反映空調(diào)機組在平均負荷下運行時的能效系數(shù)IPLV進行計算，得到的負荷效率指標顯然是不準確的。所以，采用IPLV進行空調(diào)能耗測算時，應根據(jù)室外參數(shù)計算得出空調(diào)運行的平均負荷，空調(diào)能耗Q可按式（4）計算。

相對于空調(diào)機組在不同負載率下的能效系數(shù)等參數(shù)較難獲取而言，由于國家標準的要求，空調(diào)設(shè)備中均會直接給出IPLV，因此，利用式（4）進行計算就變得十分簡便。

3工程案例計算

3．1工程概況和空調(diào)能耗計算參數(shù)

以江蘇淮安地區(qū)某五星級酒店建筑物為例，項目總面積3．11萬m2，其中空調(diào)區(qū)面積2．49萬m2，主要包含酒店住房（面積1．65萬m2）和商業(yè)活動（0．84萬m2）兩個區(qū)域，涉及面積指標法的具體參數(shù)見表1?？照{(diào)機組選用特靈RTAC螺桿式風冷冷水機組，查詢該機組的負荷曲線圖得到其在不同負載率下的能效系數(shù)值以及運行時間百分比，如表2所示。

表1涉及空調(diào)能耗計算的相關(guān)參數(shù)

表2特靈RTAC冷水機組在不同負載率下的能效系數(shù)、占全年運行時間百分比

3．2不同空調(diào)能耗測算方法的計算結(jié)果

3．2．1面積指標法

由表1提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）分別測算該建筑物商業(yè)區(qū)域和酒店區(qū)域的空調(diào)能耗。

3．2．2動態(tài)模擬的簡化計算法

該建筑物的設(shè)計負荷為3 678 kW，由表1和表2數(shù)據(jù)，根據(jù)式（2）測算得到的空調(diào)能耗為：

3．2．3利用IPLV指標計算方法

4利用eQUEST建筑能耗模擬軟件計算空調(diào)能耗

eQUEST是面向工程師使用的專業(yè)建筑能耗模擬軟件，對空調(diào)系統(tǒng)、機電控制等耗能設(shè)備全年運行的能耗模擬計算有很高的精度。本文利用該軟件對案例酒店的空調(diào)系統(tǒng)全年運行能耗進行模擬計算。

4．1模型建立和邊界參數(shù)的設(shè)定

目標建筑長86．4 m，寬78．3 m，地面以上高度18．4 m，建筑體形系數(shù)為0．4，建筑的第一、二層高度均為5 m，第三層為4．5 m，第四層為3．9 m，地下室層高4．5 m。建筑圍護結(jié)構(gòu)相關(guān)計算參數(shù)見表3。

表3建筑圍護結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算參數(shù)

空調(diào)系統(tǒng)采用單區(qū)域空氣處理器（附加熱回收裝置），空調(diào)運行時間為8：00～24：00，每周7 d工作制。風機在空調(diào)系統(tǒng)運行前和關(guān)閉后運行0．5 h。夏季、冬季室內(nèi)設(shè)計溫度分別為25℃、16℃，傳感器控制溫度為26℃、15℃。水冷冷水機組能效比為4．2，室內(nèi)負荷及其他參數(shù)見表4。

表4室內(nèi)人員及設(shè)備負荷參數(shù)

4．2 eQUEST模擬計算結(jié)果

利用eQUEST模擬軟件對該酒店全年的空調(diào)能耗模擬計算結(jié)果為5．9×105kW·h。圖1為全年每個月的空調(diào)能耗值。不難發(fā)現(xiàn)，處于夏季的7月份為全年空調(diào)能耗最多的月份，接近1．3×105kW·h，而春秋季節(jié)空調(diào)能耗則明顯減少。

圖1全年各月的空調(diào)能耗模擬計算結(jié)果

5不同計算方法的結(jié)果對比

圖2對比了3種不同空調(diào)能耗計算方法的計算結(jié)果與eQUEST模擬軟件計算得到的結(jié)果，可見面積指標法測算的結(jié)果最大，eQUEST軟件計算的結(jié)果值最小，而利用動態(tài)逐時簡化的方法和采用IPLV指標計算的結(jié)果非常接近。

圖2不同估算方法測算得到的空調(diào)能耗值

進一步分析可知，如以eQUEST模擬結(jié)果為基準值，傳統(tǒng)的面積指標法、逐時動態(tài)模擬法、IPLV指標法的結(jié)果跟基準值的誤差分別為33．04%，7．51%，10．22%。逐時動態(tài)簡化計算方法最為精確，IPLV計算法次之，面積指標法則存在較大的誤差。

6　結(jié)論

通過對同一高層建筑物的空調(diào)能耗測算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，逐時動態(tài)簡化的計算方法最接近真實值，但其所需的系數(shù)難以獲取，難以推廣使用。傳統(tǒng)的面積指標法計算簡便，但誤差過大，精確度難以滿足要求。本文提出的IPLV指標測算法不僅計算結(jié)果誤差較?。▋H10%左右），且所需的IPLV值可直接由設(shè)備手冊獲取，計算過程簡便，便于實際應用。

由于IPLV只是評價1臺機組的能效指標，而考慮實際項目中機組的能效水平時還需要考慮機組機頭數(shù)、自控策略等因素，單純套用IPLV進行計算也可能導致誤差。故而對于機組能效水平還需要增加其他修正系數(shù)，如機組類型修正系數(shù)、自控策略修正系數(shù)和冷水機組機頭數(shù)修正系數(shù)等，確定這些修正系數(shù)將是后續(xù)的研究工作。

參考文獻

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收稿日期：（2014－12－05）

作者簡介馬書寒，1990年生，碩士研究生。

*基金項目：國家自然科學基金（51408072）。