商用建筑節(jié)能軟件結(jié)果對(duì)比分析

張敏敏,丁 德,楊 毅

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310018)

隨著建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展,建筑節(jié)能已經(jīng)走過了15年的歷程,多年以來不同軟件不同計(jì)算結(jié)果一直影響著建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。為了統(tǒng)一不同軟件的計(jì)算結(jié)果,擬對(duì)軟件的氣象參數(shù)、模型輸入、模型輸出、邊界條件等各個(gè)影響因子進(jìn)行深入分析,以便尋找不同結(jié)果的影響因素,最終統(tǒng)一計(jì)算結(jié)果[1-2]。

1 模型的規(guī)范

同一套的建筑施工圖,不同的建模人員用不同的軟件建立的模型有較大的差異。因此在實(shí)際工程中,規(guī)范建模人員的模型非常重要。本次對(duì)比以最簡(jiǎn)單的模型和常規(guī)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)來避免因?yàn)榻?dǎo)致的計(jì)算結(jié)果偏差。模型尺寸見圖1。

圖1 模型及其尺寸圖

杭州地區(qū),房間類型為主臥。圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料包括屋面類型(自上而下)：細(xì)石混凝土(內(nèi)配筋)(40.0 mm)+水泥砂漿(20.0 mm)+擠塑聚苯板(50.0 mm)+水泥砂漿(20.0 mm)+1∶8水泥加氣混凝土碎料實(shí)鋪(屋面找坡)(40.0 mm)+鋼筋混凝土(120.0 mm)+石灰水泥砂漿(20.0 mm),水泥屋面及墻面的太陽輻射吸收系數(shù)0.70；外墻類型(由外至內(nèi))：水泥砂漿(5.0 mm)+無機(jī)輕集料保溫砂漿B型(40.0 mm)+燒結(jié)頁巖多孔磚(240.0 mm)+無機(jī)輕集料保溫砂漿C型(20.0 mm)+水泥砂漿(5.0 mm),水泥石墻面的太陽輻射吸收系數(shù)0.70；外窗(含陽臺(tái)門透明部分)：隔熱金屬型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2·K)],框面積≤20%,(6 mm +12 mm空氣+6 mm透明),傳熱系數(shù)2.40 W/m2·K,玻璃遮陽系數(shù)0.6,氣密性為6級(jí),可見光透射比0.80。

2 影響因素分析

2.1 氣象參數(shù)問題

目前商用軟件雖然統(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)編制組提供的氣象參數(shù),但是由于軟件內(nèi)核為DOE,需要轉(zhuǎn)為DOE識(shí)別的格式,在轉(zhuǎn)化時(shí)存在較大偏差。

2.1.1 焓值

氣象參數(shù)中的焓值是影響能耗計(jì)算結(jié)果的重要因素,雖然氣象原始數(shù)據(jù)來源相同,但是DOE軟件中的單位為英制單位,各家套用不同的計(jì)算公式生成的焓值差距較大。

2.1.2 濕球溫度

濕球溫度也是影響能耗計(jì)算結(jié)果的重要因素。濕球溫度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式多,不同公式計(jì)算出來的濕球溫度差距較大。

2.1.3 海拔

DOE內(nèi)部計(jì)算時(shí)會(huì)根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目建筑的海拔對(duì)風(fēng)量進(jìn)行修正,因?yàn)楹０胃叨葧?huì)影響大氣壓力,進(jìn)而會(huì)影響單位時(shí)間的風(fēng)量值。部分軟件并沒有設(shè)置海拔,進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算偏差。

2.1.4 有效位數(shù)

DOE的氣象參數(shù)只能識(shí)別3位有效數(shù)字,無法讀取第四位有效數(shù)據(jù)。因此氣象參數(shù)單位轉(zhuǎn)換時(shí)需要非常謹(jǐn)慎。部分軟件計(jì)算時(shí)出現(xiàn)了夏季有熱負(fù)荷的情況，主要是氣象參數(shù)有效位數(shù)的問題。如夏季溫度為103℉時(shí),如果輸入時(shí)為103.3℉,那么DOE認(rèn)為該點(diǎn)的溫度為3.3℉。

2.1.5 經(jīng)緯度

通常來說東經(jīng)為正數(shù),西經(jīng)為負(fù)數(shù)。經(jīng)度是地球上一個(gè)地點(diǎn)離本初子午線的南北方向走線以東或以西的度數(shù)。本初子午線的經(jīng)度是0°,地球上其他地點(diǎn)的經(jīng)度是向東到180°或向西到180°。但是DOE為美國軟件,它的經(jīng)緯度設(shè)置與常理剛好相悖。東經(jīng)為負(fù)數(shù),西經(jīng)為正數(shù)。經(jīng)緯度對(duì)于能耗影響巨大,主要體現(xiàn)在太陽輻射量。一旦設(shè)置錯(cuò)誤,將無太陽輻射量。

2.1.6 云量值

不同的云量取值將會(huì)嚴(yán)重影響逐時(shí)的窗戶得熱。主要是夏季和冬季的取值對(duì)于能耗會(huì)有影響。根據(jù)DOE手冊(cè)規(guī)定夏季計(jì)算時(shí)間段內(nèi)云量統(tǒng)一設(shè)置為0,冬季計(jì)算時(shí)間段內(nèi)云量統(tǒng)一設(shè)置為1。

2.2 邊界條件設(shè)置問題

2.2.1 計(jì)算時(shí)間

部分軟件對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能耗計(jì)算時(shí)間沒有落實(shí)到軟件中。不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計(jì)算時(shí)間不同,部分軟件公司并沒有及時(shí)跟進(jìn),導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間段錯(cuò)誤,進(jìn)而導(dǎo)致各家權(quán)衡計(jì)算出來的結(jié)果偏差較大。

2.2.2 能效比

隨著標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提升,權(quán)衡計(jì)算采用能效比也在不斷提高?？照{(diào)系統(tǒng)的能效比對(duì)于全年的運(yùn)行能耗影響巨大,部分軟件沒有更新能效比,進(jìn)而導(dǎo)致權(quán)衡計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。

2.2.3 地面參數(shù)

部分軟件地面采用絕熱計(jì)算,部分采用動(dòng)態(tài)計(jì)算,地面的邊界條件不統(tǒng)一。甚至有些計(jì)算出來的結(jié)果地面能耗大于架空樓板的能耗。

2.2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

屋頂和外墻的對(duì)流換熱系數(shù)取值不統(tǒng)一：內(nèi)表面換熱熱阻取值在0.11～0.115之間,外表面換熱熱阻取值在0.04～0.043之間,進(jìn)而導(dǎo)致外墻的對(duì)流換熱熱阻值有偏差。

外窗室外換熱系數(shù)取值不統(tǒng)一,外窗的室外換熱系數(shù)由計(jì)算軟件自動(dòng)根據(jù)室外的風(fēng)速等因素進(jìn)行計(jì)算確定,不需要設(shè)置。而根據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程(JGJ/T 151—2008)》的要求,所謂的外窗換熱系數(shù)是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的換熱系數(shù),已經(jīng)含有室內(nèi)外對(duì)流換熱熱阻。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)該扣除室外的對(duì)流換熱熱阻。

2.2.5 外遮陽系數(shù)

外遮陽系數(shù)是影響室內(nèi)負(fù)荷的重要因素,窗框系數(shù)等嚴(yán)格按照省標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。目前標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定參照建筑的窗框系數(shù),部分軟件窗框系數(shù)為1,部分軟件為設(shè)計(jì)建筑的窗框系數(shù)。

2.2.6 室內(nèi)得熱量

根據(jù)國家最新的居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),室內(nèi)得熱已經(jīng)逐步被淡化。室內(nèi)的得熱對(duì)于夏季計(jì)算是不利的，但對(duì)于冬季計(jì)算是有利的,因此可以簡(jiǎn)化計(jì)算,甚至不設(shè)置室內(nèi)得熱。新省標(biāo)規(guī)定了室內(nèi)得熱為4.3 W/m2,沒有規(guī)定是顯熱還是潛熱,根據(jù)對(duì)比情況,影響較小。

2.2.7 面積和體積等建筑參數(shù)計(jì)算的問題

不同的軟件計(jì)算的基準(zhǔn)點(diǎn)不同。如建筑面積,有些采用建筑中線,有些采用建筑外輪廓線。面積和體積計(jì)算出來的數(shù)據(jù)偏差較大,偏差超過15%。進(jìn)而影響體型系數(shù)數(shù)值、單位面積能耗的值以及室內(nèi)邊界參數(shù)的值。

2.2.8 材料庫的問題

軟件的材料庫取值廣泛,國標(biāo)、省標(biāo)、技術(shù)措施、圖集等等。各個(gè)材料的換熱系數(shù)、熱惰性、修正系數(shù)都有較大的偏差。同一種墻體不同的出處,偏差超過20%。尤其是修正系數(shù)的問題。有些材料的修正系數(shù)取值范圍較大,修正系數(shù)可以人工取值1～1.3,甚至更大,修正系數(shù)的偏差會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體換熱系數(shù)偏差15%左右。

3 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過多輪的對(duì)比計(jì)算分析,從計(jì)算內(nèi)核到外部輸入等多方面尋找計(jì)算偏差,基本可以將能耗計(jì)算結(jié)果偏差控制在1%。經(jīng)過調(diào)整后的能耗計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 能耗計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語

由于上述提到的部分經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式等均存在不同的異議,無法完全統(tǒng)一。各個(gè)地區(qū)可以根據(jù)自身的實(shí)際情況統(tǒng)一計(jì)算公式、邊界條件等,進(jìn)而統(tǒng)一各個(gè)地區(qū)的計(jì)算結(jié)果。

在統(tǒng)一軟件默認(rèn)參數(shù)后,軟件的材料庫是影響能耗計(jì)算的最大因素,各地應(yīng)統(tǒng)一材料發(fā)布窗口,國標(biāo)、技術(shù)措施或其他省市的材料參數(shù)均應(yīng)通過當(dāng)?shù)卮翱?認(rèn)證后方能納入數(shù)據(jù)庫。以避免統(tǒng)一材料出現(xiàn)不同的性能參數(shù)。