基于DesignBuilder的綠色建筑能耗影響因素分析

豐繁，李曉娟，徐樂

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350108）

0 前言

目前，隨著這些年建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑業(yè)已然成為現(xiàn)今中國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國的建筑能耗占中國總能耗的30%[1]。而改革傳統(tǒng)建筑發(fā)展模式是節(jié)約資源的最佳途徑之一[2]。能耗模擬方面，楊立穩(wěn)[3]模擬了16種工況下的能耗并提出了評(píng)價(jià)建筑節(jié)能水平的兩個(gè)基準(zhǔn)，李晴[4]模擬分析得出在建筑高度固定時(shí)，體型系數(shù)越大的建筑節(jié)能性越弱的結(jié)論；對(duì)建筑能耗模擬軟件方面，Afshin Fathalian[5]使用DesignBuilder軟件模擬伊朗Semnan辦公樓的年度能耗提出了三種策略來管理能耗，Minjae Shi[6]等人回顧了HVAC暖通空調(diào)熱分區(qū)的定義及其在建筑能源模擬程序中的應(yīng)用，高昊[7]等人建立了基于EnergyPlus的天津市CBD建筑能耗預(yù)測模型以進(jìn)行CBD建筑能耗的設(shè)計(jì)參數(shù)靈敏性分析。借助于DesignBuilder軟件模擬和分析綠色建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和自然通風(fēng)方案，然后對(duì)建筑物能耗的各影響因素分析其各因素對(duì)建筑物的冷熱負(fù)荷和年度能耗變化的影響，最后采用HVAC系統(tǒng)模型進(jìn)行能耗模擬和對(duì)比分析，為降低綠色建筑能耗、提升建筑使用者的節(jié)能意識(shí)提供有價(jià)值的建議。

1 建筑項(xiàng)目概況及模型建立

1.1 建筑項(xiàng)目概況

模擬所用建筑均位于福州市，福州位于亞熱帶地區(qū)常年平均溫為16℃～20℃，夏季平均溫為24～29℃，夏季中午平均為36℃，受氣候影響供冷期大于供熱期。因此夏季空調(diào)使用量遠(yuǎn)大于冬季。

①圍護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：門窗采用PA斷橋鋁合金雙中空(雙銀lowE 6無色+12 Ar 6無色+12Ar+6無色)，各壁的主要傳熱參數(shù)如表1所示。

各壁的主要傳熱參數(shù) 表1

1.2 模型建立

1.2.1 HAVC模型的建立

采用系統(tǒng)自帶模型建立了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。配置為一對(duì)一，頭部為20m，輸入功率為3.5kW。組合空調(diào)機(jī)組的參數(shù)如表2所示。

1個(gè)VRF-D-7.1安裝在負(fù)極層的蓄電室，其余的VRF-L-1-2.2安裝在變壓器室和配電室。各型號(hào)VRF空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)如表3所示。

1.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)參照建筑模型的建立

參考建筑物中使用的HVAC系統(tǒng)。參數(shù)如表4所示。

圖1 墻對(duì)負(fù)荷的影響

組合空調(diào)機(jī)組參數(shù) 表2

各型號(hào)VRF空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù) 表3

“福建公共建筑能效設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”參數(shù) 表4

2 數(shù)據(jù)模擬分析

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效果分析

圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)負(fù)荷影響如圖1所示。

從上圖可以看出，本項(xiàng)目外墻保溫能使夏季冷負(fù)荷減少1.86%，屋面保溫技術(shù)能使夏季冷負(fù)荷降低3.5%，門窗做法的采用節(jié)能設(shè)計(jì)可使夏季冷負(fù)荷降低1.1%，內(nèi)墻保溫技術(shù)能降低夏季冷負(fù)荷1.77%。樓板保溫技術(shù)能降低夏季冷負(fù)荷3.75%，門窗比采用節(jié)能設(shè)計(jì)可是夏季冷負(fù)荷降低3.01%，由數(shù)據(jù)分析可知樓板的節(jié)能措施是降低能耗最有效可以降低3.75%。

2.2 自然通風(fēng)的節(jié)能效果分析

圖2 渡季節(jié)自然通風(fēng)對(duì)負(fù)荷的影響

自然通風(fēng)的主要作用是是縮短建筑的供冷時(shí)間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，原供冷季節(jié)為5月15日至9月15日。自然通風(fēng)設(shè)計(jì)使建筑涼爽。該季節(jié)由6月1日縮短到8月31日，冷卻周期比標(biāo)準(zhǔn)縮短了1個(gè)月。過渡季自然通風(fēng)能耗的節(jié)能效果如圖2所示。

由圖可知自然通風(fēng)在過渡季平均每月降低冷負(fù)荷1.6%。過渡季自然通風(fēng)風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)能耗的節(jié)能效果如圖3所示。

圖3 過渡季節(jié)自然通風(fēng)風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果

由圖可知自然通風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)影響不大，過渡季自然通風(fēng)水泵能耗降低9.8%，夏季能降低空調(diào)能耗22%。

2.3 HVAC系統(tǒng)節(jié)能分析

HVAC是供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)。本文探討采用地源熱泵系統(tǒng)的HVAC空調(diào)是否比傳統(tǒng)HVAC空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)

采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)

由圖4和圖5可以明顯看出使用地源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)各項(xiàng)能耗都少于傳統(tǒng)空調(diào)，經(jīng)過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)使用地源熱泵系統(tǒng)能節(jié)能30%。

2.4 案例評(píng)價(jià)結(jié)果分析

結(jié)合表4和表5可以看出，雖然環(huán)境因素在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中比重最大，但是其評(píng)價(jià)總分為18.01，處于中間排名位置，這表明在這標(biāo)段的地鐵施工過程中，環(huán)境因素提高了整個(gè)地鐵建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，這表明環(huán)境狀況仍是施工過程中影響程度最大的因素，也驗(yàn)證了工程概況中施工地理位置為地質(zhì)條件的困難性，因而施工過程中應(yīng)特別重視環(huán)境對(duì)于施工安全風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3 結(jié)語

首先通過多種方法并閱讀相關(guān)研究成果，歸納出地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素，然后運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，計(jì)算出建立的模型中各指標(biāo)間的路徑系數(shù)，從而算出個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，以得到工程項(xiàng)目的施工安全整體評(píng)價(jià)。通過福州地鐵實(shí)際工程案例的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的計(jì)算，驗(yàn)證了所建立的評(píng)價(jià)體系的合理性，因而為地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一定的依據(jù)。但是我國幅員遼闊，各個(gè)城市之間的地理環(huán)境具有差異性，因而對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)因素的選擇還具有一定的不足，還需要進(jìn)一步完善。