基于DeST的公共建筑節(jié)能特性研究

段立英，王志勇*，俞 龍

(1. 湖南工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2. 沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境學(xué)院，沈陽 110168)

隨著城市化的快速發(fā)展，公共建筑越來越多，公共建筑能耗所占建筑總能耗的比例也與日俱 增.如何有效降低公共建筑能耗，提高能源使用效率，是我國建筑節(jié)能領(lǐng)域的一項(xiàng)重點(diǎn)工程.建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能和暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能是公共建筑節(jié)能的主要技術(shù)措施[1].本文擬通過DeST 軟件技術(shù)模擬分析這2 項(xiàng)措施對公共建筑能耗的影響，旨在為公共建筑節(jié)能提供參考.

1 建筑概況

研究對象為某酒店，屬于甲類公共建筑.該建筑位于上海市浦東新區(qū)(東經(jīng)119°55′～121°20′，北緯30°47′～32°02′)，屬于夏熱冬冷地區(qū).建筑為框架體系結(jié)構(gòu)，總用地面積24 810.5 m2，總建筑面積68 571.4 m2，共9 層，總高度38 m.建筑朝向?yàn)槟掀珫|13.2°，體型系數(shù)為0.17，東面朝向、南面朝向、西面朝向和北面朝向窗墻比分別為0.35，0.32，0.37 和0.38.

2 模擬分析方法

各種建筑能耗模擬軟件特點(diǎn)各異，且各有利弊[2].為了最大限度地滿足我國生活環(huán)境的特點(diǎn)及保證模擬計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與真實(shí)性，本次建筑能耗模擬采用清華大學(xué)研發(fā)的能耗模擬軟件DeST[3].

分別以建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)與空調(diào)設(shè) 備性能參數(shù)為變量，利用能耗模擬分析軟件DeST-C(商業(yè)建筑)對某公共建筑進(jìn)行了365 天的逐時能耗模擬計(jì)算，比較圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)與空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)這2 個變量對夏熱冬冷地區(qū)公共建筑能耗的影響.通過計(jì)算2 個變量對某公共建筑的能耗降低幅度，分析對夏熱冬冷地區(qū)公共建筑能耗影響的主控因素，探討建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)與空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)對模擬建筑不同季節(jié)的能耗影響.

3 建筑模型及計(jì)算參數(shù)

3.1 建筑模型

模擬分析模型表面積為16 053.44 m2，其中節(jié)能計(jì)算面積為23 992.14 m2，一層為大廳，層高6.0 m，其余8 層為居住層，均為4.0 m，全為酒店式居住房間.建筑平面圖見圖1～圖3.

圖1 1 層平面圖

圖2 2 層平面圖

圖3 3～9 層平面圖

利用模擬分析軟件DeST-C 建立某公共建筑能耗分析模型.模型根據(jù)建筑墻體中線進(jìn)行建立，其建筑模型立面見圖4.

圖4 建筑模型立面

3.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)建筑各房間的使用功能設(shè)置其房間設(shè)備的使用參數(shù)，其中，照明功率密度參照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50034-2013[4]進(jìn)行設(shè)置；建筑空調(diào)運(yùn)行時間依據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2015)[5]進(jìn)行設(shè)置，具體見表1 和表2.

表1 照明功率密度值 W·m-2

表2 空調(diào)運(yùn)行時間

建筑各房間照明開關(guān)時間根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)及參考文獻(xiàn)[5]設(shè)置，具體見表3.

表3 照明開關(guān)時間 %

建筑各房間人員密度參照《旅館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ62-2014[6]進(jìn)行設(shè)置，人員逐時在室率根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)[6]設(shè)置，具體見表4 和表5.建筑各房間電器設(shè)備功率密度值參照文獻(xiàn)[5]進(jìn)行設(shè)置，電器設(shè)備逐時使用率根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)[5]設(shè)置，見表6 和表7.

表4 人員密度值 m2·p-1

表5 人員逐時在室率 %

表6 電器設(shè)備功率密度值 W·m-2

根據(jù)DeST 能耗模擬軟件默認(rèn)儲存的上海市氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，氣象數(shù)據(jù)如圖5 所示.

表7 電器設(shè)備逐時使用率 %

建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T18883-2002[7]進(jìn)行設(shè)置，具體如表8 所示.

表8 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖5 上海市典型氣象年逐月氣象數(shù)據(jù)

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

該公共建筑模擬模型根據(jù)文獻(xiàn)[5]的限值設(shè)置建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)，具體設(shè)置參數(shù)如表9 所示.

表9 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)對比 W·(m2·K)-1

3.2.2 空調(diào)設(shè)備

該公共建筑模擬模型根據(jù)文獻(xiàn)[5]限值設(shè)置設(shè)計(jì)建筑空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)，具體參數(shù)見表10.

表10 設(shè)備性能參數(shù)設(shè)置

4 模擬結(jié)果分析

該公共建筑模擬計(jì)算中其照明功率密度值、照明開關(guān)時間、人員密度值、人員逐時在室率、電器設(shè)備功率密度值、電器設(shè)備逐時使用率、空調(diào)運(yùn)行時間、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)等均統(tǒng)一設(shè)置，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)與空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)分別設(shè)置.通過DeST-C(商業(yè)建筑)計(jì)算模擬某公共建筑365 天的逐時能耗，設(shè)計(jì)建筑與參照建筑全年單位面積空調(diào)負(fù)荷均根據(jù)上海市典型氣象年的氣象數(shù)據(jù)計(jì)算.表11 為該公共建筑改變維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)導(dǎo)致的空調(diào)負(fù)荷模擬計(jì)算結(jié)果，表12 為該公共建筑改變空調(diào)設(shè)備性能系數(shù)導(dǎo)致的空調(diào)負(fù)荷模擬計(jì)算結(jié)果.

表11 改變維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)設(shè)計(jì)建筑及參照建筑全年單位面積空調(diào)負(fù)荷

表12 改變空調(diào)設(shè)備性能系數(shù)設(shè)計(jì)建筑及參照建筑全年單位面積空調(diào)負(fù)荷

由表11～表12 所示，設(shè)計(jì)建筑與參照建筑能耗模擬結(jié)果可知：

1)當(dāng)改變建筑空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)時，模擬建筑能耗降低8.8%；當(dāng)改變建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)時，模擬建筑能耗降低5.9%，說明改變建筑空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)相對于改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)對該公共建筑的能耗影響更大.

2)模擬建筑夏季空調(diào)總能耗比冬季總能耗明顯偏大，說明了夏熱冬冷地區(qū)夏季所占全年季節(jié)比例較大的特點(diǎn).

3)由表11～表12 中(參考建筑空調(diào)負(fù)荷-設(shè)計(jì)建筑空調(diào)負(fù)荷)/參考建筑空調(diào)負(fù)荷的值可知，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)的改變使空調(diào)負(fù)荷降低幅度達(dá)到了7.26%，采暖負(fù)荷達(dá)到1.76%；空調(diào)設(shè)備性能的改變使空調(diào)負(fù)荷降低幅度達(dá)到7.66%，采暖負(fù)荷達(dá)到11.1%，說明對于夏熱冬冷地區(qū)，空調(diào)設(shè)備性能的選擇對其冬季采暖能耗影響較大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)對其夏季制冷能耗影響較大.

5 結(jié)論

1)改變建筑的空調(diào)設(shè)備性能參數(shù)相對于改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)對浦東新區(qū)某公共建筑的能耗降低幅度更高；對于夏熱冬冷地區(qū)而言，空調(diào)設(shè)備對其建筑能耗的影響占據(jù)較大的作用.

2)對于夏熱冬冷地區(qū)，夏季所占全年季節(jié)比例較大，全年夏季空調(diào)總能耗比全年冬季采暖總能耗明顯偏大.

3)夏熱冬冷地區(qū)的冬季空調(diào)設(shè)備性能發(fā)揮主要作用，夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)則發(fā)揮主要作用.圍護(hù)結(jié)構(gòu)與空調(diào)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置要根據(jù)實(shí)際情況而定，在不同地區(qū)不同情況下具有不用的參考價值.

公共建筑類型多樣，功能各異，能源消耗量遠(yuǎn)超于其他建筑，加強(qiáng)優(yōu)化公共建筑的節(jié)能技術(shù)措施及提升公共建筑節(jié)能率對我國建筑節(jié)能工作領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的意義.