对比分析

中国航空工业第三设计研究院 肖书博

湖南大学土木工程学院 李念平

摘要：目前能源危机越来越严重，因此建筑节能成为了建筑行业的发展趋势。对位于夏热冬冷地区的一栋节能改造建筑进行分析，利用清华大学DeST-h建筑能耗模拟软件计算空调冷热负荷，并同实测能耗进行对比。结果显示该建筑的负荷远低于普通同类建筑，节能效果明显；模拟数据较实测数据稍小，比较接近实际情况，体现了对空调系统进行合理的运营管理的重要性。

关键词：节能建筑；模拟；DeST-h软件；负荷

当今世界的一个首要问题是能源与资源，如何降低能源消耗及更充分的利用能源已成为全世界关注的焦点。在对世界能源的巨大消耗中，建筑是能源消耗大户，占总能源消耗量的45%左右[1,2]。

我国每年新建房屋约20亿平方米，需要新增供暖用煤（按标准煤计）1.4亿吨，新增建筑用电4000~4500亿kWh/a。而采取有效的节能措施后，有可能在同样的新增建筑量的条件下，基本不增加供暖煤耗，建筑用电总量仅增加1100~1300亿kWh/a，所节约的电力约为三峡电站全面建成后年发电总量的4倍[3]。因此建筑节能应是解决我国经济和社会发展与能源供应不足这一矛盾的最重要的措施。

随着计算机模拟技术的发展，为动态分析建筑能耗问题提供了条件，采用动态模拟技术，可以准确、快速地计算分析建筑物全年逐时能耗。本文利用清华大学的DeST-h建筑能耗模拟软件，对夏热冬冷地区的一栋进行了节能改造的集体宿舍进行全年能耗模拟，并同实测能耗进行对比，分析该节能建筑的节能优势。

1  建筑概况

本文以长沙市某公司职工宿舍楼为分析对象。该建筑为砖混多层通廊式宿舍，共7层，南北朝向，层高2.9m，每层25间宿舍，两个楼梯间，另有3个房间作为洗浴及卫生间。建筑面积为5011m2，空调面积4312m2，属于条式建筑，体形系数为0.24。长沙的采暖度日数HDD18为1551（℃·d），制冷度日数CDD26为179（℃·d）。

为了节约能源，2009年7~8月对该建筑进行节能改造，改造前后围护结构的构造及热工参数见表1。

表1 改造前后围护结构热工参数

（1）屋面、外墙厚保温

外墙采用EPS聚苯板薄抹灰外墙保温系统进行改造，在原有建筑墙体的基础上外加150mm厚聚苯板进行外保温。屋面采用喷涂75mm聚氨酯发泡保温。EPS聚苯板薄抹灰外墙保温系统及喷涂聚氨酯发泡保温技术是我国建设部大力推广应用的保温技术，保温效果良好[4,5]。

（2）外窗改造

外窗是建筑能耗散失的最主要的传热部分之一，因此对该部分的保温隔热至关重要。3号公寓楼原外窗为单层玻璃铝合金推拉窗，窗户的密封性差，传热系数大。节能改造中，采用三层玻璃（4+9A+4+9A+4）塑框窗代替原有窗户，玻璃间充氩气，并在窗户与窗框间加装密封条，减少空气渗透，使窗户的传热系数降为1.65W/m2K。同时，在满足采光的前提下，将窗户面积减小20%。

（3）窗外遮阳

窗户设置遮阳设施是有效减少太阳辐射的手段。内遮阳清洗、维修容易、投资小，但它不能防止太阳辐射热量进入室内，或者被遮阳构件吸收，因此其隔热效果和节能潜力远不如外遮阳[6]。原窗户仅设置卷帘内遮阳。改造中新增PVC固定遮阳板进行外遮阳，通过模拟日照角度设置合理的板长和倾斜角度，以达到夏季最佳的遮阳效果，同时对冬季太阳入射遮挡较小。

（4）空调系统改造

改造前该建筑采用风机盘管空调系统，虽能起到较好的制冷制热效果，但由于无新风引入，室内空气质量较差，有时为了获得室外新风不得不开窗通风，造成大量能源浪费。改造中拆除原风机盘管，采用集中空调盘管加热回收新风机的空调形式，不仅可以给室内带来新风，还可以对排风进行热量回收，极大地降低了空调能耗，提高了室内空气品质。

该热回收新风机（图1）与传统的热回收新风机不同，除具有高效热交换器（热回收效率≥80%）外，还装有两级静电除尘装置和二氧化碳传感器。静电除尘器能吸附空气中90%以上≥0.1微米的尘埃，并能瞬间杀灭吸附的病菌，为室内提供健康新风；二氧化碳传感器实时监测室内CO2浓度，当室内CO2浓度高于1000ppm时发出报警声。

图1 热回收新风机原理图

2  模拟计算

2.1 模型建立

图2 模型三维图

图3 标准层平面图

采用清华大学研发的8760h逐时能耗模拟软件DeST-h对该节能建筑进行模拟计算。建模过程主要包括气象参数、建筑外形尺寸、围护结构热工参数、内扰设定、空调形式及运行时间等的设定。该建筑各层功能相同，建筑格局基本一致，内部设备及照明功率都设为相同，空调运行方式相同。

2.2 计算参数

2.2.1 气象数据

建筑能耗很大程度上依赖于气候条件，气象参数是影响建筑室内热环境和空调负荷的一个主要因素。本文模拟计算所采用的气象参数是由Medpha软件生成的全年逐时气候数据。Medpha是根据中国国家气象局对193个城市20年的实测数据通过随机算法模拟生成的包括8760h的逐时干球温度、湿球温度、含湿量、水平面总辐射强度等，是DeST软件的一个模块。图4给出了DeST-h软件生成的长沙市逐日气象数据。

图4 长沙逐日气象参数

2.2.2 室内热湿环境控制参数

夏季：26℃，相对湿度：≤60%；冬季：20℃，相对湿度：40~60%。

2.2.3 内扰设定

中间宿舍每间人数最多为5人，两端大房间每间最多为8人；宿舍照明最大功率为3W/m2，走廊及楼梯间最大功率为1.5 W/m2；宿舍设备最大功率为4 W/m2。

2.2.4 空调模式

建筑实际空调形式为集中式风机盘管加热回收新风机形式，由于在该软件模型中无热回收新风机模块，因此在设置空调系统时将空调盘管承担的负荷仅设定为室内负荷，不含新风负荷。每层一套空调系统，两管制，夏季制冷冬季制热。空调开启时间设定为休息日关闭，工作日的休息时间（18：00-次日8：00）开启。换气次数设为1次/h，可以满足室内卫生要求。

3  数据对比与分析

3.1 负荷对比

利用DeST-h软件可以计算出空调冷负荷、热负荷。通过对实测建筑能耗数据及燃料耗量的统计，分析出实际负荷数据。详细数据见表2。

从表中可以看出，该节能建筑的实测负荷与模拟负荷都比较小，远低于传统建筑，而且实测数据较模拟数据小，分析原因，主要是由于空调在实际运行中采取了较好的运营管理措施，节能效果非常明显。

表2 实测负荷与模拟负荷对比

选取部分房间作为典型住户进行负荷分析，各住户基本信息见表3。

表3 典型住户基本信息

     图5 典型住户冷负荷                           图6 典型住户热负荷

4  结论

通过对该建筑的热负荷和冷负荷的模拟及实测分析，可以看出该节能建筑的负荷远低于普通宿舍负荷，节能效果明显。模拟数据较实测数据稍小，比较接近实际情况，也体现了对空调系统进行合理的运营管理的重要性。

参考文献

[1]Heiselberg P. Energy performance of buildings—the European approach to sustainability[C]. The International Conference on Asia-European Sustainable Urban Development. Chongqing, China, 2006: 4-6

[2]彭慧，崔宝珠，李静. 建筑围护结构节能与暖通空调系统节能[J]. 煤气与热力，2006，26（9）：66-67

[3]江亿. 我国建筑能耗状况及有效的节能前途[J]. 暖通空调，2005，35（5）：30-40

[4]贾明英. EPS板薄抹灰外保温系统在建筑节能改造中的应用[J]. 建筑技术，2005，36（10）：786-787

[5]孙智，宋桂霞. 外墙喷涂聚氨酯发泡保温技术应用实例[J]. 建筑技术，2005，36（10），752-754

[6]，付祥钊，田智华. 活动外遮阳对产业化住宅自然采光影响浅析[J]. 建筑热能通风空调，2008，27（5）：88-90下载本文