建筑节能能耗分析

1、重庆市某办公建筑能耗分析课程： 建筑节能原理与技术 姓名： 王 影 学号： 2014200367 专业：供热、供燃气、通风及空调工程 2015.7.2摘要：借助 DesignBuilder 能耗模拟软件，建立了重庆市某办公楼建筑模型，对其全年能耗进行模拟分析；采用Energy plus模拟分析得出影响该办公建筑能耗大小的主要因素，并提出相应节能措施。关键词：办公建筑； 能耗模拟； 节能0 引言我国乃至世界的能源形势日趋紧张，而建筑能耗比重也在逐渐增加，其中大部分用于采暖、通风与空调。为了降低这部分能耗，可以对此类建筑进行实际测试和调查，找出存在节能潜力之处，有针对性的实施相应的节能策略。办公建

2、筑由于建筑面积大、工作时间长、人流密度大和用电密度高等特点，虽然它的单位面积能耗在公共建筑中不是最高的，但是因其建筑面积巨大，其能耗总量是各种公共建筑中最大的之一。在重庆市，市级机关办公楼的能耗状况不容乐观，因此办公类建筑的节能任务极其艰巨。EnergyPlus是基于不稳定传热原理，使用反应系数法来计算建筑的动态负荷。模拟计算的核心是所计算区域的空气热平衡方程式。本文以 EnergyPlus 为模拟工具，以重庆市某办公建筑为基础，建立建筑模型，模拟分析了该办公建筑全年能耗情况，找出该办公建筑的节能潜力。1 建筑概况重庆位于北半球副热带内陆地区，其气候特征表现为：春早气温不稳定，夏长酷热多伏旱，

3、秋凉绵绵阴雨天，冬暖少雪云雾多。重庆年平均气温为18。1月份气温最低，月平均气温为7，最低极限气温为零下3.8。7月至8月份气温最高，多在2738之间，最高极限气温可达43.8。重庆雨季集中在夏秋，年降雨量为10001100毫升。重庆还是中国日照最少城市之一，年均日照时1259.5小时。7月至8月份略高，月均日照时230小时。其他月份在150小时以下。重庆三面环山，沟壑纵横，因此风速较小。但在夏季雷阵雨天气时，又一反常态，常常伴有大风，风速每秒可达1027米。本模拟中重庆市的气候参数选取方式采用energy plus软件自带的气象文件如下图1.1所示： 图1.1 重庆市每月平均气温图本文以重庆

4、的一座写字楼办公建筑为例。该建筑位于重庆市，其纬度为 29.5，经度为 106.5，其建筑面积为1200m2，有两层楼。建筑每层高为3m,墙壁厚为240mm,建筑围护结构及 HVAC 信息见下表1.2。 表 1.2 模拟建筑基本信息项目描述HVAC风机盘管系统夏季室内设计温度25冬季室内设计温度18新风量35m3/人围护结构50%玻璃幕墙，6mm厚度玻璃，空气层13mm，传热系数2.705W/m2K，建筑气密性为1.0ac/h照明10W/m2室内得热量办公设备得热量：10 W/m2人员密度0.200 人/m2建筑内部结构体墙体导热系数：3.535 W/m·K；传热系数：1.400 W

5、/m2K；比热：840J/kg·K；密度：2100kg/m3建筑模型为一栋二层楼的培训学校办公建筑，分为办公室，学生上课的教室以及会议室。空调运行时间为 8：0018：00。本建筑坐北朝南，分为三个功能区，面对南方的入口处大房间为一功能区工作人员办公室，面积 400m2，人员密度选取 0.1人/m2，三面墙的窗墙比为30%；二功能区为学校的会议厅，面积100m2，人员密度选取 0.2人/m2，窗墙比为30%；三功能区为教室，一层的背面空间和二层楼均划为三功能区，面积1900m2，人员密度选取 0.5人/m2，窗墙比为30%。设置30%的窗墙比主要是为了能达到明亮开敞的设计效果，美观大

6、气，同时也增强了自然通风的效果。2 建筑模型的建立本文采用以EnergyPlus为计算内核的 DesignBuilder来建立建筑模型，由DesignBuilder得到建筑外壳，再由EnergyPlus添加空调系统等各项条件。从而避免了EnergyPlus模拟繁复的建筑描述过程。由此建立的模型外观如下图 2.1。图2.1 重庆市某办公建筑模型各区域的划分情况如下图所示：会议厅教室办公室图2.2 一层区域划分图示教室图2.3 二层区域划分图示3模拟结果及能耗分析3.1 模拟结果3.1.1 所采用的空调形式对建筑能耗的影响 政府机关，大中小规模的公司，企事业单位办公性的建筑中的空调占建筑总空调面积

7、的比重非常大。目前，这类建筑的空调方案大体上常用如下几种：一对一的外挂式分体空调，既每个房间一个室外机组对应一个室内机组；VRV(变冷媒流量)系统；风机盘管加新风系统；风机盘管无新风系统；VAV(变风量)系统。在我国和这样的空调方式极为普遍，那么对办公室建筑采用那种空调方案更适合?下面结合该办公建筑来分析各种空调方案的优点与缺点，并通过这个实例来说明在未来的办公室设计中，空调方案选择的走向。本组模拟分别采用风机盘管系统、定风量系统和变送风量+末端回热系统(VAV+末端回热)。三种不同空调形式下建筑的能耗参见表 2.1。不同的空调形式，代表着使用不同的设备，因此系统耗能也会不同，可以分析出定风量

8、系统最为耗电，风机盘管系统和 VAV+末端回热相差不多。而带有末端回热的 VAV 系统是总能耗则最少的一种空调系统。 3.1.2 控制效果经过模拟可以得到，一年内影响室内热舒适因素的日平均值，包括室内温度、室外干球温度、室内相对湿度，室内日平均辐射温度、室内综合温度(即平均室内温度和室内平均辐射温度的平均值)以及室外日平均辐射温度。图 3.1 为系统的全年温度控制效果图。分析图 3.1，可看出系统的控制效果良好，冬季普遍控制在 20±1的区间内，夏季也一直保持在 28上下波动。图3.1 系统全年温度控制效果图由模拟结果，工作日中，全年的室内温度都维持在 18和 28之间，由于图3.1

9、 中反映的是一天的平均温度，休息日不调节室内温度，所以建筑内部一天内的平均温度会达到 30以上。3.2 能耗分析图 3.2 和图 3.3展示了该办公建筑全年十二个月中的能耗分布，分析图可以看出空调能耗主要集中在 5 到 9 月份。另外可以发现，供暖能耗相对于制冷能耗而言非常小，分析知道这是由两个因素导致的：首先，重庆当地冬季温度比较高，空调工作时段即白天时温度平均可达到 10左右，这一时段内热量散失不大；其次本栋办公建筑的窗墙比比较大，且办公建筑的空调运行时段中太阳辐射作用明显，这导致在冬季时系统能充分利用太阳辐射保持温度，夏季则透过窗户传入大量热量，显著增大了建筑冷负荷，增加了制冷能。图3.

10、2 全年冷热能耗分布则总能耗为图3.3 全年总能耗分布分析不同功能区的能耗情况，如图3.4 所示。分析各功能区的使用情况，可以看出会议室和教室的能耗密度最大，办公室相对而言能耗密度偏小，因为会议室和教室人员比较密集，因此室内发热量大，空调能耗很高，又照明电耗较高，需要的照度普遍偏高。图3.4 不同功能区的能耗密度4 节能潜力分析结果模拟结果显示，系统总能耗主要由三部分组成： 空调系统全年能耗1070283kWh，照明系统全年能耗 365388kWh，设备全年能耗达到 79643kWh，组成能耗的各部分比例如下图4.1 所示。图4.1 能耗各部分比例分析图4.1可得出几点节能建议：（1）空调能耗在总能耗中占最大比例，其次为照明能耗，占建筑总能耗的24%，可见该建筑的照明系统具有较大的节能潜力，可以考虑的节能建议是：采用效率高、性能好、调光范围宽、智能化程度高的高频可调光电子式荧光灯镇流器；改善办公室的自然采光条件，可将原有的普通着色玻璃更换为Low-E玻璃，Low-E玻璃表面辐射率低、红外线反射率高，透光率高，遮阳系数小。（2）由能耗模拟过程可知，在夏季建筑气密性越大空调系统的耗能越少，因此，在夏季室外温度低于室内温度的时候增加室内外空气的交换可以起