地源热泵运行监测与建筑能耗模拟

1、 华中科技大学硕士学位论文地源热泵运行监测与建筑能耗模拟姓名：谢运生申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风及空调工程指导教师：胡平放;董春桥20210531 摘要近年来，可持续开展已经成为我国重要的开展战略，能源问题是制约可持续发展的重要瓶颈，所以国家大力推行各种节能措施，衣食住行中， “住是耗能的最大户，行次之，为了解决“住的能耗过高这个问题，绿色建筑的概念应运而生，绿色建筑包括节能，环保，舒适等多个方面，节能是绿色建筑的重中之重，建筑的能耗是多方面的，空调设备是建筑里面的耗能大户，地源热泵系统由于其高效、节能、环保的特性而获得了国家的大力支持，并且成为推广绿色建筑的重要一环，如何让绿色

2、建筑更快更好的开展呢？一种理念要想得到快速的开展和推广，必需有相应的政策和制度，绿色建筑能效测评正是让绿色建筑能快速深入人心的重要政策，本文结合清江花园实际工程，遵循绿色建筑能耗控制的 4个阶段进行分析，即规划阶段对应本文 BIN方法能耗估算，设计阶段对应本问的 DeST能耗模拟，施工阶段，运行与管理阶段对应本文地源热泵运行数据监测，并对以上几种方法得出的结果进行比照分析，挖掘节能潜力，本文将在第二章详细介绍 BIN方法的原理，DeST能耗模拟软件的具体情况以及实际工程监测的过程及数据处理方法，第三章那么是针对清江花园实施 BIN方法计算， DeST模拟，处理实际监测数据得出实际能耗，即对各结

3、果的差异进行探讨，并找出原因。通过对三种方法所得结果的分析与比照，讨论各种方法的优缺点，并提出改良意见，证实各种方法的有效性及相对准确性，论证了简单能耗计算 相对精确能耗模拟建筑运行监测及分析这一能耗控制手段在能耗测评活动中实施的可行性，并对能耗模拟和运行监测进行展望。关键词：运行监测BIN能耗计算DeST能耗模拟I Abstract Recently, The sustainable process of development has turned into the most importantstratagem in china, while the lake of energy sou

4、rces has block it off, so energy saving hasbe imperative under the situation. Buildings consume most of the energy employed inbasic necessities of life, so Green Buildings emerge as the times require. GreenBuildings is about some buildings which have got characters as energy saving,environmental pro

5、tection, comfortable and so on, energy saving is the basic characters.The HVAC system take a huge share in energy needs of a building, because of its highefficiency, energy saving, environmental protection features, Ground-Couple heat pumpsystem wins an abroad sustain by state, and its characters is

6、 so adapt to the GreenBuildings that Ground-Couple heat pump system expand rapidly in last years, this paperwill presents a case study of operational monitoring and energy- simulating based on areal project, Qing Jiang uptown, to initialize a case study in the Qing Jiang uptown studied.A methodology

7、 is developed, which has four phases, show as follow, the first part: set amodel based on BIN to calculate the uptowns energy consumption. The second part: set amodel based on physical principle(DeST) as an auditing and predicting tool in order toforecast buildings energy consumption. The third part

8、: take a accurate operationalmonitoring to the buildings and collect all the energy consumption data and the last:make some comparisons among the energy consumptions come from BIN, DeSTsimulation and collect data. Then find the difference of the three energy consumptions andinvestigate the relation

9、about them.By comparing the energy consumptions come from BIN, DeST simulation andcollect data, the advantage and the disadvantage about BIN,DeST or collect data used forenergy consumptions is given, and then put forward some prospect about energy savingand Green Buildings.Key word：Operational monit

10、oringBINDeST simulationII 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承当。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或局部内容编入有关数据库进行

11、检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。请在以上方框内打“学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日 1 绪论课题研究的背景可持续开展已经成为国家开展的重要战略1，高能耗的工业开展模式已经严重制约我国经济的健康开展，为了解决这些问题，国家大力开展可再生能源，地源热泵以其优秀的可再生能源利用率在我国获得了飞速的开展，绿色建筑应运而生，国家也通过法律的方式规定建筑建造应符合的能耗标准，绿色建筑测评及建筑能耗的模拟是实施绿色建筑节能标准的重要途径，本论文即从能耗模拟与运行监测入手，探索节能的新方法。可持续开展已经成为

12、我国乃至世界重要的开展战略，也是科学开展观的重要体现，可持续开展是二十世纪八十年代提出的一个新的开展观，它的提出是应时代的变迁、社会经济开展的需要而产生的。1987年，世界环发委员会主席布伦特兰夫人第一次提出“可持续开展概念，在我国，通过社会开展的经验总结与提炼，可持续开展已经有了明确的概念，“可持续开展就是既满足当代人的需求,而又不损害后代人满足起需求的能力的开展.它具有这样的意义:坚持以人为本的全面,协调,可持续开展的科学开展观，正确处理好人口、资源、环境之间的关系，能源危机是制约可持续开展的关键因素。我国在资源总量上是个资源大国，但是人口基数大，相对的人均资源占有率就变得很低了，所以从平

13、均资源这个意义上来说，我国算是个资源贫乏的国家。另一方面，我国一直保持着高速的经济增长，然而在高速经济增长的背后是能源的高消耗，能源消耗速率可以说也是国际领先的。相对资源贫乏和能源高速消耗一起构成了我国能源危机的典型状况，让我国政府毫不犹豫地把降低能耗作为可持续开展的重中之重，在?2000年可持续开展战略报告?中指出：“在未来的几十年中我国把降低能耗、提高能源利用效率和减少环境污染作为新世纪能源战略依据。地源热泵是一种循环利用浅层地热资源的热泵技术，它和普通热泵一样既可供热又可制冷，又有独特的地热循环利用的节能优势2。到达一定深度的地层在未受强1 干扰的情况下能常年维持恒定的温度，这个温度远高

14、于冬季的室外温度，又大大低于夏季的室内温度，地源热泵正是利用这个特点，在冬季通过热泵机组把大地中的相对高温热量升高到一定温度后对建筑供热，夏季那么通过热泵机组把建筑物中的多于热量排放到相对低温的大地，从而到达使建筑物降温，或那么是制冷的效果。推广地源热泵系统已成为我国建筑节能开展的重要手段。地源热泵系统的优势在于：和常规的供热空调系统相比大约节能50%，是一种利用可再生能源，高效节能，无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统，而且地源热泵省去了锅炉和冷却塔等一些设备，使系统地维护更为方便，地埋管埋于地下，即美观又不占空间，一次施工永久受用，是一种独特的空调系统。推广地源热泵系统对于调整我国能源结

15、构也有很大的作用，基于我国的根本国情及经济实力，开展地源热泵技术是充分利用可再生能源的重要措施。用可再生能源逐步替代常规能源是一个世界趋势，我国也已经公布了?可再生能源法?，并大力加快开展可再生能源的步伐，努力落实国家提出的建设节约型社会和开展循环经济这个方针。地源热泵供暖空调系统通过吸收大地的能量再由热泵机组向建筑物供冷供热可广泛应用于商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等建筑物，是可再生能源在建筑中应用的重要组成局部。绿色建筑：所谓“绿色建筑的“绿色，并不是指一般意义的立体绿化、屋顶花园，而是代表一种概念或象征，指建筑对环境无害，能充分利用环境自然资源，并且在不破坏环境根本生态平衡条件

16、下建造的一种建筑，又可称为可持续开展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。绿色建筑是指在设计与建造过程中，充分考虑建筑物与周围环境的协调，利用光能、风能等自然界中的能源，最大限度地减少能源的消耗以及对环境的污染。绿色建筑的室内布局十分合理，尽量减少使用合成材料，充分利用阳光，节省能源，为居住者创造一种接近自然的感觉。以人、建筑和自然环境的协调开展为目标，在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏，充分表达向大自然的索取和回报之间的平衡。地源热泵运行监测的内容地源热泵运行监测是一项周期较长的工作，需要持续的投入精力，也需要合理2 安

17、排和统筹规划，需要足够的测量设备以满足统计所需要的所有数据的测量，地源热泵监测的几个主要数据是，室外气象，土壤温度，用户侧供水回水温度，用户侧流量，埋管侧供水回水温度，埋管侧水流量，机组耗电量，水泵耗电量等等4。这些数据在时间上也需要尽量完整，虽然在监测过程中有些时间段因为客观原因无法测量，如果时间段够短可以插值补上，当监测完毕之后应当处理数据，剔除那些完全不合理的数据，对于监测过程中出现的事故应给以记录，比方说停机维护，遇强冷天气加装加热器等，只有用更好的研究态度才能获得更好的数据。建筑运行监测与能耗模拟国内外研究现状国外研究现状在国外的兴旺国家，建筑的运行监测工作开展较早，在监测和节能方面

18、也做得比拟多，特别是在系统化和网络化方面做得比拟好，Neto, Alberto Hernandez Fiorelli,Flavio Augusto Sanzovo等人分别使用软件模型法和人工智能神经网络法对一个建筑模拟能耗，并对结果进行比照分析。他们选取的对象是巴西的圣保罗大学的管理中心,这个建筑是由两栋六层的楼组成，建筑面积约为 3000m，建筑的朝向北偏西432度，建筑使用时间是早上8点到晚上6点，建筑内工作人员大概有1000人，空调系统由窗机和局部独立空调组成。使用Energy-plus作为能耗模拟工具，得出的能耗与80%的历年数据偏差不超过13%，同时他们也指出在模拟过程中，设备热扰和

19、人体负荷等与气象参数无关的能耗也很大程度影响准确性，而对结果最有影响力的当属系统的COP。条件对于能耗的定量影响如下，室外干球温度偏差正负一度时，能耗偏差2.3%，湿度偏差正负5%时，能耗偏差1.6%，太阳辐射强度偏差正负20W/m时，能耗偏差20.3%，他们的模拟结果显示室外干球温度对模拟的准确性影响比拟大5。“Onut, S. and S. Soner等人对土耳其的32个五星级酒店进行了能耗分析，他们指出，由于Antalya Region的酒店在能源消耗比例急剧上升，而当时也没有能源有效利用和管理的指导性思想或者是法规，虽然能耗类论文中有大量的节能模型，但是很少有论文涉及到比拟各系统对能源

20、利用的有效性，Onut, S. and S. Soner使用一个独特的多输入和多输出的线性模型来模拟这些酒店的能量流，最终得出的结论是 32个酒3 店中只有8个是相对节能的，其他24个都存在能源消耗过高。6“Caglar Selcuk Canbay,Arif Hepbasli,Gulden Gokcen等人对意大利的一个贸易中心进行能耗评估，并对贸易中心的HVAC系统的运行过程进行研究改造以降低能耗。通过研究，得出了以下结论：减少化石燃料而更多的使用电力对提高建筑的性能有重要的影响，通过改良空气处理机组，贸易中心和非饮食商店在夏天的节能潜力可以到达22%左右，楼宇智能管理系统在运行管理过程中对

21、能耗的管理有待加强，另外需要更多的物业管理人员更熟练的使用楼宇管理系统，而且建议在建筑运行阶段最好雇佣一名专业的节能工程师来控制能耗和进行节能审计7。近年来，空调系统的高能耗让建筑节能受到了广泛的关注，尽管模拟软件成为了建筑能耗分析的最主要的工具，但是软件得出的结果的可靠性往往因为软件不能完全模拟实际环境而显得薄弱，因此，需要软件能耗模拟和实际运行监测结合使起来，为了对西班牙塔拉戈纳省的一个吸收式空调系统能耗进行实际运行监测和模拟分析，并让结果进行比照，在原有的监测系统上添加探测器和流量计，并完整的记录了 2002年夏天该系统的所有数据，然后让模拟空调系统的数据与运行监测的数据进行了比照，得出

22、的结论是，空气处理机组的能耗占总能耗的60%，风机盘管占18%，水泵能耗和管道损耗占22%，空调机组提供的冷量比模拟计算的末端耗冷和管路冷量损耗之和要小，主要原因是计算过程中使用温度的差异以及计算机组外表温度使用的方法不当，总的来说实际运行监测所得出的机组供冷量小于模拟计算所需要的耗冷量 8。国外学者在对酒店的能耗模拟和运行监测做的比拟多，因为酒店是集餐饮，娱乐，住宿于一体的建筑综合体，能耗比拟高，相对的节能潜力也比拟大，Karagiorgas,Michaelis Tsoutsos, Theocharis Moia-Pol,等人针对希腊的一些具体典型意义的酒店，做了一个模型进行模拟，他们在文中

23、指出，为了更好的在就酒店设计过程中遵循节能和对环境更加友好这个理念，减少化石燃料的使用，针各种不同能耗类型的酒店这些酒店分布在山区，城镇，沿海等各个地区，建立了一个完整的模型，该模型能模拟酒店各种能量的流入和能量的流出过程，并最终得出酒店的能耗。然后与实际耗能进行了比照，在他们对希腊一个豪华酒店的模拟过程中，能耗计算能精确到平均一个午餐耗能5.5 kWh94 国内研究现状对地源热泵系统运行情况进行测试，是了解地源热泵系统运行与能耗情况的重要手段。到目前为止，有局部国内学者对地源热泵系统在建筑中的运行性能做了分析和相关调研，也有学者采用数值模拟方法和结合实际实验对地源热泵的长期性能进行研究。但总

24、体来说研究较少，几个国内在监测分析的事例如下。天津大学的王华军10等人做了地源热泵系统长期运行特性的实验研究，针对一个3715 m2地源热泵系统，进行了系统运行特性的长期测试实验。结果说明，“长期运行条件下，热泵机组平均COP分别为3.55(冬季)和2.80(夏季)，冬季工况和夏季工况的系统COP分别呈递增和递减趋势，且变化规律可表述为指数形式。与冬季工况相比，夏季工况的系统COP波动较大，而且在初始阶段存在一个峰值。张树信11等人测试了北京某写字楼地源热泵机组在不同供暖期的运行参数，分析了热泵机组运行性能。“发现热泵机组的性能系数COP和系统能效比EER在不同供暖期相差较大;在埋管水流量、进

25、出口水温差相差不大的情况下，埋管水出口温度经过一个供暖期后降低了摄氏度;分析了产生的原因，并提出优化地源热泵设计的意见。与空气源热泵、锅炉取暖进行了比拟，证明了系统的节能性11。能耗模拟方面，自从 DeST发布正式版本以来，已有大量的专家学者采用该软件进行能耗模拟或者是能耗分析，最有影响力的当属国家游泳中心，国家大剧院的DeST模拟分析与辅助设计，一些高校的老师和学生利用 DeST做了一些较有特色的模拟，湖南大学的张国强、许艳12利用 DeST对长沙建筑做了通风方面的模拟，针对长沙地区一栋办公建筑，模拟在不同的建筑围护结构(重型墙、轻型墙，保温材料、普通材料)、变换窗户面积、改变通风时段、换气

26、次数等各种条件对建筑蓄热和夜间通风技术效果的影响，通过对办公建筑不同的换气次数、窗墙比、通风时间段、蓄热体的实验和研究，分析了各种情况下最高温度的降低、时间延迟以及温度波动幅度的变化，得出了较满意的结论。山东建筑大学的张亚杰，尹纲领，李永安 13等人采用 DeST能耗模拟软件，对济南地区一标准房间在不同结构和不同根底室温，研究了不同围护结构对根底室温的影响，并在此根底上提出了一些满足舒适性要求的节能措施。赵峰，邵林广利用 DeST对两个应用地下水源热泵的工程进行实例分析，并5 将地下水源热泵与空气源热泵的耗电量进行比拟，得出了水源热泵夏天平均节能23.6%，全年平均节能 21.5%14的结论，

27、为用 DeST分析热泵开辟了一条新途径。本课题研究的具体内容及意义本课题针对武汉清江花园这个实际工程，先用 BIN方法粗略的估算该工程的能耗，然后运用DeST对清江花园小区进行精确的能耗模拟，得出负荷和能耗，结合清江花园实验测试结果进行比拟分析，遵循建筑能耗控制的4个阶段，规划阶段对应本文BIN方法能耗估算，设计阶段对应本问的 DeST能耗模拟，施工阶段，运行与管理阶段对应本文地源热泵运行数据监测:1BIN方法阶段：使用一种简洁，高效，不要求复杂建筑信息的能耗计算方法，来适应建筑规划阶段的粗略能耗估算，本文采用了BIN方法。2DeST能耗模拟阶段：为建筑设计阶段提供一种比拟精确的，能得出整栋建

28、筑，各小房间以及各独特功能房间的逐时负荷的复合模拟方法，便于较精确的设计房型，为建筑节能提供可靠的参考信息。3结合实际工程，对地源热泵系统进行运行监测，利用现在较先进的监测技术，以年为周期，逐时记录建筑正常运行时各种系统，各种设备，以及各种耗能效劳所消耗的能源，然后集中处理，找出建筑能耗的特点，并寻找可以改良的地方，到达建筑节能的目的。本课题以试验和仿真模拟为手段，其主要科学意义是1进一步完善和推广简单易用的能耗计算方法本文以 BIN方法为例2为绿色建筑系统评估提供更精确的计算机能耗模拟3为地源热泵空调系统优化高效运行提供工具与根底数据运行监测。通过本文的研究，作者希望对建筑测评和各种能耗计算

29、技术的研究，分析3种适合建筑在不同建设周期的能耗控制方法，希望能为建筑能效测评推广起到积极的推动作用，从而能在一定程度上缓解建筑耗能过大的压力，减少对不可再生能源的依赖性，为推行可持续性开展战略奉献一份力量。6 2 BIN方法，DeST能耗模拟及运行监测的研究建筑能耗计算方法：现阶段，建筑能耗的模拟方法有两种，一种是运用不稳定传热理论根底上的软件动态模拟能耗及分析，另外一种是参考稳定传热根底上的静态能耗分析方法21。静态处理方法主要有：度日数法，当量峰值小时数法，设备满负荷小时数法，BIN温频法，这些方法简单实用，上手方便，一般的设计计算人员和管理人员经常采用，动态能耗模拟方法对室内各种能耗扰

30、量考虑比拟细，当然得到的结果也相对准确，利用计算机的虚拟性可以频繁的改变室内外参数来进行动态的负荷计算，以及对空调系统全年能耗进行动态模拟计算。能耗计算方法之 BIN法BIN法是一种比拟易用的能耗计算方法，它适合以室内负荷占主导的建筑。且适用面比拟广，可以用来计算空调供冷，也可以用来做采暖能耗分析，它在计算之前要先算出不同室外温度下的瞬时能耗，然后再与不同温度所对应的小时数即一年当中出现该温度段的时间，单位为小时相乘，最后累加变成负荷，然后乘以不同温频段的小时数，累加后得到全年能耗22。频率数一般根据当地 10-16年气象站台观测到的记录值的统计而得出。由于气象参数的随机性，为了方便统计出更符

31、合当地实际值所需要的计算频率数，经常以典型气象年23 (平均年)的实测气象资料作为对象来统计频率数。BIN法不仅能够用于供热、通风和空调系统，对于分析热泵系统一样适用。通过对不同时期的室内负荷的计算，亦可以得出空调系统随时间的能耗状况。BIN法是假设围护结构负荷(包括日射及传热负荷)与室外气温能成线性关系，并依此线性关系计算出不同温度下的负荷并乘以该温度段持续的时间，最后得出该温度下的冷负荷、热负荷。BIN法中的空调负荷主要由太阳辐射负荷、热传导负荷、内部负荷及新风负荷四个局部组成。该方法还将供热空调系统的主要设备能耗也计算在内，BIN法的特点如下：1适用面较广:BIN法可方便用于空调制冷，亦

32、可用于采暖能耗的分析；7 2使用简单方便:BIN法使用的是稳定传热公式，上手快，使用方便；3BIN法比拟简洁，相对于我国的“冷负荷系数法，可减少许多参数的计算。气象参数是影响建筑室内热环境和供暖空调能耗的一个主要因素，对于用 BIN法计算空调系统能耗而言，如果没有逐时气象资料，如室外干球温度、相对湿度或含湿量等资料，那是不可能完成的。用 BIN法估算负荷需要以下几个参数：室外干球温度，相对湿度或含湿量，各温度频率。BIN法主要统计以下几个空调负荷，透过玻璃窗户的太阳辐射负荷，墙体及窗户的传导负荷，内部热扰负荷及空调新风负荷。为了更简单的计算， BIN法有个假设，所有的计算都是建立在该假设上的，

33、即假设围护结构的负荷和室外的干球温度存在某种线性关系24，而内部热扰及新风负荷那么采用的方法，计算中将会用到两个比拟重要的参数，顶峰冷负荷温度 Tpc及顶峰热负荷温度 Tph,即某地区最高温度段最低温度段的代表温度。下面简要列出各种负荷的计算方法。太阳辐射负荷nSCL=MSHGFi AGi SCi CLFTi FPS/(Ti Ak )(2.1)i1SCL平均透射负荷MSHGFi i方向的最大日射得热因子，W/m；2AGi i方向的窗户总面积；SXi i方向的遮阳系数；CLFTi i方向的 24小时日射冷负荷系数之和；FPS月平均日照率；Ti 每昼夜空调运行小时数，h；Ak 建筑空调面积；那么

34、SCL与室外干球温度 T存在如下线性关系：SCL= SCL7 -SCL1T-Tph/Tpc -Tph+SCL1(2.2)8 热传导负荷墙体和窗户的热传导负荷由两局部组成，一局部是稳定传热，一局部是不稳定传热；1稳定传热之温差传热nCRFHi = Ai KiT-Tn/ Ak(2.3)i1CRFHi i时间温差引起的传热负荷Ai -i外表的面积；W/m；2n总外表个数；Ki 外表传热系数；W/m2 oCT外界干球温度； CoTn 空调设定温度；oC2墙体，窗户等通过日射引起的不稳定传热局部nRSCDi =Ai Ki CLTDSKFPS/ Ak(2.4)i1RSCDi -日射传导负荷；CLTDS日射

35、墙体引起的冷负荷温差；K-修正系数；假设墙体负荷和室外温度存在线性关系，那么RSCD= RSCD7 - RSCD1T-Tph/Tpc -Tph+ RSCD1(2.5)(2.6)内部热扰负荷NBFHn = Kc Fmax / AkNBFHn -内部热扰；Kc -内部热扰同时使用系数；Fmax -内部热扰的最大功率；9 新风负荷新风显热负荷与新风潜热负荷XFx T-Tn/ AkXFq d-dn/ AkFxf = Fx + Fq；(2.7)(2.8)Fxf -新风负荷；V新风量；dn -空调设计的含湿量；d外界含湿量；将上述各种负荷相加后得到建筑物空调在各温频段的能耗，再将结果乘以各温频段对应的持续

36、时间，累加后便可以得到该建筑空调系统全年的冷热耗量。能耗模拟与 DeST介绍目前世界上许多兴旺国家开发出不同特点的能耗模拟软件，比拟有代表性的有DOE-2，Energy_plus25等，应用的对象包括酒店26 29，住宅27，公共建筑30 33，系统能耗优化28，复合建筑 31 32等。 DeST在国内有相当的影响力。 DeST是模拟建筑室内热湿环境及采暖通风空调制冷系统动态过程的模拟软件，该软件由清华大学从1980年开始研发，集成了日照采光，自然通风，室内温湿度，空调负荷，空调系统及设备模拟等多项模拟技术34，是国内较流行的能耗模拟软件，DeST可用于建筑能耗模拟和环境控制系统的设计校核，起

37、到提高设计质量、保证设计可靠性和降低系统能源消耗的作用。DeST-h的根本算法是基于清华大学江亿院士提出的用于分析建筑热状况的状态空间法35，该算法是对建筑各个热工部件建立热平衡的根底上，在空间上将其离散，时间上保持连续的一种求解方法。通过该算法，可以对建筑的热状况进行动态模拟，反映出建筑热状况随时间的变化情况。DeST有以下用途：1拟分析辅助建筑设计，即应用DeST的模拟分析功能辅助进行方案的分析和设计。2公共建筑节能评审，即依据?公共建筑节能评估标准?，采用DeST模拟软件对10 新建建筑进行节能评审，减少和防止由于设计不当导致的高能耗，同时亦可用于新开发公共建筑的投标，对于节能评审不通过

38、者，不予标地。3住宅建筑能耗标识，“住宅能耗标示体系是利用DeST模拟软件计算出新建商品住宅中每户的热环境指标空调能耗，温度指标等，将其标示于售楼书上供购房者参考，使购房者认识节能与自身健康舒适，经济利益密切相关。这也是以后能耗模拟的主要应用方向。地源热泵运行监测及数据处理运行监测起步较早，数据处理方法也多种多样36 37。本文使用的数据均是现场测定，再对数据经过计算处理最终获得地源热泵系统的能效比 39管取热量以及地下土壤温度的变化。、供热量、单位埋测试时间：2007年 8月 20日至 2021年 3月 20日用户侧的供热量的计算Q1 1V1CP1(Tout1 Tin1)(2.9)符号意义：

39、Q1-用户侧获得的供热供冷量，单位 k；1 -供回水的密度，单位kg / mV1-用户侧的体积流量，单位mCP1-供回水的比容，单位 J / kg.；33/ s；C；oTin1,Tout1-机组末端侧进出口水温，单位 oC；埋管侧取热量Q2 2V2CP2(Tout2 Tin2)(3.0)符号意义：11 Q2 -土壤取热量，单位 k；2 -埋管侧供回水密度，单位kg / m；3V2 -埋管侧供回水体积流量，单位mCP2 -埋管侧供回水的比容，单位 J / kg.Tin2,Tout2 -埋管的进、出口水的温度，单位 oC；机组的性能系数/ s；3oC；COP1 QP11(3.1)符号意义：COP1

40、-地源热泵机组的性能系数；P1-整个空调机组的输入功率，单位 k；地源热泵系统的性能系数Q1P1 P2COP2 P3(3.2)符号意义：COP2 -地源热泵的性能系数；P2 -水泵的运行功率，单位 k；P3 -用户末端使用功率，单位 k；P P P+ + 3之和是系统消耗的总功率，包括以下几个局部：空调主机功耗、水泵功21耗、风机盘管末端功耗，均由查看电表获得其中末端并未真正计量，而是由总用户末端功率与使用时间计算获得。供热量、取热量以及耗电量等根本平衡，其中出现的较小误差应该由散热损失已经测量仪表误差导致。不影响大局及相对的准确性。12 本章小结本章主要介绍了三种负荷获得手段的根本原理及操作

41、方法，其中 BIN方法主要是理论介绍，关键在于如何获得当地气象参数及温频的划分，所需要的其他条件都相对容易获得，所得的结果也仅仅是建筑的全年负荷及能耗，模拟方面那么主要介绍了 DeST的一些特性以及 DeST的各种用途，以及强调了该软件在绿色建筑方面的巨大用途，而监测方面那么详细的介绍了数据的处理方法，其中包括用户测供热量的计算，埋管侧取热的计算，机组性能系数的的获得，以及最终能耗和地源热泵系统性能系数的获得方法。13 3 三种能耗模拟方式的具体实现与比照3.1 BIN法能耗计算要实现 BIN法的计算，首先了解工程的具体情况，本文要模拟的对象如下：清江花园小区位于武汉市武昌中南三路，总建筑面积

42、 38000m2，为前后两栋小高层住宅，中间为小区花园，花园下为地下车库，共计 200套高档公寓40。空调运行的条件为，当温度大于 26度时开启制冷，当温度低于 10度时开启采暖20，该建筑空调面积一号楼约为 10000 m2，二号楼约为 14000 m2，由于是住宅小区，运行时间按三班制，即除开工作时间的其他时间均为空调时间，具体工况如下：1室内设计条件： “夏天住宅设计温度为 26，设计相对湿度为 60%，冬季住宅设计温度为 18，设计相对湿度为 40% 20，每人新风量为 30m3/h，一号楼按每户 4人考虑到有的是三口之家，有的是 5口之家，均值算，标准层每层 6户。2围护结构：外墙材

43、料为 240mm黏土多孔砖，外贴瓷砖，内刷白粉，传热系数 1.14w/ (m2.k)，屋面为普通混泥土保温屋面，厚 200mm，传热系数 1.074 w/ (m2.k),窗户为单层 6mm玻璃窗，窗内挂了窗帘，遮阳系数 ，传热系数 5.7 w/ (m2.k),一号楼朝北窗户 1620m2，朝南窗户 1080m2，无东西方向窗户。外墙面积为 9462 m2，屋顶为 910 m23人员新风统计：按每户 4人计算，每层 6户，每层为 24人，总共 19层，折合 18个标准层，那么总人数为 432人，总新风量为 432*30=12960 m3/h。4室内热扰：设备，照明等按 10 w/ m2算，同时使

44、用系数为 。5其他热扰：其他方面热扰较小，在此次计算中不考虑。武汉地区 BIN气象资料按照 2的 BIN区间划分温度，武汉地区三班制 BIN图，如表 所示。14 表 武汉地区分时间段 BIN参数温度1_4时段5_8时段9_12时段13_16时段17_20时段21_24时段湿球温度-4-20013621009212893679077891099386125118107110103000001-3259510790104798767739610388921231198919333768394976473839965791101039212290692231430627711462716988898

45、583110121899710170251345711051197065987381959495104107948238104497801251046681709010095889913210479424658101214161820222426283032343625001000对表 进行统计，对于住宅小区，我们可以剔除 9点到 12点以及 13点到 16点两个阶段，这两个时间段为上班或上学时间，可认为此时是非空调期，在武汉地区假设室外温度低于 10那么进行采暖，那么除上班时间段以外的其他时间段全年采暖时间为 2083小时。如果在室外温度高于 26开启制冷，同样剔除 2个工作时间段，那么全年

46、制冷时间为 1663小时。能耗计算1用第二章 节所介绍的 BIN法展开计算，首先根据 公式nSCL=MSHGFi AGi SCi CLFTi FPS/(Ti Ak )i1计算SCL1以及SCL7，对于朝南方向：查得表及修正得武汉地区最大日射得热因子为 168.15 W/m，2武汉地区 7月的 24小时日射冷负荷系数之和为 41对于朝北方向：查得表及修正得武汉地区最大日射得热因子为 m，武2汉地区 7月的 24小时日射冷负荷系数之和为 41武汉 7月平均日照率取 ；一月平均日照率为 。查表得武汉地区 7月15 MSHGFi CLFTi =1290，一月MSHGFi CLFTi =158042。窗

47、户稳定传热之温差传热:SCL7 =27001290m2。SCL1 =27001580m根据公式 得2SCL=T+3/37+3+10.32=0.048T+10.46;(3.1)2墙体的热传导负荷：根据公式 ，且外墙面积为 9462 m2，屋顶为 910 m2nCRFH7 =CRFH1 = Ai KiT-Tn/ Ak ； Ai KiT-Tn/ Ak ；(3.2)(3.3)i1ni1屋顶传热：用式 计算屋面上的日射引起的不稳定传热负荷。查的武汉地区 7月份和 1月份日射形成的屋面冷负荷温差 CLTDS分别为 和 42。外表颜色的修正系数 K取 1，经查表的七月的日照率为 ，一月的日照率为 42。nR

48、SCDi =Ai Ki CLTDSKFPS/ Aki1RSCD1=9101m2RSCD7 =9101m2那么根据假设所得热射传导与温度的线性关系43，再参考 得到RSCD=T+3/37+3+0.17=0.016T+0.22;3计算内部负荷(3.4)照明设备负荷为 10 W/m人体负荷：全楼估算是 432人，平均每人散热 134W，根据公式 得134432/10000=5.79 W/m累计内部负荷 NBFH =7+5.79=12.79 W/m，同时使用系数为 ，所以的负荷 7 W/m2 22。2。4计算新风负荷：由上面的条件可知一号楼总人数为 432人，总新风量为432*30=12960 m3/

49、h，由温度 26度，相对湿度 60%对应的dn =12.6 g/ KG.干空气)，而温度 18度相对湿度为 40%时， dn =5.1 g/ KG.干空气)41。16 将数据分别代入 和 ，得新风的显热负荷,潜热负荷，显冷负荷及潜冷负荷，各负荷计算公式如下XFXR ；XFQR ；XFXL ；XFQL ；(3.5)(3.6)(3.7)(3.8)空调系统能耗计算，夏天耗冷量由公式 叠加得到(3.9)根据公式 以及温频表，计算冷负荷，如表 所示。表 一号楼冷耗量指标温度26283032343638温频47340720389391011222显冷负荷显冷量含湿量135潜冷负荷潜冷量冷负荷冷耗量合计由表

50、 可以得出，最终冷负荷指标为 kW.h / m ,2热负荷的计算：由前面的描述可知，只要叠加(3.1),(3.3),(3.4),(3.5)几个公式可以得到冬天显热耗热量，DHL=1.86T-21.77,潜热耗热量根据 (3.6)，代入温频数据，如表 所示，内部负荷未计入。表 一号楼热耗量指标温度-4-20246810合计温频1392143493334623952902083显热负荷显热量含湿量潜热负荷潜热量热负荷热耗量17 由表 可知最终得到的累计耗热指标为 kW.h / m。2二号楼工况与一号楼根本相同，参数如下：1室内设计条件：夏天住宅设计温度为 26，设计相对湿度为 60%，冬季住宅设计

51、温度为 18，设计相对湿度为 40%，每人新风量为 30m3/h，二号楼按每户 5人二号楼是四室一厅，面积比拟大，平均 5人每户应该是比拟适宜的，标准层每层 6户。2围护结构：外墙为 240mm黏土多孔砖，外贴瓷砖，内刷白粉，传热系数1.14w/ (m2.k)，屋面为普通混泥土保温屋面，厚 200mm，传热系数 1.074 w/ (m2.k),窗户为单层 6mm玻璃窗，窗内挂了窗帘，遮阳系数 ，传热系数 5.7 w/ (m2.k),二号楼朝北窗户 1606m2，朝南窗户 1757m2，无东西方向窗户。外墙面积为 10920 m2，屋顶面积为 980 m2。3人员新风统计：按每户 5人计算，每层

52、 6户，每层为 30人，总共 17层，那么总人数为 510人，总新风量为 510*30=15300 m3/h。4室内热扰：设备，照明等按 10 w/ m2算，同时使用系数为 。5其他热扰：其他方面热扰较小，在此次计算中不考虑。二号楼具体计算同一号楼，如表 ，表 所示。表 二号楼冷耗量指标温度26温频47340720389显冷负荷显冷量含湿量135潜冷负荷潜冷量冷负荷冷耗量28303234393610381合计1222由表 可知 2号楼夏天耗冷量最终冷负荷指标为 kW.h / m。218 表 二号楼热耗量指标温度-4温频1显热负荷显热量含湿量潜热负荷潜热量热负荷热耗量-2390214349333

53、4623952902083246810合计由表 可知 2号楼冬天耗热量指标为 kW.h / m2本章小结：由表(3.2)和表(3.4)可以看出，夏天最大耗冷量出现在室外温度干球温度 26到 28之间，由表(3.3)和表(3.5)可以看出冬天最大耗热量出现在室外干球温度为 2这个温度段，最高能耗并不出现在最热时间或那么最冷时间段，也不出现在频度最高的时间段，既然能得出耗能最多的温度段，也知道该状态下对应的机组功率，那么在机组选型的时候又多了一个参考的标准，如果把机组的最正确工况选在对应的的耗能最多温度段，能到达节能的效果。3.2 DeST能耗模拟清江花园概况清江花园小区坐落于武汉市武昌中南三路，

54、是典型的高层住宅建筑，一号楼达到 19层，占地面积约为 38000m，主体建筑包括两栋小高层住宅，小区内设有花2园，花园底下设有地下车库，合计 200多套高档公寓。空调系统采用地源热泵，系统主要为住宅集中提供冷(热)中央空调和生活热水。地源热泵系统采用地埋管式。地源热泵布局如下，U型地埋管位于地下车库的底部，而空调机房那么设在地下车库的设备间。各个房间采用能够独立控制的风机盘管系统。水系统那么采用双管同程制。每家每户都有一套独立的计费系统。采用了带热回收的地源热泵机组，本系统还有一个独特的地方，夏天可以回收制冷机的冷凝废热来制取具有相当温度的生活用温水。DeST模拟的对象主要是两栋高楼，即一号

55、楼与二号楼，一号楼是个组合楼，由19 3个相似的单元由东向西排列在一起，总共 19层，标准层每层 6户人家，2到 17层为标准层，二号楼亦为多个单元的组合楼，户型和一号楼稍有不同，二号楼，如图 所示。图 二号楼户型模型建立DeST是在 AUTOCAD的根底上开发的软件，所以 DeST模型的建立也容易掌握，根本和 CAD的制图一样，只要在 DeST的界面上完整描述出所有和能耗有关的建筑构件即可，根本操做界面，如图 所示。菜单工具栏属性工具栏活动楼层控制主视窗命令栏状态栏图 3.2 DeST操作界面20 菜单管理任务的地方，包括工程管理，建筑描述，建筑编辑，系统描述，设置，模拟计算，显示，建筑构件

56、，帮助等按键，都对应相应的功能，这个是 DeST的比拟独特的地方，以下详细介绍：工程管理菜单包含：新建，保存，打印等；建筑描述是一个重要的功能：如建立楼层，绘制维护结构墙体，门，窗户，以及增加热扰；建筑编辑包含：对当前图形设定参数的编辑功能，如改变楼层高度等；模拟计算包含：各种计算操作所需的命令，如建筑室温计算，住宅负荷分析，系统方案分析，空气处理室模拟等；建筑构件包含：修改、添加建筑构件库，包括围护结构、门窗、窗帘、遮阳等，并可从其他建筑图中导入构件库；上面几个都是能耗模拟中比拟常用的命令，其他的几个菜单同理。工具栏：提供具体的操作选项，如复制，粘贴，剪切等属性栏：操作界面左上第二个说明框所

57、指，是一个方便使用者查看建筑构件属性的文本图框。活动楼层控制器：一个能让使用者在各楼层方便切换的文本操作框，在高层的能耗模拟中有很大的作用。开始建立模型，以一号楼为例，新建工程新建建筑输入建筑名称“清江花园一号楼 建立楼层设定层高“3m,然后画模型，先把外围护结构画出，然后参加门窗，一号楼一层画好为了不会溢出，已经简化了一些围护结构门窗后，如图 所示。画好根本围护结构后开始设定各房间的功能，一般住宅有以下集中类型的房间，主卧室，次卧室，起居室，厨房，卫生间，空房间，如果有些特殊的房间还可以自己定义，房间功能主要是确定房间的热扰，包括以下几个方面：人员热扰，灯光热扰，设备热扰及空调作息时间，除了

58、维护结构负荷，其他负荷根本都被房间功能决定了，清江花园一号楼的户型为三室一厅一厨两卫，其中三室分为一个主卧室，两个次卧室，各房间设定，如图 所示。21 图 一号楼门窗图次卧室主卧室图 一号楼房间功能设定22 当把第一层建模完毕之后，如果是标准层，那么可以直接点击复制楼层命令，系统那么会使用已有的楼层框架在标准层之上再建立一个楼层，可以自行设置层高等各层独有的特性，当然各标准层的围护结构，门，窗户，阳台根本都是一样的，清江花园一号楼的 2到 17层都是标准层，所以可以较快的直接画到 17层，当然复制的过程有可能出现楼层房间功能补对应的情况，要适当的调整，当把所有的标准层画完时，应该回头检查各层的

59、设计，有些楼层如果有独特的地方，应当加以调整，直到完全符合建筑的原始设计意图。当标准层处理完毕时，就该处理顶层了，顶层一般不同于标准层，有独特的屋顶，有的还有楼阁，清江花园一号楼的 18层，19层均为非标准层，是一个渐缩型的屋顶构造，19层比 18层还小，呈锥型，顶层一般都是中轴线对齐的，而不是以 X-Y坐标平面原点对齐，建摸的时候要特别注意，否那么建出了中空楼层必定出错，处理顶层之后，得到建筑的根本模型，一号楼模型，如图 3.5(a)所示，实际效果图，如图3.5(b)所示。图 3.5(a)一号楼 DeST所得模型23 图 3.5(b)一号楼效果图全局设定：模型建立完毕后，进行建筑所属地区和朝

60、向的设置，点开属性工具栏，然后选取建筑图形左下脚的指北针，再选取城市栏然后修改，这个比拟关键，假设地区选错，负荷偏差相当远，选择所属地区及朝向，如图 所示。朝向栏城市栏指北针图 设定区域和朝向24 还有较多的负荷元素需要参加，如通风，由于小区住宅一般没有使用复杂的通风技术，在一般的 DeST模拟中只要设置自动通风就行了然后围护结构及外墙的各项负荷属性也需设置，如果使用的墙体是比拟通行的，一般可以在材料库中直接选取，门和窗户的设置同理，全局设定，如图 所示。各种全局设定图 建筑全局设定然后可以进行预处理，如图 所示。预处理命令图 建筑预处理25 模拟处理完毕，假设未出现异常，那么可以开始模拟负荷