天津市某酒店式公寓能耗模拟与因素分析.pdf

0引言 随着城市现代化建设的迅速发展和人民生活水 平的快速提高 一类新型建筑 酒店式公寓在天津地 区迅速增多 与传统建筑不同 该类建筑兼有居住与 办公两种功能 它最明显特点是楼层高 窗墙比大 空 调采暖时间长 甚至是全天运行 能耗比传统办公建 筑和住宅建筑都要高 因此 在天津地区 了解该类建 筑的能耗现状 能耗影响因素是进行建筑节能优化设 计和节能运行管理的必要前提 只有找到建筑节能 的关键环节 才能取得显著的节能效果 本文通过对 天津某酒店式公寓进行全面的模拟分析 以期得到影 响该类建筑能耗的关键因素和影响水平 1建筑概况与模型建立 1 1建筑概况 本文选择天津市河西区某酒店式公寓项目中 1 栋建筑作为研究对象 目前 该项目尚处于设计阶 段 朝向为正南 建筑面积为 11 000 m2 体形系数为 0 19 地上共有 14 层 均为 4 8 m 高的跃层式公寓 该栋建筑的空调采暖方式为燃气热泵 独立式新风 系统 1 2模型建立 通过对天津地区近年来新建的具有代表性的写 字楼和住宅室内热环境和空调供热运行状况进行实 测和调查 并参照 天津市公共建筑节能设计标准 天津市居住建筑节能设计标准 和其他建筑相关设 计标准 确立了该建筑的计算模型和设定参数 1 2 表 1模拟建筑中的设计参数 内容详细参数信息 建筑基本参数14 层 面积 11 000 m2 东南西北窗墙比 0 69 0 31 0 72 0 49 综合窗墙比 0 52 楼板K 1 5 W m2 K 地面R 1 0 m2 K W 人员密度6 m2 人 设备功率密度20 W m2 HVAC 系统风机盘管 Fan Coils with hw heat 换气次数1 5 次 h 人均新风量30 m3 人 空调运行时段6 月 1 日 9 月 30 日 全天运行 采暖运行时段11 月 15 日 3 月 15 日 全天运行 收稿日期 2011 04 25 修回日期 2011 05 24 天津市某酒店式公寓能耗模拟与因素分析 姜德义 朱磊 龚科家 张金琨 天津陈塘园区建设投资有限公司 天津300220 摘要 以天津市某酒店式公寓为例 基于清华大学自主开发的能耗软件 DEST 用正交试验的方法 针对该建筑的全年逐时能耗 空调 采暖负荷 进行动态模拟计算 分析其围护结构 空调采暖设定温度 照明等因素的能耗特征和建筑能耗的影响程度 从而为此 类建筑的节能设计和节能管理提供必要的技术依据 关键词 酒店式公寓 能耗模拟 影响因素 正交试验 中图分类号 TU111 4 TU831文献标志码 A文章编号 1673 7237 2011 07 0034 03 Energy Consumption Simulation and Factors Analysis on Serviced Apartment Building in Tianjin JIANG De yi ZHU Lei GONG Ke jia ZHANG Jin kun Tianjin Chentang Park Construction Investment Co Ltd Tianjin 300220 China Abstract Taking a serviced apartment building as an example DEST construction energy consumption simulation software and the or thogonal experiment method are utilized to calculate the energy consumption of this building It can provide the essential technical basis and optimize the energy conservation design proposal through analyzing the energy consumption characteristics and the energy consumption influ ence level of building enclosure lighting power density setting temperature of air conditioning and heating Key words serviced apartment energy consumption simulation influencing factors orthogonal experiment 内部负荷 围护结构 窗墙比 新能源与绿色建筑 NEW ENERGY GREEN BUILDING 建 筑 节 能 2011 年第 7 期 总第 39 卷第 245 期 No 7 in 2011 Total No 245 Vol 39 doi 10 3969 j issn 1673 7237 2011 07 009 34 图 1DEST 建筑能耗模型 2模拟能耗与分析 2 1建筑条件因素的选择 对于该栋酒店式公寓 共确定 7 个可变因数进行 讨论 分别是 外窗传热系数 外窗遮阳系数 空调设 定温度 外墙传热系数 屋顶传热系数以及照明密度 数据设定参照相关节能标准中的规定做法 见表 2 2 2建筑能耗模拟计算 建立建筑模型后 利用天津市典型气象年逐时气 象数据 按表 3 所列方案对其进行全年能耗模拟 本 文采用清华大学开发的 DEST 作为模拟工具 以全年 单位面积冷热负荷指标为评价标准 通过正交试验的 方法来进行模拟计算 并得出模拟计算结果 具体的 模拟方案安排及模拟计算结果见表 3 表 2正交试验因素水平表 K窗 W m2 K K墙 W m2 K 采暖设计温度 空调设计温度 SW 窗K屋顶 W m2 K 照明 W m2 14 5218220 7211 23 51 520240 40 5520 32 512226 41 50 52428 因素 水平 显著性 排序 因素 试验号 K窗 K墙 采暖设计温度 空调设计温度 SW 窗K屋顶 照明 全年冷热负荷指标 W m2 W m2 K W m2 K W m2 K W m2采暖空调总负荷 14 5218220 721151 9976 68128 67 24 51 520240 70 552052 9661 31114 27 34 5122260 422064 4941 65106 14 44 50 524280 40 551167 6227 3794 99 53 5220260 40 551157 4439 4196 85 63 51 518280 422047 3329 0176 34 73 5124220 70 552059 0276 22135 24 83 50 522240 721155 2556 34111 59 92 5222280 70 552055 5731 2686 83 102 51 524260 721164 3742 33106 7 112 5118240 40 551141 6741 6783 34 122 50 520220 422045 5267 43112 95 131 5224240 422064 7553 19117 94 141 51 522220 40 551152 9564 92117 87 151 5120280 721141 5230 3171 83 161 50 518260 70 552028 7544 2472 99 采暖12 278 1521 51 4 041 211 80 空调7 082 67 41 836 430 753 16 总负荷15 869 4421 5141 832 711 961 36 采暖231 465 空调25 1364 总负荷3421567 表 3模拟计算结果与分析 L16 44 23 正交表 K 35 2 3模拟结果分析 如前所述 本文针对特定对象建筑的动态模拟计 算 得出其全年冷热负荷指标这一指标完全可以反映 该建筑能耗指标的变化趋势 极差 K 是用来划分不 同因素重要程度的依据 其值越大 说明该因素由水 平改变所引起的试验结果的变化越大 3 对于建筑负 荷指标的影响越大 重要程度越高 根据表 3 的模拟计算结果 可以得出影响该建筑 能耗的各因素重要程度的排序 最关键的因素是空调 采暖设定温度 其次是外窗的传热系数和墙体的传热 系数 然后是窗的遮阳系数 屋顶的传热系数和照明密 度对建筑能耗影响程度很小 为了进一步说明各因素 对建筑能耗的影响程度 采取只改变各因素的水平值 来计算其节能效果的相对值 并对其进行逐一分析 2 3 1采暖 空调设定温度 由从正交实验表计算的结果可以看出室内采暖 空调设定温度是该建筑能耗最为关键的因素 根据原 模型 以 天津市公共建筑节能设计标准 的要求为设 定参数 采暖以 22 空调以 28 作为比较基准点 模拟计算全年累计冷负荷及节能情况 从模拟结果可 以看出 室内设定温度对建筑能耗相当明显 尤其是 空调设定温度 因此 在保证人体舒适度的前提下 尽 可能降低采暖温度 提高空调温度 推荐采暖温度按 居住建筑标准设定为 18 空调温度在外界环境湿 度较低时设定为 27 较高时设定为 26 见图 2 3 图 2不同采暖设定温度下累计负荷与节能率 图 3不同空调设定温度下累计负荷与节能率 2 3 2传热系数 建筑冷热负荷主要是由建筑的围护结构传递的 因此 对围护结构的热工参数进行严格要求是非常重 要的 4 从模拟的结果得出 窗的传热系数的影响程度 最大 其次是墙体 最后是屋顶 主要原因有两个 窗墙比大 窗的瞬间得热量大 因此 对于窗墙比 大的建筑 对窗的传热系数要严格控制 尽量选择低 辐射率的中空 Low E 或者双银 Low E 玻璃 墙体可 选择传热系数较低 耐火等级较高 经济性较好的外 保温材料 尽量降低其传热系数 虽然屋顶的传热系 数对建筑能耗的影响较少 但对顶层空间的热舒适度 影响很大 所以尽可能做好隔热措施 见图 4 5 图 4不同窗体传热系数下累计负荷与节能率 图 5不同墙体传热系数下累计负荷与节能率 2 3 3遮阳系数 通过模拟发现 外窗的综合遮阳系数对采暖负荷 与空调负荷的影响是相反的 与夏季冬暖和温和地区 不同 在天津地区 尽可能降低外窗的综合遮阳系数 是有利于降低建筑负荷的 主要原因是因为夏季冬暖 和温和地区不同建筑冷热负荷以空调负荷为主 采暖 负荷较少 甚至有些地区根本无需采暖 同时 低遮阳 系数的窗体不利于采光 价格高 所以 建议无需严格 控制窗体玻璃的遮蔽系数 Se 可通过增加可调节的外 遮阳系统来降低夏季空调负荷 如外卷帘或外百叶 此外 还可能通过建筑自身结构来达到遮阳的目的 如图 6 所示 上层的阳台作为下层的遮阳 中间 再加一层反光板 这种外墙结构不仅改善了窗的外遮 阳 也同时改善了室内采光效果 5 下转第 46 页 墙体的传热系数 W m2 K 节能率全年累计冷热负荷 11 22 8 61 5 68 2 79 0 0 12 10 8 6 4 2 0 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 全年累计冷热负荷 MW h 12345 窗户的传热系数 W m2 K 节能率全年累计冷热负荷 17 4 13 4 9 1 4 6 0 0 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 全年累计冷热负荷 MW h 12345 空调设定温度 节能率全年累计空调负荷 0 0 9 2 17 9 26 2 34 0 41 3 50 40 30 20 10 0 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 全年累计空调负荷 MW h 232425262728 222120191817 采暖设定温度 节能率全年累计空调负荷 0 0 4 8 9 4 13 9 16 4 22 6 25 20 15 10 5 0 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 全年累计采暖负荷 MW h 36 上接第 36 页 图 6通过结构增加外窗内外遮阳和室内采光示意图 2 3 4照明密度 与遮阳系数一样 照明密度对采暖负荷与空调负 荷的影响同样是相反的 因此 不会与夏季冬暖和温 和地区对建筑全年冷热负荷产生同样程度的影响 但 是 通过建筑结构的优化设计 如图 6 所示 充分利用 自然光来提高室内照明强度 降低照明密度的设计标 准 同样可有效降低建筑的总体能耗 3结语 1 在天津地区 酒店式公寓是近年来迅速发展的 一类新型的建筑群体 它兼有办公与居住两种功能 因此 它的能耗特点与办公和居住建筑各不同的 它 的采暖空调时间更长 全年累计负荷更大 因此 通过 对建筑设计方案进行能耗模拟 找出影响该类建筑能 耗的关键性因素和影响程度是非常必要的 并为该建 筑能节能设计与节能管理提供一定的参考 2 通过以上模拟计算与分析可以得出的结论是 各相关因素对该酒店式公寓建筑全年累计冷热负荷 的影响程度按大小排序依次为 空调设定温度 采暖 设定温度 窗的传热系数 外墙传热系数 窗的遮 阳系数 屋顶传热系数 照明密度 3 为了进一步针对与本文类似的酒店式公寓建 筑节能设计方案的优化 笔者在此提出如下几点建议 空调和采暖运行温度对建筑能耗影响有着举 足轻重的作用 过低的空调运行温度会大大增加建筑 能耗 所以 建议空调运行温度设定为 26 或 27 空 调 采暖 运行温度设定为 18 严格控制窗的传热系数 尽量降低墙体传热系 数 做好屋顶的隔热措施 无需控制窗体玻璃的遮蔽系数 Se 通过增加可 调节外遮阳系统来降低夏季空调负荷 通过优化建筑结构设计达到增加遮阳效果 提 高采光效果和降低室内照明密度的作用 参考文献 1 DB29 153 2005 天津市公共建筑节能设计标准 S 2 DB29 1 2007 天津市居住建筑节能设计标准 S 3 田胜元 实验设计与数据处理 M 北京 中国建筑工业出版社 1988 4 吴金顺 基于 DEST 对办公建筑冷负荷的分析 J 河北建筑科技学院 学报 2006 6 75 78 5 陆桢 重庆市高层办公建筑空调负荷特性与能耗分析研究 D 重庆 重庆大学 2007 作者简介 姜德义 1956 男 山东烟台人 毕业于天津大学 副教授 级高工 土木专业 从事建筑节能方向的研究 tjct 遮阳 楼板悬挑 600 mm 反光板 遮阳 填充墙体 阴影区 2 2 5阳台热桥 阳台热桥主要产生在阳台栏板和封闭阳台窗户 及窗框与墙体间 封闭阳台窗框和玻璃应根据设计要 求选择传热系数小的产品 阳台栏板为后浇筑 可以 采用粘贴的方法进行保温 做法为 用水和 108 胶 1 1 并掺 1 抗裂剂 搅拌成 1 2 水泥砂浆做找平层 通过 黏结剂和塑料锚栓固定开槽和涂刷