公共建筑能耗主要影响因素的分析.doc

公共建筑能耗主要影响因素的分析梁 珍 1 赵加宁 1 路 军 2(11哈尔滨工业大学 150090; 21黑龙江省生物制品二厂 150078 【摘 要】 通过建立办公楼和商场建筑能耗分析模型 , 利用 DOE -2软件对哈尔滨办公楼和商场全年建筑能耗进 行模拟计算 , 并以筛选显著因素为目的 , 根据正交试验设计理论设计试验 (模拟计算 , 采用正交试验方差分析方法分析 试验结果 , 得出了哈尔滨地区办公楼和商场的建筑能耗的主要影响因素 。【关键词】 建筑能耗 ; 正交试验 ; 方差分析 ; 模拟【中图分类号】 T U11114 【文献标识码】 A 【文章编号】 1001-6864(2001 03-0052-03 ANA LYSIS OF THE MAIN FACTORS OF ENERG Y CONSU MPTION PUB LIC POUIR LDINGLI ANG Zhen ZH AO Jianing LU Jun(Harbin Institute of T echnology 150090 Abstract :On the basis of establishing the analysing m odel of energy consum ption of office building and store , the yearly energy consum ption of office building and store in Harbin issimulated utilizing s oftware DOC -21Preliminary test is defined according to the theory of orthog onal test design ,and variance analysis method in or 2 thog onal test is adopted to analyze test results. Factors notably in fluence energy consum ption of office building and store in harbin are found out 1K ey w ords :Building energy consum prion ,Orthog onal lest ,Variance analysis ,Simulation0 前言建筑能耗是指建筑使用能耗 , 包括采暖 、 空调 、 热水供 应 、 炊事 、 照明 、 电器等方面的能耗 。近年来 , 随着人们生活 水平的提高 , 对室内环境要求越来越高 , 相应的建筑能耗也 越来越大 , 给能源供应和环境保护都造成了很大的压力 。如 果能找出影响建筑能耗的主要因素 , 就意味着找到了节能的 关键点 , 这对节能工作是非常有益的 。1 DOE -2简介是美国加州大学劳伦斯贝克利试验室在美国能源部支 持下 , 于 1981年编制成功的建筑能耗分析软件 , 经多次修改 升级 , 现已具备了十分完善的能耗分析功能 , 是目前应用最 广的能耗分析软件 。输入逐时气象资料 、 建筑围护结构 、 内 部使用情况 (包括人员 、 照明 、 设备的情况 、 空调系统形式 、 运行状况以及冷热源的选择情况等信息 , 便可模拟计算出建 筑物的全年建筑能耗 。 利用 DOE -2既可以对实际的建筑物 进行模拟计算 , 也可以通过建立能耗分析模型 , 对虚拟的建 筑物进行能耗模拟计算 。2 正交试验法正交试验的安排可以通过设计正交表来完成 , 试验工作 者在长期的工作中已经总结出了一些常用的正交表供人们 参考使用 , 这些正交表可以从有关试验设计的书籍中查到 。 按照正交表完成试验后 , 需要对试验数据进行分析 , 才 能找出显著性因子 , 试验数据有两种分析方法 , 一是直观分 析 , 二是方差分析 。以一个三因子 2水平的试验来说明 , 直 观分析就是分别求出三个因子的 1、 2水平的试结果的差值 , 比较这三个差值 , 哪个因子的差值最大 , 哪个因子就是最主 要的影响因素 。 方差分析与直观分析的区别在于不是简单 地求差值 , 而是利用了数理统计中假设检验的方法 , 构造一 个服从 F 分布的统计量 , 记为 F , 当某一因子的 F 值大于一定 显著性水平 (一般取 0105 下的临界值时 , 便认为是显著性因 子 ,F 值越大 , 影响就越显著 。直观分析计算量小 , 但不能避 免试验误差的干扰 , 而方差分析虽然计算量大 , 倮可以克服 试验误差的干扰 , 分析结果更真实可靠 。本文便采用方差分 析法 。3 分析模型建立因为本文研究是哈尔滨地区办公楼和商场的建筑能耗 的显著性因子 , 所以不能拿某一具体的办公楼和商场来进行 模拟 , 而必须建立办公建筑的能耗分析模型 , 其目的主要是 确定建筑能耗的影响因子及其取值 (水平 。311 影响因子的确定办公楼和商场的建筑能耗均主要包括空调 (包含采取 、 照明 、 设备的能耗 , 相应的影响因子就是由影响空调 、 照明 、 设备能耗的因子组成 , 见表 1。由于办公楼和商场的建筑情 况和使用情况都有差别 , 所以影响因子也完全相同 。从表 1可以看出 , 办公楼要考察的因子有 17个 , 商场有 12个 。 办公楼与商场建筑能耗影响因子的差别是前者比后25 低 温 建 筑 技 术 2001年第 3期 (总第 85期 者多了层数 , 建筑长宽比 , 开灯时间 , 设备运行时间 , 系统形 式等 5个因子 , 原因如下 :表 1能耗分析模型因子能耗 项目影 响 因 子空调办公楼 建筑面积 , 层数 , 朝向 , 建筑长宽比 , 窗墙比 , 墙体、 屋面和窗体结构 , 室内温度 , 人员密度 , 照 度标准 , 开灯时间 , 灯具类型 , 设备功率、 运行 时间、 新风指标 , 系统形式商场 建筑面积 , 朝向 , 窗墙比 , 墙体、 屋面、 窗体结 构 , 室内温度 , 人员密度 , 照度标准 , 灯具类型 , 设备功率 , 新风指标照明办公楼 照度标准 , 开灯时间 , 灯具类型 商场照度标准 , 灯具类型 设备办公楼 设备功率 , 设备运行时间 商场设备功率 (1 办公楼的因子中 , 建筑面积 、 层数 、 建筑长宽比实 际反映的是体形系数的大小 , 本文之所以没有采用体形系数 作为因子 , 而是把它分割为三个因子 , 是因为在办公楼中 , 一 个体形系数值可以有很多种建筑面积 、 层数 、 建筑长宽比的 组合 , 如果用体形系数作为因子会给模拟计算带来不便 , 而 商场的体形系数与其建筑面积有一定的相对关系 , 反映体形 系数的大小只需建筑面积一个因子即可1;(2 商场的灯和设备在商场的营业时间内都是开启和运行的 , 不存在开灯时间和设备运行时间的变化 , 所以不作 为因子提出 , 而办公楼的灯和设备的开启和运行时间在不同 的办公楼内因办公性质和管理制度的不同而有一定的差别 , 应作为因子提出 ;(3 办公楼的空调系统形式一般有集中式和半集中式两种 , 所以空调系统形式应作为因子提出 , 而商场的空调系 统形式一般为集中式系统 , 所以不作为因子提出 。另外 , 在办公楼和商场的空调能耗影响因子中都没有包 含层高 、 外门面积和材料 , 是考虑到办公楼和商场的层高变 化不大以及外门面积 、 外门材料变化对能耗影响很小缘故 。312 因子水平的确定在 311所确定的因子中 , 每个因子都有很多水平 , 因本 文的主要目的是分析因子的显著性 , 故没有必要采用过多的 水平数进行研究 , 只需在其常用的水平中取其相差较大的两 个水平进行试验 (模拟计算 , 但试验的因子水平的取值又必 须符合实际情况和规范的要求 , 这样试验的结果才有意义 。表 2给出了层高为 3m , 建筑面积为 5000m 2、 80000m 2, 层 数为 5层 、 20层的不同组合情况下最小建筑长宽比和一个较 大的建筑长宽比 。 为了计算方便 , 表中的某些数据有的没有 按照建筑模数确定 。表 2 建筑面积 、 层数及长宽的比不同组合情况建筑面积层数层高长宽建筑长宽比50005350002038000053800002033116311617910121761215181518123161016212126151261513851141159136312631311376291474 正交试验及结果分析办公楼的 17个 2水平因子和商场的 12个 2水平因子 , 用 L 20(219 正交表来安排试验可以满足要求 , 即需要对办公 楼和商场分别进行 20次模拟计算 , 每次模拟计算时 , 各因子 的值根据 L 20(219 正交表 2中的因子水平 , 由表 2查得 , 所考 察的每个因子占有正交表的一列 , 20次模拟计算结束后 , 利 用公式 (1 由试验结果计算各例的 F 值 : F =f jf e(1式 中 :Q j 为 第 j 列 上 的 离 差 平 方 和 , Q j =22n i-n( 20i =1y i 2; m 1j 表示第 j 列第 1个水平所对应的数据之和 ; m 2j 表示第 j 第 2个水平所对应的数据之和 , y i 表示第 i 次的试验 数据 ; n i 为各水平重复试验次数 ; n 为总试验次数 ; 式中 :fj 自由度 , f j =水平数 -1, 在本次试验中 f j =1;Q e 各空白列的离差平方和之和 , 认为是随机误差所产生的 ;f e 空白列的自由度之和 。根据正交表 L 20(219 的安排 , 利用 DOE -2软件 , 作者对 哈尔滨地区的办公楼和商场分别进行了 20次模拟计算 , 由 于篇幅的限制 , 在此不列出模拟试验安排情况及每次模拟试 验的结果 , 只给出其方差分析的结果 , 见表 3。 表 3建筑能耗正交试验分析结果因子建筑 面 积 层 数 朝 向 建 筑 长 宽 比 窗 墙 比 墙 体 结 构 屋 面 结 构 窗 体 结 构 室 内 温 度 人 员 密 度 照 度 标 准 开 灯 时 间 灯 具 类 型 设 备 功 率 设 备 运 行 时 间新 风 指 标 系 统 形 式 F办公楼919516001411231821131681438133171317201461431263171117商场411-2-318017116151418134613-1511511-8916-取显著性水平为 0105, F 0105(1, 2 =1815123, F 0105(1,7 =55923, 故分别用 18151和 5159作为办公楼和商场的检35梁珍等 :公共建筑能耗主要影响因素的分析验临界值 , 当 F j 大于检验临界值时 , 则第 j 列上的因子对指 标影响显著 , 否则不显著 。从表 3可见 , 在哈尔滨地区 , 影响办公楼的显著因素 :人 员密度 , 灯具类型 , 新风指标 ; 影响商场的显著因素 :室内温 度 , 人员密度 , 照度标准 , 灯具类型 , 设备功率 , 新风指标 。 从试验结果可见 , 人员密度 , 灯具类型 , 新风指标对哈尔 滨地区的办公楼和商场能耗均有显著的影响 , 除此之外 , 室 内温度 , 照度标准 , 设备功率对商场能耗的影响也较显著 。 这说明在哈尔滨地区商场建筑能耗的内部因素要多于办公 楼 , 这样的试验结果符合商场和办公楼的建筑与使用特点 。 5 结论511 利用正交试验理论和模拟计算软件研究建筑能耗影响 因素时因子水平取值要合理 , 否则会直接影响到试验 (模拟 计算 结果 , 从而得出不正确的结论 。512 人员密度 、 新风指标是影响严寒地区办公楼和商场能 耗的非常重要的因素 , 这一点提示我们在空调设计中对此两 项数据的选取应十分慎重 , 并采用合理的调节风量方式 。 513 灯具类型是影响哈尔滨地区办公楼和商场建筑能耗的 主要因素 , 试验结果表明使用普通荧光灯和白炽灯能耗差别 就很大 , 如果能使用节能灯 , 则节能效果会更明显 。参考文献1李本文 , 赵加宁 1大中型商场空调态冷负荷分析模型的建立 J , 建筑热能通风空调 ,2000,12(19 :19-21。2关颖男 , 施大德 1试验设计方法入门 1北京 :冶金工业出版社 , 1991。3曹彬 , 许承德 1概率论与数理统计 M , 哈尔滨工业大学出版社 , 1996,7。收稿日期 2001-02-13作者简介 梁珍 , 女 ,1971年 12月生 , 山西运城人 , 硕士研究 生 , 助教 , 现从事建筑热能工程专业。寒区节能住宅建筑中存在的问题探析 李 葳 1 李 蕤 2 汪庆波 3(11齐齐哈尔市建筑设计院 161005; 21北京华特建筑设计有限公司 161005; 31齐齐哈尔市工民建筑公司 161000 【摘 要】 严寒地区节能住宅在使用中出现了墙体结露 、 霉斑 , 抹灰龟裂 , 窗户保温性能差 , 热桥保温不当等问题 , 影响了节能住宅的环境质量 , 仅就这几方面的问题加以分析 。【关键词】 节能住宅 ; 热桥 ; 结露【中图分类号】 T U11114 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001-6864(2001 03-0054-02 北方严寒地区 , 采暖期在六个月左右 , 住宅的围护结构 采用 490厚砖墙 , 不仅采暖能耗大 , 而且热环境质量差 。自 八十年代末期开始兴建节能示范建筑 , 十几年来得到了迅速 发展 。 据资料介绍 , 全国已建成的节能建筑面积超过一亿平 方米 。 这不仅降低了采暖能耗 , 减轻了环境污染 , 而且室内 的热环境质量也得到了改善和提高 。但节能住宅在使用过 程中 , 也存在着墙体结露 、 长毛 , 抹灰龟裂 , 节能窗的密封保 温性能差 , 热桥保温处理不当等问题 ,