建筑能耗评估中气象条件的处理.doc

建筑能耗评估中对气象参数的处理汤民 男，1981年出生，硕士研究生 李峥嵘 同济大学机械学院暖通空调与燃气研究室上海四平路1239号，200092摘要对建筑能耗按照气候条件进行修正是建筑能耗评估中的基础，也是提高建筑能耗评估精度的关键。本文讨论了目前通用的修正方法（法和法），指出这些方法虽然具有较高的精度，但其缺陷也是显而易见的，并提出了进一步改进的方向。关键词：建筑能耗能耗评估Weather Normalization Methods in Assessingthe Energy Use in BuildingsAbstract The assessment of energy use in buildings is affected by weather conditions. Some weather-normalization methods are analyzed in this paper, and future research work on these methods is suggested.Keyword Energy use in buildings, assessment of energy use in buildings前言 对于能源的生产、运输与使用的关注和研究，可以追溯至二十世纪七十年代早期爆发的石油危机，其后虽有缓和，但随着自然环境的破坏，保护环境、节约能源、追求可持续性发展成为更强劲的动力，推动来自世界的各研究组织、机构寻求更高效率的能源利用方法，并为新能源或可再生能源寻求更广泛的应用领域-。随着经济的发展、人民生活水平的提高，室内环境对于提高生产率、改善人民生活水平具有越来越重要的意义-。但是良好室内环境的维护是以消耗能源为代价的。目前，从全球范围内说，每年约有的一次能源消耗于建筑中，因此如何提高这部分能源的使用效率具有十分重要的意义。从广义上说，消耗于建筑中的能量总称为建筑能耗。它主要用于以下几个部分：建筑材料的生产和运输，建造建筑物，建筑物寿命周期内的逐年运转能耗。一般情况下，如果不特别说明，建筑能耗只包括建筑物寿命周期内的逐年运转能耗。降低建筑能耗，就必须提高建筑中能源的使用效率，其首要工作是对建筑能耗进行评价。目前对建筑的分类方法多种多样。按照建筑的建造时间可以将建筑分为新建筑和旧建筑两类。新建筑是指正在建设之中或即将投入建设的建筑，国际上目前用各种建筑法规或规范对它的能耗进行评估；旧建筑是指已经建成并投入使用的建筑，对它的能耗评估则根据现有建筑的平均能耗水平。按照建筑的功能，可以将建筑分为民用建筑、商用建筑和工业建筑。其中，商业建筑又可以分为宾馆、商店、办公楼、学校等，每一类建筑都有其自身的能耗特点，相应的能耗评价方法也有所不同。但是，不论哪一种评价方式，都无法回避气候参数对建筑能耗的影响：首先，不同地区的同类建筑因为气候条件的差异具有不同的能耗特点，例如夏季时间长、湿度高的地区（如香港、广东等），建筑能耗以空调能耗为主8-9，而对于冬季时间长、夏季温度不太高的地区（如加拿大、英国的大多数地区），建筑能耗以采暖为主10-11；其次，即使在同一地区，由于不同年份之间的气候差异（例如寒冷天数或炎热天数的差异），同一幢建筑在不同年份的能耗必然不同。所以，建筑能耗评价中的首要问题是对气候参数的影响提出修正方法，它是提高建筑能耗评估方法精度的前提与重要因素。 国际上通用的气候参数修正方法目前，对建筑能耗按气候条件进行修正的方法都基于这样的假设：建筑能耗可以分为两个部分：一部分是与气候条件息息相关的（如空调能耗、采暖能耗），并认为这部分能耗与气候参数（主要是室外空气温度、空调天数/采暖天数）成线性关系，另一部分能耗与气候条件无关，终年几乎不变（如用于照明、办公设备等系统的能量）。基于这样的假设，国际上通用的方法首先是度日法（法，DEGREE-DAY METHOD）。它是根据稳态传热的理论发展起来、最初用于估计建筑的全年采暖能耗的一种方法12。法认为用于建筑采暖的能耗取决于室内、外空气的干球温度差（T），即每天的采暖能耗为：采暖能耗/天=AT（）其中：A是比例系数。这样，一年的采暖能耗为：采暖能耗/年= （）其中：N是年采暖天数，是采暖度日数，（） Tb是基准温度，欧美多采用.摄氏度为基准温度， Ta 是日平均室外空气温度。后来，法被用于估计建筑的空调能耗，同的计算方法一样，定义用于计算空调能耗的空调度日数为：（）对于能耗与之间的关系除了采用公式（2）的形式外，还可以采用其它三种形式：EC=A（）EC=A+BDD（）EC=A+BDDdailybest （）其中，、是比例系数。是采暖能耗或空调能耗。公式（）与公式（）的构成方式是一样的，但是系数、是根据每天的和数据求得的，其中最好的一组作为整个建筑、数据。文献13对这四种公式形式进行了对比，发现对于商业建筑，采用公式（）对建筑能耗进行估计具有最佳效果。文献14在的基础上、也应用稳态传热理论提出了DD（EXTENDED DEGREE-DAY METHOD）方法。方法认为建筑采暖能耗Qd为Qd = 建筑围护结构热损失+ 渗透和通风热损失 太阳辐射得热+通过建筑开口向外的长波辐射热损失室内得热（）将有关的计算公式代入（），可以推导出此时的采暖度日数EHD= (Tb To Is + 0.045Il ) for Tb To （）同样可以推导出空调度日数为：ECD=(To - Tb +Is - 0.045Il ) for Tb To ()其中：To 是室外空气温度 是比例系数 Is 是太阳辐射强度 Il 是长波辐射强度Tb是基准温度，与法不同的是，这里的基准温度不是一个定值，它是建筑采暖能耗Qd为零时的室外空气干球温度。显然，用法对建筑能耗进行估计的精度比法高得多。 对气候条件修正方法的讨论虽然用度日法对建筑能耗进行估算的结果可以与建筑模拟软件DOE-2的计算结果相当13,15，许多国家、地区也发展了自己的HDD与CDD数据，但是，这些方法的缺陷是显然易见的：这些方法中只考虑了空气干球温度，这对于采暖能耗的估计具有较高的精度，但用在空调能耗的估计中则有明显不足。因为空调负荷中不仅包括显热负荷，还包括潜热负荷，特别对于潮湿地区或场合，潜热负荷有时占有较大的比例。因此在对建筑能耗进行气候修正时，不仅要考虑干球温度，还要考虑湿球温度、将来还要考虑风速、云层等其它气象参数。结论对建筑能耗按照气候条件进行修正是建筑能耗评估中的基础，也是提高建筑能耗评估精度的关键。目前国际上通用的修正方法（法和法）虽然具有较高的精度，但其缺陷也是显而易见的，尚需要进一步的改进。我国的节能工作刚刚开始，不仅要发展自己的HDD、CDD数据库，更要在现有的研究基础上，改进HDD、CDD计算方法，使之更趋合理。参考文献1. S. Mirasgedis, et al., Impact of social costing on the competitiveness of renewable energies: the case of Crete. Energy Policy 28(2000) 65-732. I. Dincer, Environmental impacts of energy, Energy Policy 27(1999) 845-8543. E. Shove, Gaps, barriers and conceptual chasms: theories of technology transfer and energy in buildings, Energy policy 26(1999) 1105-11124. R D Pepler, R E Warner, Temperature and Learning: an experimental study, ASHRAE Transactions 1968 211-2195. D P Wyon, The effects of indoor climate on productivity and performance, VVS and Energy, Stockholm,1986, 59-656. T. Hong, et al., Building simulation: an overview of developments and information sources, Building and environment 35(2000) 347-3617. 曹叔维，建筑能耗的综合性指标，节能（）-8. Y.Y. Yan, Climate and residential electricity consumption in Hong Kong, Energy 23(1998) pp17-209. J. C. Lam, An analysis of residential sector energy use in Hong Kong, Energy 21(1)(1996) 1-810. R.G. Zmeureanu, et al., Energy performance of hotels in OTTAWA, ASHRA Transactions, 100(1)(1994) 314-32211. N.D.Mortimer, et al., Developing a database of energy use in the UK non-domestic building stock, Energy Policy 27(1999) 451-46812. ASHRAE Handbook, 1980,systems13. J.H.Eto, A comparison of weather normalization techniques for commercial building energy use, Thermal performance of the exterior envelopes of buildings III, Pro. Of ASHRAE/DOE/BTECC conference, Florida, 2-5 December, 19785,ASHRAE, 109-12114. J.Wen, etal, Basic study on evaluation methods of energy consumption of buildings, Proceedings of thermal performance of the exterior envelopment of building VI, Dece