办公建筑空调运行参数的逐时模拟

办公建筑空调运行参数的逐时模拟

0空调系统逐时模拟分析软件的应用近年来，人们越来越重视建筑节能。各种关于节能的措施和研究不断展开,各地关于节能要求的新规范也在纷纷出台。对于建筑空调系统而言,负荷计算是设计的第一步,也是空调系统分析的第一步。准确的负荷计算对机组选型、系统选型、冷热源分析、建筑物能耗分析均极其重要。空调系统的逐时分析软件目前已有很多,比如DeST、e-Quest、Energyplus、华电源(HDY)等等,其侧重及精确度、操作界面各有所长。其中DeST、HDY主要用于空调负荷全年分析,而e-Quest、Energyplus还包含了建筑物全年能耗分析及区域舒适度评价、节能性评价的功能。DesignBuilder采用了Energyplus的计算内核,并开发了用户友好的操作界面。通过逐时模拟分析软件来对空调系统进行设计与优化在国内外已经有相当多的成功案例。本文根据上海市民用建筑的调研结果,从中选取了一些具有代表性的办公类建筑进行模型建立,并采用Designbuilder软件对这些办公楼模型进行了负荷计算和全年逐时模拟计算,得出了该类建筑物的空调负荷特性。1简化模型的建立所选取的民用建筑的条件为:1)办公类建筑,3个建筑均为办公楼;2)空调面积及建筑面积由小及大,分布均匀;3)全天运营时段均为早上8:00～下午18:00,10个小时。所选取的办公楼的调研资料,经整理汇总如表1所示。建立模型时,对所选取的办公楼进行了简化,简化内容为:1)由于建筑的外型各异,且缺乏具体资料,统一进行简化,建筑的各楼层平面均为正方形。上海地区,在不考虑新风、人员、设备及照明等负荷的情况下,体型系数对建筑物负荷的影响不大,因此本文忽略了体型系数的影响。采用以上的简化方法,详见参考文献。2)建筑物开窗面积按公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)中对夏热冬冷地区窗墙比选取区间中的中间值来计算,即50%。这里全部取为50%。作为比较,在模型中加入了一栋5层的办公建筑,空调面积为2000m2。所建模型汇总如表2所示。2计算输入参数(1)专用气象数据集全年逐时模拟采用的上海室外气象参数取自中国建筑热环境分析专用气象数据集。负荷计算室外参数采用采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87)中规定的室外计算参数。(2)空调系统群集系数根据GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》和GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》选取。详见表3。表3中机组机房的电器负荷按照经验值选取,详见鸿业软件设计参数;地下车库及机组机房的机械排风量按照经验值选取;人员发热取自ASHRAEHandbookofFundamentals中第八章表5中实验值:办公室中人员发热为120W/人,非空调区域人员活动发热量取慢速行走为207W/人;群集系数按照男女比例1:1确定。由于上海市并没有对空调设计供暖和供冷时间做出明确规范。因此按照经验选取空调的供暖月份为:12月、1月、2月、3月。供冷月份为:6月、7月、8月、9月。其余月份:4月、5月、10月、11月均为过渡季节。过渡季节,只开通风,空调机组不运行。空调系统运行时间(见表4),照明开关时间,房间人员逐时在室率,电器设备逐时使用率均按照公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)中办公建筑标准设定,详见公共建筑节能设计标准p29～p32,表B.0.4～B.0.7-2。建筑物围护结构参数根据GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》选取。详见表5。表5中地面的导热系数按照公共建筑节能设计标准中“热阻大于1.2(m2·k)/W”反推得出。3模型负荷计算负荷计算模拟结果汇总见表6。由负荷计算结果可见:1)模型建筑单位面积冷负荷在(130～150)W/m2的范围内;.模型建筑单位面积热负荷在(90～100)W/m2的范围内;模型建筑最高热冷负荷比值在(65～75)%之间。2)由负荷计算结果与调研结果对比,可以看出只有代号5W的建筑物的制热负荷的计算值不满足实际值,略小了1.6%。因此,模型负荷计算基本满足原形的情况,模型建立合理。全年逐时模拟计算结果累计汇总见表7。由全年逐时计算结果汇总可见:1)模型建筑单位面积全年消耗冷量在(65～75)kWh/m2的范围。2)模型建筑单位面积全年消耗热量在(20～25)kWh/m2的范围内。3)模型建筑全年总冷负荷与热负荷比值在(2.5～3.5)之间。图1为根据全年逐时模拟得出的四栋建筑物的单位面积全年逐日总负荷曲线。可以看出4栋办公建筑曲线特性十分相似。根据4栋建筑物的单位面积逐日负荷均值,得出窗墙比为0.5时上海地区办公建筑的典型全年逐日空调负荷曲线,如图2所示。根据所得逐日数据计算出逐日均值及标准差,标准差与均值的比值用ϑ来表示。图3给出窗墙比为0.5时上海地区办公建筑的典型全年逐日空调负荷曲线的误差分析值ϑ。统计结果:共有169个空调日,其中夏季87天。ϑ大于0.1的共有60天,占35.5%,其中夏季13天。ϑ大于0.2的共17天,占10.0%,其中夏季1天。ϑ大于0.3的共7天,占4.1%,其中夏季0天。由负荷计算可以看出,单位面积累计冷热负荷值均在一个小范围内变化,可知建筑物总负荷受人员、照明及设备等因素的影响远大于外围护结构和环境的影响,因此假设不同面积的建筑单位面积累计负荷的分布满足正态分布,那么根据统计学中的正态分布理论有:由以上两式可以得出:ϑ=σμϑ=σμμ(1-2ϑ)<x<μ(1+2ϑ)的概率为0.9544·(1-P(ϑ))的值取ϑ=0.10,则可以得出当前所得的典型逐日负荷值在其80%～120%的范围内的概率值为61.6%。取ϑ=0.15,则可以得出当前所得的典型逐日负荷值在其70%～130%的范围内的概率值为78.0%。取ϑ=0.20,则可以得出当前所得的典型逐日负荷值在其60%～140%的范围内的概率值为85.9%。取ϑ=0.25,则可以得出当前所得的典型逐日负荷值在其50%～150%的范围内的概率值为89.7%。取ϑ=0.20,则可以得出当前所得的典型逐日负荷值在其40%～160%的范围内的概率值为90.0%。4理论依据与参考依据(1)由负荷计算的结果可以看出,上海地区空调面积从2000m2～50000m2的四栋办公楼建筑的单位面积冷热负荷(冷热指标)分别在(130～150)W/m2与(90～100)W/m2的范围内变化,且热冷负荷比值在65%～75%之间。可为上海地区办公建筑空调设计提供理论依据与参考依据。(2)由全年逐时模拟结果可以看出,上海地区办公建筑的全年累计单位面积冷负荷与单位面积热负荷在一定的范围内变化,单位面积累计冷负荷(65～75)kWh/m2,单位面积累计热负荷(20～25)kWh/m2,且全年累计冷负荷与累计热负荷比值在2.5～3.5之间变化。可为上海地区办公建筑的空调总能耗提供参考依据。(3)由全年逐时模拟结果得出了上海地区窗墙比