辦公建筑空調(diào)運(yùn)行參數(shù)的逐時(shí)模擬

辦公建筑空調(diào)運(yùn)行參數(shù)的逐時(shí)模擬

0空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)模擬分析軟件的應(yīng)用近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視建筑節(jié)能。各種關(guān)于節(jié)能的措施和研究不斷展開(kāi),各地關(guān)于節(jié)能要求的新規(guī)范也在紛紛出臺(tái)。對(duì)于建筑空調(diào)系統(tǒng)而言,負(fù)荷計(jì)算是設(shè)計(jì)的第一步,也是空調(diào)系統(tǒng)分析的第一步。準(zhǔn)確的負(fù)荷計(jì)算對(duì)機(jī)組選型、系統(tǒng)選型、冷熱源分析、建筑物能耗分析均極其重要。空調(diào)系統(tǒng)的逐時(shí)分析軟件目前已有很多,比如DeST、e-Quest、Energyplus、華電源(HDY)等等,其側(cè)重及精確度、操作界面各有所長(zhǎng)。其中DeST、HDY主要用于空調(diào)負(fù)荷全年分析,而e-Quest、Energyplus還包含了建筑物全年能耗分析及區(qū)域舒適度評(píng)價(jià)、節(jié)能性評(píng)價(jià)的功能。DesignBuilder采用了Energyplus的計(jì)算內(nèi)核,并開(kāi)發(fā)了用戶友好的操作界面。通過(guò)逐時(shí)模擬分析軟件來(lái)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有相當(dāng)多的成功案例。本文根據(jù)上海市民用建筑的調(diào)研結(jié)果,從中選取了一些具有代表性的辦公類建筑進(jìn)行模型建立,并采用Designbuilder軟件對(duì)這些辦公樓模型進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算和全年逐時(shí)模擬計(jì)算,得出了該類建筑物的空調(diào)負(fù)荷特性。1簡(jiǎn)化模型的建立所選取的民用建筑的條件為:1)辦公類建筑,3個(gè)建筑均為辦公樓;2)空調(diào)面積及建筑面積由小及大,分布均勻;3)全天運(yùn)營(yíng)時(shí)段均為早上8:00～下午18:00,10個(gè)小時(shí)。所選取的辦公樓的調(diào)研資料,經(jīng)整理匯總?cè)绫?所示。建立模型時(shí),對(duì)所選取的辦公樓進(jìn)行了簡(jiǎn)化,簡(jiǎn)化內(nèi)容為:1)由于建筑的外型各異,且缺乏具體資料,統(tǒng)一進(jìn)行簡(jiǎn)化,建筑的各樓層平面均為正方形。上海地區(qū),在不考慮新風(fēng)、人員、設(shè)備及照明等負(fù)荷的情況下,體型系數(shù)對(duì)建筑物負(fù)荷的影響不大,因此本文忽略了體型系數(shù)的影響。采用以上的簡(jiǎn)化方法,詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)。2)建筑物開(kāi)窗面積按公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)中對(duì)夏熱冬冷地區(qū)窗墻比選取區(qū)間中的中間值來(lái)計(jì)算,即50%。這里全部取為50%。作為比較,在模型中加入了一棟5層的辦公建筑,空調(diào)面積為2000m2。所建模型匯總?cè)绫?所示。2計(jì)算輸入?yún)?shù)(1)專用氣象數(shù)據(jù)集全年逐時(shí)模擬采用的上海室外氣象參數(shù)取自中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集。負(fù)荷計(jì)算室外參數(shù)采用采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ19-87)中規(guī)定的室外計(jì)算參數(shù)。(2)空調(diào)系統(tǒng)群集系數(shù)根據(jù)GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和GB50019-2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》選取。詳見(jiàn)表3。表3中機(jī)組機(jī)房的電器負(fù)荷按照經(jīng)驗(yàn)值選取,詳見(jiàn)鴻業(yè)軟件設(shè)計(jì)參數(shù);地下車庫(kù)及機(jī)組機(jī)房的機(jī)械排風(fēng)量按照經(jīng)驗(yàn)值選取;人員發(fā)熱取自ASHRAEHandbookofFundamentals中第八章表5中實(shí)驗(yàn)值:辦公室中人員發(fā)熱為120W/人,非空調(diào)區(qū)域人員活動(dòng)發(fā)熱量取慢速行走為207W/人;群集系數(shù)按照男女比例1:1確定。由于上海市并沒(méi)有對(duì)空調(diào)設(shè)計(jì)供暖和供冷時(shí)間做出明確規(guī)范。因此按照經(jīng)驗(yàn)選取空調(diào)的供暖月份為:12月、1月、2月、3月。供冷月份為:6月、7月、8月、9月。其余月份:4月、5月、10月、11月均為過(guò)渡季節(jié)。過(guò)渡季節(jié),只開(kāi)通風(fēng),空調(diào)機(jī)組不運(yùn)行?？照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間(見(jiàn)表4),照明開(kāi)關(guān)時(shí)間,房間人員逐時(shí)在室率,電器設(shè)備逐時(shí)使用率均按照公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)中辦公建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定,詳見(jiàn)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)p29～p32,表B.0.4～B.0.7-2。建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》選取。詳見(jiàn)表5。表5中地面的導(dǎo)熱系數(shù)按照公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中“熱阻大于1.2(m2·k)/W”反推得出。3模型負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算模擬結(jié)果匯總見(jiàn)表6。由負(fù)荷計(jì)算結(jié)果可見(jiàn):1)模型建筑單位面積冷負(fù)荷在(130～150)W/m2的范圍內(nèi);.模型建筑單位面積熱負(fù)荷在(90～100)W/m2的范圍內(nèi);模型建筑最高熱冷負(fù)荷比值在(65～75)%之間。2)由負(fù)荷計(jì)算結(jié)果與調(diào)研結(jié)果對(duì)比,可以看出只有代號(hào)5W的建筑物的制熱負(fù)荷的計(jì)算值不滿足實(shí)際值,略小了1.6%。因此,模型負(fù)荷計(jì)算基本滿足原形的情況,模型建立合理。全年逐時(shí)模擬計(jì)算結(jié)果累計(jì)匯總見(jiàn)表7。由全年逐時(shí)計(jì)算結(jié)果匯總可見(jiàn):1)模型建筑單位面積全年消耗冷量在(65～75)kWh/m2的范圍。2)模型建筑單位面積全年消耗熱量在(20～25)kWh/m2的范圍內(nèi)。3)模型建筑全年總冷負(fù)荷與熱負(fù)荷比值在(2.5～3.5)之間。圖1為根據(jù)全年逐時(shí)模擬得出的四棟建筑物的單位面積全年逐日總負(fù)荷曲線?？梢钥闯?棟辦公建筑曲線特性十分相似。根據(jù)4棟建筑物的單位面積逐日負(fù)荷均值,得出窗墻比為0.5時(shí)上海地區(qū)辦公建筑的典型全年逐日空調(diào)負(fù)荷曲線,如圖2所示。根據(jù)所得逐日數(shù)據(jù)計(jì)算出逐日均值及標(biāo)準(zhǔn)差,標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值用?來(lái)表示。圖3給出窗墻比為0.5時(shí)上海地區(qū)辦公建筑的典型全年逐日空調(diào)負(fù)荷曲線的誤差分析值?。統(tǒng)計(jì)結(jié)果:共有169個(gè)空調(diào)日,其中夏季87天。?大于0.1的共有60天,占35.5%,其中夏季13天。?大于0.2的共17天,占10.0%,其中夏季1天。?大于0.3的共7天,占4.1%,其中夏季0天。由負(fù)荷計(jì)算可以看出,單位面積累計(jì)冷熱負(fù)荷值均在一個(gè)小范圍內(nèi)變化,可知建筑物總負(fù)荷受人員、照明及設(shè)備等因素的影響遠(yuǎn)大于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和環(huán)境的影響,因此假設(shè)不同面積的建筑單位面積累計(jì)負(fù)荷的分布滿足正態(tài)分布,那么根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的正態(tài)分布理論有:由以上兩式可以得出:?=σμ?=σμμ(1-2?)<x<μ(1+2?)的概率為0.9544·(1-P(?))的值取?=0.10,則可以得出當(dāng)前所得的典型逐日負(fù)荷值在其80%～120%的范圍內(nèi)的概率值為61.6%。取?=0.15,則可以得出當(dāng)前所得的典型逐日負(fù)荷值在其70%～130%的范圍內(nèi)的概率值為78.0%。取?=0.20,則可以得出當(dāng)前所得的典型逐日負(fù)荷值在其60%～140%的范圍內(nèi)的概率值為85.9%。取?=0.25,則可以得出當(dāng)前所得的典型逐日負(fù)荷值在其50%～150%的范圍內(nèi)的概率值為89.7%。取?=0.20,則可以得出當(dāng)前所得的典型逐日負(fù)荷值在其40%～160%的范圍內(nèi)的概率值為90.0%。4理論依據(jù)與參考依據(jù)(1)由負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果可以看出,上海地區(qū)空調(diào)面積從2000m2～50000m2的四棟辦公樓建筑的單位面積冷熱負(fù)荷(冷熱指標(biāo))分別在(130～150)W/m2與(90～100)W/m2的范圍內(nèi)變化,且熱冷負(fù)荷比值在65%～75%之間?？蔀樯虾５貐^(qū)辦公建筑空調(diào)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)與參考依據(jù)。(2)由全年逐時(shí)模擬結(jié)果可以看出,上海地區(qū)辦公建筑的全年累計(jì)單位面積冷負(fù)荷與單位面積熱負(fù)荷在一定的范圍內(nèi)變化,單位面積累計(jì)冷負(fù)荷(65～75)kWh/m2,單位面積累計(jì)熱負(fù)荷(20～25)kWh/m2,且全年累計(jì)冷負(fù)荷與累計(jì)熱負(fù)荷比值在2.5～3.5之間變化?？蔀樯虾５貐^(qū)辦公建筑的空調(diào)總能耗提供參考依據(jù)。(3)由全年逐時(shí)模擬結(jié)果得出了上海地區(qū)窗墻比