探索數值模擬在能效評估中的應用

上海市能效中心 侯震寰

探索數值模擬在能效評估中的應用

上海市能效中心 侯震寰

針對缺少現場檢測條件的節能評估項目，應用軟件對其全年負荷和能耗進行數值模擬，以空調性能參數為變量，逐月與能耗賬單對比，進而評估空調系統的能效水平。

空調系統；能效評估；數值模擬

近年來，中國的建筑物節能改造工作快速推進，國家相關部門積極研究相關政策，陸續制定和編寫《節能量測量的驗證技術通則》GB/ T28750-2012[1]、《公共建筑節能改造技術規范》JGJ176-2009[2]等節能量的測量和驗證的標準或指南，通常采用現場測試的方法來測量或與評估項目的節能效果，但實際上，因客觀原因，項目往往缺失有效數據，甚至改造前的設備已經移除，無法溯源項目節能量基準，給項目能效評估帶來障礙。本文以實際案例，探索數值模擬與現場測試相結合，開展節能項目能效評估工作。

1研究對象概況

某公司A樓原中央空調系統設備老化，能源利用效率低下，對A樓空調系統進行節能改造，分別用1臺水冷螺桿機組機及2臺風冷熱泵機組代替原有舊機組。

2能效評估方法確定

由于項目改造前的風冷活塞機組已移除，其運行效率已不能掌握，原設備運行記錄也不齊全，僅有對外結算的電力賬單。

考慮該項目沒有實測的條件，節能量的測算采用工況點的測試和計算機模擬計算相結合的方式進行。根據商場建筑圖紙對商場建模，采用能耗模擬軟件分析商場面積，計算冷量需求，模擬改造前空調設備能效運行情況，對照改造前的電力消費情況，逐月進行對比，擬合出最符合實際情況的空調運行性能曲線，得到改造前的空調系統的能效水平。

3能效模擬軟件簡介

當前，建筑能耗計算方法的研究和軟件很多。計算方法已經非常成熟，比較常用的軟件也非常多。比如國外的DOE-2，中國大陸的CHEC等。

eQUEST（the QUick Energy Sim ulation Tool）同樣是一款基于DOE-2基礎上開發的建筑能耗分析軟件，它允許設計者進行多種類型的建筑能耗模擬，并且也向設計者提供了建筑物能耗經濟分析。軟件還提供了圖形結果顯示的功能，用戶可以非常直觀的看到輸入檔生成的二維或三維的建筑模型，并且可以查看圖形的輸出結果。

表1建筑構件的熱工性能一覽表

4建模參數選取

現根據商場建筑圖紙對商場建模，采用eQUEST能耗模擬軟件分析商場面積，計算冷量需求，模擬改造前空調設備運行能效。

（1）建筑情況

A樓建筑面積為1500m2，共三層；一至三樓主要為商場，空調形式采用全空氣系統。

（2）空調設計條件

室外氣象參數：

夏季空調：干球溫度34℃，濕球溫度28.2℃，日平均30.4℃，通風溫度32℃，平均風速3.2m/s氣壓100.53kPa；

冬季空調：干球溫度－4℃，相對濕度75%，通風溫度3℃，平均風速3.1m/s，氣壓102.51kPa。

根據提供的通風與空調設計施工說明圖紙，夏天室內空調設計溫度為26±2℃，冬天室內設計溫度為16±2℃，新風量按20m3/h人計算。

（3）建筑圍護結構參數選取

建筑圍護結構的熱工參數圖紙中并未提供，所以熱工參數依據GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》中夏熱冬冷地區的圍護結構限值選取。各建筑構件的熱工性能如表1所示：

（4）人員密度、照明功率密度、設備功率密度和使用時間

人員密度、照明功率密度、設備功率密度和使用時間表可按照GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》選取，人員密度大型商場取4m2/人，單間商店取3m2/人，但是考慮到評估建筑地處上海核心鬧市區，且是旅游景區，人流密度極高，以及根據《商店建筑設計規范》JGJ48-88，人員密度取1.7m2/人。

5軟件模擬結果

使用eQUEST能耗模擬軟件對A樓進行全年負荷與能耗模擬。商場建筑空調運行時間：全年8: 00-21:00。各層空調分區圖見圖1。

A樓建筑外形圖如圖2所示：

圖1 A樓各層空調分區圖

eQUEST能耗模擬軟件根據輸入的圍護結構、人員、設備以及照明的負荷情況,軟件自動計算得到該案例冷熱負荷的計算結果，見表2。

圖2 A樓建筑外形

表2 A樓計算結果

6空調系統性能及能耗分析

（1）改造前（基準能耗）的能耗統計

根據A樓管理人員提供的2009年及2010年的用電量數據以及模擬的改造前的結果繪制出如圖3的曲線圖。

通過eQUEST軟件模式,采用改變機組EER（Energy Efficiency Ratio，空調制冷性能系數）、COP(coefficient of performance，熱泵制熱性能系數)的方式來估算舊機組的性能。

當EER=2，COP=1.5時的能耗模擬結果最接近實際,能耗模擬結果如圖4、表3所示（趨勢基本一致），其每月最大能耗誤差為14.7%，最小為0.6%。全年能耗誤差為1.7%。

根據A樓的用電量數據以及軟件模擬情形下的用電量模擬結果，可以看出改造前A樓全年能耗為578390kWh

圖3 A樓月電費記錄

圖4 A樓改造前模擬用電情況

（2）改造后的能耗模擬

由于改造后，新機組已具備現場實測條件，根據常規的的能效測試，將測試結果代入模型，可得到新機組情景下的能耗情況，通過比較，就可以得到空調改造的節能效果。

7總結

本文通過實際案例，探索現場測試和數值模擬相結合的能效評估方法，這項工作是有益的探索。數值模擬逐漸作為評估節能技改項目節能效果（節能量）的重要手段，如何根據已有的工作經驗，總結歸納成具有可操作性的評估方法，進而構建合理的評估體系值得研究。

[1]《節能量測量和驗證技術通則》GB/ T28750-2012

[2]、《公共建筑節能改造技術規范》JGJ176-2009

Study of Numerical Simulation of Energy-Saving Evaluation Pro jects

Hou Zhen huan

For lack o f on-site testing conditions o f the p roject in the energy e ffic iency assessm ent,assessment units use the software to simulate the load and energy consump tion throughout the year，put air conditioning COP as a variab le and com pared w ith the energy bills each month,then assess the level of energy efficiency air conditioning system s.

air cond itioning systems，energy efficiency assessment，software sim ulation

侯震寰，男，1985年3月生，上海市能效中心工程師。