基于DeST的公共建筑節能特性研究

段立英，王志勇*，俞 龍

(1. 湖南工業大學 土木工程學院，湖南 株洲 412007；2. 沈陽建筑大學 市政與環境學院，沈陽 110168)

隨著城市化的快速發展，公共建筑越來越多，公共建筑能耗所占建筑總能耗的比例也與日俱 增.如何有效降低公共建筑能耗，提高能源使用效率，是我國建筑節能領域的一項重點工程.建筑圍護結構節能和暖通空調系統節能是公共建筑節能的主要技術措施[1].本文擬通過DeST 軟件技術模擬分析這2 項措施對公共建筑能耗的影響，旨在為公共建筑節能提供參考.

1 建筑概況

研究對象為某酒店，屬于甲類公共建筑.該建筑位于上海市浦東新區(東經119°55′～121°20′，北緯30°47′～32°02′)，屬于夏熱冬冷地區.建筑為框架體系結構，總用地面積24 810.5 m2，總建筑面積68 571.4 m2，共9 層，總高度38 m.建筑朝向為南偏東13.2°，體型系數為0.17，東面朝向、南面朝向、西面朝向和北面朝向窗墻比分別為0.35，0.32，0.37 和0.38.

2 模擬分析方法

各種建筑能耗模擬軟件特點各異，且各有利弊[2].為了最大限度地滿足我國生活環境的特點及保證模擬計算數據的準確性與真實性，本次建筑能耗模擬采用清華大學研發的能耗模擬軟件DeST[3].

分別以建筑圍護結構熱工性能參數與空調設 備性能參數為變量，利用能耗模擬分析軟件DeST-C(商業建筑)對某公共建筑進行了365 天的逐時能耗模擬計算，比較圍護結構熱工參數與空調設備性能參數這2 個變量對夏熱冬冷地區公共建筑能耗的影響.通過計算2 個變量對某公共建筑的能耗降低幅度，分析對夏熱冬冷地區公共建筑能耗影響的主控因素，探討建筑圍護結構熱工性能參數與空調設備性能參數對模擬建筑不同季節的能耗影響.

3 建筑模型及計算參數

3.1 建筑模型

模擬分析模型表面積為16 053.44 m2，其中節能計算面積為23 992.14 m2，一層為大廳，層高6.0 m，其余8 層為居住層，均為4.0 m，全為酒店式居住房間.建筑平面圖見圖1～圖3.

圖1 1 層平面圖

圖2 2 層平面圖

圖3 3～9 層平面圖

利用模擬分析軟件DeST-C 建立某公共建筑能耗分析模型.模型根據建筑墻體中線進行建立，其建筑模型立面見圖4.

圖4 建筑模型立面

3.2 計算參數

根據建筑各房間的使用功能設置其房間設備的使用參數，其中，照明功率密度參照《建筑照明設計標準》GB50034-2013[4]進行設置；建筑空調運行時間依據《公共建筑節能設計標準》(GB50189-2015)[5]進行設置，具體見表1 和表2.

表1 照明功率密度值 W·m-2

表2 空調運行時間

建筑各房間照明開關時間根據生活經驗及參考文獻[5]設置，具體見表3.

表3 照明開關時間 %

建筑各房間人員密度參照《旅館建筑設計規范》JGJ62-2014[6]進行設置，人員逐時在室率根據生活經驗及文獻[6]設置，具體見表4 和表5.建筑各房間電器設備功率密度值參照文獻[5]進行設置，電器設備逐時使用率根據生活經驗及文獻[5]設置，見表6 和表7.

表4 人員密度值 m2·p-1

表5 人員逐時在室率 %

表6 電器設備功率密度值 W·m-2

根據DeST 能耗模擬軟件默認儲存的上海市氣象數據進行計算，氣象數據如圖5 所示.

表7 電器設備逐時使用率 %

建筑室內設計參數根據《室內空氣質量標準》GB/T18883-2002[7]進行設置，具體如表8 所示.

表8 室內設計參數

圖5 上海市典型氣象年逐月氣象數據

3.2.1 圍護結構

該公共建筑模擬模型根據文獻[5]的限值設置建筑圍護結構的熱工參數，具體設置參數如表9 所示.

表9 圍護結構熱工參數對比 W·(m2·K)-1

3.2.2 空調設備

該公共建筑模擬模型根據文獻[5]限值設置設計建筑空調設備性能參數，具體參數見表10.

表10 設備性能參數設置

4 模擬結果分析

該公共建筑模擬計算中其照明功率密度值、照明開關時間、人員密度值、人員逐時在室率、電器設備功率密度值、電器設備逐時使用率、空調運行時間、室內設計參數等均統一設置，圍護結構熱工參數與空調設備性能參數分別設置.通過DeST-C(商業建筑)計算模擬某公共建筑365 天的逐時能耗，設計建筑與參照建筑全年單位面積空調負荷均根據上海市典型氣象年的氣象數據計算.表11 為該公共建筑改變維護結構熱工參數導致的空調負荷模擬計算結果，表12 為該公共建筑改變空調設備性能系數導致的空調負荷模擬計算結果.

表11 改變維護結構熱工參數設計建筑及參照建筑全年單位面積空調負荷

表12 改變空調設備性能系數設計建筑及參照建筑全年單位面積空調負荷

由表11～表12 所示，設計建筑與參照建筑能耗模擬結果可知：

1)當改變建筑空調設備性能參數時，模擬建筑能耗降低8.8%；當改變建筑圍護結構熱工參數時，模擬建筑能耗降低5.9%，說明改變建筑空調設備性能參數相對于改變圍護結構熱工參數對該公共建筑的能耗影響更大.

2)模擬建筑夏季空調總能耗比冬季總能耗明顯偏大，說明了夏熱冬冷地區夏季所占全年季節比例較大的特點.

3)由表11～表12 中(參考建筑空調負荷-設計建筑空調負荷)/參考建筑空調負荷的值可知，圍護結構熱工參數的改變使空調負荷降低幅度達到了7.26%，采暖負荷達到1.76%；空調設備性能的改變使空調負荷降低幅度達到7.66%，采暖負荷達到11.1%，說明對于夏熱冬冷地區，空調設備性能的選擇對其冬季采暖能耗影響較大，圍護結構熱工參數對其夏季制冷能耗影響較大.

5 結論

1)改變建筑的空調設備性能參數相對于改變圍護結構熱工參數對浦東新區某公共建筑的能耗降低幅度更高；對于夏熱冬冷地區而言，空調設備對其建筑能耗的影響占據較大的作用.

2)對于夏熱冬冷地區，夏季所占全年季節比例較大，全年夏季空調總能耗比全年冬季采暖總能耗明顯偏大.

3)夏熱冬冷地區的冬季空調設備性能發揮主要作用，夏季圍護結構則發揮主要作用.圍護結構與空調設備的參數設置要根據實際情況而定，在不同地區不同情況下具有不用的參考價值.

公共建筑類型多樣，功能各異，能源消耗量遠超于其他建筑，加強優化公共建筑的節能技術措施及提升公共建筑節能率對我國建筑節能工作領域的進一步發展具有重要的意義.