学习建筑能耗模拟与分析的体会和收获

学习建筑能耗模拟与分析的体会和收获

姓名: 梁付伟

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学习建筑能耗模拟与分析的体会和收获

摘要：学习建筑能耗模拟与分析仅仅五周的时间，课时虽然少，但我从中学到的知识以及处理问题的理念是不能够用短短五周的时间来衡量的。建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。通过能耗模拟与能耗分析，可以建立建筑的节能式设计，提高资源的利用率，节约能源。学习这门课，我体会到科研人员的不易，使我收获的不仅仅是知识，更重要的是一种学习态度和对人生的态度。

关键词：建筑、节能、能耗模拟、能耗分析、体会、收获

正文：首先谈一下建筑能耗的概念。建筑能耗有两种定义方法：广义建筑能耗是指从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全过程能耗。狭义的建筑能耗，即建筑的运行能耗，就是人们日常用能，如采暖、空调、照明、炊事、洗衣等的能耗，他是建筑能耗中的主导部分。随着经济收入的增长和生活质量的提高，建筑消费的重点将从“硬件（装修和耐用的消费品）”消费转向“软件（功能和环境品质）”消费，因此保障室内空气品质所需的能耗（空调、通风、采暖、热水供应）将会迅速上升。而在建筑能耗中，空调能耗又占有主要比例，约为2/3左右。建筑能耗与工业能耗、农业能耗及交通运输能耗共称为民生能耗，我国空调能耗占有总能耗的22%左右。

建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。室内能耗包括围护结构能耗、空气渗透能耗、室内热源散热形成的能耗。具体的计算可参照《实用供热空调设计手册》进行计算。空调区的建筑能耗，应根据所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式，按各空调区逐时能耗的综合最大值或各空调区能耗的累计值确定，并应计入各项有关的附加能耗。各空调区逐时能耗模拟的综合最大值，是从同时使用的各空调区逐时能耗相加之后得到的数列中找出最大值；各空调区能耗的累计值，即找出各空调区逐时能耗的最大值并将它们相加在一起，而不考虑它们是否同时发生。

例如：当采用变风量集中式空调系统时，由于系统本身具有自适应各空调区建筑能耗变化的调节能力，此时即应采用各空调区逐时建筑能耗的综合最大值；当采用定风量集中式空调系统或末端设备没有室温控制装置的风机盘管系统时，由于系统本身不能适应各空调区建筑能耗的变化，为了保证最不利情况下达到空

调区的温湿度要求，即应采用各空调区建筑能耗的累计值。设计负荷是按照标准规定的室内外计算参数进行的负荷计算的结果，它是全年负荷中的最大冷（热）负荷，是选择设备最大容量的依据，并不代表实际运行负荷。实际上全年室外气象参数在逐时变化，而室内的热湿环境参数也是在逐时变化，因此，采用动态能耗模拟计算进行建筑全年能耗分析的变化，为空调系统提供真实的能耗分析设计依据。

目前有许多可用于全年建筑冷热负荷计算的计算机建筑能耗模拟软件。如DeST、PKPM、EnergyPlus、DOE-2、ESP-r等。（1）DOE2 DOE-2是现今世界上最为流行的建筑能耗分析和建筑能耗模拟软件。冷热负荷的能耗模拟模拟采用

（2）EnergyPlus 的反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影。

是在BLAST和DOE-2的基础上开发的，兼具两者的优点以及一些新的特点。EnergyPlus是一个建筑能耗逐时模拟引擎，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。EnergyPlus采用CTF来计算墙体、屋顶、地板等的瞬态传热，采用热平衡法计算负荷。（3）ESP-r 是在欧洲应用非常广泛的建筑能耗模拟分析软件。ESP-r采用半隐式差分格式求解导热方程。可以计算房间各个内、外表面的太阳辐射得热；模拟整个建筑各个房间之间的空气流动；基于人体活动量、室内温湿度等参数模拟热舒适性（PMV-PPD）。（4）PKPM是中国建筑科学研究院开发的建筑设计系列软件，包括公共建筑节能设计软件、采暖居住建筑节能设计软件、夏热冬冷地区居住建筑节能设计软件和夏热冬暖地区居住建筑节能设计软件。该软件采用动态能耗分析计算程序，可按各地铁全年气象数据对建筑物进行全年的逐时能耗分析计算，以及系统设计等。（5）DeST是20世纪90年代由清华大学开发的建筑与暖通空调系统分析和辅助设计软件，负荷模拟采用的是状态空间法。目前有用于住宅建筑的DeST-h和应用于商业建筑的DeST-c两个版本。

能耗模拟过程：

利用计算机进行建筑物能耗模拟，首先要建立“数学模型”，这个模型一方面要真实的反映出建筑的尺寸布局和构造形式，另一方面要对实际建筑进行抽象和简化，因为过于复杂的建筑平面形式会大大增加计算量。把一栋楼的平、立、剖面信息输入DeST-h软件。

利用DeST-c软件进行建筑能耗模拟计算时，除了需要对建筑的实体进行描

述，还需要处理以下几个问题。

（1）外扰的设定

外扰的具体数据是DeST-c在计算时调用Medpha产生的气象数据。Medpha 是清华大学热能系开发的逐时气象数据生成软件。目前Medpha可以生成各种形式的，193个中国城市的逐时气象参数，包括全年8760个小时的逐时干球温度、湿球温度、含湿量、水平面总辐射强度和水平面散射辐射强度等气象参数。。（2）内扰的设定

内扰包括人员热扰、设备热扰和照明热扰三大部分。对这三大部分的热扰的设定基于对采暖期间用户作息时间及设备、照明的使用情况进行调研的基础上，笔者采用采用抽样调查的方式搜集基础数据。经过调研后归纳总结，

（3）通风次数的设定

这里的通风仅包括水平方向上的房间与房间之间的通风、外界至房间的通风以及楼梯上下楼层之间的垂直通风。不设置房间至外界的排风，这是因为排风对计算没有影响。按照建筑设计规范，教室的通风次数为3次/h，图书馆为1-2次/h，办公建筑为2次/h，一般住宅类建筑为0.5次/h。

我国建筑能耗的特点：

1) 南方和北方地区气候差异大，仅北方地区采用全面的冬季采暖。我国处于北半球的中低纬度，地域广阔，南北跨越严寒、寒冷、夏热冬冷、温和及夏热冬暖等多个气候带。夏季最热月大部分地区室外平均温度超过26℃，需要空调；冬季气候地区差异很大，夏热冬暖地区的冬季平均气温高于10℃，而严寒地区冬季室内外温差可高达50℃，全年5个月需要采暖；目前我国北方地区的城镇约70%的建筑面积冬季采用了集中采暖方式，而南方大部分地区冬季无采暖措施，或只是使用了空调器、小型锅炉等分散在楼内的采暖方式。2) 城乡住宅能耗用量差异大。一方面，我国城乡住宅使用的能源种类不同，城市以煤、电、燃气为主，而农村除部分煤、电等商品能源外，在许多地区秸秆、薪柴等生物质能仍为农民的主要能源；另外，目前我国城乡居民平均每年消费性支出差异大于3倍，城乡居民各类电器保有量和使用时间也差异较大。3) 把非住宅的民用建筑称为公共建筑，发现不同规模的公共建筑除采暖外的单位建筑面积能耗差别很大，当单栋面积超过两万平方米，采用中央空调时，其单位建筑面积能耗是小规