建筑节能能耗分析

重庆市某办公建筑能耗分析

课程：建筑节能原理与技术

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专业：供热、供燃气、通风及空调工程

2015.7.2

摘要：借助 DesignBuilder 能耗模拟软件，建立了重庆市某办公楼建筑模型，对其全年能耗进行模拟分析；采用Energy plus模拟分析得出影响该办公建筑能耗大小的主要因素，并提出相应节能措施。

关键词：办公建筑；能耗模拟；节能

0 引言

我国乃至世界的能源形势日趋紧张，而建筑能耗比重也在逐渐增加，其中大部分用于采暖、通风与空调。为了降低这部分能耗，可以对此类建筑进行实际测试和调查，找出存在节能潜力之处，有针对性的实施相应的节能策略。办公建筑由于建筑面积大、工作时间长、人流密度大和用电密度高等特点，虽然它的单位面积能耗在公共建筑中不是最高的，但是因其建筑面积巨大，其能耗总量是各种公共建筑中最大的之一。在重庆市，市级机关办公楼的能耗状况不容乐观，因此办公类建筑的节能任务极其艰巨。

EnergyPlus是基于不稳定传热原理，使用反应系数法来计算建筑的动态负荷。模拟计算的核心是所计算区域的空气热平衡方程式。

本文以 EnergyPlus 为模拟工具，以重庆市某办公建筑为基础，建立建筑模型，模拟分析了该办公建筑全年能耗情况，找出该办公建筑的节能潜力。

1 建筑概况

重庆位于北半球副热带内陆地区，其气候特征表现为：春早气温不稳定，夏长酷热多伏旱，秋凉绵绵阴雨天，冬暖少雪云雾多。重庆年平均气温为18℃。1月份气温最低，月平均气温为7℃，最低极限气温为零下3.8℃。7月至8月份气温最高，多在27℃—38℃之间，最高极限气温可达43.8℃。重庆雨季集中在夏秋，年降雨量为1000—1100毫升。重庆还是中国日照最少城市之一，年均日照时1259.5小时。7月至8月份略高，月均日照时230小时。其他月份在150小时以下。重庆三面环山，沟壑纵横，因此风速较小。但在夏季雷阵雨天气时，又一反常态，常常伴有大风，风速每秒可达10—27米。

本模拟中重庆市的气候参数选取方式采用energy plus软件自带的气象文件如下图1.1所示：

图1.1 重庆市每月平均气温图

本文以重庆的一座写字楼办公建筑为例。该建筑位于重庆市，其纬度为 29.5，经度为 106.5，其建筑面积为1200m2，有两层楼。建筑每层高为3m,墙壁厚为240mm,建筑围护结构及 HVAC 信息见下表1.2。

表 1.2 模拟建筑基本信息

建筑模型为一栋二层楼的培训学校办公建筑，分为办公室，学生上课的教室以及会议室。空调运行时间为8：00~18：00。本建筑坐北朝南，分为三个功能区，面对南方的入口处大房间为一功能区—工作人员办公室，面积400m2，人员密度选取0.1人/m2，三面墙的窗墙比为30%；二功能区为学校的会议厅，面积100m2，人员密度选取0.2人/m2，窗墙比为30%；三功能区为教室，一层的背面空间和二层楼均划为三功能区，面积1900m2，人员密度选取0.5人/m2，窗墙比为30%。设置30%的窗墙比主要是为了能达到明亮开敞的设计效果，美观大气，同时也增强了自然通风的效果。

2 建筑模型的建立

本文采用以EnergyPlus为计算内核的 DesignBuilder来建立建筑模型，由DesignBuilder得到建筑外壳，再由EnergyPlus添加空调系统等各项条件。从而避免了EnergyPlus模拟繁复的建筑描述过程。由此建立的模型外观如下图 2.1。

图2.1 重庆市某办公建筑模型

各区域的划分情况如下图所示：

办公室

教室

会议厅

图2.2 一层区域划分图示

教室

图2.3 二层区域划分图示

3模拟结果及能耗分析

3.1 模拟结果

3.1.1 所采用的空调形式对建筑能耗的影响

政府机关，大中小规模的公司，企事业单位办公性的建筑中的空调占建筑

总空调面积的比重非常大。目前，这类建筑的空调方案大体上常用如下几种：①一对一的外挂式分体空调，既每个房间一个室外机组对应一个室内机组；

②VRV(变冷媒流量)系统；③风机盘管加新风系统；④风机盘管无新风系统；

⑤VAV(变风量)系统。

在我国①和③这样的空调方式极为普遍，那么对办公室建筑采用那种空调方案更适合?下面结合该办公建筑来分析各种空调方案的优点与缺点，并通过这个实例来说明在未来的办公室设计中，空调方案选择的走向。

本组模拟分别采用风机盘管系统、定风量系统和变送风量+末端回热系统(VAV+末端回热)。三种不同空调形式下建筑的能耗参见表 2.1。不同的空调形式，代表着使用不同的设备，因此系统耗能也会不同，可以分析出定风量系统最为耗电，风机盘管系统和 VAV+末端回热相差不多。而带有末端回热的 VAV 系统是总能耗则最少的一种空调系统。

3.1.2 控制效果

经过模拟可以得到，一年内影响室内热舒适因素的日平均值，包括室内温度、室外干球温度、室内相对湿度，室内日平均辐射温度、室内综合温度(即平均室内温度和室内平均辐射温度的平均值)以及室外日平均辐射温度。图 3.1 为系统的全年温度控制效果图。

分析图 3.1，可看出系统的控制效果良好，冬季普遍控制在 20℃±1℃的区间内，夏季也一直保持在 28℃上下波动。

图3.1 系统全年温度控制效果图

由模拟结果，工作日中，全年的室内温度都维持在 18℃和 28℃之间，由于图3.1 中反映的是一天的平均温度，休息日不调节室内温度，所以建筑内部一天内的平均温度会达到 30℃以上。

3.2 能耗分析

图 3.2 和图 3.3展示了该办公建筑全年十二个月中的能耗分布，分析图可以看出空调能耗主要集中在 5 到 9 月份。另外可以发现，供暖能耗相对于制冷能耗而言非常小，分析知道这是由两个因素导致的：首先，重庆当地冬季温度比较高，空调工作时段即白天时温度平均可达到 10℃左右，这一时段内热量散失不大；其次本栋办公建筑的窗墙比比较大，且办公建筑的空调运行时段中太阳辐射作用明显，这导致在冬季时系统能充分利用太阳辐射保持温度，夏季则透过窗户传入大量热量，显著增大了建筑冷负荷，增加了制冷能。

图3.2 全年冷热能耗分布

则总能耗为