办公写字楼建筑空调系统能耗与环境负荷研究

0. 67 WΠm2·℃ 标准层 18mm 多孔砼 300mm
10 % 50WΠm2 内张膜 (单层)
J 屋顶传热系数
0. 54 WΠm2·℃ 0. 83 WΠm2·℃ 1. 77 WΠm2·℃ 标准层 150mm 标准层 150mm 标准层 150mm 苯板保温层 70mm 苯板保温层 40mm 苯板保温层 10mm
了 10 因素 (A～J ) 三水平 (1～3) 的 L81 (310 ) 81 个正交 实验表 ,进行正交模拟实验的计算 。
建筑层数 空调面积比
层高 外窗位置 空调期
表 1 固定条件
三层
人员密度 012 人Πm2 建筑面积
70 %
新风量
30m3Πh. 人
4. 0m
换气次数
0. 5 次Πh
正面设置 空调时间
为此 ,本文针对办公写字楼建筑型式及空调系 统 ,采用清华大学空调实验室研制开发的建筑热环 境设 计 模 拟 工 具 包 DeST2 Ⅱ( Designerπs Simulation Toolkits) ,对建筑负荷和空调系统进行全年逐时模拟 分析 ;采用自行编制的正交实验数据处理软件对模
第1期
魏一然 ,等 :办公写字楼建筑空调系统能耗与环境负荷研究
ຫໍສະໝຸດ Baidu
离差平方和 17200. 37439 9634. 553521 305. 4560025 722. 4797136 155078. 2832 491. 3774988 147455. 5975 177582. 8536 6863. 992758 3829. 466017
图 1 建筑物能耗影响因素与夏季冷负荷关系
入电功率) ; (7) 由于消耗“一次能”,CO2 的年排放量 ; (8) 由于消耗“一次能”,NOx 的年排放量 ; (9) 由于消耗“一次能”,SOx 的年排放量 ;
2 对模拟建筑的正交实验结果与分析
211 影响夏季建筑能耗的因素分析 由建筑物各种输入条件变量的不同组合 ,可以
得到各种输出指标的不同结果 ,通过对模拟建筑的
7 时～20 时
夏季 :6 月 1 日～8 月 30 日
表 2 变化条件及水平选取
变化条件
A 基准层面积 B 正面朝向 C 形状比 正面长Π侧面长 D 外遮阳
E 设定温度
1 500m2
南
1
无 夏季 24 ℃ 冬季 20 ℃
水平选取方案 2
700 m2 北
2
遮阳 1 夏季 26 ℃ 冬季 20 ℃
3 900 m2
第 23 卷第 1 期 2007 年 1 月
[ 文章编号 ]100228528 (2007) 0120014204
建 筑 科 学
BUILDING SCIENCE
Vol123 ,No11 Jan. 2007
办公写字楼建筑 空调系统能耗与环境负荷研究
魏一然 (河北邯郸职业技术学院 ,河北 邯郸 056001) 吴金顺 ,张伟捷 (河北工程大学 ,河北 邯郸 056038)
[ Key words ] DeST; orthogonal experimental method ; central air conditioning systems ; consumption amount of“Primary Energy”; environment load
0 引 言
(1) 空冷热泵机组及离心式制冷机 (加锅炉) 冷源能力 = 逐时冷负荷最大值 ×1105 热源能力 = 逐时热负荷最大值 ×1110
(2) 吸收式冷热水机组 冷源能力 = 逐时冷负荷最大值 ×1110 热源能力 = 逐时热负荷最大值 ×1110
114 使用软件 建筑物负荷计算使用清华大学空调实验室研制
[ 摘 要 ] 采用清华大学研制的建筑能耗模拟软件 DeST ,应用正交模拟实验计算方法 ,针对办公写字楼建筑型式及空调 系统 ,综合分析该类建筑最优节能设计方案及空调系统的年累计耗冷量 、年平均 COP、小时用燃气量 、燃气的“一次能”消耗量 、 以及由于消耗大量的“一次能”而向都市大气环境排放的温室气体 (CO2 、SOx 、NOx) ,以实现对该类建筑最佳节能设计型式 、空 调系统能量消耗和环境影响的综合分析与评价的目标 。
[ 关键词 ] DeST;正交模拟实验 ;空调系统 ;一次能耗 ;环境负荷 [ 中图分类号 ] TU83113 ;TU20115 [ 文献标识码 ] A
Synthetic Evaluation Study on Central Air Conditioning Systems of Office and Business Building
选择的空调系统型式有 :空冷热泵空调机组 、离 心式制冷机 + 锅炉 、吸收式冷温水发生机 、空冷热泵 空调机组 + 水蓄冷和空冷热泵空调机组 + 冰蓄冷等 五种 。
在初步设计阶段 ,建筑师可以通过建筑逐时负 荷来比较各种因素的影响 ,如围护结构的材料 、朝 向 、建筑物形状等 。
当确定了空调系统后 ,可以得到制冷机年用电 量 、年用燃气量 、所消耗的电力和燃气的“一次能”的 换算量 、空调负荷的频率曲线 、空调主机的负荷率曲 线及其 COP、由于消耗“一次能”而向都市大气环境 排放的温室气体 ( CO2 、SOx 、NOx ) 和夏季显热负荷 , 以实现对建筑空调系统能量消耗和环境影响进行综 合分析与评价的目标 。 113 冷 、热源容量确定方法
3. 217337324
73727. 79873
965. 4784733
88791. 42678
1162. 739328
3431. 996379
44. 94259535
1914. 733009
25. 07376504
临界值 F1 - 0. 01 (2 ,4) = 18. 0
— F1 - 0. 05 (2 ,4) = 6. 94
16
建筑科学
第 23 卷
正交实验 ,找到建筑面积 、朝向 、形状比 、外遮阳 、外 墙传热系数等 10 个变量与冷负荷之间的定量关系
和最佳建筑节能形式的方案 ,见图 1 。显著性分析 见表 3 。
方差来源 A 基准层面积 B 正面朝向 C 形状比正面长Π侧面长 D 外遮阳 E 设定温度 F 外墙传热系数 G 正面窗墙面积比 H 机器热 + 照明热 I 窗玻材料 J 屋顶传热系数
[ Abstract ] Using QingHua University DeST software and the orthogonal experimental method , in connection with building types and central air conditioning systems of office and business buildings the optimum design scheme of energy saving for this kind of buildings and some parameters of the air conditioning systems , such as the year accumulated cooling quantity , the year average COP , the hour gas consumption , the consumption amount of“Primary Energy”, and the discharge amount of some main“Green House Effect”gases ( CO2 , SOx , NOx ) to outdoor atmosphere , are analyzed synthetically. The results can realizes a goal of the best energy saving proposal , and the comprehensive evaluation of the air2conditioning systems energy consumption and the effect of environment.
自由度 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
表 3 显著性分析
平均离差平方和
F值
8600. 187194
112. 6209618
4817. 27676
63. 08308524
152. 7280012
2
361. 2398568
4. 73049937
77539. 14159
1015. 388677
245. 6887494
[ 收稿日期 ] 2005212230 [ 基金项目 ] 河北省教育厅科研项目 (2002264) [ 作者简介 ] 魏一然 (19682) ,工学硕士 ,副教授 [ 联系方式 ] wyr682008 @yahoo1com1cn
而建筑空调能耗量占建筑总能耗的比例高达 30 % ～50 %。建筑空调系统在消耗大量能量的同时 ,加 重了对能源需求的压力 ,由于消耗大量的“一次能” 而向都市大气环境排放了大量的温室气体同时也加 重了都市大气环境的负担 ,如日益严重的都市“热 岛”现象 。所以 ,为实现低能耗 、低环境污染 、低温室 气体排放建筑形式与空调系统的开发 、设计 、运行的 优化目标 ,对建筑结构形式及空调系统的能耗和环 境影响的综合评价和分析至关重要 。
116 目标输出 (1) 建筑物空调年冷负荷 、年热负荷 ; (2) 建筑物最大冷负荷 、最大热负荷 ; (3) 建筑物最大冷负荷与最大热负荷的比值 (最
大冷暖比) ; (4) 换算的“一次能”年消耗量 ; (5) 空调系统的年平均负荷率 ; (6) 空调系统的年平均 COP (制冷 、制热量Π总输
西
3
遮阳 2 夏季 28 ℃ 冬季 20 ℃
F 外墙传热系数
G 正面窗墙面积比 H 机器热 + 照明热 I 窗玻材料
2. 0WΠm2·℃ 标准层 18mm 多孔砼 70mm
60 % 10 WΠm2 6mm 普通玻璃
112WΠm2 ·℃ 标准层 18mm 多孔砼 150mm
35 % 30WΠm2 普通中空
W EI Yi2ran ( Handan Polytechnic College , Handan 056001 , Hebei , China) WU Jin2shun , ZHANG Wei2jie ( Hebei University of Engineering , Handan 056038 , Hebei , China)
建筑能耗是建筑物建成后 ,建筑能量系统即建 筑采暖 、空调 、电器 、照明 、热水供应等的使用过程 中 ,每年消耗的能量 (折合成“一次能”) 总和 ,也称 “建筑运行能耗”。建筑能耗是一个国家总能耗的重 要组成部分 。发达国家建筑能耗占国家总能耗的比 例约为 30 %～40 % ,中国也达到了 25 % ,局部地区 甚至超过了 30 % ,日本达到了 3618 % , CO2 排放量 (消耗“一次能”时排放的) 占总排放量的 3611 %。
— F1 - 0. 1 (2 ,4) = 4. 32
— — — — —
显著性 333 333
— 3 333 — 333 333 333 333
优方案 A3 B1 C2 D3 E3 F2 G3 H1 I2 J3
15
拟建筑进行正交实验 。通过综合分析该类建筑最优 节能设计方案及空调系统的年耗能量 ,指出了在建 筑设计过程中应充分考虑的各种建筑能耗的影响因 素。
1 研究对象和方案
111 气象参数 由北至南 ,顺次选取了哈尔滨 、北京 、邢台 、上
海 、广州 、昆明等几个地区的气象参数 。本文以寒冷 地区邢台市为例 ,对办公写字楼建筑空调系统能耗 与环境负荷进行示例分析 。 112 空调系统型式
开 发 的 建 筑 热 环 境 设 计 模 拟 工 具 包 DeST2 Ⅱ (Designerπs Simulation Toolkits) ,对建筑负荷和空调系 统进行全年逐时模拟分析 ;正交模拟实验的计算采 用自行编制的正交实验数据处理软件 。 115 建筑物输入条件与正交实验方案
根据以上研究方案 ,建筑物固定条件的输入见 表 1 ;变化条件及水平选取方案如表 2 。由此 ,制定