国际建筑能耗模拟标准化方法的比较研究
论文作者:草根论文网 论文来源:www.lw360.net 发布时间:2018年01月17日

引言    

当今社会能源消耗量大幅上升,能源供需矛盾逐渐突出,节约能源成为社会发展中的应有之义。据统计,建筑能耗约占社会总能源消耗量的三分之.左右,因此,提高建筑节能水平将对节约社会能源做出巨大贡献。当下,建筑能耗模拟成为建筑节能设计的重要手段之.,建筑能耗模拟是对建筑环境、系统和设备进行计算机建模,并计算出逐时建筑能耗的技术。通过建筑能耗模拟,能够达到评价建筑能耗水平、研究建筑能耗特性、预测建筑能耗趋势的目的。然而,建筑能耗模拟涉及的参数输入及操作比较复杂,包括模拟软件选择、建筑几何建模、热工分区划分、气象数据选用等多个过程。能耗模拟中参数输入或操作过程的不规范、不严谨可能会对模拟结果造成较大的误差从而影响建筑节能评价或绿色建筑认证。    

国内外研究者对建筑能耗模拟过程中各参数对模拟结果的影响进行了相关探索研究。清华大学朱丹丹、燕达等人对比了DeST, EnergyPlu、和DOE-2在负荷算法上的差异,发现三种软件负荷模拟结果的相对偏差绝大部分小于30%。但是发现DOE-2在计算临室传热和间歇空调的工况时,冷负荷模拟结果会偏大,尤其针对夜间空调工况时,全年累计冷负荷模拟结果会比DeST和EnergyPlu、高101%和69%。由此说明虽然各能耗模拟软件的平均负荷模拟计算结果差异较小,但针对特定条件的工况时不同模拟软件的计算结果可能会出现极大的差异。    

清华大学耿阳、林波荣等人选取DeST, DesignBuilder等4类目前应用广泛的建筑能耗模拟软件,进行不同作息模式下的能耗模拟。最终的模拟结果显不,当各软件按照默认作息进行模拟时,计算得到的负荷与能耗结果相差较悬殊,有的相对偏差甚至超过150%;而当各软件按照统一的参考作息进行标准化输入后,模拟计算的负荷与能耗结果差异均大幅缩小,建筑冷负荷、热负荷与能耗的计算偏差分别都可以控制在10%-40%。同样,阿扎(Azar)等人也对使用者作息模式对能耗模拟的结果进行了探讨。由上述论文可说明作息模式的设定对建筑能耗模拟结果的影响同样十分巨大。    

剑桥大学许妍淑(Yeonsook Hen)等人通过一栋英国的民用建筑分析了热工分区的简化对于建筑负荷计算结果的影响,发现按每层楼建立一个热工分区和按整栋楼建立一个热工分区时,计算热负荷分别比标准情况下减少了17%和26%。伦敦大学学院的伊万·科罗利亚(Ivan korolija)按照详细和粗略两种热工分区划分方式对不同类型的案例建筑进行能耗模拟,发现对于部分案例建筑计算热负荷差异达到巧%。以上两篇论文说明建立热工分区的标准和规则不同会对建筑能耗模拟结果产生较大影响。    

综上,为了保证建筑能耗模拟的准确,需要对建筑能耗模拟过程中的主要操作环节建立一套标准化的方法。目前中国尚无关于能耗模拟方面明确的标准化方法。木文调研了英国、美国和加拿大的能耗模拟标准化方法,按照软件选择、气象数据、几何建模、热工分区划分、围护结构参数、时刻表等缺省值的框架对比了其中的主要条目,发现虽然这三个国家在能耗模拟标准化方法上遵循的原则基木类似,但不少条文的规定上仍有较大差异。最后运用三个国家的能耗模拟标准化方法对同一栋案例建筑进行能耗模拟,发现能耗模拟结果差异达到12% 。本研究归纳总结了英美加三个国家建筑能耗模拟标准化方法的异同并分析其可能对建筑能耗模拟结果造成的影响。期待在此基础上,最终形成一套适用于中国的能耗模拟标准化方法。

结论    

建筑能耗模拟作为美国绿色建筑标准LEED(Leadership in Energy andEnvironmental Design) Credit EA1州龙化能耗性能,定义的三种评估建筑能耗性能的方式之.在绿色建筑设计和建筑节能改造中扮演了重要角色。针对当前存在的能耗模拟过程不规范的现象,木文对比了英、美、加三个国家的能耗模拟标准化方法并利用三国能耗模拟标准化方法对同一栋案例建筑进行了能耗模拟分析,通过分析可以得到如下结论。    

首先,三个国家的标准化方法在结构上有以下不同之处:英国建筑能耗模拟标准化方法是为英国国家计算方法服务的,更具有指导意味。且在使用过程中辅以丰富的参数输入数据库,能最大限度的减小参数输入时的误差;美国建筑能耗模拟标准化方法属于美国建筑节能规范的一部分,相关条文具有较高的概括性,但相对的存在说明不够具体详细的情况;加拿大的能耗模拟标准规定了推荐的能耗模拟软件,集合了模拟标准与软件说明,涵盖了能耗模拟的全过程,最为全面、精细,但距今时间较长,部分条文有待更新。    

其次,通过对案例建筑进行能耗模拟和对标准法方法条文的分析,可以发现:各国能耗模拟在气象数据选择、几何建模过程、热工分区划分、围护结构参数输入这几部分差异较小,主要差异体现在软件选择和运行时刻表等缺省值上,例如:加拿大规定建筑能耗模拟需选用can-Quest软件;英国规定的办公室内电器功率密度比美国多43.5%,比加拿大多57%;加拿大规定的办公室内照明功率密度比英国多20%,这将导致按不同方法模拟的能耗结果出现极大差异。   

总之,各国的标准化方法对于建立我国能耗模拟标准化方法具有相当大的参考价值,但应全面分析各国标准化方法所应用的不同背景和历史时期,重点研究各标准化方法中关于运行时刻表等缺省值的部分,在研究中国能耗模拟标准化方法时注意和中国国情及建筑节能背景的结合。


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