摘要:介紹了ＤＯＥ 2軟件的能耗計(jì)算原理。模擬分析了該辦公樓在不同的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)下的全年能耗,對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了建議。
關(guān)鍵詞:ＤＯＥ 2 建筑節(jié)能 能耗 設(shè)計(jì)
0引言
要實(shí)現(xiàn)國(guó)家“九五”計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃提出的“建筑節(jié)能50%”的目標(biāo),可以采用的措施主要有:
ａ)增強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能和采光效果,以減少冷量、熱量和照明電能的消耗。建筑物中的門窗、外墻、屋面和地面為建筑的主要耗能部位,其中門窗的能耗,在華南地區(qū),門窗能耗約占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失的40%～50%。
ｂ)采用科學(xué)的控制手段,根據(jù)需要供給建筑冷、熱和電,避免不必要的消耗。
ｃ)多使用自然能源,如風(fēng)能、太陽(yáng)能及地冷、地?zé)岬?減少傳統(tǒng)能源的消耗。
其中外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是決定建筑能否節(jié)能的基礎(chǔ)。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括門窗、外墻、屋面和地面,它們相互影響、相互制約,單純地加強(qiáng)某一個(gè)或幾個(gè)方面的節(jié)能性能,并不一定能使建筑達(dá)到良好的總體節(jié)能效果和實(shí)現(xiàn)節(jié)能的經(jīng)濟(jì)性。筆者針對(duì)目前建筑設(shè)計(jì)中存在的對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性缺乏全面分析的問(wèn)題,采用ＤＯＥ 2軟件對(duì)廣州大學(xué)的一棟行政辦公樓外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬分析和經(jīng)濟(jì)性比較,并對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案提出建議。
1ＤＯＥ 2軟件的能耗計(jì)算原理
該程序是美國(guó)國(guó)家能源局開(kāi)發(fā)的大型標(biāo)準(zhǔn)程序,是建筑制冷、制熱能耗計(jì)算中廣泛使用的有效工具。
建筑的傳熱過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,建筑的得熱或失熱隨室內(nèi)外氣候條件的變化而變化。ＤＯＥ 2軟件正是運(yùn)用動(dòng)態(tài)計(jì)算方法分析建筑的能耗及其影響因素,它采用反應(yīng)系數(shù)法計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。反應(yīng)系數(shù)法是先計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫度和熱流對(duì)一個(gè)單位三角波溫度擾量的反應(yīng),計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸熱、放熱和傳熱反應(yīng)系數(shù),然后將任意變化的室外溫度分解成一個(gè)個(gè)可疊加的三角波,利用導(dǎo)熱微分方程可疊加的性質(zhì),將圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)每個(gè)溫度三角波的反應(yīng)疊加起來(lái),得到任一時(shí)刻圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度和熱流。在反應(yīng)系數(shù)已知后就可利用下式計(jì)算ｎ時(shí)刻,從室外通過(guò)板壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)向室內(nèi)的傳熱得熱量ｑｎ。
在計(jì)算思路上,ＤＯＥ 2軟件采用的是一種正向思維,即根據(jù)室外氣象條件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況,計(jì)算出室內(nèi)溫度以及室內(nèi)得熱量。對(duì)要控制室內(nèi)熱環(huán)境的房間,由選定的供暖空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷情況提供冷熱量,以維持室溫在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。ＤＯＥ 2軟件的計(jì)算過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程,后一時(shí)刻室內(nèi)溫度、冷熱負(fù)荷以及供暖空調(diào)設(shè)備的耗電量要受前一時(shí)刻的影響。
ＤＯＥ 2軟件根據(jù)輸入的建筑情況(建筑結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、供暖空調(diào)方式與系統(tǒng)布置形式、室內(nèi)人員活動(dòng)規(guī)律、照明設(shè)備情況)和室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度值,動(dòng)態(tài)地計(jì)算出建筑的全年能耗。
2辦公樓相關(guān)資料
2.1建筑基礎(chǔ)資料
該辦公樓正面朝南,主體6層,局部2層(如圖1);建筑總面積10106ｍ2,其中空調(diào)面積8000ｍ2。
2.2內(nèi)熱源
人員密度:0.2人/ｍ2;照明負(fù)荷指標(biāo):20Ｗ/ｍ2;設(shè)備負(fù)荷指標(biāo):30Ｗ/ｍ2。
2.3作息情況
2.4空調(diào)機(jī)的性能系數(shù)
辦公樓設(shè)分體空調(diào)機(jī),空調(diào)機(jī)性能系數(shù)ＣＯＰ=2.6,不設(shè)供暖系統(tǒng)。
3建筑模型的建立及方案的確定
利用ＤＯＥ 2軟件根據(jù)已知的資料建立空調(diào)能耗分析模型,圖2是其物理模型。模擬時(shí)先制定一個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本方案,然后分別改變屋頂、外墻、外窗材料,水平遮陽(yáng)方式,建筑外表面顏色,得到6個(gè)單項(xiàng)節(jié)能方案,見(jiàn)表2。
首先分析單項(xiàng)節(jié)能措施的節(jié)能效果,然后把各項(xiàng)節(jié)能措施組合起來(lái)進(jìn)行模擬分析,確定各個(gè)綜合節(jié)能方案的優(yōu)劣。根據(jù)新頒布的《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,建筑的窗墻比采用其建議值:東西向30%;南北向45%
4模擬數(shù)據(jù)分析比較
4.1單項(xiàng)節(jié)能措施模擬數(shù)據(jù)的分析比較
對(duì)各個(gè)單項(xiàng)節(jié)能措施的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得知:
ａ)辦公樓空調(diào)節(jié)能的主要措施是采用節(jié)能外窗、對(duì)屋頂保溫和設(shè)固定遮陽(yáng)板。
ｂ)在廣州地區(qū)外墻的傳熱系數(shù)Ｋ=1.0Ｗ/(ｍ2·℃)左右(模擬計(jì)算時(shí)Ｋ=1.17Ｗ/(ｍ2·℃))已經(jīng)能滿足節(jié)能要求,再減小傳熱系數(shù),不但節(jié)能效果不明顯而且成本很高;但Ｋ太大則會(huì)使能耗大幅度增加,建議不要采用黏土實(shí)心磚(Ｋ=2.32Ｗ/(ｍ2·℃))。
ｃ)屋頂節(jié)能措施的節(jié)能作用僅次于外窗節(jié)能措施。屋頂節(jié)能措施除增加熱阻外,還可以采用綠化屋面、增加屋頂遮陽(yáng)設(shè)施等以增加遮陽(yáng)系數(shù)(或減小吸收系數(shù))。對(duì)模擬建筑,如果在局部2層的屋頂采用綠化屋面,除節(jié)能外,還有增加建筑中庭美觀和改善建筑凹區(qū)內(nèi)微氣候的效果,同時(shí)可減少對(duì)周圍房間的長(zhǎng)波輻射。
ｄ)建筑外表面飾面材料的色澤對(duì)建筑能耗有很大的影響,選擇表面顏色更接近白色的材料有利于節(jié)能,并且?guī)缀醪辉黾油顿Y。
ｅ)設(shè)固定遮陽(yáng)板對(duì)減少空調(diào)能耗作用明顯(節(jié)能11.4%),而且投資回收年限短,應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)采用。
關(guān)鍵詞:ＤＯＥ 2 建筑節(jié)能 能耗 設(shè)計(jì)
0引言
要實(shí)現(xiàn)國(guó)家“九五”計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃提出的“建筑節(jié)能50%”的目標(biāo),可以采用的措施主要有:
ａ)增強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能和采光效果,以減少冷量、熱量和照明電能的消耗。建筑物中的門窗、外墻、屋面和地面為建筑的主要耗能部位,其中門窗的能耗,在華南地區(qū),門窗能耗約占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失的40%～50%。
ｂ)采用科學(xué)的控制手段,根據(jù)需要供給建筑冷、熱和電,避免不必要的消耗。
ｃ)多使用自然能源,如風(fēng)能、太陽(yáng)能及地冷、地?zé)岬?減少傳統(tǒng)能源的消耗。
其中外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是決定建筑能否節(jié)能的基礎(chǔ)。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括門窗、外墻、屋面和地面,它們相互影響、相互制約,單純地加強(qiáng)某一個(gè)或幾個(gè)方面的節(jié)能性能,并不一定能使建筑達(dá)到良好的總體節(jié)能效果和實(shí)現(xiàn)節(jié)能的經(jīng)濟(jì)性。筆者針對(duì)目前建筑設(shè)計(jì)中存在的對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性缺乏全面分析的問(wèn)題,采用ＤＯＥ 2軟件對(duì)廣州大學(xué)的一棟行政辦公樓外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬分析和經(jīng)濟(jì)性比較,并對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案提出建議。
1ＤＯＥ 2軟件的能耗計(jì)算原理
該程序是美國(guó)國(guó)家能源局開(kāi)發(fā)的大型標(biāo)準(zhǔn)程序,是建筑制冷、制熱能耗計(jì)算中廣泛使用的有效工具。
建筑的傳熱過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,建筑的得熱或失熱隨室內(nèi)外氣候條件的變化而變化。ＤＯＥ 2軟件正是運(yùn)用動(dòng)態(tài)計(jì)算方法分析建筑的能耗及其影響因素,它采用反應(yīng)系數(shù)法計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。反應(yīng)系數(shù)法是先計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫度和熱流對(duì)一個(gè)單位三角波溫度擾量的反應(yīng),計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸熱、放熱和傳熱反應(yīng)系數(shù),然后將任意變化的室外溫度分解成一個(gè)個(gè)可疊加的三角波,利用導(dǎo)熱微分方程可疊加的性質(zhì),將圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)每個(gè)溫度三角波的反應(yīng)疊加起來(lái),得到任一時(shí)刻圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度和熱流。在反應(yīng)系數(shù)已知后就可利用下式計(jì)算ｎ時(shí)刻,從室外通過(guò)板壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)向室內(nèi)的傳熱得熱量ｑｎ。
在計(jì)算思路上,ＤＯＥ 2軟件采用的是一種正向思維,即根據(jù)室外氣象條件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況,計(jì)算出室內(nèi)溫度以及室內(nèi)得熱量。對(duì)要控制室內(nèi)熱環(huán)境的房間,由選定的供暖空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷情況提供冷熱量,以維持室溫在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。ＤＯＥ 2軟件的計(jì)算過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程,后一時(shí)刻室內(nèi)溫度、冷熱負(fù)荷以及供暖空調(diào)設(shè)備的耗電量要受前一時(shí)刻的影響。
ＤＯＥ 2軟件根據(jù)輸入的建筑情況(建筑結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、供暖空調(diào)方式與系統(tǒng)布置形式、室內(nèi)人員活動(dòng)規(guī)律、照明設(shè)備情況)和室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度值,動(dòng)態(tài)地計(jì)算出建筑的全年能耗。
2辦公樓相關(guān)資料
2.1建筑基礎(chǔ)資料
該辦公樓正面朝南,主體6層,局部2層(如圖1);建筑總面積10106ｍ2,其中空調(diào)面積8000ｍ2。
2.2內(nèi)熱源
人員密度:0.2人/ｍ2;照明負(fù)荷指標(biāo):20Ｗ/ｍ2;設(shè)備負(fù)荷指標(biāo):30Ｗ/ｍ2。
2.3作息情況
2.4空調(diào)機(jī)的性能系數(shù)
辦公樓設(shè)分體空調(diào)機(jī),空調(diào)機(jī)性能系數(shù)ＣＯＰ=2.6,不設(shè)供暖系統(tǒng)。
3建筑模型的建立及方案的確定
利用ＤＯＥ 2軟件根據(jù)已知的資料建立空調(diào)能耗分析模型,圖2是其物理模型。模擬時(shí)先制定一個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本方案,然后分別改變屋頂、外墻、外窗材料,水平遮陽(yáng)方式,建筑外表面顏色,得到6個(gè)單項(xiàng)節(jié)能方案,見(jiàn)表2。
首先分析單項(xiàng)節(jié)能措施的節(jié)能效果,然后把各項(xiàng)節(jié)能措施組合起來(lái)進(jìn)行模擬分析,確定各個(gè)綜合節(jié)能方案的優(yōu)劣。根據(jù)新頒布的《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,建筑的窗墻比采用其建議值:東西向30%;南北向45%
4模擬數(shù)據(jù)分析比較
4.1單項(xiàng)節(jié)能措施模擬數(shù)據(jù)的分析比較
對(duì)各個(gè)單項(xiàng)節(jié)能措施的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得知:
ａ)辦公樓空調(diào)節(jié)能的主要措施是采用節(jié)能外窗、對(duì)屋頂保溫和設(shè)固定遮陽(yáng)板。
ｂ)在廣州地區(qū)外墻的傳熱系數(shù)Ｋ=1.0Ｗ/(ｍ2·℃)左右(模擬計(jì)算時(shí)Ｋ=1.17Ｗ/(ｍ2·℃))已經(jīng)能滿足節(jié)能要求,再減小傳熱系數(shù),不但節(jié)能效果不明顯而且成本很高;但Ｋ太大則會(huì)使能耗大幅度增加,建議不要采用黏土實(shí)心磚(Ｋ=2.32Ｗ/(ｍ2·℃))。
ｃ)屋頂節(jié)能措施的節(jié)能作用僅次于外窗節(jié)能措施。屋頂節(jié)能措施除增加熱阻外,還可以采用綠化屋面、增加屋頂遮陽(yáng)設(shè)施等以增加遮陽(yáng)系數(shù)(或減小吸收系數(shù))。對(duì)模擬建筑,如果在局部2層的屋頂采用綠化屋面,除節(jié)能外,還有增加建筑中庭美觀和改善建筑凹區(qū)內(nèi)微氣候的效果,同時(shí)可減少對(duì)周圍房間的長(zhǎng)波輻射。
ｄ)建筑外表面飾面材料的色澤對(duì)建筑能耗有很大的影響,選擇表面顏色更接近白色的材料有利于節(jié)能,并且?guī)缀醪辉黾油顿Y。
ｅ)設(shè)固定遮陽(yáng)板對(duì)減少空調(diào)能耗作用明顯(節(jié)能11.4%),而且投資回收年限短,應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)采用。