王磊

中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司

某已建成火車站節(jié)能標準的權(quán)衡判斷探討

王磊

中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司

作為大型公共建筑，冬冷夏熱地區(qū)的火車站在夏季的空調(diào)能耗巨大?？紤]到采光等因素的影響，屋頂?shù)耐该髅娣e比需要達到一定的值。但是，過高的透明比會導(dǎo)致夏季空調(diào)能耗的升高，因此需要采用相關(guān)模擬軟件對建筑作一個動態(tài)權(quán)衡研究，以判斷其是否達到國家節(jié)能設(shè)計標準。

火車站 空調(diào)能耗 節(jié)能標準 權(quán)衡判斷

0 引言

某已建成火車站建筑占地面積廣，進深大，天然采光是其最重要的采光途徑。而天然采光主要通過半透明屋頂以及四周的玻璃幕墻來實現(xiàn)。通過直接判斷，該車站建筑除了候車層區(qū)域，其他各區(qū)域均滿足一般建筑節(jié)能設(shè)計的規(guī)定值。從采光等功能考慮，候車層屋頂實際的透明面積比設(shè)計為22.3%，不滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》第4章條款4.2.6的要求，“屋頂透明部分的面積不應(yīng)大于屋頂總面積的20%，當不能滿足本條文的規(guī)定時，必須按本標準第4.3節(jié)的規(guī)定進行權(quán)衡判斷”[1]。根據(jù)該條款，以下采用權(quán)衡判斷法確定候車廳的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計是否滿足節(jié)能建筑標準。

1 圍護結(jié)構(gòu)權(quán)衡判斷法

采用空調(diào)動態(tài)負荷計算法，針對逐時變化的室外氣象條件和室內(nèi)工作要求的溫濕度，根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)特性計算出全年8760h逐時的空調(diào)負荷值。全面考慮了房間圍護結(jié)構(gòu)和物體的蓄熱與放熱，是一種精確的負荷計算方法[2]。

以下節(jié)能權(quán)衡計算中，分別計算設(shè)計建筑和參照建筑的全年冷熱負荷以及總負荷。計算中設(shè)計建筑和參照建筑，除屋頂透明面積、窗墻比、圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)等三個方面的熱工參數(shù)不同外，其他計算參數(shù)完全相同[3]。

2 模擬過程

2.1 建筑模型參數(shù)

2.1.1 空調(diào)設(shè)計參數(shù)

1）室外設(shè)計參數(shù)

設(shè)計建筑地處武漢地區(qū)，緯度N30.52°，經(jīng)度E114.32°，海拔23.3m。夏季最熱月相對濕度79%，冬季空調(diào)計算相對濕度76%，屬夏熱冬冷氣候，而且全年濕度高。模擬計算用的全年溫度氣象采用軟件自帶的全年8760h的逐時氣象參數(shù)[4]。

2）室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計參數(shù)確定為如表1所示。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

2.1.2 建筑模型

圖1為DeST模型中整體建筑構(gòu)圖。對車站全年逐時負荷進行模擬時，在DeST中進行模型構(gòu)圖時根據(jù)實際建筑和建模的需要進行如下簡化處理：

1）18.8m層和25m層都屬于一個高大候車廳空間的建筑結(jié)構(gòu)，將兩層合為一個區(qū)域；

2）整個建筑模型的坐標值是根據(jù)設(shè)計施工圖確定；

3）設(shè)計中存在雨棚作為遮陽措施考慮在透明幕墻的遮陽系數(shù)中；

4）在模型構(gòu)圖過程中對功能相同或相似、位置相近、且圍護結(jié)構(gòu)性能相似的房間合并為一個大區(qū)域，被合并的功能房間主要包括普速候車廳和專線候車廳；

5）建筑方位：建筑的南向方位數(shù)值為343.6°。

圖1 候車廳層設(shè)計建筑模型立體圖

2.1.3 其他模擬參數(shù)

空調(diào)的作息設(shè)定按照空調(diào)期和供暖期的時間范圍。采暖期：12月21日～2月10日；空調(diào)期：6月1日～8月30日[5]。

1）采暖、空調(diào)設(shè)備為熱泵系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)夏季空調(diào)綜合COP取2.3，冬季采暖COP取1.9。

2）建筑構(gòu)件：建筑的內(nèi)墻、外墻、樓板、屋頂、樓地、窗的熱工參數(shù)范圍如表所示。

3）內(nèi)擾參數(shù)設(shè)定：建筑內(nèi)擾項可分為人員、設(shè)備和燈光，按照每平方米的指標選擇，其最大值的取值詳見表1。

4）作息設(shè)定

人員熱擾作息設(shè)定：根據(jù)同城的另一車站的火車進站出站信息，統(tǒng)計得出本站人員熱擾的作息模式。根據(jù)建造房間功能的不同，采用不同人員熱擾模式[6]，具體見表2。

表2 進站大廳人員熱擾作息模式

燈光熱擾作息設(shè)定：根據(jù)車站初步設(shè)計，建筑具有良好的自然采光，因而燈光熱擾主要在晚上人員聚集的時間段內(nèi)，在此期間作息模式設(shè)定取值較大，所有類型房間按表3的作息模式設(shè)定。

表3 燈光熱擾作息模式

設(shè)備熱擾作息設(shè)定：考慮到白天設(shè)備熱擾集中，因而在此期間作息模式設(shè)定取值較大，所有類型房間按表4的作息模式設(shè)定。

表4 設(shè)備熱擾作息模式

空調(diào)系統(tǒng)作息設(shè)定：在空調(diào)和采暖期均設(shè)置為空調(diào)開啟。

5）滲透通風次數(shù)：0.5次/h[7]。

2.2 熱工參數(shù)

根據(jù)對車站施工圖設(shè)計統(tǒng)計，圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)相關(guān)熱工參數(shù)如表5。

表5 設(shè)計建筑熱工參數(shù)

參照建筑熱工參數(shù)如表6。

表6 參照建筑熱工參數(shù)

2.3 模擬結(jié)果

表7～9為模擬計算結(jié)果。

表7 設(shè)計建筑負荷計算結(jié)果

表8 參照建筑負荷計算結(jié)果

表9 能耗計算結(jié)果

3 結(jié)論

采暖和空氣調(diào)節(jié)能耗（kWh/m2）：設(shè)計建筑（206）小于參考建筑（224）。候車層區(qū)域屋頂采光面積比22.3%超過了規(guī)范指標，通過提高屋頂和墻體材料的保溫性能，進行模擬計算后能判斷整體圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計符合節(jié)能建筑標準，故選取該屋頂透光面積比是合理可行的。

[1]中國建筑科學(xué)研究院.民用建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996

[2]薛志峰.超低能耗建筑技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[3]李德英.建筑節(jié)能技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006

[4]徐春霞.建筑節(jié)能和環(huán)保應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社, 2006

[5]蔡文劍,賈磊.建筑節(jié)能技術(shù)與工程基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008

[6]Jiang Y.State space method for analysis of the thermal behavior of room and calculation of air conditioning load[J].ASHARE Trans.,1981,88(2):122-132

[7]Hellstrom G.Ground Heat Storage,Thermal Analysis of Duct Sto -rage Systems[D].Lund(Sweden):University of Lund,1991

Dis c us s ion for Tra de-off Option of the Ene rgy-s a ving Sta nda rd by a Exis ting Ra ilw a y Sta tion

WANG Lei
China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.

As large-scale public buildings,the railway stations in hot summer and warmer winter zone always consume much more air condition energy in summer.Considering the factors such as day lighting,the transparent area ratio of roof must reaches a particular value.However,the air condition energy consuming will increase if the transparent area ratio is excessive.So simulation software is needed to research for the trade-off option of the dynamic changes of buildings and determine whether the result meets the Design Standard for Energy Efficiency of Residential Building in Hot and Cold Winter Zone.

Railway Station,Air condition energy consuming,Energy-saving standards,Trade-off option

1003-0344（2015）01-079-3

2013-12-29

王磊（1984～），男，碩士，工程師；武漢中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司（430063）；E-mail:641939136@qq.com