馬書寒　郭強(qiáng)　游慶生　王金良

（常州大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系　江蘇常州213016）

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基于IPLV指標(biāo)測(cè)算建筑空調(diào)能耗的方法研究*

馬書寒郭強(qiáng)游慶生王金良

（常州大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系江蘇常州213016）

摘要提出一種在建筑節(jié)能評(píng)估工作中基于IPLV指標(biāo)測(cè)算空調(diào)能耗的新方法。通過(guò)對(duì)同一多層建筑物采用面積指標(biāo)法和IPLV指標(biāo)法進(jìn)行空調(diào)能耗的測(cè)算，并對(duì)比利用eQUEST模擬軟件的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)面積指標(biāo)法與模擬結(jié)果誤差高達(dá)30%以上，而IPLV指標(biāo)計(jì)算法與模擬結(jié)果誤差在10%左右，且IPLV指標(biāo)法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便，更適合在實(shí)際節(jié)能評(píng)估過(guò)程中使用。

關(guān)鍵詞節(jié)能評(píng)估空調(diào)能耗IPLV指標(biāo)

New Method to Calculate the Building Air Conditioning Energy Consumption Based on IPLV Index

MA Shuhan GUO Qiang YOU Qingsheng WANG Jinliang
（Department of building environment and Energy Engineering，Changzhou University Changzhou，Jiangsu 213016）

Abstract A new method is proposed to calculate the air conditioning energy consumption in building energy saving assess-ment，in which area index method and IPLV index method is applied to calculate the energy consumption of the same build-ing and the result of eQUEST simulation software is compared，finding out the error of area index method is above 30%，the error of IPLV index method is only 10%，and also IPLV method is more accurate and convenient，more suitable to be used in energy－saving assessment work．

Key Words energy－saving assessment energy consumption of air conditioning IPLV index

0　引言

在實(shí)際的建筑節(jié)能評(píng)估過(guò)程中，由于對(duì)建筑能耗測(cè)算時(shí)，特別是對(duì)建筑的采暖、空調(diào)能耗進(jìn)行估算時(shí)采用的方法不一致，對(duì)各種因素的考慮不充分，往往導(dǎo)致能耗估算結(jié)果存在較大的偏差，而過(guò)低或者過(guò)高的能耗估算結(jié)果，會(huì)使能評(píng)報(bào)告對(duì)能源合理配置和充分利用的指導(dǎo)意義大打折扣，建筑節(jié)能評(píng)估工作也就失去了原本的作用和價(jià)值［1］。

本文提出一種基于IPLV指標(biāo)測(cè)算建筑空調(diào)能耗的方法，并對(duì)同一目標(biāo)建筑物，分別利用幾種在節(jié)能評(píng)估過(guò)程中常用的方法計(jì)算得出建筑空調(diào)能耗，對(duì)比分析采用IPLV指標(biāo)方法計(jì)算得到的結(jié)果與前述方法的差異，最后探討各自計(jì)算結(jié)果與利用e－QUEST建筑能耗模擬軟件計(jì)算結(jié)果的誤差程度，為建筑空調(diào)能耗的節(jié)能評(píng)估工作提供一種較為方便和可靠的計(jì)算方法。

1現(xiàn)有建筑空調(diào)能耗測(cè)算方法及其利弊

1．1面積指標(biāo)法

面積指標(biāo)法是目前在節(jié)能評(píng)估過(guò)程中測(cè)算建筑采暖、空調(diào)能耗最常用的方法，多數(shù)建筑設(shè)計(jì)研究院通常采用該方法，具體計(jì)算公式如下［2］：

式中，Q為空調(diào)機(jī)組能耗，J；α為空調(diào)同時(shí)使用系數(shù)；w為單位面積負(fù)荷指標(biāo)，W／m2；F為建筑的空調(diào)區(qū)面積，m2；t為空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，h；ε為空調(diào)機(jī)組的能效系數(shù)（COP）。

計(jì)算簡(jiǎn)便是面積指標(biāo)法的最大優(yōu)勢(shì)?？梢钥闯觯摲椒ǖ年P(guān)鍵在于α與w的取值，現(xiàn)有途徑是根據(jù)空調(diào)區(qū)的類型直接查表選取，忽略了室外氣象參數(shù)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)、朝向、機(jī)組類型等有著顯著影響的因素。規(guī)范指出，面積指標(biāo)法僅限于在項(xiàng)目已知條件很少的情況下進(jìn)行簡(jiǎn)易估算。因此，在節(jié)能評(píng)估工作中直接使用面積指標(biāo)法是不妥的。

1．2逐時(shí)動(dòng)態(tài)模擬的簡(jiǎn)化計(jì)算方法

對(duì)于建筑空調(diào)能耗的測(cè)算，最精確的計(jì)算方法是逐時(shí)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，對(duì)空調(diào)機(jī)組全年運(yùn)行參數(shù)的逐時(shí)模擬計(jì)算［3－4］。然而在實(shí)際的節(jié)能評(píng)估工作中，由于逐時(shí)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算過(guò)程繁瑣，需要大量的建模工作、計(jì)算參數(shù)變量多、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等原因?qū)е略摲椒▽?shí)用性較差，有許多研究人員在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化計(jì)算。如，文獻(xiàn)［5］提出了一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，假設(shè)單臺(tái)空調(diào)機(jī)組全年的負(fù)荷率分為100%，75%，50% 和25%4個(gè)級(jí)別，由標(biāo)準(zhǔn)可知，在夏熱冬冷地區(qū)單臺(tái)空調(diào)機(jī)組全年運(yùn)行狀況時(shí)4種負(fù)荷率的運(yùn)行時(shí)間比率分別為2．3%，41．5%，46．1%和10．1%［6］，則單臺(tái)機(jī)組全年的能耗Q可按式（2）計(jì)算。

式中，W為單臺(tái)空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)負(fù)荷，W；t為單臺(tái)空調(diào)機(jī)組全年運(yùn)行時(shí)間，h；ε1，ε2，ε3和ε4分別表示空調(diào)機(jī)組在100%，75%，50%和25%負(fù)荷率下的能效系數(shù)。

采用式（2）計(jì)算空調(diào)能耗，相對(duì)于動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算進(jìn)行了大幅簡(jiǎn)化，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度較高，文獻(xiàn)［5］利用該方法對(duì)某一建筑物空調(diào)能耗的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差距不大。此方法的關(guān)鍵在于確定空調(diào)機(jī)組在不同負(fù)荷率下的能效系數(shù)值，而多數(shù)空調(diào)機(jī)組設(shè)備手冊(cè)中不會(huì)給出該項(xiàng)參數(shù)，評(píng)估人員需要實(shí)際測(cè)量后才能獲取，難免給節(jié)能評(píng)估工作帶來(lái)難度，同時(shí)測(cè)量誤差也會(huì)加大計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確性。

2利用IPLV指標(biāo)測(cè)算建筑空調(diào)能耗

由前文可以看出，空調(diào)能耗的計(jì)算分為2個(gè)主要部分：空調(diào)負(fù)荷的確定，負(fù)荷與能耗間的轉(zhuǎn)換。前一部分與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)、朝向、窗墻比等有著直接的關(guān)系，而傳統(tǒng)的面積指標(biāo)法并未對(duì)其加以考慮。關(guān)于計(jì)算負(fù)荷的方法不在本文討論，本文的重點(diǎn)在于負(fù)荷與能耗間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，該部分與機(jī)組在不同負(fù)荷運(yùn)行下的能效系數(shù)、機(jī)組的自控策略等有著直接的關(guān)系。負(fù)荷性能系數(shù)IPLV是用來(lái)評(píng)估空調(diào)機(jī)組能效的參數(shù)指標(biāo)，其定義為：用一個(gè)單一數(shù)值表示空氣調(diào)節(jié)用冷水機(jī)組的部分負(fù)荷效率指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定夏熱冬冷地區(qū)的IPLV指標(biāo)按式（3）計(jì)算［6］。

式中，ε1，ε2，ε3和ε4的含義與式（2）中一致。部分研究者［7－8］認(rèn)為，采用IPLV指標(biāo)的計(jì)算方法不能準(zhǔn)確反映空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行能耗，主要依據(jù)是IPLV指標(biāo)未考慮空調(diào)機(jī)組不同負(fù)荷率百分比的權(quán)重值對(duì)機(jī)組全年能耗的影響。事實(shí)上，文獻(xiàn)［7－8］均將IPLV指標(biāo)中對(duì)應(yīng)的空調(diào)負(fù)荷理解為空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，而設(shè)計(jì)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的是機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，在實(shí)際運(yùn)行中，大部分時(shí)間室外溫度低于空調(diào)室外設(shè)計(jì)干球溫度，在這些時(shí)間內(nèi)空調(diào)機(jī)組并非滿負(fù)載工作狀態(tài)。因此，根據(jù)設(shè)計(jì)負(fù)荷得到的負(fù)荷值與反映空調(diào)機(jī)組在平均負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)的能效系數(shù)IPLV進(jìn)行計(jì)算，得到的負(fù)荷效率指標(biāo)顯然是不準(zhǔn)確的。所以，采用IPLV進(jìn)行空調(diào)能耗測(cè)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)室外參數(shù)計(jì)算得出空調(diào)運(yùn)行的平均負(fù)荷，空調(diào)能耗Q可按式（4）計(jì)算。

相對(duì)于空調(diào)機(jī)組在不同負(fù)載率下的能效系數(shù)等參數(shù)較難獲取而言，由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，空調(diào)設(shè)備中均會(huì)直接給出IPLV，因此，利用式（4）進(jìn)行計(jì)算就變得十分簡(jiǎn)便。

3工程案例計(jì)算

3．1工程概況和空調(diào)能耗計(jì)算參數(shù)

以江蘇淮安地區(qū)某五星級(jí)酒店建筑物為例，項(xiàng)目總面積3．11萬(wàn)m2，其中空調(diào)區(qū)面積2．49萬(wàn)m2，主要包含酒店住房（面積1．65萬(wàn)m2）和商業(yè)活動(dòng)（0．84萬(wàn)m2）兩個(gè)區(qū)域，涉及面積指標(biāo)法的具體參數(shù)見表1?？照{(diào)機(jī)組選用特靈RTAC螺桿式風(fēng)冷冷水機(jī)組，查詢?cè)摍C(jī)組的負(fù)荷曲線圖得到其在不同負(fù)載率下的能效系數(shù)值以及運(yùn)行時(shí)間百分比，如表2所示。

表1涉及空調(diào)能耗計(jì)算的相關(guān)參數(shù)

表2特靈RTAC冷水機(jī)組在不同負(fù)載率下的能效系數(shù)、占全年運(yùn)行時(shí)間百分比

3．2不同空調(diào)能耗測(cè)算方法的計(jì)算結(jié)果

3．2．1面積指標(biāo)法

由表1提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）分別測(cè)算該建筑物商業(yè)區(qū)域和酒店區(qū)域的空調(diào)能耗。

3．2．2動(dòng)態(tài)模擬的簡(jiǎn)化計(jì)算法

該建筑物的設(shè)計(jì)負(fù)荷為3 678 kW，由表1和表2數(shù)據(jù)，根據(jù)式（2）測(cè)算得到的空調(diào)能耗為：

3．2．3利用IPLV指標(biāo)計(jì)算方法

4利用eQUEST建筑能耗模擬軟件計(jì)算空調(diào)能耗

eQUEST是面向工程師使用的專業(yè)建筑能耗模擬軟件，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)電控制等耗能設(shè)備全年運(yùn)行的能耗模擬計(jì)算有很高的精度。本文利用該軟件對(duì)案例酒店的空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行能耗進(jìn)行模擬計(jì)算。

4．1模型建立和邊界參數(shù)的設(shè)定

目標(biāo)建筑長(zhǎng)86．4 m，寬78．3 m，地面以上高度18．4 m，建筑體形系數(shù)為0．4，建筑的第一、二層高度均為5 m，第三層為4．5 m，第四層為3．9 m，地下室層高4．5 m。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算參數(shù)見表3。

表3建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算參數(shù)

空調(diào)系統(tǒng)采用單區(qū)域空氣處理器（附加熱回收裝置），空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為8：00～24：00，每周7 d工作制。風(fēng)機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行前和關(guān)閉后運(yùn)行0．5 h。夏季、冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度分別為25℃、16℃，傳感器控制溫度為26℃、15℃。水冷冷水機(jī)組能效比為4．2，室內(nèi)負(fù)荷及其他參數(shù)見表4。

表4室內(nèi)人員及設(shè)備負(fù)荷參數(shù)

4．2 eQUEST模擬計(jì)算結(jié)果

利用eQUEST模擬軟件對(duì)該酒店全年的空調(diào)能耗模擬計(jì)算結(jié)果為5．9×105kW·h。圖1為全年每個(gè)月的空調(diào)能耗值。不難發(fā)現(xiàn)，處于夏季的7月份為全年空調(diào)能耗最多的月份，接近1．3×105kW·h，而春秋季節(jié)空調(diào)能耗則明顯減少。

圖1全年各月的空調(diào)能耗模擬計(jì)算結(jié)果

5不同計(jì)算方法的結(jié)果對(duì)比

圖2對(duì)比了3種不同空調(diào)能耗計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果與eQUEST模擬軟件計(jì)算得到的結(jié)果，可見面積指標(biāo)法測(cè)算的結(jié)果最大，eQUEST軟件計(jì)算的結(jié)果值最小，而利用動(dòng)態(tài)逐時(shí)簡(jiǎn)化的方法和采用IPLV指標(biāo)計(jì)算的結(jié)果非常接近。

圖2不同估算方法測(cè)算得到的空調(diào)能耗值

進(jìn)一步分析可知，如以eQUEST模擬結(jié)果為基準(zhǔn)值，傳統(tǒng)的面積指標(biāo)法、逐時(shí)動(dòng)態(tài)模擬法、IPLV指標(biāo)法的結(jié)果跟基準(zhǔn)值的誤差分別為33．04%，7．51%，10．22%。逐時(shí)動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)化計(jì)算方法最為精確，IPLV計(jì)算法次之，面積指標(biāo)法則存在較大的誤差。

6　結(jié)論

通過(guò)對(duì)同一高層建筑物的空調(diào)能耗測(cè)算結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，逐時(shí)動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)化的計(jì)算方法最接近真實(shí)值，但其所需的系數(shù)難以獲取，難以推廣使用。傳統(tǒng)的面積指標(biāo)法計(jì)算簡(jiǎn)便，但誤差過(guò)大，精確度難以滿足要求。本文提出的IPLV指標(biāo)測(cè)算法不僅計(jì)算結(jié)果誤差較?。▋H10%左右），且所需的IPLV值可直接由設(shè)備手冊(cè)獲取，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便，便于實(shí)際應(yīng)用。

由于IPLV只是評(píng)價(jià)1臺(tái)機(jī)組的能效指標(biāo)，而考慮實(shí)際項(xiàng)目中機(jī)組的能效水平時(shí)還需要考慮機(jī)組機(jī)頭數(shù)、自控策略等因素，單純套用IPLV進(jìn)行計(jì)算也可能導(dǎo)致誤差。故而對(duì)于機(jī)組能效水平還需要增加其他修正系數(shù)，如機(jī)組類型修正系數(shù)、自控策略修正系數(shù)和冷水機(jī)組機(jī)頭數(shù)修正系數(shù)等，確定這些修正系數(shù)將是后續(xù)的研究工作。

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收稿日期：（2014－12－05）

作者簡(jiǎn)介馬書寒，1990年生，碩士研究生。

*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51408072）。