郝衛(wèi)輝

摘要：建筑能耗模擬是綠色建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化必不可少的工具，尤其對(duì)于超高層建筑能耗設(shè)計(jì)優(yōu)化具有十分重要的指導(dǎo)意義，并且給出的案例申報(bào)美國(guó)LEED金級(jí)認(rèn)證，能耗得分是先決條件，能耗優(yōu)化得分對(duì)于項(xiàng)目級(jí)別至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：建筑能耗模擬，綠色建筑設(shè)計(jì)，案例分析

通過(guò)建筑能耗模擬與分析對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較好優(yōu)化，使其符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，具有十分重要的意義。能耗模擬在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，避免不合理的設(shè)計(jì)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

美國(guó)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)LEED【1】（Leadship in Energy and environment design） Credit EA c1-優(yōu)化能耗性能中定義了能耗模擬的方法。本文從選取作者所做的建筑能耗模擬案例介紹具體的參數(shù)輸入，建筑步驟和遵照標(biāo)準(zhǔn)。

1 案例分析

美國(guó)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)LEED（Leadship in Energy and environment design） Credit EA c1-優(yōu)化能耗性能中定義了能耗模擬的方法是對(duì)設(shè)計(jì)的綠色建筑建立模型，模擬計(jì)算建筑節(jié)能，并將其與根據(jù)ASHRAE90.1-2007【2】建立的基準(zhǔn)模型進(jìn)行比較，計(jì)算其節(jié)錢百分比，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)百分比打分。

本案例采用eQuest對(duì)廣州琶洲村地塊四辦公樓進(jìn)行能耗模擬，評(píng)價(jià)各項(xiàng)節(jié)能措施的節(jié)能效果。

1.1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于廣州海珠區(qū)，琶洲島中部珠江南岸，地塊四位于琶洲村的東北角。地塊交通便捷，毗鄰珠江視線極佳。

本項(xiàng)目是一個(gè)多用途綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，包括辦公塔樓（C-2棟），酒店塔樓和酒店裙房（C-1棟）。酒店裙房位于辦公塔樓、酒店塔樓之間，用于酒店輔助設(shè)施。

1.2工程概況

項(xiàng)目占地面積34612平方米；

總建筑面積184011.3平方米；

地上建筑面積132026.7平方米；

地下建筑面積51984.6平方米；

地上60層，地下4層。

建設(shè)周期2014.6.17-2017.9.29

此辦公樓的設(shè)計(jì)中采用了多項(xiàng)節(jié)能措施，包括以下幾個(gè)方面：

（1） 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)-外墻和屋頂?shù)腢值，玻璃性能和遮陽(yáng)措施

（2） 照明系統(tǒng)-降低照明功率密度

（3） 自然采光-在周邊區(qū)域安裝根據(jù)自然采光自動(dòng)調(diào)光的照明控制系統(tǒng)

（4） 空調(diào)系統(tǒng)-采用高效的設(shè)備，采用節(jié)能空調(diào)。

2、建筑能耗模擬方法

2.1模擬軟件

本項(xiàng)目建筑能耗采用eQuest v3.64軟件進(jìn)行。eQuest是在美國(guó)能源部（U.S. Department of Energy）和電力研究院的資助下，由美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）和J.J. Hirsch及其聯(lián)盟（Associates）共同開(kāi)發(fā)，是基于DOE2的軟件中最為優(yōu)秀的一款。其最大的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于對(duì)空調(diào)、控制等機(jī)電系統(tǒng)的模擬，因而特別適合機(jī)電或能源工程師分析各種設(shè)備的節(jié)能潛力和全年運(yùn)行狀況，以確定合適的節(jié)能策略和最佳的節(jié)能方案。該軟件是美國(guó)綠色建筑委員會(huì)（USGBC）認(rèn)可的用于能耗模擬的專業(yè)軟件。

2.2建立模型

本項(xiàng)目建立了2個(gè)模型，Baseline 參照基準(zhǔn)模型和Proposed設(shè)計(jì)模型。

（1）Baseline模型是根據(jù)ASHRAE90.1-2007標(biāo)準(zhǔn)中列出的各項(xiàng)要求建立的參考模型。維護(hù)結(jié)構(gòu)的要求符合ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的廣州地區(qū)維護(hù)結(jié)構(gòu)的最低性能要求。

（2）Proposed模型綜合了高效的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)，高效照明系統(tǒng)與外區(qū)的自然采光，高效空調(diào)系統(tǒng)?？紤]廣州高熱高濕氣候，設(shè)有能量回收裝置，并安裝預(yù)冷盤管對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行除濕。

3、模擬參數(shù)輸入

3.1建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

各朝向窗墻面積比：

設(shè)計(jì)建筑：東：0.9南0.91西0.92北：0.91

參照建筑：東0.4南：0.4西：0.4北：0.4

3.2內(nèi)部負(fù)荷

該項(xiàng)目建筑內(nèi)部負(fù)荷包括人員負(fù)荷、照明負(fù)荷和設(shè)備負(fù)荷等，詳見(jiàn)下文表格。根據(jù)綠標(biāo)模擬要求，人員密度和設(shè)備負(fù)荷在參照建筑和設(shè)計(jì)建筑兩個(gè)模型中保持一致。

3.3暖通空調(diào)系統(tǒng)

模擬中所用暖通空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下：

設(shè)計(jì)建筑冷源：冷水機(jī)組采用離心機(jī)和螺桿式機(jī)組組合，大小機(jī)組搭配，以保證制冷系統(tǒng)在高效率區(qū)間運(yùn)行，確保系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和運(yùn)行的可靠性?？照{(diào)冷熱源系統(tǒng)由2臺(tái)4571KW（1300RT）離心式冷水機(jī)組、2臺(tái)1406KW（400RT）螺桿式冷水機(jī)組、10臺(tái)超低噪聲單面進(jìn)風(fēng)方形冷卻塔，5臺(tái)冷卻泵（3大2小，1臺(tái)備用），5臺(tái)一次冷凍泵（3大2小，1臺(tái)備用）組成；一次冷凍水泵，冷卻水泵，冷卻塔，冷水機(jī)組均為并聯(lián)設(shè)置。辦公空調(diào)主機(jī)房位于地下3層，冷卻塔設(shè)置在首層下沉地面。

空調(diào)系統(tǒng)：辦公大堂采用集中處理低速送風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)與回風(fēng)按一定比例在風(fēng)柜房混合后，經(jīng)空氣處理機(jī)組粗效，中效過(guò)濾，冷卻，除濕處理后，送入空調(diào)區(qū)。過(guò)渡季節(jié)可實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)工況。

辦公、會(huì)議采用集中處理的低速變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)（VAV），新風(fēng)與回風(fēng)按一定比例咋風(fēng)柜房混合后，經(jīng)空氣處理機(jī)組粗效，中效過(guò)濾，冷卻，除濕處理后送入變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（VAV-BOX），變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥根據(jù)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，經(jīng)由送風(fēng)口送入空調(diào)區(qū)。會(huì)議室，辦公室等小房間采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)處理機(jī)組過(guò)濾，冷卻，除濕處理后，經(jīng)新風(fēng)管送入各風(fēng)機(jī)盤管的出風(fēng)管與風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)混合后送入空調(diào)區(qū)。

基準(zhǔn)模型：AV變風(fēng)量系統(tǒng)帶再熱，定頻風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)盤管變頻風(fēng)機(jī)，新風(fēng)機(jī)為定頻風(fēng)機(jī)。

AHU同設(shè)計(jì)建筑，分體空調(diào)同設(shè)計(jì)建筑。

冷凍水供回水溫度：5/12℃

冷卻水供回水溫度：32/37℃

熱水供回水溫度：60/50℃

冷卻塔：開(kāi)式冷卻塔，風(fēng)機(jī)變頻（設(shè)計(jì)模型），單速風(fēng)機(jī)（基準(zhǔn)模型），冷卻塔與冷機(jī)一一對(duì)應(yīng)

冷凍水泵：一次泵變流量（設(shè)計(jì)模型），輸送能效比ER=0.0228（基準(zhǔn)模型）

冷卻水泵：變流量（設(shè)計(jì)模型）輸送能效比ER=0.0228（基準(zhǔn)模型）

室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度：辦公大堂 夏季26℃，辦公塔樓25℃，會(huì)議25℃，走道26℃

風(fēng)機(jī)功率：變風(fēng)量系統(tǒng)：0.2 W/m3.h，全空氣定風(fēng)量：0.72 W/m3.h

風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)：0.7 W/m3.h

車庫(kù)通風(fēng)機(jī)UVT： 0.576 W/m3.h

其他通風(fēng)機(jī)UVT： 0.576 W/m3.h

基準(zhǔn)模型：定風(fēng)量：0.53 W/m3.h，變風(fēng)量：0.69 W/m3.h，普通機(jī)械通風(fēng)機(jī)：0.32 W/m3.h

送風(fēng)溫差：20°F

3.4建筑運(yùn)行時(shí)間表

建筑時(shí)間表反映室內(nèi)人員、照明、設(shè)備、房間控制溫度、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的逐時(shí)變化，根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB 50189-2005【3】本項(xiàng)目能耗模擬中所使用的主要時(shí)間表描述如下，且在參照建筑和設(shè)計(jì)建筑中保持一致。

3.5氣候數(shù)據(jù)

廣州屬于ASHRAE climate zone 2【6】

經(jīng)度：East Longitude 113.32°

緯度：North Latitude23.13°

干球溫度：6℃

Cooling degree days CDD10制冷度日數(shù)：4640

Heating degree days HDD18制熱度日數(shù)； 409

3.6能源費(fèi)率

Baseline 模型和Proposed模型能源費(fèi)率一致。本項(xiàng)目能源費(fèi)率是0.9678 RMB/KWH.。

3.7能耗結(jié)果與分析

地下車庫(kù)通風(fēng)，設(shè)備符合，電梯，室外照明根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置參數(shù)保持一致；

設(shè)計(jì)模型室內(nèi)采用高效節(jié)能燈具，設(shè)計(jì)模型空調(diào)末端采用了單位風(fēng)機(jī)功率效果更高的變頻風(fēng)機(jī)，基準(zhǔn)模型采用了單速風(fēng)機(jī)，冷卻塔采用了變頻風(fēng)機(jī)比，因而也更節(jié)能。

4結(jié)束語(yǔ)

本文分析了案例，配合綠色建筑設(shè)計(jì)的能耗模擬采用建筑能耗模擬軟件分別建立基準(zhǔn)模型和設(shè)計(jì)模型，其中基準(zhǔn)模型遵照ASHRE90.1-2007建立，設(shè)計(jì)方案模型根據(jù)設(shè)計(jì)方案建立，模擬計(jì)算設(shè)計(jì)方案模型與基準(zhǔn)模型相比的能耗費(fèi)用節(jié)省百分比。再根據(jù)LEED標(biāo)準(zhǔn)打分。本文所分析案例，采取了高效的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，自然采光，高效空調(diào)等多項(xiàng)節(jié)能措施，其設(shè)計(jì)方案建筑的能耗性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)建筑，節(jié)能費(fèi)用12.34%，按照LEED評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以得到3分。

通過(guò)這案例分析說(shuō)明，建筑能耗模擬是綠色建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)必不可少的分析工具。

參考文獻(xiàn)：

[1] LEED-NC， Green Building Rating System for New Construction & Major Renovations[S]， Version 2009， U.S.Green Building Council， 2009

[2]ASHRAE Standard 90.1-2007 Energy Standard for Buildings except Low-Rise Residential Buildings[S]，ASHRAE Standing Standard Project Committee 90.1-2007.

[3] GB 50189-2005.公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2005.

[4] GB50034-2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

[5] 美國(guó)能源部網(wǎng)站廣州市CSWD（Chinese Standard Weather Data） 氣象文件.

（作者單位：中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司）