張敏敏,丁 德,楊 毅

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310018)

隨著建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展,建筑節(jié)能已經(jīng)走過了15年的歷程,多年以來不同軟件不同計算結(jié)果一直影響著建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。為了統(tǒng)一不同軟件的計算結(jié)果,擬對軟件的氣象參數(shù)、模型輸入、模型輸出、邊界條件等各個影響因子進(jìn)行深入分析,以便尋找不同結(jié)果的影響因素,最終統(tǒng)一計算結(jié)果[1-2]。

1 模型的規(guī)范

同一套的建筑施工圖,不同的建模人員用不同的軟件建立的模型有較大的差異。因此在實際工程中,規(guī)范建模人員的模型非常重要。本次對比以最簡單的模型和常規(guī)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)來避免因為建模導(dǎo)致的計算結(jié)果偏差。模型尺寸見圖1。

圖1 模型及其尺寸圖

杭州地區(qū),房間類型為主臥。圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料包括屋面類型(自上而下)：細(xì)石混凝土(內(nèi)配筋)(40.0 mm)+水泥砂漿(20.0 mm)+擠塑聚苯板(50.0 mm)+水泥砂漿(20.0 mm)+1∶8水泥加氣混凝土碎料實鋪(屋面找坡)(40.0 mm)+鋼筋混凝土(120.0 mm)+石灰水泥砂漿(20.0 mm),水泥屋面及墻面的太陽輻射吸收系數(shù)0.70；外墻類型(由外至內(nèi))：水泥砂漿(5.0 mm)+無機(jī)輕集料保溫砂漿B型(40.0 mm)+燒結(jié)頁巖多孔磚(240.0 mm)+無機(jī)輕集料保溫砂漿C型(20.0 mm)+水泥砂漿(5.0 mm),水泥石墻面的太陽輻射吸收系數(shù)0.70；外窗(含陽臺門透明部分)：隔熱金屬型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2·K)],框面積≤20%,(6 mm +12 mm空氣+6 mm透明),傳熱系數(shù)2.40 W/m2·K,玻璃遮陽系數(shù)0.6,氣密性為6級,可見光透射比0.80。

2 影響因素分析

2.1 氣象參數(shù)問題

目前商用軟件雖然統(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)編制組提供的氣象參數(shù),但是由于軟件內(nèi)核為DOE,需要轉(zhuǎn)為DOE識別的格式,在轉(zhuǎn)化時存在較大偏差。

2.1.1 焓值

氣象參數(shù)中的焓值是影響能耗計算結(jié)果的重要因素,雖然氣象原始數(shù)據(jù)來源相同,但是DOE軟件中的單位為英制單位,各家套用不同的計算公式生成的焓值差距較大。

2.1.2 濕球溫度

濕球溫度也是影響能耗計算結(jié)果的重要因素。濕球溫度經(jīng)驗計算公式多,不同公式計算出來的濕球溫度差距較大。

2.1.3 海拔

DOE內(nèi)部計算時會根據(jù)實際項目建筑的海拔對風(fēng)量進(jìn)行修正,因為海拔高度會影響大氣壓力,進(jìn)而會影響單位時間的風(fēng)量值。部分軟件并沒有設(shè)置海拔,進(jìn)而導(dǎo)致計算偏差。

2.1.4 有效位數(shù)

DOE的氣象參數(shù)只能識別3位有效數(shù)字,無法讀取第四位有效數(shù)據(jù)。因此氣象參數(shù)單位轉(zhuǎn)換時需要非常謹(jǐn)慎。部分軟件計算時出現(xiàn)了夏季有熱負(fù)荷的情況，主要是氣象參數(shù)有效位數(shù)的問題。如夏季溫度為103℉時,如果輸入時為103.3℉,那么DOE認(rèn)為該點的溫度為3.3℉。

2.1.5 經(jīng)緯度

通常來說東經(jīng)為正數(shù),西經(jīng)為負(fù)數(shù)。經(jīng)度是地球上一個地點離本初子午線的南北方向走線以東或以西的度數(shù)。本初子午線的經(jīng)度是0°,地球上其他地點的經(jīng)度是向東到180°或向西到180°。但是DOE為美國軟件,它的經(jīng)緯度設(shè)置與常理剛好相悖。東經(jīng)為負(fù)數(shù),西經(jīng)為正數(shù)。經(jīng)緯度對于能耗影響巨大,主要體現(xiàn)在太陽輻射量。一旦設(shè)置錯誤,將無太陽輻射量。

2.1.6 云量值

不同的云量取值將會嚴(yán)重影響逐時的窗戶得熱。主要是夏季和冬季的取值對于能耗會有影響。根據(jù)DOE手冊規(guī)定夏季計算時間段內(nèi)云量統(tǒng)一設(shè)置為0,冬季計算時間段內(nèi)云量統(tǒng)一設(shè)置為1。

2.2 邊界條件設(shè)置問題

2.2.1 計算時間

部分軟件對于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能耗計算時間沒有落實到軟件中。不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計算時間不同,部分軟件公司并沒有及時跟進(jìn),導(dǎo)致計算時間段錯誤,進(jìn)而導(dǎo)致各家權(quán)衡計算出來的結(jié)果偏差較大。

2.2.2 能效比

隨著標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提升,權(quán)衡計算采用能效比也在不斷提高。空調(diào)系統(tǒng)的能效比對于全年的運(yùn)行能耗影響巨大,部分軟件沒有更新能效比,進(jìn)而導(dǎo)致權(quán)衡計算結(jié)果錯誤。

2.2.3 地面參數(shù)

部分軟件地面采用絕熱計算,部分采用動態(tài)計算,地面的邊界條件不統(tǒng)一。甚至有些計算出來的結(jié)果地面能耗大于架空樓板的能耗。

2.2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

屋頂和外墻的對流換熱系數(shù)取值不統(tǒng)一：內(nèi)表面換熱熱阻取值在0.11～0.115之間,外表面換熱熱阻取值在0.04～0.043之間,進(jìn)而導(dǎo)致外墻的對流換熱熱阻值有偏差。

外窗室外換熱系數(shù)取值不統(tǒng)一,外窗的室外換熱系數(shù)由計算軟件自動根據(jù)室外的風(fēng)速等因素進(jìn)行計算確定,不需要設(shè)置。而根據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程(JGJ/T 151—2008)》的要求,所謂的外窗換熱系數(shù)是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的換熱系數(shù),已經(jīng)含有室內(nèi)外對流換熱熱阻。因此計算時應(yīng)該扣除室外的對流換熱熱阻。

2.2.5 外遮陽系數(shù)

外遮陽系數(shù)是影響室內(nèi)負(fù)荷的重要因素,窗框系數(shù)等嚴(yán)格按照省標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。目前標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定參照建筑的窗框系數(shù),部分軟件窗框系數(shù)為1,部分軟件為設(shè)計建筑的窗框系數(shù)。

2.2.6 室內(nèi)得熱量

根據(jù)國家最新的居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),室內(nèi)得熱已經(jīng)逐步被淡化。室內(nèi)的得熱對于夏季計算是不利的，但對于冬季計算是有利的,因此可以簡化計算,甚至不設(shè)置室內(nèi)得熱。新省標(biāo)規(guī)定了室內(nèi)得熱為4.3 W/m2,沒有規(guī)定是顯熱還是潛熱,根據(jù)對比情況,影響較小。

2.2.7 面積和體積等建筑參數(shù)計算的問題

不同的軟件計算的基準(zhǔn)點不同。如建筑面積,有些采用建筑中線,有些采用建筑外輪廓線。面積和體積計算出來的數(shù)據(jù)偏差較大,偏差超過15%。進(jìn)而影響體型系數(shù)數(shù)值、單位面積能耗的值以及室內(nèi)邊界參數(shù)的值。

2.2.8 材料庫的問題

軟件的材料庫取值廣泛,國標(biāo)、省標(biāo)、技術(shù)措施、圖集等等。各個材料的換熱系數(shù)、熱惰性、修正系數(shù)都有較大的偏差。同一種墻體不同的出處,偏差超過20%。尤其是修正系數(shù)的問題。有些材料的修正系數(shù)取值范圍較大,修正系數(shù)可以人工取值1～1.3,甚至更大,修正系數(shù)的偏差會導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體換熱系數(shù)偏差15%左右。

3 計算結(jié)果

經(jīng)過多輪的對比計算分析,從計算內(nèi)核到外部輸入等多方面尋找計算偏差,基本可以將能耗計算結(jié)果偏差控制在1%。經(jīng)過調(diào)整后的能耗計算結(jié)果見表1。

表1 能耗計算結(jié)果

4 結(jié) 語

由于上述提到的部分經(jīng)驗計算公式等均存在不同的異議,無法完全統(tǒng)一。各個地區(qū)可以根據(jù)自身的實際情況統(tǒng)一計算公式、邊界條件等,進(jìn)而統(tǒng)一各個地區(qū)的計算結(jié)果。

在統(tǒng)一軟件默認(rèn)參數(shù)后,軟件的材料庫是影響能耗計算的最大因素,各地應(yīng)統(tǒng)一材料發(fā)布窗口,國標(biāo)、技術(shù)措施或其他省市的材料參數(shù)均應(yīng)通過當(dāng)?shù)卮翱?認(rèn)證后方能納入數(shù)據(jù)庫。以避免統(tǒng)一材料出現(xiàn)不同的性能參數(shù)。