（上海理工大學，上海 200093）

0 引言

戶式輻射空調以其高舒適性、健康性和獨立調控性等優(yōu)點逐漸在高中檔小區(qū)和高中檔別墅中普及。與此同時，由于其全天候的運行特性，節(jié)能性的要求也迫在眉睫。前人對于輻射空調系統的研究主要是從熱舒適、空調系統組合、系統節(jié)能性和經濟性等角度對輻射空調系統進行研究［1-2］，而對戶式輻射空調系統節(jié)能分析的研究少之又少。文獻［3］以帶有地源熱泵戶式輻射空調系統的某住宅建筑為研究對象，分析了該空調系統在冬夏季典型日的運行狀態(tài)、設備啟停狀態(tài)、室內溫濕度等參數的變化規(guī)律以及供冷季和供熱季的空調能耗及運行費用。文獻［4］研究了室內溫度設定值對空氣源熱泵戶式供熱系統日運行成本影響，并提出了一種最佳調控方法——逐時調整室內溫度。通過這種調控方式，該空調系統在保證熱舒適性的前提下，能夠獲得最低日運行成本。本文以戶式輻射空調住宅建筑為研究對象，從負荷構成角度對該建筑進行全年空調能耗分析，得到空調能耗各組成部分所占比例，為戶式輻射空調的節(jié)能研究提供依據。

1 研究對象

1.1 建筑概況

該建筑位于長江流域蘇州市，共有八層，和相鄰建筑間距充分，冬夏季光照充足。本文以其中一典型戶型為研究對象，該戶層高3 m，建筑面積為120 m2，空調面積為94.2 m2，包括主臥、次臥、書房、客廳、陽臺。建筑平面如圖1所示。

圖1 建筑平面示意

1.2 空調系統原理

該住宅建筑的空氣源熱泵戶式輻射空調系統包括輻射系統和新風除濕系統兩部分。其中，輻射空調系統調控室內溫度，新風除濕系統調控室內濕度，實現室內溫濕度獨立控制。夏季時熱泵機組產生低溫冷水，一部分在板式換熱器內與輻射回水混合，處理后的輻射回水重新流回輻射末端壁面（毛細管）對室內輻射傳熱進行降溫冷卻；另外一部送入新風機與新風換熱除濕，處理后的新風送入室內承擔室內全部濕負荷及部分熱負荷。當新風機組滿足負荷時，只開新風機組運行，當不滿足室內熱負荷時將開啟輻射系統。冬季同理可得。該空調系統原理如圖2所示。

圖2 空氣源熱泵戶式輻射空調系統原理

2 模型建立與驗證

2.1 建立模型

Energy plus軟件是由DOE和LBNL共同開發(fā)的一款建筑能耗模擬軟件，可以用來對建筑的采暖、制冷、照明、通風以及其他能源消耗進行全面能耗模擬分析和經濟分析，也是建筑能耗模擬軟件中使用比較多的一款。本文利用Energy plus軟件對建筑及空調系統進行建立模型，其中建筑模型如下圖3所示。

圖3 建筑模型

2.2 模型驗證

在建立建筑模型和空調系統模型后，需要對所建模型進行試驗驗證。以實測的7月21號9：00-21：00的數據代表夏季工況，以實測的12月21號9：00-21：00的數據代表冬季工況，將實測數據與軟件模擬數據進行對比。試驗結果表明所建模型是合理的，具體驗證如下。

圖4示出了冬夏季室內溫度實測值與模擬值的比較，從圖中可以得出：冬季工況實測值和模擬值平均誤差為3.19%，夏季工況實測值和模擬值平均誤差為2.20%。

圖4 冬、夏季室內溫度實測值與模擬值對比

冬夏季機組供水溫度實測值與模擬值比較如圖5所示，由圖中可以得出：冬季工況實測值和模擬值平均誤差為2.87%，夏季工況實測值和模擬值平均誤差為6.85%。

圖5 冬、夏季機組供水溫度實測值與模擬值對比

冬夏季空氣源熱泵能耗實測值與模擬值比較如圖6所示。由圖中可知：冬季工況實測值和模擬值平均誤差為5.57%，夏季工況實測值與模擬值平均誤差為22.38%，造成這個誤差的主要原因經分析可能是由于模擬時窗戶沒有遮陽，而實測時發(fā)現有遮陽干擾，但模擬與實測的變化趨勢是相當一致的。

圖6 冬、夏季空氣源熱泵能耗實測值與模擬值對比

冬夏季西外墻負荷實測值與模擬值比較如圖7所示。由圖可知：冬季工況實測值和模擬值平均誤差為10.88%，夏季工況實測值和模擬值平均誤差為19.27%。

圖7 冬、夏季西外墻負荷實測值與模擬值對比

冬夏季西外窗負荷實測值與模擬值比較如圖8所示。由圖中可以得出：冬季工況實測值和模擬值平均誤差為10.90%，夏季工況實測值和模擬值平均誤差為7.38%。

圖8 冬、夏季西外窗負荷實測值與模擬值對比

冬夏季新風負荷的實測值與模擬值比較如圖9所示，由圖中可以得出：冬季工況實測和模擬平均誤差為15.53%，夏季工況實測和模擬平均誤差為6.94%。

圖9 冬、夏季新風負荷的實測值與模擬值對比

3 建筑空調能耗分析

本文從負荷構成的角度對該住宅建筑進行全年空調能耗模擬，分析各部分負荷對建筑空調能耗的影響。在分析之前先對建筑全年空調能耗進行實測值與模擬值對比分析，對建筑全年空調能耗進行驗證。建筑全年空調能耗實測值及模擬值比較如圖10所示。

圖10 建筑全年能耗實測值及模擬值對比

由圖10可以得出：冬季工況實測和模擬平均誤差為10.46%，夏季工況實測和模擬平均誤差為9.55%，全年二者能耗平均誤差為24.54%。

下面分別對各部分模擬能耗進行分析，確定其對建筑全年空調能耗的影響程度。

全年墻體及樓板能耗如圖11所示。由圖可得：墻體及樓板全年能耗為3 732.00 kW/h，占建筑空調總能耗23.46%?？梢妷w樓板對建筑空調能耗影響較大。

圖11 全年墻體及樓板能耗對比

全年外窗能耗如圖12所示。由圖中可得出：外窗全年能耗為4 664.95 kW/h，占建筑空調總能耗的29.32%。其中夏季7，8月外窗能耗占全年外窗能耗42.72%。所以對輻射空調而言，建筑外窗采取遮陽措施可以大大降低7，8月的熱負荷，節(jié)約能耗。

圖12 全年外窗能耗對比

全年新風能耗如圖13所示。由圖中可得出：新風全年能耗為6 893.27kW/h，占建筑空調總能耗的43.32%。對輻射空調而言，新風不僅滿足室內衛(wèi)生要求、排風要求和室內正壓要求，還需要承擔排除室內濕負荷要求，所用新風量較大，因此所占的能耗比也較大。如何降低輻射空調系統的新風量、變新風量調節(jié)和采取部分回風除濕的方式，將是節(jié)能研究的重點。

圖13 全年新風能耗對比

對于住宅建筑，每戶人數、照明及設備使用情況均是不同。本次模擬假定：白天客廳有2人，其它房間沒人，夜晚臥室有2人，電視開啟時間段為12：00—14：00和20：00—22：00，飲水機全天開啟，照明設備開啟時間段為下午19：00—22：00。此外，由于人員、照明及設備產熱在冬天為有益熱，不會產生能耗，因此只對夏季工況進行模擬分析。

主要供冷月人員模擬能耗如圖14所示。從圖中可得出：人員在供冷季節(jié)能耗為101.01 kW/h，占建筑空調總能耗0.63%。照明和電器設備每天產生的能耗是一樣，由模擬得因照明散熱而產生的能耗為214.00 kW/h，占建筑空調總能耗的1.34%；因設備散熱而產生的能耗為306.00 kW/h，占建筑空調總能耗1.93%。

圖14 主要供冷月人員模擬能耗對比

4 結論

（1）在夏熱冬冷地區(qū)，對于試驗樣板房，墻體及樓板全年能耗為3 732.00 kW/h，占建筑總能耗的23.46%；外窗全年能耗為4 664.95 kW/h，占總能耗的29.32%；新風全年能耗為6 893.27 kW/h，占總能耗的43.32%；人員、照明及設備全年能耗為621.01 kW/h，占總能耗的3.90%。空調能耗主要是由墻體、樓板及外窗傳熱和處理新風所引起的。

（2）夏季7、8月外窗能耗占全年外窗能耗42.72%，建議建筑外窗采取遮陽措施。此舉可大大降低7、8月的熱負荷，節(jié)約能耗。

（3）對輻射空調而言，變新風量調節(jié)和部分回風除濕，將是新風節(jié)能研究的重點。

此外，在能耗分析前需先對所建模型按供冷供熱工況多個指標分別進行驗證。試驗結果表明所建模型是合理的，具有一定的模擬計算精度。本文研究結果對住宅建筑的戶式輻射空調系統的設計、運行調控以及節(jié)能研究具有一定的參考作用。