公共建筑圍護結(jié)構(gòu)對建筑能耗及影響.doc

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DEST軟件學習報告 ---公共建筑圍護結(jié)構(gòu)對建筑能耗的影響 學院：市政與環(huán)境工程 班級：能源與環(huán)境 姓名：吳靜 學號：1423510461 DEST軟件學習報告—— 公共建筑圍護結(jié)構(gòu)對建筑能耗的影響 （環(huán)境科學與工程 吳靜 1423510461） 摘要：以北京地區(qū)某擬建公共建筑為研究對象,應用能耗模擬軟件DeST—C,分別模擬分析了不同熱工性能的外墻、屋面、外窗以及圍護結(jié)構(gòu)整體對建筑能耗的影響。分析得到圍護結(jié)構(gòu)熱工性能對建筑冷熱負荷的不同影響,以及圍護結(jié)構(gòu)單體與整體的節(jié)能潛力。 關(guān)鍵詞：熱工性能;圍護結(jié)構(gòu);DeST—C;能耗模擬;公共建筑;能耗影響 1. 引言 圍護結(jié)構(gòu)作為建筑內(nèi)外環(huán)境熱交換的重要通道，對建筑能耗影響巨大。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高,人們對室內(nèi)環(huán)境要求越來越高,相應的建筑能耗也越來越大,給能源供應和環(huán)境保護都造成了很大的壓力。同時建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的運行狀況也必須隨著建筑環(huán)境狀況的變化而不斷進行相應的調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)滿足舒適性及其它要求的建筑環(huán)境。由于建筑環(huán)境變化是由眾多因素所決定的一個復雜過程，因此只有通過計算機模擬計算的方法才能有效地預測建筑環(huán)境在沒有環(huán)境控制系統(tǒng)時和存在環(huán)境控制系統(tǒng)時可能出現(xiàn)的狀況。如果能找出影響建筑能耗的主要因素,就意味著找到了節(jié)能的關(guān)鍵點,這對節(jié)能工作是非常有益的。為此清華大學建筑學院建筑技術(shù)科學系建筑環(huán)境與設(shè)備研究所 （原清華大學熱能系供熱、通風與空氣調(diào)節(jié)教研組） “綜合十余年科研成果的結(jié)晶，開發(fā)出了用于建筑熱環(huán)境設(shè)計模擬分析的軟件平臺——建筑熱環(huán)境設(shè)計模擬工（Designers Simulation Toolkit，簡稱DeST）。在DeST的基礎(chǔ)上，針對公共建筑開發(fā)了專用的能耗模擬分析軟件：DeST-c。 2005年國家建設(shè)部發(fā)布的公共建筑節(jié)能設(shè)計標準中已明確規(guī)定:從北方至南方,圍護結(jié)構(gòu)分擔節(jié)能率約25%~13%[4],這意味著新建公共建筑在圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮節(jié)能要求,滿足基本指標。北京地區(qū)作為典型的夏熱冬冷地區(qū),建筑能耗十分顯著,那么圍護結(jié)構(gòu)熱工性能對該地區(qū)公共建筑的影響究竟如何?本次作者應用DEST商建版DeST-C，以北京市某擬建的節(jié)能示范工程辦公樓為研究對象,分別模擬分析了不同熱工性能的外墻、屋面、外窗以及圍護結(jié)構(gòu)整體對建筑能耗的影響,并得到不同圍護結(jié)構(gòu)以及圍護結(jié)構(gòu)整體的節(jié)能潛力。 2. DEST軟件介紹 2.1概述 DeST 軟件的研發(fā)開始于1989 年。開始立足于建筑環(huán)境模擬，1992 年以前命名為BTP （Building Thermal Performance），以后逐步加入空調(diào)系統(tǒng)模擬模塊，命名為IISABRE。為了解決實際設(shè)計中不同階段的實際問題，更好地將模擬技術(shù)投入到實際工程應用中，從1997 年開始在IISABRE 的基礎(chǔ)上開發(fā)針對設(shè)計的模擬分析工具DeST，并于2005 年初步完成DeST2.0 版本。如今DeST已陸續(xù)在國內(nèi)、歐洲、日本、香港等地區(qū)開始得到應用。它基于“分階段模擬”的理念，實現(xiàn)了建筑物與系統(tǒng)的連接。使之既可用于詳細地分析建筑物的熱特性，又可以模擬系統(tǒng)性能，較好地解決了建筑物和系統(tǒng)設(shè)計耦合的問題。建筑模擬軟件的作用是為建筑環(huán)境及其控制系統(tǒng)的設(shè)計提供輔助分析數(shù)據(jù)，因此，實際設(shè)計過程的特點和邏輯關(guān)系應當體現(xiàn)在軟件的模擬過程中。DeST 在開發(fā)過程中融合了實際設(shè)計過程的階段性特點，將模擬劃分為建筑熱特性分析、系統(tǒng)方案分析、AHU 方案分析、風網(wǎng)模擬和冷熱源模擬共5 個階段，為設(shè)計的不同階段提供準確實用的分析結(jié)果，如建筑熱特性的模擬計算提供建筑本體的熱特性數(shù)據(jù)，方案模擬則提供方案設(shè)計的模擬分析結(jié)果，由此實現(xiàn)建筑環(huán)境及其控制系統(tǒng)設(shè)計的分階段模擬。 2.2操作界面 DeST以AutoCAD為開發(fā)平臺，用戶可在AutoCAD界面下完成工程項目建模及各種能耗系統(tǒng)模擬計算等功能，因此，AutoCAD的一些命令在DeST中同樣有效。DEST操作界面如下： 3. 建筑模型建立 選北京地區(qū)辦公樓為模擬分析對象。辦公樓為單層框架結(jié)構(gòu)公共建筑,層高3.6m,總建筑空調(diào)面積為1496.25m2。每層房間功能以教室為主，樓的朝向均為南北朝向。 3.1建筑物底圖的繪制 使用DEST軟件進行建筑物能耗模擬之前必須要進行底圖的繪制，這一工作我們可以在DEST中進行也可以現(xiàn)在CAD中進行，主要步驟如下： 1.沿墻體中心線描繪出各個樓層平面的輪廓圖，用不同圖層不同顏色表示出窗、墻、門的中軸線。 2.將底圖描好后一定要根據(jù)樓層的不同編輯好圖層，一個樓層設(shè)置一個圖層，標準層只設(shè)一層即可。 3.若是用CAD繪制輪廓圖，則將輪廓圖復制到DEST軟件中，新建DEST圖層，在DEST中打開底圖。 4.選擇菜單欄中“建筑描述”中的“新建建筑”按鈕，在命令行中輸入建筑名稱。 3.2門窗繪制 在直墻上開門：點擊“建筑描述”中的“在直墻上開門”，或是在工具欄中直接點選 在命令欄里根據(jù)提示輸入門高、門寬，最后在圖中選擇門的位置。用戶可連續(xù)添加門直至點擊鼠標右鍵為止。 在直墻上開窗：點擊“建筑描述”中的“在直墻上開窗”，或是在工具欄中直接點選，此時任務欄會出現(xiàn)"給定大小（F）"、"隨墻自動調(diào)整（A）"、"給定窗墻比（R）"三種繪制方式，輸入給定的字母并回車，命令欄中會提示不同的窗戶參數(shù)。 3.3建筑計算預處理 執(zhí)行“模擬計算”中的“建筑計算預處理”命令，可對整個建筑進行檢查，確定整個建筑的完整性和門窗布置的合理性，自動刪除一些歧異的圍護結(jié)構(gòu)，并且自動加入房間標識及熱擾。。建議在建立比較復雜的建筑時應多存盤及執(zhí)行“建筑計算預處理”命令檢查圍護結(jié)構(gòu)的正確性。（注：在使用過程中如果遇到一些可變參數(shù)為未顯示出現(xiàn)的情況，可能是由于未進行建筑預算預處理造成的）。在往后的建筑模擬中，改變?nèi)魏我粎?shù)要進行下階段的模擬時，必須要進行建筑計算預處理。其方法為點擊菜單欄中的“模擬計算”中“建筑計算預處理”。 3.4房間通風 點擊“建筑描述”下的“自動加入通風標志”，或者在工具欄中直接點選，用戶可以根據(jù)命令欄的提示選擇“房間與房間之間”的內(nèi)通風、“房間與外界之間”的外通風或者“兩者都有”，則DeST 會自動加入所有符合要求的通風。也可以手動自行添加通風，自動通風中的房間與房間的通風不包括樓層之間的通風，需要手動添加。添加房間通風后需要對建筑物進行“建筑計算預處理”。 至此，可以得到建筑模型平面圖： 4. 建筑模擬工況 4.1模擬方法與思路 考慮到影響因素的多樣性和復雜性,相對于實驗測試而言,計算機模擬更為方便快捷[5]。應用DeST—c軟件對建筑物進行全年逐時能耗模擬,研究圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力?？紤]北京市氣溫特點,在采暖季和空調(diào)季設(shè)定時,將采暖季設(shè)為11月15日到次年3月15日,空調(diào)季設(shè)為6月1日至8月30日。室內(nèi)計算溫度分別設(shè)為18C和26C?？照{(diào)時間的換氣次數(shù)為0,非空調(diào)時間換氣次數(shù)設(shè)為0.5次/h。采暖設(shè)備能效比和空調(diào)設(shè)備能效比采用軟件中默認的數(shù)據(jù),分別取1.9 和2.3。 為了有效地分析圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力,采用單項逐一分析與組合分析并用的研究方法,即在其他圍護結(jié)構(gòu)保持不變的情況下,只改變研究對象圍護結(jié)構(gòu)的特性,分析其對建筑能耗的影響。同時,對圍護結(jié)構(gòu)不同組合情況下的建筑能耗進行模擬,研究圍護結(jié)構(gòu)整體的節(jié)能潛力。 4.2模擬步驟 在建立好建筑模型的基礎(chǔ)上，對建筑物進行描述，建筑主要參數(shù)：建筑命名，房間命名，地理位置，方位，經(jīng)驗系數(shù)。建筑主要構(gòu)件：外墻，內(nèi)墻，樓板，屋頂，樓地，門，窗。 建筑命名：點擊 “建筑編輯 ”中的 “編輯建筑 ，或者工具欄中的在名稱欄可查看建筑名。 房間命名：點擊“活動樓層控制”工具欄中的“顯示房間”，可以顯示或隱藏房間標識，。此房間名稱為系統(tǒng)自動分配，若要按系統(tǒng)自動重新命名，則點擊“系統(tǒng)描述”的“系統(tǒng)房間自動重命名”。 地理位置：點擊 “顯示 ”中的 “顯示瀏覽窗口 ”，在圖中選定地點按鈕點擊“城市 ”選項，擇建筑所在城市最后點擊“確定 ”。該選項十分重要，因為不同的城市會有不氣象條件，根據(jù)所選城市DeST 會調(diào)用氣象數(shù)據(jù)生成程序計算當?shù)氐娜曛饡r氣象參數(shù)。 房間功能：在商業(yè)建筑中，房間的功能不同其內(nèi)部的人員、燈光、設(shè)備、系統(tǒng)的情況就不同，這將在很大程度上影響房間最終的負荷。所以“房間功能”是一個非常重要的參數(shù)。點擊“顯示”中的“顯示瀏覽窗口”或者直接在工具欄中點選，在圖中選擇所需房間，在屬性工具欄上方選擇“基本屬性”，然后點擊“房間功能”，在彈出的房間類型工具欄中即可選擇房間的類型。在商建版中共有辦公室、客房、商場、洗手間、空房間幾種房間類型可供選擇。 建筑構(gòu)件：給當前樓層內(nèi)的房間選擇建筑構(gòu)件。如果當前樓層為首層，則應為其房間指定樓地代替樓板；如果當前層房間是頂層房間，則應為其指定屋頂構(gòu)件。內(nèi)墻、外墻、樓板、屋頂、樓地、門、窗等建筑構(gòu)件的選擇具有統(tǒng)一的對話框界面。先按“顯示”中的“顯示瀏覽窗口”，在圖中選定建筑構(gòu)件，在屬性工具欄中點擊構(gòu)件號即彈出所有可供選擇的構(gòu)件類型。選用時首先選定所要使用的構(gòu)件的類別，也可以選擇全部類別，對應該類別的所有可用構(gòu)件在列表中顯示其名稱，而其構(gòu)件圖例分頁顯示于其右方，當前選中的構(gòu)件其列表項和例均加亮顯示，選好所用的構(gòu)件后按OK 鈕并在“瀏覽窗口”中確認。 建筑全局設(shè)定：全局設(shè)定主要包括了建筑全局設(shè)定、空調(diào)系統(tǒng)全局設(shè)定、空氣處理設(shè)備全局設(shè)定及冷源、熱源的全局設(shè)定等。如果建筑或系統(tǒng)的某項參數(shù)具有相同的設(shè)定，則可以利用以上全局設(shè)定功能對該參數(shù)進行整體修改。 “建筑全局設(shè)定”可以整體設(shè)定建筑的各項參數(shù)，如建筑所在地點、房間功能、通風設(shè)定、窗墻比設(shè)定、各圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)，如果建筑的某項參數(shù)有相同的設(shè)定（例如外墻構(gòu)件都采用的材料相同），則可以通過“建筑全局設(shè)定”方便、快捷的進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。設(shè)定后建筑的所有的相關(guān)參數(shù)會修改為“建筑全局設(shè)定”中所設(shè)定的參數(shù)。 模擬計算：模擬計算菜單的主要功能是根據(jù)用戶輸入的信息，對建筑負荷及自然采光性能、空調(diào)系統(tǒng)負荷、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源、風機水泵及輸配系統(tǒng)能耗等進行詳細的模擬計算，并可輸出并查看計算結(jié)果報表。模擬計算可以得到建筑的負荷分析表，其結(jié)果可以通過該按鈕輸出在EXCEL中查看：“輸出報表”命令是將DeST 計算出的數(shù)據(jù)結(jié)果以Excel 報表的形式表現(xiàn)出來。由于計算出的數(shù)據(jù)量較大，為了更好地滿足用戶的需求，DeST 提供了多個不同的選項，用戶可以選擇性的取出數(shù)據(jù)，根據(jù)自己的需要繼續(xù)對數(shù)據(jù)進行處理。在進行模擬計算前，需要對建筑物進行“建筑計算預處理”。模擬計算樣表如下，本次應用了建筑的冷熱負荷房間統(tǒng)計報表007： 5. 模擬計算與結(jié)果分析 分別對外墻、屋面、外窗進行分析。即在基準樓基礎(chǔ)上,分別只改變所要研究的外墻、屋面、外窗的熱工性能,模擬建筑全年能耗,并與基準樓進行比較。為了有效進行分析,對外墻、屋面、外窗分別設(shè)計了不同的熱工工況,選擇不同傳熱系數(shù)k/[W.(m2.K)-1]。根據(jù)根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準 GB 50189-2005 [附條文說明]》可知，北京地區(qū)屬于寒冷地區(qū) 選取基準樓的圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)：窗墻比設(shè)定為北0.3，東西0.35，南0.5,；屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.269，外墻傳熱系數(shù)為0.199，外窗傳熱系數(shù)為1.4。 5.1外墻傳熱系數(shù)改變對建筑能耗的影響 維持基準樓其他圍護結(jié)構(gòu)性能參數(shù)不變，依次改變外墻傳熱系數(shù)：0.199,0.256,0.297,0.33,0.418,0.466,0.591，運用DEST軟件進行模擬計算，其計算結(jié)果如圖所示： 外墻 傳熱系數(shù) 0.199 0.256 0.297 0.418 0.466 0.591 全年累計熱負荷 181862.92 182073.24 183176.92 183724.92 184386.14 185283.73 全年累計冷負荷 65651.46 65563.35 65698.97 65690.63 65621.29 65553.15 全年累計總負荷 247514.3818 247636.588 248875.8916 249415.554 250007.4293 250836.8834 5.2屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)改變對建筑能耗的影響 維持基準樓其他圍護結(jié)構(gòu)性能參數(shù)不變，依次改變屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：0.075，0.145,0.269,0.359,0.437,0.531；運用DEST軟件進行模擬計算，其計算結(jié)果如圖所示： 屋面 傳熱系數(shù) 0.075 0.145 0.269 0.359 0.437 0.531 全年累計熱負荷 181862.92 185378.22 190128.33 194681.58 201565.38 205341.22 全年累計冷負荷 65651.46 65837.38 64734.24 65072.86 65205.90 68464.79 全年累計總負荷 247514.3818 251215.6051 254862.5716 259754.4489 266771.2868 273806.0036 5.3外窗傳熱系數(shù)改變對建筑能耗的影響 維持基準樓其他圍護結(jié)構(gòu)性能參數(shù)不變，依次改變外窗傳熱系數(shù)：1.0，1.4,2.0,2.4,2.7,3.0；運用DEST軟件進行模擬計算，其計算結(jié)果如圖所示： 外窗 傳熱系數(shù) 1 1.4 2 2.4 2.7 3 全年累計熱負荷 181862.92 186597.74 195191.54 202330.96 212374.10 222054.23 全年累計冷負荷 65651.46 66043.63 67022.31 66280.18 63322.12 64428.72 全年累計總負荷 247514.3818 252641.3663 262213.8578 268611.1435 275696.224 286482.95 5.4模擬結(jié)果分析 1)圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)越小,全年累計負荷總量越小,建筑節(jié)能率越大。 2)建筑全年累計熱負荷隨外墻傳熱系數(shù)增大而增大的幅度較小,而全年累計冷負荷受外墻傳熱系數(shù)的影響不大;對于屋面,建筑全年累計熱負荷隨傳熱系數(shù)增大低的幅度較為顯著，而全年累計冷負荷隨屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的增大改變較小;對于外窗,建筑全年累計熱負荷隨傳熱系數(shù)增大而增大的幅度比屋面稍大,冷負荷隨外窗傳熱系數(shù)增大而改變的幅度較小。由此可見,在北京地區(qū),為了更有效地促進建筑節(jié)能,屋面、外窗熱工性能的改善是非常必要的。 3)圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)越小的工況,建筑全年累計負荷總量越小,建筑節(jié)能率越大。通過模擬計算不難看出,建筑全年累計熱負荷隨傳熱系數(shù)增大而增大的幅度較大,而全年累計冷負荷受傳熱系數(shù)的影響不大。 6.結(jié)論 本次通過對DEST的階段性學習，對DEST軟件有了初步掌握，初步模擬了圍護結(jié)構(gòu)對建筑能耗的影響，當下能源日趨緊缺，了解建筑的節(jié)能潛力無疑為今后的建筑設(shè)計提供有力的保證。本次學習可以得到如下結(jié)果： 1.圍護結(jié)構(gòu)熱工性能越好,建筑節(jié)能效果越好。 2.屋面和外窗的節(jié)能潛力較大，外墻節(jié)能潛力稍小圍護結(jié)構(gòu)整體的節(jié)能潛力很大。 3.北京地區(qū)建筑全年累計熱負荷隨外窗傳熱系數(shù)增加而增大的幅度較大,其次為屋面;受外墻傳熱系數(shù)的影響較小;建筑全年累計冷負荷隨圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)增大而變化的幅度小。 4.整體而言,建筑全年累計冷負荷受圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的影響不明顯。對于北京區(qū),改善圍護結(jié)構(gòu)熱工性能,在空調(diào)采暖季節(jié)能效果較好,在空調(diào)制冷季則效果不明顯。