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1、1办公楼空调能耗的 BIN-法模拟贾代勇 杜雁霞 程宝义简介： 本文采用一种简化的能耗分析方法BIN 法对南京地区一办公楼的年空调能耗进行了模拟计算。文章分析了负荷组成的几个主要影响因素及对建筑物年能耗的影响程度，绘出了各因子的影响曲线并提出了相应的节能措施。关键字：能耗模拟 BIN 法 节能措施 1 前言空调能耗在整个建筑能耗中占有相当大的比例。世界上有人估计，空调耗电量每年以 4%-5%的速度增长，许多发达国家空调用电量将占发电量的 1/2，合理支配空调系统的能量消耗已日益引起各国的重视。空调系统的节能是建筑节能的主要部分，通过对空调的负荷模拟可预测系统的性能，以便利用模拟结果修改空调和建
2、筑的节能设计；也可通过模拟研究负荷组成的各因素对负荷和能耗的影响，从而实现空调系统的最优设计和运行。因此，空调能耗模拟对空调系统节能的优化设计和运行管理都有着重要的意义。2 模拟方法空调系统的能耗计算分为精确模拟计算和简化模拟计算两种方法。基于精算法各2国学者已开发出了很多较为成熟的软件如 DOE-2、BLAST、HASP、NBSLD 等。但这类软件一般较为复杂，不适于一般的设计人员和运行管理人员使用。简算法包括度日法、当量运行小时法和 BIN 法等。笔者以 BIN 法为基础，设计了南京地区建筑物空调能耗的模拟计算程序，并用该程序对南京地区一办公楼的空调能耗进行了模拟和分析。空调假想负荷的组成
3、主要包括太阳辐射热、建筑传热、内部负荷、新风及渗透风负荷。为了简化计算可作如下假设：假设围护结构负荷（包括温差传热和日射得热）和新风(渗透风)负荷与室外温度有着线性关系。3 能耗模拟数学模型3.1 日射负荷（1）平均日射负荷（W/m2），7 月份和 1 月份的平均日射负荷分别记为， ；建筑物所有外窗的朝向数；朝向的最大得热因素（W/m2）；朝向的窗的总面积（m2）；朝向的遮阳系数；朝向的 24 小时日射冷负荷系数之和；月平均日照率；空调系统运行小时数（h）；3建筑物的空调面积（m2）；与室外气温之间存在如下的线性关系：（2）式中：高峰冷负荷温度（）；高峰热负荷温度（）；3.2 传导负荷传导负荷
4、由两部分组成：（a）通过屋面、墙体、玻璃窗由温差引起的稳定传热部分，用下式进行计算。（3）分别为夏季、冬季由温差引起的传导负荷（W/m2）建筑物传导表面数；第个表面（或玻璃窗）面积（m2）；第个表面的传热系数（W/m2.）；室外气温（）；室内设计温度（）；4（b）通过屋面、墙体由日射得热引起的不稳定传热部分可通过下式计算（4）则有： (5）其中：由日射形成的传导负荷（ W/m2），下标表示月份；由日射形成的墙体冷负荷温差（）（可查阅参考文献1）；墙体外表面颜色修正系数Tph高峰热负荷温度3.3 内部负荷（6）式中：同时使用系数设备和照明的最大负荷或房间内最大人数的人体散热；3.4 新风负荷显热
5、负荷： （7）潜热负荷： （8）式中：新风量（m3/h）；5对应各温度频段的室外空气含湿量（g/kg）；4 南京地区一办公楼年空调负荷的模拟南京地区一四层办公楼，层高 3.6m，南北朝向。建筑面积 3200 m2，工作时间为8：00-18：00。夏季室内设计温度 26，相对湿度 50%；冬季设计温度 20，相对湿度 50%。人员密度按 0.1 人/ m2，新风量标准 30m3/h .人；电脑、复印机、打印机等办公自动化设备发热量按 15W/m2，同时使用系数按 0.6 计；照明负荷按20W/m2，同时使用系数按 0.5 计。其它计算参数为：(1)外墙：水泥沙浆+24 砖墙+石灰沙浆，传热系数
6、K=1.95W/m2.K；南墙 621.3 m2，北墙 638.6 m2，东墙 178.1 m2，西墙 178.1 m2。(2)外窗：单层 3mm 平板玻璃单层铝合金推拉窗，内挂浅绿色窗帘，遮阳系数 SC为 0.55,传热系数 K=6.4W/m2.K；北窗 260 m2 ，南窗 255 m2 ，西窗 12 m2 ，东窗 12 m2 。(3)屋面：加气混凝土保温屋面，保温层 200mm，传热系数 K=0.94W/m2.K，面积823.7 m2。以南京地区 1992 年的气象参数为例，采用一班制空调（8：00-18：00）其 BIN 参数3如下表所示。 南京地区 1992 年的 BIN 参数 BI
7、N-66-4-20246810121416小时数/h1731661642092672302117194218215平均湿球温度/-6.5-4.26-2.120.670.782.243.805.217.069.1210.5712.13BIN18202224826283032343638小时数/h25623830032129228821714198593平均湿球温度/913.3115.0517.7320.4221.2622.6923.8424.8526.4427.1627.07平均含湿量 g/kg7.88.710.913.514.015.216.216.619.01019.418.5根据南京地区的
8、气候特点和建筑物的用途，取 38 ，取-6。夏季空调运行时间均按 10 小时，冬季供暖时间按 24 小时计。按文献1计取，取 1；7 月份和 1 月份的分别取 0.64 和 0.44。根据（1）-（8），可计算出总供冷负荷与室外温度的关系式：（9）将各频段的能耗量乘以相应的 BIN 小时数并进行叠加则可得全年的总空调能耗量。5 模拟结果分析由于南京地区属非采暖地区，夏季空调耗冷量是全年能耗的主要部分。本例仅针对夏季耗量进行了研究，并采用笔者自行设计的程序对该建筑物的需冷量进行了模拟，得到了设计参数下的年空调耗冷量为 100.22KWh/m2。其中日射负荷占14.0%，传导负荷占 14.3%，内
9、部负荷占 55.6%，新风负荷占 16.1%。 从计算过程可以看出，空调系统的能耗的主要影响因素包括室内设计温度、围护结构、人员密度、照度、新风指标、窗墙比、遮阳系数等。当各因子变化时，相应的年耗冷量变化如图 1-8 所示。11图 1 室内设计温度耗冷量曲线图 2 新风指标耗冷量曲线图 3 窗墙比耗冷量曲线 图 4 遮阳系数耗冷量曲线图 5 人员密度耗冷量曲线图 6 设备发热量耗冷量曲线图 7 照度耗冷量曲线图 8 窗户传热系数耗冷量曲线12图 9 墙体传热系数耗冷量曲线由图 1 可以看出，当夏季室内温度降为 25，年空调耗冷量为 105.94KWh/m2，即夏季室内设计温度每降低 1，年耗冷
10、量平均增加约 5.7%，因此夏季应在满足舒适性的条件下尽量提高室内设计温度。当新风量指标增大至 50m3/h.人时，新风量为 16000 m3/h，相应的年空调能耗量增加率为 10.77%。根据图 4 可知，窗户遮阳系数对能耗有着重要的影响，因而采取悬挂窗帘作内遮阳是既经济又可美化室内环境的一种节能措施。由图 5、6、7 可知，当人员密度由 0.1 人/m2 增加至 0.2 人/m2 时，能耗量增加 39.21KWh/m2；而内部设备发热量由 15 W/m2 增加至 30 W/m2 时，能耗增加率达 15.4%；室内照度由 20 W/m2 增加至 25 W/m2 时，能耗增加率为 4.3%。由
11、此可见，办公楼的内部负荷是建筑能耗量中的重要影响因素，特别是在现代智能办公大楼内，办公自动化设备的大量使用成为空调负荷的主要组成部分。因此，在进行空调负荷计算和能耗预测时，室内设备的发热量不容忽视。由图 3、图 8 和图 9 可以看出，窗墙面积比及外墙、外窗等围护结构的传热系数的改变对能耗量的影响相对较弱。例如，将窗墙比由 0.4 减小为 0.3，节能率仅为 3.4%；将外墙由原设计条件改为加气混凝土保温外墙时，传热系数降为 1.3W/（m2. ），能耗下降率为 3.9%；而将窗户改为双层金属窗时，遮阳系数由 0.55 将为 0.48，传热系数由 6.4 降为 4.4，平均节能率为 2.41%
12、。因此，在南京地区减小窗墙面积比、采用双层窗及保温外墙和保温屋面的节能效果并不明显。这是由于在该地区的气候条件下，办公建筑的内部负荷所占比例较大所致。6 结论由以上分析可以看出，在南京地区的气候条件下，以空调能耗为主的办公类建筑，13其能耗的影响主要因素为室内设计温度、人员密度、设备发热量、照度、遮阳系数和新风指标。因此，在建筑物的设计阶段应充分考虑各因子的影响程度，合理选择各设计参数，优化空调系统的设计，从而达到节能降耗的目的。参考文献1Energy Estimating Methods，ASHRAE HANDBOOK 1985 FUNDAMENTALS2龙惟定，用 BIN 参数作建筑能耗分析.暖通空调，1992，23杜垲，刘青，张建忠.应用联合频率表对传统 BIN 法的改进，暖通空调，2002（4），32
