公共建筑围护结构对建筑能耗影响

DEST软件学习报告---公共建筑围护结构对建筑能耗的影响学院：市政与环境工程班级：能源与环境姓名：吴静学号：1423510461DEST软件学习报告——公共建筑围护结构对建筑能耗的影响（环境科学与工程吴静1423510461）摘要：以北京地区某拟建公共建筑为研究对象,应用能耗模拟软件DeST—C,分别模拟分析了不同热工性能的外墙、屋面、外窗以及围护结构整体对建筑能耗的影响。分析得到围护结构热工性能对建筑冷热负荷的不同影响,以及围护结构单体与整体的节能潜力。关键词：热工性能;围护结构;DeST—C;能耗模拟;公共建筑;能耗影响1.引言围护结构作为建筑内外环境热交换的重要通道，对建筑能耗影响巨大。近年来，随着人们生活水平的不断提高,人们对室内环境要求越来越高,相应的建筑能耗也越来越大,给能源供应和环境保护都造成了很大的压力。同时建筑环境控制系统的运行状况也必须随着建筑环境状况的变化而不断进行相应的调节，以实现满足舒适性及其它要求的建筑环境。由于建筑环境变化是由众多因素所决定的一个复杂过程，因此只有通过计算机模拟计算的方法才能有效地预测建筑环境在没有环境控制系统时和存在环境控制系统时可能出现的状况。如果能找出影响建筑能耗的主要因素,就意味着找到了节能的关键点,这对节能工作是非常有益的。为此清华大学建筑学院建筑技术科学系建筑环境与设备研究所（原清华大学热能系供热、通风与空气调节教研组）“综合十余年科研成果的结晶，开发出了用于建筑热环境设计模拟分析的软件平台——建筑热环境设计模拟工（Designer'sSimulationToolkit，简称DeST）。在DeST的基础上，针对公共建筑开发了专用的能耗模拟分析软件：DeST-c。2005年国家建设部发布的公共建筑节能设计标准中已明确规定:从北方至南方,围护结构分担节能率约25%~13%[4],这意味着新建公共建筑在围护结构设计时必须考虑节能要求,满足基本指标。北京地区作为典型的夏热冬冷地区,建筑能耗十分显著,那么围护结构热工性能对该地区公共建筑的影响究竟如何?本次作者应用DEST商建版DeST-C，以北京市某拟建的节能示范工程办公楼为研究对象,分别模拟分析了不同热工性能的外墙、屋面、外窗以及围护结构整体对建筑能耗的影响,并得到不同围护结构以及围护结构整体的节能潜力。2.DEST软件介绍2.1概述DeST软件的研发开始于1989年。开始立足于建筑环境模拟，1992年以前命名为BTP（BuildingThermalPerformance），以后逐步加入空调系统模拟模块，命名为IISABRE。为了解决实际设计中不同阶段的实际问题，更好地将模拟技术投入到实际工程应用中，从1997年开始在IISABRE的基础上开发针对设计的模拟分析工具DeST，并于2005年初步完成DeST2.0版本。如今DeST已陆续在国内、欧洲、日本、香港等地区开始得到应用。它基于“分阶段模拟”的理念，实现了建筑物与系统的连接。使之既可用于详细地分析建筑物的热特性，又可以模拟系统性能，较好地解决了建筑物和系统设计耦合的问题。建筑模拟软件的作用是为建筑环境及其控制系统的设计提供辅助分析数据，因此，实际设计过程的特点和逻辑关系应当体现在软件的模拟过程中。DeST在开发过程中融合了实际设计过程的阶段性特点，将模拟划分为建筑热特性分析、系统方案分析、AHU方案分析、风网模拟和冷热源模拟共5个阶段，为设计的不同阶段提供准确实用的分析结果，如建筑热特性的模拟计算提供建筑本体的热特性数据，方案模拟则提供方案设计的模拟分析结果，由此实现建筑环境及其控制系统设计的分阶段模拟。2.2操作界面DeST以AutoCAD为开发平台，用户可在AutoCAD界面下完成工程项目建模及各种能耗系统模拟计算等功能，因此，AutoCAD的一些命令在DeST中同样有效。DEST操作界面如下：3.建筑模型建立选北京地区办公楼为模拟分析对象。办公楼为单层框架结构公共建筑,层高3.6m,总建筑空调面积为1496.25m2。每层房间功能以教室为主，楼的朝向均为南北朝向。3.1建筑物底图的绘制使用DEST软件进行建筑物能耗模拟之前必须要进行底图的绘制，这一工作我们可以在DEST中进行也可以现在CAD中进行，主要步骤如下：1.沿墙体中心线描绘出各个楼层平面的轮廓图，用不同图层不同颜色表示出窗、墙、门的中轴线。2.将底图描好后一定要根据楼层的不同编辑好图层，一个楼层设置一个图层，标准层只设一层即可。3.若是用CAD绘制轮廓图，则将轮廓图复制到DEST软件中，新建DEST图层，在DEST中打开底图。4.选择菜单栏中“建筑描述”中的“新建建筑”按钮，在命令行中输入建筑名称。3.2门窗绘制在直墙上开门：点击“建筑描述”中的“在直墙上开门”，或是在工具栏中直接点选在命令栏里根据提示输入门高、门宽，最后在图中选择门的位置。用户可连续添加门直至点击鼠标右键为止。在直墙上开窗：点击“建筑描述”中的“在直墙上开窗”，或是在工具栏中直接点选，此时任务栏会出现给定大小（F）、随墙自动调整（A）、给定窗墙比（R）三种绘制方式，输入给定的字母并回车，命令栏中会提示不同的窗户参数。3.3建筑计算预处理执行“模拟计算”中的“建筑计算预处理”命令，可对整个建筑进行检查，确定整个建筑的完整性和门窗布置的合理性，自动删除一些歧异的围护结构，并且自动加入房间标识及热扰。。建议在建立比较复杂的建筑时应多存盘及执行“建筑计算预处理”命令检查围护结构的正确性。（注：在使用过程中如果遇到一些可变参数为未显示出现的情况，可能是由于未进行建筑预算预处理造成的）。在往后的建筑模拟中，改变任何一参数要进行下阶段的模拟时，必须要进行建筑计算预处理。其方法为点击菜单栏中的“模拟计算”中“建筑计算预处理”。3.4房间通风点击“建筑描述”下的“自动加入通风标志”，或者在工具栏中直接点选，用户可以根据命令栏的提示选择“房间与房间之间”的内通风、“房间与外界之间”的外通风或者“两者都有”，则DeST会自动加入所有符合要求的通风。也可以手动自行添加通风，自动通风中的房间与房间的通风不包括楼层之间的通风，需要手动添加。添加房间通风后需要对建筑物进行“建筑计算预处理”。至此，可以得到建筑模型平面图：4.建筑模拟工况4.1模拟方法与思路考虑到影响因素的多样性和复杂性,相对于实验测试而言,计算机模拟更为方便快捷[5]。应用DeST—c软件对建筑物进行全年逐时能耗模拟,研究围护结构的节能潜力。考虑北京市气温特点,在采暖季和空调季设定时,将采暖季设为11月15日到次年3月15日,空调季设为6月1日至8月30日。室内计算温度分别设为18°C和26°C。空调时间的换气次数为0,非空调时间换气次数设为0.5次/h。采暖设备能效比和空调设备能效比采用软件中默认的数据,分别取1.9和2.3。为了有效地分析围护结构的节能潜力,采用单项逐一分析与组合分析并用的研究方法,即在其他围护结构保持不变的情况下,只改变研究对象围护结构的特性,分析其对建筑能耗的影响。同时,对围护结构不同组合情况下的建筑能耗进行模拟,研究围护结构整体的节能潜力。4.2模拟步骤在建立好建筑模型的基础上，对建筑物进行描述，建筑主要参数：建筑命名，房间命名，地理位置，方位，经验系数。建筑主要构件：外墙，内墙，楼板，屋顶，楼地，门，窗。建筑命名：点击“建筑编辑”中的“编辑建筑，或者工具栏中的在名称栏可查看建筑名。房间命名：点击“活动楼层控制”工具栏中的“显示房间”，可以显示或隐藏房间标识，。此房间名称为系统自动分配，若要按系统自动重新命名，则点击“系统描述”的“系统房间自动重命名”。地理位置：点击“显示”中的“显示浏览窗口”，在图中选定地点按钮点击“城市”选项，择建筑所在城市最后点击“确定”。该选项十分重要，因为不同的城市会有不气象条件，根据所选城市DeST会调用气象数据生成程序计算当地的全年逐时气象参数。房间功能：在商业建筑中，房间的功能不同其内部的人员、灯光、设备、系统的情况就不同，这将在很大程度上影响房间最终的负荷。所以“房间功能”是一个非常重要的参数。点击“显示”中的“显示浏览窗口”或者直接在工具栏中点选，在图中选择所需房间，在属性工具栏上方选择“基本属性”，然后点击“房间功能”，在弹出的房间类型工具栏中即可选择房间的类型。在商建版中共有办公室、客房、商场、洗手间、空房间几种房间类型可供选择。建筑构件：给当前楼层内的房间选择建筑构件。如果当前楼层为首层，则应为其房间指定楼地代替楼板；如果当前层房间是顶层房间，则应为其指定屋顶构件。内墙、外墙、楼板、屋顶、楼地、门、窗等建筑构件的选择具有统一的对话框界面。先按“显示”中的“显示浏览窗口”，在图中选定建筑构件，在属性工具栏中点击构件号即弹出所有可供选择的构件类型。选用时首先选定所要使用的构件的类别，也可以选择全部类别，对应该类别的所有可用构件在列表中显示其名称，而其构件图例分页显示于其右方，当前选中的构件其列表项和例均加亮显示，选好所用的构件后按OK钮并在“浏览窗口”中确认。建筑全局设定：全局设定主要包括了建筑全局设定、空调系统全局设定、空气处理设备全局设定及冷源、热源的全局设定等。如果建筑或系统的某项参数具有相同的设定，则可以利用以上全局设定功能对该参数进行整体修改。“建筑全局设定”可以整体设定建筑的各项参数，如建筑所在地点、房间功能、通风设定、窗墙比设定、各围护结构参数，如果建筑的某项参数有相同的设定（例如外墙构件都采用的材料相同），则可以通过“建筑全局设定”方便、快捷的进行相关参数的设置。设定后建筑的所有的相关参数会修改为“建筑全局设定”中所设定的参数。模拟计算：模拟计算菜单的主要功能是根据用户输入的信息，对建筑负荷及自然采光性能、空调系统负荷、空调系统冷热源、风机水泵及输配系统能耗等进行详细的模拟计算，并可输出并查看计算结果报表。模拟计算可以得到建筑的负荷分析表，其结果可以通过该按钮输出在EXCEL中查看：“输出报表”命令是将DeST计算出的数据结果以Excel报表的形式表现出来。由于计算出的数据量较大，为了更好地满足用户的需求，DeST提供了多个不同的选项，用户可以选择性的取出数据，根据自己的需要继续对数据进行处理。在进行模拟计算前，需要对建筑物进行“建筑计算预处理”。模拟计算样表如下，本次应用了建筑的冷热负荷房间统计报表007：5.模拟计算与结果分析分别对外墙、屋面、外窗进行分析。即在基准楼基础上,分别只改变所要研究的外墙、屋面、外窗的热工性能,模拟建筑全年能耗,并与基准楼进行比较。为了有效进行分析,对外墙、屋面、外窗分别设计了不同的热工工况,选择不同传热系数k/[W.(m2.K)-1]。根据根据《公共建筑节能设计标准GB50189-2005[附条文说明]》可知，北京地区属于寒冷地区选取基准楼的围护结构参数：窗墙比设定为北0.3，东西0.35，南0.5,；屋面传热系数为0.269，外墙传热系数为0.199，外窗传热系数为1.4。5.1外墙传热系数改变对建筑能耗的影响维持基准楼其他围护结构性能参数不变，依次改变外墙传热系数：0.199,0.256,0.297,0.33,0.418,0.466,0.591，运用DEST软件进行模拟计算，其计算结果如图所示：外墙传热系数0.1990.2560.2970.4180.4660.591全年累计热负荷181862.92182073.24183176.92183724.92184386.14185283.73全年累计冷负荷65651.4665563.3565698.9765690.6365621.2965553.15全年累计总负荷247514.3818247636.588248875.8916249415.554250007.4293250836.88345.2屋面传热系数改变对建筑能耗的影响维持基准楼其他围护结构性能参数不变，依次改变屋面传热系数：0.075，0.145,0.269,0.359,0.437,0.531；运用DEST软件进行模拟计算，其计算结果如图所示：屋面传热系数0.0