公共建筑能耗主要影响因素的分析

公共建筑能耗主要影响因素的分析

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　低　温　建　筑　技　术　　　　　　　　　　　　　　2001年第3期(总第85期)52

公共建筑能耗主要影响因素的分析

梁　珍1　赵加宁1　路　军2

(11哈尔滨工业大学　150090;　21黑龙江省生物制品二厂　150078)

【摘　要】　通过建立办公楼和商场建筑能耗分析模型,利用DOE-2软件对哈尔滨办公楼和商场全年建筑能耗进行模拟计算,并以筛选显著因素为目的,根据正交试验设计理论设计试验(模拟计算),采用正交试验方差分析方法分析试验结果,得出了哈尔滨地区办公楼和商场的建筑能耗的主要影响因素。

【关键词】　建筑能耗;正交试验;方差分析;模拟

【中图分类号】　TU11114　　　　【文献标识码】　A　　　　【文章编号】　1001-6864(2001)03-0052-03　　　

ANALYSISOFTHEMAINFACTORSOFENERGYCONSUMPTIONPUBLICPOUIRLDING

LIANGZhen　ZHAOJianing　LUJun(HarbinInstituteofTechnology150090)

Abstract:Onthebasisofestablishingtheanalysingmodelofenergyconsumptionofofficebuildingandstore,theyearlyenergyconsumptionofofficebuildingandstoreinHarbinissimulatedutilizingsoftwareDOC-21Preliminarytestisdefinedaccordingtothetheoryoforthogonaltestdesign,andvarianceanalysismethodinor2thogonaltestisadoptedtoanalyzetestresults.Factorsnotablyinfluenceenergyconsumptionofofficebuildingandstoreinharbinarefoundout1

Keywords:Buildingenergyconsumprion,Orthogonallest,Varianceanalysis,Simulation

0　前言

析,二是方差分析。以一个三因子2水平的试验来说明,直观分析就是分别求出三个因子的1、2水平的试结果的差值,比较这三个差值,哪个因子的差值最大,哪个因子就是最主要的影响因素。方差分析与直观分析的区别在于不是简单地求差值,而是利用了数理统计中假设检验的方法,构造一个服从F分布的统计量,记为F,当某一因子的F值大于一定显著性水平(一般取0105)下的临界值时,便认为是显著性因子,F值越大,影响就越显著。直观分析计算量小,但不能避免试验误差的干扰,而方差分析虽然计算量大,倮可以克服试验误差的干扰,分析结果更真实可靠。本文便采用方差分析法。

3　分析模型建立

建筑能耗是指建筑使用能耗,包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、电器等方面的能耗。近年来,随着人们生活水平的提高,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。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。

1　DOE-2简介

是美国加州大学劳伦斯贝克利试验室在美国能源部支持下,于1981年编制成功的建筑能耗分析软件,经多次修改升级,现已具备了十分完善的能耗分析功能,是目前应用最广的能耗分析软件。输入逐时气象资料、建筑围护结构、内部使用情况(包括人员、照明、设备的情况)、空调系统形式、运行状况以及冷热源的选择情况等信息,便可模拟计算出建筑物的全年建筑能耗。利用DOE-2既可以对实际的建筑物进行模拟计算,也可以通过建立能耗分析模型,对虚拟的建筑物进行能耗模拟计算。

2　正交试验法

因为本文研究是哈尔滨地区办公楼和商场的建筑能耗的显著性因子,所以不能拿某一具体的办公楼和商场来进行模拟,而必须建立办公建筑的能耗分析模型,其目的主要是确定建筑能耗的影响因子及其取值(水平)。

311　影响因子的确定

办公楼和商场的建筑能耗均主要包括空调(包含采取)、照明、设备的能耗,相应的影响因子就是由影响空调、照明、设备能耗的因子组成,见表1。由于办公楼和商场的建筑情况和使用情况都有差别,所以影响因子也完全相同。

从表1可以看出,办公楼要考察的因子有17个,商场有

12个。办公楼与商场建筑能耗影响因子的差别是前者比后

正交试验的安排可以通过设计正交表来完成,试验工作者在长期的工作中已经总结出了一些常用的正交表供人们参考使用,这些正交表可以从有关试验设计的书籍中查到。

按照正交表完成试验后,需要对试验数据进行分析,才能找出显著性因子,试验数据有两种分析方法,一是直观分

公共建筑能耗主要影响因素的分析

梁珍等:公共建筑能耗主要影响因素的分析53

者多了层数,建筑长宽比,开灯时间,设备运行时间,系统形式等5个因子,原因如下:

表1

能耗项目

个水平进行试验(模拟计算),但试验的因子水平的取值又必须符合实际情况和规范的要求,这样试验的结果才有意义。

表2给出了层高为3m,建筑面积为5000m2、80000m2,层数为5层、20层的不同组合情况下最小建筑长宽比和一个较大的建筑长宽比。为了计算方便,表中的某些数据有的没有按照建筑模数确定。

表2　　建筑面积、层数及长宽的比不同组合情况

建筑面积

500050008000080000

能耗分析模型因子

影　响　因　子

建筑面积,层数,朝向,建筑长宽比,窗墙比,墙

办公楼空调

商场办公楼照明

商场

设备

办公楼商场

体、屋面和窗体结构,室内温度,人员密度,照度标准,开灯时间,灯具类型,设备功率、运行时间、新风指标,系统形式

建筑面积,朝向,窗墙比,墙体、屋面、窗体结构,室内温度,人员密度,照度标准,灯具类型,设备功率,新风指标

照度标准,开灯时间,灯具类型照度标准,灯具类型设备功率,设备运行时间设备功率

层数

520520

层高

3333

长

3116791015182316126153851163121376

宽

31161217151810161261541156313291

建筑长宽比

161212121913147

(1)　办公楼的因子中,建筑面积、层数、建筑长宽比实际反映的是体形系数的大小,本文之所以没有采用体形系数作为因子,而是把它分割为三个因子,是因为在办公楼中,一个体形系数值可以有很多种建筑面积、层数、建筑长宽比的组合,如果用体形系数作为因子会给模拟计算带来不便,而商场的体形系数与其建筑面积有一定的相对关系,反映体形系数的大小只需建筑面积一个因子即可

[1]

4　正交试验及结果分析

办公楼的17个2水平因子和商场的12个2水平因子,用L20(219)正交表来安排试验可以满足要求,即需要对办公楼和商场分别进行20次模拟计算,每次模拟计算时,各因子的值根据L20(219)正交表[2]中的因子水平,由表2查得,所考察的每个因子占有正交表的一列,20次模拟计算结束后,利用公式(1)由试验结果计算各例的F值:

　　F=

fj

fe

(1)

;

(2)　商场的灯和设备在商场的营业时间内都是开启和

运行的,不存在开灯时间和设备运行时间的变化,所以不作为因子提出,而办公楼的灯和设备的开启和运行时间在不同的办公楼内因办公性质和管理制度的不同而有一定的差别,应作为因子提出;

(3)　办公楼的空调系统形式一般有集中式和半集中式

2

2式中:Qj为第j列上的离差平方和,Qj=-ni

20

n

(∑yi)2;m1j表示第j列第1个水平所对应的数据之和;m2j表

i=1

示第j第2个水平所对应的数据之和,yi表示第i次的试验数据;ni为各水平重复试验次数;n为总试验次数;式中:fj———自由度,fj=水平数-1,在本次试验中fj=1;

Qe———各空白列的离差平方和之和,认为是随机误差

两种,所以空调系统形式应作为因子提出,而商场的空调系统形式一般为集中式系统,所以不作为因子提出。

另外,在办公楼和商场的空调能耗影响因子中都没有包含层高、外门面积和材料,是考虑到办公楼和商场的层高变化不大以及外门面积、外门材料变化对能耗影响很小缘故。

312　因子水平的确定

所产生的;

fe———空白列的自由度之和。

根据正交表L20(219)的安排,利用DOE-2软件,作者对哈尔滨地区的办公楼和商场分别进行了20次模拟计算,由于篇幅的限制,在此不列出模拟试验安排情况及每次模拟试验的结果,只给出其方差分析的结果,见表3。

在311所确定的因子中,每个因子都有很多水平,因本文的主要目的是分析因子的显著性,故没有必要采用过多的水平数进行研究,只需在其常用的水平中取其相差较大的两　　表3

建

筑面积　　

919411

建筑能耗正交试验分析结果

层数　　　　

516-

因子

朝向　　　　

02

建筑长宽比　

014-

窗墙比　　　

1120

墙体结构　　

318318

屋面结构　　

211017

窗体结构　　

316116

室内温度　　

8141514

人员密度　　

38131813

照度标准　　

3174613

开灯时间　　

1317-

灯具类型　　

2014151

设备功率　　

6141511

设备运行时间

312-

新风指标　　

63178916

系统形式　　

1117-

办公楼

F

商场

取显著性水平为0105,F0105(1,2)=18151[2][3],F0105(1,

7)=559[2][3],故分别用18151和5159作为办公楼和商场的检

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寒区节能住宅建筑中存在的问题探析

李　葳1　李　蕤2　汪庆波3

(11齐齐哈尔市建筑设计院　161005;　21北京华特建筑设计有限公司　161005;　31齐齐哈尔市工民建筑公司　161000)

【摘　要】　严寒地区节能住宅在使用中出现了墙体结露、霉斑,抹灰龟裂,窗户保温性能差,热桥保温不当等问题,影响了节能住宅的环境质量,仅就这几方面的问题加以分析。

【关键词】　节能住宅;热桥;结露

【中图分类号】　TU11114　　　　【文献标识码】　B　　　　【文章编号】　1001-6864(2001)03-0054-02　　　　　北方严寒地区,采暖期在六个月左右,住宅的围护结构采用490厚砖墙,不仅采暖能耗大,而且热环境质量差。自八十年代末期开始兴建节能示范建筑,十几年来得到了迅速发展。据资料介绍,全国已建成的节能建筑面积超过一亿平方米。这不仅降低了采暖能耗,减轻了环境污染,而且室内的热环境质量也得到了改善和提高。但节能住宅在使用过程中,也存在着墙体结露、长毛,抹灰龟裂,节能窗的密封保温性能差,热桥保温处理不当等问题,影响了住宅的环境质量。下面仅就这几方面的问题,加以分析。

1　墙体

板底,有的与主体结构脱离,墙面出现空鼓,致使楼面、屋面处抹灰下沉,保温效果大大降低,同时内墙面出现裂缝。内保温在使用中还有诸多不便,尤其在装修房时,容易破坏保温材料的完整性,或局部由于钉钉子而产生热桥,不利于住户的二次装修。因此,这种复合墙体应慎用。

112　外保温

基本消除了热桥的影响,对主体结构还有保护作用,尤其外贴聚苯板复合墙体使用效果较好,应用逐步增多。在构造柱处:

R0=Ri+∑R+Re

=0111+++++0104

01931174010410193

=11794m2K/W

2

R′k/w0=11953mm

′θi=ti-′′

()

(ti-te) Ri

R0R′0

大都采用复合墙体,有内保温、外保温和夹心保温三种形式。

111内保温

内保温在丁字墙、构造柱及窗框四周不可避免地形成热桥,冬季热桥处内表面缓霜结露,再加上严寒地区内通风不畅,致使霉菌滋生,甚至在墙面蔓延,恶化了室内环境,影响了住户的身心健康。天棚处由于保温材料不连续,未能顶到

=15138℃

′

ti=18℃,φ=60%,td=1011℃,θi>td

由此可见,外保温充分发挥了保温材料的性能,墙体减薄,却不会结露。

验临界值,当Fj大于检验临界值时,则第j列上的因子对指标影响显著,否则不显著。

从表3可见,在哈尔滨地区,影响办公楼的显著因素:人员密度,灯具类型,新风指标;影响商场的显著因素:室内温度,人员密度,照度标准,灯具类型,设备功率,新风指标。

从试验结果可见,人员密度,灯具类型,新风指标对哈尔滨地区的办公楼和商场能耗均有显著的影响,除此之外,室内温度,照度标准,设备功率对商场能耗的影响也较显著。这说明在哈尔滨地区商场建筑能耗的内部因素要多于办公楼,这样的试验结果符合商场和办公楼的建筑与使用特点。

5　结论

511　利用正交试验理论和模拟计算软件研究建筑能耗影响

项数据的选取应十分慎重,并采用合理的调节风量方式。

513　灯具类型是影响哈尔滨地区办公楼和商场建筑能耗的

主要因素,试验结果表明使用普通荧光灯和白炽灯能耗差别就很大,如果能使用节能灯,则节能效果会更明显。

参考文献

[1]李本文,赵加宁1大中型商场空调态冷负荷分析模型的建立〔J〕,

建筑热能通风空调,2000,12(19):19-21。

[2]关颖男,施大德1试验设计方法入门1北京:冶金工业出版社,

1991。

[3]曹彬,许承德1概率论与数理统计〔M〕,哈尔滨工业大学出版社,

1996,7。

因素时因子水平取值要合理,否则会直接影响到试验(模拟计算)结果,从而得出不正确的结论。

512　人员密度、新风指标是影响严寒地区办公楼和商场能

[收稿日期]　2001-02-13

[作者简介]　梁珍,女,1971年12月生,山西运城人,硕士研究

生,助教,现从事建筑热能工程专业。

耗的非常重要的因素,这一点提示我们在空调设计中对此两

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pvgi.html