珠三角地区商业和住宅建筑的典型建筑能耗模型研究

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目前,模拟工具在预测和评价城市或街区尺度的建筑能耗时存在较大的局限性。通过利用自上而下和自下而上的方法建立的典型建筑能耗模型,来研究各类新成果对建筑能耗的影响是一种成熟且有效的方法。然而,目前国内有关这方面的研究还比较少。因此,亟需提出典型建筑能耗模型的建立方法,并根据数据库信息,建立相应的典型建筑能耗模型。本文研究通过文献调研的方法,确定珠三角地区典型建筑研究中需要的最小样本数量。研究在满足足够的样本数量的前提下,对珠三角地区的典型建筑的耦合参数进行聚类法分析,对单一变量参数或简化为单一的变量参数则进行箱图法分析,其中对个别变量也会利用平均值和线性回归进行辅助分析。通过上述的数理统计方法得到模型的典型值,从而建立珠三角地区的典型建筑能耗模型。具体的研究工作及相关结论概括如下:(1)对典型建筑能耗模型输入参数的确定。典型建筑能耗模型的建立是一个复杂繁琐的过程,所建立的典型建筑能耗模型应能反映当地气候特点、空间特性、围护结构热工性能和建筑内部计划表等影响能耗的主要特征。本研究在参考美国典型建筑能耗模型输入信息的基础下,结合我国的社会现状、习惯等各方面因素,将模型输入信息重归类为建筑概况、建筑构造、空间布局和室内环境控制。本研究重点对珠三角典型建筑能耗模型需要的前三类信息做出设定。(2)对珠三角地区2000年后167栋商业建筑的工程图纸进行统计,建立商业建筑数据库,并提出相应的典型商业建筑能耗模型建立方法。首先,研究将商业建筑按功能分为商业办公、商场和酒店建筑,并根据各类空间布局信息建立相应的典型建筑模型。接着,通过加权平均法分别得到三类商业建筑围护结构的热工参数。然后,研究在文献调研的基础上,对三类商业建筑的人员密度、照明功率密度、设备功率密度和人均新风量进行设定,并提出三类商业建筑的人员、照明、设备及空调的逐时变化率。最后,利用Energy Plus软件对七种典型商业建筑进行全年能耗模拟,并利用广东省地方标准《公共建筑能耗标准》对提出的能耗模拟结果进行验证。验证结果表明:所建立的典型建筑能耗模型满足规范中的相应要求,即办公、商场和酒店建筑的单位面积能耗应分别在123~147 k Wh/m~2a、120~144 k Wh/m~2a、100~120 k Wh/m~2a约束值区间(其中,酒店的约束值考虑了生活热水能耗)。在一定程度上证明了典型商业建筑能耗模型的准确性和代表性。(3)对珠三角地区2000年后120个住宅小区的工程图纸进行统计,建立住宅建筑数据库,并提出建立典型住宅建筑能耗模型的方法。首先,研究将住宅建筑按规模分为住宅套型、住宅单体建筑和住宅小区,并根据各类空间布局信息建立相应的典型建筑模型。接着,通过聚类算法分别得到三种住宅建筑围护结构的热工参数。然后,研究在文献调研的基础上,提出了四种家庭模式,并对四种家庭模式的人员密度、照明功率密度、设备功率密度和人均新风量进行设定,同时提出其人员、照明、设备及空调的逐时变化率。最后,研究利用Energy Plus软件对七种典型住宅单体建筑和三种典型住宅小区进行全年能耗模拟,并利用珠三角地区广州市近年的上千栋住宅单体建筑的能源审计结果进行对比验证。验证结果表明:所建立的典型单体住宅建筑与能源审计结果的区间值30~32 k Wh/m~2a(未考虑生活热水能耗)相符。在一定程度上证明了典型住宅建筑能耗模型的准确性和代表性。本论文运用图纸统计、文献调研和数值模拟的方法,对商业和住宅建筑的典型建筑能耗模型进行研究。研究提出珠三角地区商业和住宅建筑的典型建筑能耗模型,可反映当地气候特点、空间特性、围护结构热工性能和建筑内部计划表等影响能耗的主要特征,为该地区相关节能研究中的横向和纵向比较,提供统一的建筑能耗模型。
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