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摘要：本文利用能耗模拟分析软件DeST，建立某建筑的物理模型，并通过改变建筑外墙及外窗热工性能、外窗遮阳系数等参数，分别对建筑的全年累计耗冷耗热量进行计算，根据计算结果判断不同参数对建筑的总体热工性能的影响，并对不同的节能措施的节能效果及其节能潜力进行分析，提出能够有效降低大型公共建筑能耗的手段，从而有针对性地给建设单位和设计单位提供合理的改进意见，减少由于设计不当引起的建筑高能耗，有效地降低公共建筑的能耗。
关键字：大型公共建筑;能耗模拟;冷热负荷影响因素
Abstract: In this paper, using the energy simulation analysis software DeST, establishes the physical model of a building, and by changing the building external wall and window thermal performance, shading coefficient of window parameters, respectively, for the construction of the annual consumption of cold heat consumption were calculated, according to the calculation result of different parameters on the overall thermal performance of buildings, and energy saving effect of different energy-saving measures and energy saving potential analysis, which can effectively reduce the energy consumption of large public construction means, so as to give the construction units and design units to provide reasonable recommendations, reduced due to the construction of high energy consumption caused by improper design, effectively reduce the energy consumption of public buildings.
Key words: large public buildings; energy consumption simulation; cooling and heating load influence factors
中图分类号：TU111.4+8
前言：
北京市建筑用能占全市终端能耗的比例已超过30％，其中大型公共建筑总面积虽仅占北京市民用建筑总面积的5.4％，但全年总耗电量已达到33亿度，与全市所有民用住宅用电的总量相当，其单位面积能耗是居住建筑单位面积能耗的10～15倍。究其原因，一方面由于大型公建耗电设备较多，包括空调、照明、电梯、办公设备等；另一方面由于建筑内部人员、办公设备和照明发热量大，室内人员的增加同时造成新风负荷的增大，造成夏季空调冷负荷较大。
本文主要采用能耗计算软件模拟分析的方法，以某建筑为原型，通过改变建筑外墙传热系数、外窗传热系数、外窗遮阳系数、换气次数、人员新风量等参数，分别计算建筑全年累计耗冷耗热量，并通过对比得到影响建筑冷热负荷较大的因素。
建筑介绍
本建筑位于北京市，主要功能为办公用房，建筑面积为20393.98平米，体形系数为0.14，属于甲类建筑。外墙采用聚苯板保温，传热系数为0.6W/m2·K；屋面采用挤塑聚苯板保温，传热系数为0.55W/m2·K；各朝向窗墙比为0.4，外窗传热系数2.7W/m2·K，遮阳系数为0.6，满足《公共建筑节能设计标准》（DB11/687-2009）的要求。
建立建筑原型的模拟计算模型
按照設计图纸建立建筑原型的模型，并设置模拟计算所需要的参数。
（1）室内计算条件
表1 建筑室内计算条件
（2）围护结构热工参数
表2 围护结构热工参数
（3）房间内热负荷的强度和运行时间表
表3 房间内热负荷强度
表4 房间内热负荷强度运行时间表
（4）空调运行时间
日运行时间：7：00-19：00；夏季：5月15日-9月15日；冬季：11月15日-次年3月15日。
（5）室内通风换气次数设置
对于办公建筑，空调开启时室内为正压送风，不考虑与室外的通风换气。空调关闭时（19：00-7：00），通过门窗空气渗透换气，换气次数取0.5次/小时。
模拟计算结果
利用DeST软件对上述的建筑模型进行模拟计算，计算结果如下表所示：
表5 模拟计算结果
通过计算可知，建筑原型的全年最大热负荷为1629.50kW，最大冷负荷为1818.37kW；全年累计耗热量为658529.71kWh，全年累计耗冷量为73482.03kWh。由于办公建筑的室内人员、灯光和设备的散热量较大（最大时刻达到40W/m2），而室内的散热对冷负荷的影响是叠加作用，对热负荷起到了抵消作用，因此本建筑的全年累计耗冷量较大，接近全年累计耗热量的2倍。
各因素对建筑冷热负荷的影响
在本章中，将分别对建筑原型的外墙传热系数K值、外窗传热系数K值、外窗遮阳系数SC、换气次数及人员新风量进行调整（每次调整在建筑原型基础上增加或降低10%），通过对原型建筑和调整后建筑冷热负荷的分析，得到各因素对建筑负荷的影响，并对比各因素对建筑负荷影响程度如何。（以下各对比方案中的方案1都指的是建筑原型）
改变外墙传热系数
表6 改变外墙K值的各方案对比
图1 改变外墙K值的各方案对比
从图1可看出，减小外墙的传热系数对降低采暖能耗的效果较为明显，但对空调能耗的影响较小，这是因为北京地区冬季室内外温差较大，减小外墙K值能有效起到室内外通过外墙的传热，但夏季室内外温差很小，隔热的效果不是很明显。由表6和图1分析可知，外墙的传热系数每降低10%，建筑的全年累计耗热量将平均降低1.15%，而建筑全年累计耗冷量的降低可以忽略不计。
改变外窗传热系数
表7 改变外窗K值的各方案对比
图2 改变外窗K值的各方案对比
从图2可看出，与改变外墙K值引起的建筑冷热负荷变化相比，减小外窗的K值对降低建筑全年累计耗冷耗热量的效果更为明显，这是因为外窗的传热系数比外墙较高，降低相同比例的K值对外窗来说实际降低的传热系数绝对值更大，因此通过外窗的传热量也较大，因此其对建筑冷热负荷影响也较大。通过表7和图2的计算结果可知，外窗的传热系数每降低10%，建筑的全年累计耗热量将平均降低4.81%，建筑全年累计耗冷量将平均增加0.8%。
改变外窗遮阳系数
表8 改变外窗SC的各方案对比
图3 改变外窗SC的各方案对比
外窗遮阳系数对建筑冷热负荷的影响是双面的：在夏季，透过外窗的阳光会直接进入室内，并有可能形成冷负荷，增加了建筑冷负荷；在冬季，阳光进入室内增加了室内的太能辐射得热，从而降低了建筑本身采暖热负荷的需求。由表8和图3的结果可知，外窗遮阳系数每降低10%，建筑的全年累计耗冷量将平均降低3.58%，而全年累计耗热量将平均增加4.50%。
改变换气次数
表9 改变换气次数的各方案对比
图4 改变换气次数的各方案对比
换气次数的降低引起建筑全年累计耗热量有所减小，全年累计耗冷量略有增加。由表9和图4的计算结果可知，换气次数每降低10%，建筑全年累计耗热量将平均降低1.64%，全年累计耗冷量将平均增加0.55%。因此夏季夜间采取室外空气对室内进行预冷对降低空调设备启动时的能耗是有益的。
改变人员新风量
表10 改变人员新风量的各方案对比
图5 改变人员新风量的各方案对比
人员新风量的增加将对建筑全年累计耗冷耗热量有非常明显的影响，对耗热量的影响尤其突出。由表10和图5分析可知，人员新风量每增加10%，建筑全年累计耗热量将平均增加8.35%，累计耗冷量将平均增加1.04%。因此在实际工程中进行人员新风量选择时，应充分考虑建筑功能、档次、人员密度、卫生要求及节能的要求，选择合理的新风量，在满足其他要求的前提下尽量降低新风量，满足节能要求。
总结
通过以上的分析，各因素对建筑的冷热负荷都有不同程度的影响，在各参数都调整30%的情况下，新风量调整对建筑全年累计耗冷耗热量的影响最大，达到11%，其余依次是外窗K值影响（3.65%）、外窗遮阳系数影响（2.03%）、外墙K值影响（0.98%），对冷热负荷影响最小的是夜间通风换气次数（0.71%）。
建筑冷热负荷是节能的基础，只有在设计阶段对建筑的热工性能指标严格控制，从源头上做到节能，才能使建筑在将来的使用中真正做到节能。
【参考文献】
[1]《公共建筑节能设计标准》，DB11/687-2009
关键字：大型公共建筑;能耗模拟;冷热负荷影响因素
Abstract: In this paper, using the energy simulation analysis software DeST, establishes the physical model of a building, and by changing the building external wall and window thermal performance, shading coefficient of window parameters, respectively, for the construction of the annual consumption of cold heat consumption were calculated, according to the calculation result of different parameters on the overall thermal performance of buildings, and energy saving effect of different energy-saving measures and energy saving potential analysis, which can effectively reduce the energy consumption of large public construction means, so as to give the construction units and design units to provide reasonable recommendations, reduced due to the construction of high energy consumption caused by improper design, effectively reduce the energy consumption of public buildings.
Key words: large public buildings; energy consumption simulation; cooling and heating load influence factors
中图分类号：TU111.4+8
前言：
北京市建筑用能占全市终端能耗的比例已超过30％，其中大型公共建筑总面积虽仅占北京市民用建筑总面积的5.4％，但全年总耗电量已达到33亿度，与全市所有民用住宅用电的总量相当，其单位面积能耗是居住建筑单位面积能耗的10～15倍。究其原因，一方面由于大型公建耗电设备较多，包括空调、照明、电梯、办公设备等；另一方面由于建筑内部人员、办公设备和照明发热量大，室内人员的增加同时造成新风负荷的增大，造成夏季空调冷负荷较大。
本文主要采用能耗计算软件模拟分析的方法，以某建筑为原型，通过改变建筑外墙传热系数、外窗传热系数、外窗遮阳系数、换气次数、人员新风量等参数，分别计算建筑全年累计耗冷耗热量，并通过对比得到影响建筑冷热负荷较大的因素。
建筑介绍
本建筑位于北京市，主要功能为办公用房，建筑面积为20393.98平米，体形系数为0.14，属于甲类建筑。外墙采用聚苯板保温，传热系数为0.6W/m2·K；屋面采用挤塑聚苯板保温，传热系数为0.55W/m2·K；各朝向窗墙比为0.4，外窗传热系数2.7W/m2·K，遮阳系数为0.6，满足《公共建筑节能设计标准》（DB11/687-2009）的要求。
建立建筑原型的模拟计算模型
按照設计图纸建立建筑原型的模型，并设置模拟计算所需要的参数。
（1）室内计算条件
表1 建筑室内计算条件
（2）围护结构热工参数
表2 围护结构热工参数
（3）房间内热负荷的强度和运行时间表
表3 房间内热负荷强度
表4 房间内热负荷强度运行时间表
（4）空调运行时间
日运行时间：7：00-19：00；夏季：5月15日-9月15日；冬季：11月15日-次年3月15日。
（5）室内通风换气次数设置
对于办公建筑，空调开启时室内为正压送风，不考虑与室外的通风换气。空调关闭时（19：00-7：00），通过门窗空气渗透换气，换气次数取0.5次/小时。
模拟计算结果
利用DeST软件对上述的建筑模型进行模拟计算，计算结果如下表所示：
表5 模拟计算结果
通过计算可知，建筑原型的全年最大热负荷为1629.50kW，最大冷负荷为1818.37kW；全年累计耗热量为658529.71kWh，全年累计耗冷量为73482.03kWh。由于办公建筑的室内人员、灯光和设备的散热量较大（最大时刻达到40W/m2），而室内的散热对冷负荷的影响是叠加作用，对热负荷起到了抵消作用，因此本建筑的全年累计耗冷量较大，接近全年累计耗热量的2倍。
各因素对建筑冷热负荷的影响
在本章中，将分别对建筑原型的外墙传热系数K值、外窗传热系数K值、外窗遮阳系数SC、换气次数及人员新风量进行调整（每次调整在建筑原型基础上增加或降低10%），通过对原型建筑和调整后建筑冷热负荷的分析，得到各因素对建筑负荷的影响，并对比各因素对建筑负荷影响程度如何。（以下各对比方案中的方案1都指的是建筑原型）
改变外墙传热系数
表6 改变外墙K值的各方案对比
图1 改变外墙K值的各方案对比
从图1可看出，减小外墙的传热系数对降低采暖能耗的效果较为明显，但对空调能耗的影响较小，这是因为北京地区冬季室内外温差较大，减小外墙K值能有效起到室内外通过外墙的传热，但夏季室内外温差很小，隔热的效果不是很明显。由表6和图1分析可知，外墙的传热系数每降低10%，建筑的全年累计耗热量将平均降低1.15%，而建筑全年累计耗冷量的降低可以忽略不计。
改变外窗传热系数
表7 改变外窗K值的各方案对比
图2 改变外窗K值的各方案对比
从图2可看出，与改变外墙K值引起的建筑冷热负荷变化相比，减小外窗的K值对降低建筑全年累计耗冷耗热量的效果更为明显，这是因为外窗的传热系数比外墙较高，降低相同比例的K值对外窗来说实际降低的传热系数绝对值更大，因此通过外窗的传热量也较大，因此其对建筑冷热负荷影响也较大。通过表7和图2的计算结果可知，外窗的传热系数每降低10%，建筑的全年累计耗热量将平均降低4.81%，建筑全年累计耗冷量将平均增加0.8%。
改变外窗遮阳系数
表8 改变外窗SC的各方案对比
图3 改变外窗SC的各方案对比
外窗遮阳系数对建筑冷热负荷的影响是双面的：在夏季，透过外窗的阳光会直接进入室内，并有可能形成冷负荷，增加了建筑冷负荷；在冬季，阳光进入室内增加了室内的太能辐射得热，从而降低了建筑本身采暖热负荷的需求。由表8和图3的结果可知，外窗遮阳系数每降低10%，建筑的全年累计耗冷量将平均降低3.58%，而全年累计耗热量将平均增加4.50%。
改变换气次数
表9 改变换气次数的各方案对比
图4 改变换气次数的各方案对比
换气次数的降低引起建筑全年累计耗热量有所减小，全年累计耗冷量略有增加。由表9和图4的计算结果可知，换气次数每降低10%，建筑全年累计耗热量将平均降低1.64%，全年累计耗冷量将平均增加0.55%。因此夏季夜间采取室外空气对室内进行预冷对降低空调设备启动时的能耗是有益的。
改变人员新风量
表10 改变人员新风量的各方案对比
图5 改变人员新风量的各方案对比
人员新风量的增加将对建筑全年累计耗冷耗热量有非常明显的影响，对耗热量的影响尤其突出。由表10和图5分析可知，人员新风量每增加10%，建筑全年累计耗热量将平均增加8.35%，累计耗冷量将平均增加1.04%。因此在实际工程中进行人员新风量选择时，应充分考虑建筑功能、档次、人员密度、卫生要求及节能的要求，选择合理的新风量，在满足其他要求的前提下尽量降低新风量，满足节能要求。
总结
通过以上的分析，各因素对建筑的冷热负荷都有不同程度的影响，在各参数都调整30%的情况下，新风量调整对建筑全年累计耗冷耗热量的影响最大，达到11%，其余依次是外窗K值影响（3.65%）、外窗遮阳系数影响（2.03%）、外墙K值影响（0.98%），对冷热负荷影响最小的是夜间通风换气次数（0.71%）。
建筑冷热负荷是节能的基础，只有在设计阶段对建筑的热工性能指标严格控制，从源头上做到节能，才能使建筑在将来的使用中真正做到节能。
【参考文献】
[1]《公共建筑节能设计标准》，DB11/687-2009