CN105389419A - 一种居住建筑节能效果评价的简易方法 - Google Patents

一种居住建筑节能效果评价的简易方法 Download PDF

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范宏武
徐强
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Abstract

本发明一种居住建筑节能效果评价的简易方法,具体指一种基于统计学的居住建筑节能效果评价的简易方法。涉及建筑节能效果评价技术领域。本发明包括步骤:A.确定建筑能耗计算模型;B.优化建筑能耗计算模型;C.采集、绘制建筑围护结构对建筑能耗影响的相关性曲线,测定相应权重系数;D.获得建筑能耗计算方程;E.将建筑围护结构信息输入建筑能耗计算模块;F.获得建筑能耗评价。本发明与传统能耗计算的至少十天以上的工作量,缩短至只进行获取建筑基本信息输入、能耗计算模块计算、输出结果约一天的工作量,解决了现有技术存在的成本高,周期长,不能满足工程应用的需求等问题,可推广应用于工程实际指导。

Description

一种居住建筑节能效果评价的简易方法
技术领域
本发明涉及建筑节能效果评价技术领域,具体指一种基于统计学的居住建筑节能效果评价的简易方法。
背景技术
影响建筑能耗的因素很多,不同地区气候条件的差异,建筑物内使用者的生活水平和用能模式的不同、围护结构本身热工性能等的变化,都会导致建筑能耗的变化,如何客观反映建筑能耗水平、真实评价建筑节能技术的有效性难度较大。
目前,评价建筑节能效果的方法主要采用基于节能设计标准的权衡计算方法。即,按照节能设计标准的要求,采用能耗模拟软件,输入设计建筑外墙、屋面、外窗等围护结构的保温、隔热系数,计算该建筑的能耗水平,并与符合标准要求的基准建筑(围护结构按标准要求设置)能耗进行对比,判断其节能水平。其中,计算所采用的模拟软件已按标准要求设定了典型年气象参数以及居住建筑用能模式。其中,用能模式包括开启空调时的室内温度、湿度、空调开启时间段、室内换气次数、居民作息时间,通风换气次数等。该方法从《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001一直沿用到《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2011,对节能技术体系的推广起到了规范作用。但该方法在应用过程中体现出诸多不足,具体表现在:1)权衡计算方法不足以反映真实节能效果。上海市居住建筑的用能模式在目前的生活水平下实际上为部分时间部分空间的间歇式用能模式,而基于全天全部空间的连续性用能模式所建立的权衡计算方法,评价结果偏离实际用能水平。如《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001规定居民供暖供冷能耗限值为55.1kWh/m2,事实上,根据上海市居住建筑能耗统计,居民供暖供冷能耗仅为10kWh/m2左右,可以看出,采用权衡计算方法的结果与实际能耗差异很大;2)权衡计算方法专业性强,不便于工程应用。由于现有能耗模拟软件相对比较专业,需要有相应的专业背景与丰富的工程经验的人员操作才有可能得出相对合理的评价结论,造成应用成本高,周期长,不能满足工程简易快捷的需求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的缺失或不足,提出一种居住建筑节能效果评价的简易方法。为解决上述问题,本发明基于统计分析原理,首先,优化能耗模拟软件;其次,采用近5年上海市气象资料代替原典型年气象资料和实际居住建筑的用能模式代替原标准规定用能模式,对不同类型居住建筑进行上千次模拟计算,找出外墙、屋面、外窗等围护结构的保温、隔热系数等影响因素的变化对建筑能耗的影响规律;再次,通过能耗与影响因素的回归方程来体现,从而形成简易的建筑节能效果评价方法。
本发明一种居住建筑节能效果评价的简易方法的(流程)步骤(如附图1所示)如下:
第一步,确定建筑能耗计算模型。采用清华大学公开发表使用的DeST-h能耗模拟软件作为初始计算工具。
第二步,优化建筑能耗计算模型。根据测量得到的居民用能模式包括开启空调时的室内温度、湿度、空调开启时间段、室内换气次数、居民作息时间等代替原标准规定用能模式;向上海气象局购买2005年~2010年气象参数,对DeST-h能耗模拟软件气象数据进行更新(如附图2、3所示)。
第三步,采集、绘制外墙保温对建筑能耗影响的相关性曲线,测量曲线的斜率,测定东、南、西、北向外墙保温对供冷能耗的权重系数(或回归系数)分别为0.55,1.32,0.65,0.37和对供热能耗的权重系数分别为4.93,5.63,4.57,7.28(所附图4所示)。
第四步,采集、绘制外墙隔热对建筑能耗影响的相关性曲线,测量曲线的斜率,测定东、南、西、北向外墙隔热对供冷能耗的权重系数分别为1.82,2.70,2.08,2.40和对供热能耗的权重系数分别为-1.47,-3.0,-1.74,-1.65(如附图5所示)。
第五步,采集、绘制屋面保温对建筑能耗影响的相关性曲线,测量曲线的斜率,测定屋面保温对供冷能耗的权重系数为1.31和对供热能耗的权重系数为3.66(如附图6所示)。
第六步,采集、绘制屋面隔热对建筑能耗影响的相关曲线,测量曲线的斜率,测定屋面隔热对供冷能耗的权重系数为3.43和对供热能耗的权重系数为-2.77(如附图7所示)。
第七步,采集、绘制外窗保温对建筑能耗影响的相关曲线,测量曲线的斜率,测定东、南、西、北向外窗保温对供冷能耗的权重系数分别为-0.75,0.24,-0.81,-0.22和对供热能耗的权重系数分别为3.24,5.74,3.87,4.89(如附图8所示)。
第八步,采集、绘制外窗遮阳对建筑能耗影响的相关曲线,测量曲线的斜率,测定东、南、西、北向外窗遮阳对供冷能耗的权重系数分别为28.15,39.06,34.38,25.98和对供热能耗的权重系数分别为-20.48,-31.17,-24.18,-20.40(如附图9所示)。
第九步,整理得出本发明,体现居住建筑的能耗变化规律的方程如下:
夏季供冷能耗:
Y C = ( 1.31 Σ K R i F R i + 3.43 Σ K R i F R i ρ R i + 0.55 Σ K W L E i F W L E i + 1.32 Σ K W L S i F W L S i + 0.65 Σ K W L W i + F W L W i + 0.37 Σ K W K N i F W K N i + 1.82 Σ K W L E i F W L E i ρ W L E i + 2.70 Σ K W L S i F W L S i ρ W L S i + 2.08 Σ K W L W i F W L W i ρ W L W i + 2.40 Σ K W K N i F W K N i ρ W L N i - 0.75 Σ K W K E i F W K E i + 0.24 Σ K W K S i F W K S i - 0.81 Σ K W K W i F W K W i - 0.22 Σ K W K N i F W K N i + 28.15 Σ SC W K E i F W K E i + 39.06 Σ SC W K S i F W K S i + 34.38 Σ SC W K W i F W K W i + 25.98 Σ SC W K N i F W K N i + 5.1 A ) · C F A - 0.19 / A - - ( I ) ;
冬季供暖能耗:
Y h = ( 3.66 Σ K R i F R i - 2.77 Σ K R i F R i ρ R i + 4.93 Σ K W L E i F W L E i + 5.63 Σ K W L S i F W L S i + 4.57 Σ K W L W i + F W L W i + 7.28 Σ K W K N i F W K N i - 1.47 Σ K W L E i F W L E i ρ W L E i - 3.0 Σ K W L S i F W L S i ρ W L S i - 1.71 Σ K W L W i F W L W i ρ W L W i - 1.65 Σ K W K N i F W K N i ρ W L N i + 3.24 Σ K W K E i F W K E i + 5.74 Σ K W K S i F W K S i + 3.87 Σ K W K W i F W K W i + 4.89 Σ K W K N i F W K N i - 20.48 Σ SC W K E i F W K E i - 31.17 Σ SC W K S i F W K S i - 24.18 Σ SC W K W i F W K W i - 20.40 Σ SC W K N i F W K N i - 1.4 A ) · C F A 0.25 / A - - ( I ) .
其中,建筑面积A;屋面传热系数KRi、传热面积FRi、太阳辐射吸收系数ρRi;东向外墙传热系数KWLEi、传热面积FWLEi、太阳辐射吸收系数ρWLEi;南向外墙传热系数KWLSi、传热面积FWLSi、太阳辐射吸收系数ρWLSi;西向外墙传热系数KWLWi、传热面积FWLWi、太阳辐射吸收系数ρWLWi;北向外墙传热系数KWLNi、传热面积FWLNi、太阳辐射吸收系数ρWLNi;东向外窗传热系数KWLEi、遮阳系数SCWKEi、传热面积FWKEi;南向外窗传热系数KWKSi、遮阳系数SCWKSi、传热面积FWKSi;西向外窗传热系数KWKWi、遮阳系数SCWKWi、传热面积FWKWi;北向外窗传热系数KWKNi、遮阳系数SCWKNi、传热面积FWKNi;外围护结构的总面积(不包括地面面积)与总建筑面积之比CFA
其中,建筑面积和围护结构传热面积的单位为m2,对应建筑围护结构传热系数单位为W/(m2.K)。
本发明一种居住建筑节能效果评价的简易方法的装置,包括输入模块1和能耗计算模块2及输出模块3之间以电信号方式连接(如附图10所示)。
综上所述,本发明的一种适用于上海地区居住建筑的建筑节能效果评价方法,该评价方法不仅克服了目前评价方法中背离实际用能水平的弊端,而且可操作性强,灵活应用于工程实践,降低计算及评价成本。
附图说明
图1.为本发明一种居住建筑节能效果评价的简易方法的流程框图;
图2.为本发明方法的夏季开启空调时的室内温度图;
图3.为本发明方法的冬季开启空调时的室内温度图;
图4.为本发明方法居住建筑外墙保温对建筑能耗的影响图;
图5.为本发明方法居住建筑外墙隔热对建筑能耗的影响图;
图6.为本发明方法建筑屋面保温对建筑能耗的影响图;
图7.为本发明方法建筑屋面隔热对建筑能耗的影响图;
图8.为本发明方法建筑外窗保温对建筑能耗的影响图;
图9.为本发明方法建筑外窗遮阳对建筑能耗的影响图;
图10.为本发明方法的装置连接框图。
标记说明:1输入模块;2能耗计算模块;3输出模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
本发明一种居住建筑节能效果评价的简易方法的工作(步骤)流程(如附图1所示):
实施例:上海市某居住建筑
一、获取计算建筑基本信息
1.建筑基本信息汇总表
2.建筑相关面积汇总表
二、获取围护结构保温性能
1.建筑保温性能情况
三、能耗计算模块计算
Y C = ( 1.31 × 0.68 × 412 + 3.43 Σ 0.68 × 0.55 × 412 + 0.55 Σ 0.85 × 723.24 + 1.32 Σ 0.85 × 941.92 + 0.65 Σ 0.85 × 723.24 + 0.37 Σ 0.85 × 1158.64 + 1.82 Σ 0.85 × 723.24 × 0.55 + 2.70 Σ 0.85 × 941.9 × 0.55 + 2.08 Σ 0.85 × 723.24 × 0.55 + 2.40 Σ 0.85 × 1158.64 × 0.55 - 0.75 Σ 2.5 × 17.64 + 0.24 Σ 2.5 × 655.28 - 0.81 Σ 2.5 × 17.64 - 0.22 Σ 2.5 × 448.56 + 28.15 Σ 0.3 × 17.64 + 39.06 Σ 0.3 × 665.28 + 34.38 Σ 0.3 × 17.64 + 25.98 Σ 0.3 × 448.56 + 5.1 * 6248.2 ) × 0.82 - 0.19 6248.2 = 8.38
Y h = ( 3.66 × 0.68 × 412 - 2.77 Σ 0.68 × 0.55 × 412 + 4.93 Σ 0.85 × 723.24 + 5.63 Σ 0.85 × 941.92 + 4.57 Σ 0.85 × 723.24 + 7.28 Σ 0.85 × 1158.64 - 1.47 Σ 0.85 × 723.24 × 0.55 - 3.0 Σ 0.85 × 941.9 × 0.55 - 1.74 Σ 0.85 × 723.24 × 0.55 - 1.65 Σ 0.85 × 1158.64 × 0.55 + 3.24 Σ 2.5 × 17.64 + 5.74 Σ 2.5 × 655.28 + 3.87 Σ 2.5 × 17.64 + 4.89 Σ 2.5 × 448.56 - 20.48 Σ 0.3 × 17.64 - 31.17 Σ 0.3 × 665.28 - 24.18 Σ 0.3 × 17.64 - 20.40 Σ 0.3 × 448.56 - 1.4 * 6248.2 ) × 0.82 0.25 6248.2 = 1.85
1.本发明简易方法计算结果
供暖能耗 供冷能耗 总能耗
kWh/m2 kWh/m2 kWh/m2
1.85 8.38 10.23
2.原节能设计标准的权衡计算结果
3.建筑实际能耗
4.偏差结果
供暖能耗 供冷能耗 总能耗
本发明简易方法计算偏差 5% 23% 18%
节能设计标准的权衡计算偏差 超过100% 超过100% 超过100%
综上所述,本发明通过大规模能耗模拟计算得出建筑构架影响因素对建筑能耗的影响规律,即找出了权重系数,建立了能耗简易计算公式(公式里的系数就是这个权重系数)。因此,该权重系数一旦发现就不再变化,不会随着建筑类型的不同而发生变化。概而言之,凡是上海市的居住建筑就可以适用这一系列权重系数及对应的发明公式。因此,权重系数内置固定在计算模块中。
通过上述实施例对简易计算公式的结果与实际建筑供暖供冷能耗进行对比,全年总能耗指标偏差20%以内,相比原节能设计标准的权衡计算方法准确性显著提高;本发明通过开发软件,原本按照节能设计标准的权衡计算方法需要进行获取建筑基本信息、能耗模拟软件建立居住建筑模型、用能模式设置、能耗计算等步骤至少十天以上的工作时间,缩短至只进行获取建筑基本信息输入、能耗计算模块计算、输出结果步骤约一天的工作时间,解决了现有技术存在的评价方法成本高,周期长,不能满足工程应用的需求等问题,可推广应用于工程实际指导。

Claims (8)

1.一种居住建筑节能效果评价的简易方法,其特征在于,包括如下步骤:
A.确定建筑能耗计算模型;
B.优化建筑能耗计算模型;
C.采集、绘制建筑围护结构对建筑能耗影响的相关性曲线,测量权重系数,测定相应权重系数;
D.获得建筑能耗计算方程;
E.将建筑围护结构信息输入建筑能耗计算模块;
F.获得建筑能耗评价。
2.如权利要求1所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法,其特征在于,所述步骤A,采用清华大学公开发表使用的DeST-h能耗模拟软件作为初始计算。
3.如权利要求1所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法,其特征在于,所述步骤B,根据测量得到的居民用能模式,包括开启空调时的室内温度、湿度、空调开启时间段、室内换气次数、居民作息时间,以及上海市2005年~2010年气象参数,对DeST-h能耗模拟软件内置气象数据、用能模式进行更新,实现优化能耗模拟软件的内置。
4.如权利要求1所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法,其特征在于,所述步骤C基于步骤B,还包括步骤:
C1采集东、南、西、北向不同外墙保温的传热系数,得出其对供冷能耗、供热能耗的影响曲线,测量曲线的斜率,得出东、南、西、北向外墙保温对供冷、供热能耗的权重系数;
C2采集东、南、西、北向不同外墙的隔热系数,得出其对供冷能耗、供热能耗的影响曲线,测量曲线的斜率,得出东、南、西、北向外墙隔热对供冷、供热能耗的权重系数;
C3采集不同屋面保温的传热系数,得出其对供冷能耗、供热能耗的影响曲线,测量曲线的斜率,得出屋面保温对供冷、供热能耗的权重系数;
C4采集不同屋面的隔热系数,得出其对供冷能耗、供热能耗的影响曲线,测量曲线的斜率,得出屋面隔热对供冷、供热能耗的权重系数;
C5采集东、南、西、北向不同外窗保温的传热系数,得出其对供冷能耗、供热能耗的影响曲线,测量曲线的斜率,得出外窗保温对供冷、供热能耗的权重系数;
C6采集东、南、西、北向不同外窗的遮阳系数,得出其对供冷能耗、供热能耗的影响曲线,测量曲线的斜率,得出东、南、西、北向外窗遮阳对供冷、供热能耗的权重系数。
5.如权利要求4所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法,其特征在于,所述步骤C1,测定东、南、西、北向外墙保温对供冷能耗的权重系数分别为0.55,1.32,0.65,0.37和对供热能耗的权重系数分别为4.93,5.63,4.57,7.28;
步骤C2,测定东、南、西、北向外墙隔热对供冷能耗的权重系数分别为1.82,2.70,2.08,2.40和对供热能耗的权重系数分别为-1.47,-3.0,-1.74,-1.65;
步骤C3,测定屋面保温对供冷能耗的权重系数为1.31和对供热能耗的权重系数分别为3.66;
步骤C4,测定屋面隔热对供冷能耗的权重系数为3.43和对供热能耗的权重系数分别为-2.77;
步骤C5,测定东、南、西、北向外窗保温对供冷能耗的权重系数分别为-0.75,0.24,-0.81,-0.22和对供热能耗的权重系数分别为3.24,5.74,3.87,4.89;
步骤C6,测定东、南、西、北向外窗遮阳对供冷能耗的权重系数分别28.15,39.06,34.38,25.98和对供热能耗的权重系数分别为-20.48,-31.17,-24.18,-20.40。
6.如权利要求1所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法,其特征在于,所述步骤D,获得建筑能耗计算方程如下
夏季供冷能耗:
Y C = ( 1.31 ΣK R i F R i + 3.43 ΣK R i F R i ρ R i + 0.55 ΣK W L E i F W L E i + 1.32 ΣK W L S i F W L S i + 0.65 ΣK W L W i F W L W i + 0.37 ΣK W L N i F W L N i + 1.82 ΣK W L E i F W L E i ρ W L E i + 2.07 ΣK W L S i F W L S i ρ W L S i + 2.08 ΣK W L W i F W L W i ρ W L W i + 2.40 ΣK W L N i F W L N i ρ W L N i - 0.75 ΣK W K E i F W K E i + 0.24 ΣK W K S i F W K S i - 0.81 ΣK W K W i F W K W i - 0.22 ΣK W K N i F W K N i + 28.15 ΣSC W K E i F W K E i + 39.06 ΣSC W K S i F W K S i + 34.38 ΣSC W K W i F W K W i F W K W i + 25.98 ΣSC W K N i F W K N i + 5.1 A ) · C F A - 0.19 / A - - ( I ) ;
冬季供暖能耗
Y h = ( 3.66 ΣK R i F R i - 2.77 ΣK R i F R i ρ R i + 4.93 ΣK W L E i F W L E i + 5.63 ΣK W L S i F W L S i + 4.57 ΣK W L W i F W L W i + 7.28 ΣK W L N i F W L N i - 1.47 ΣK W L E i F W L E i ρ W L E i - 3.0 ΣK W L S i F W L S i ρ W L S i - 1.74 ΣK W L W i F W L W i ρ W L W i - 1.65 ΣK W L N i F W L N i ρ W L N i + 3.24 ΣK W K E i F W K E i + 5.74 ΣK W K S i F W K S i + 3.87 ΣK W K W i F W K W i + 4.89 ΣK W K N i F W K N i - 20.48 ΣSC W K E i F W K E i - 31.17 ΣSC W K S i F W K S i -
24.18 ΣSC W K W i F W K W i - 20.40 ΣSC W K N i F W K N i - 1.4 A ) · C F A 0.25 / A - - ( I I ) ;
其中,建筑面积A;屋面传热系数KRi、传热面积FRi、太阳辐射吸收系数ρRi;东向外墙传热系数KWLEi、传热面积FWLEi、太阳辐射吸收系数ρWLEi;南向外墙传热系数KWLSi、传热面积FWLSi、太阳辐射吸收系数ρWLSi;西向外墙传热系数KWLWi、传热面积FWLWi、太阳辐射吸收系数ρWLWi;北向外墙传热系数KWLNi、传热面积FWLNi、太阳辐射吸收系数ρWLNi;东向外窗传热系数KWKEi、遮阳系数SCWKEi、传热面积FWKEi;南向外窗传热系数KWKSi、遮阳系数SCWKSi、传热面积FWKSi;西向外窗传热系数KWKWi、遮阳系数SCWKWi、传热面积FWKWi;北向外窗传热系数KWKNi、遮阳系数SCWKNi、传热面积FWKNi;外围护结构的总面积与总建筑面积之比CFA
其中,建筑面积和围护结构传热面积的单位为m2,对应建筑围护结构传热系数单位为W/(m2.K)。
7.如权利要求1所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法的装置,其特征在于,包括输入模块1和建筑能耗计算模块2及输出模块3以电信号方式连接。
8.如权利要求7所述的一种居住建筑节能效果评价的简易方法的装置,其特征在于,所述输入模块1设置包括采集建筑围护结构的保温、隔热性能参数和面积参数的输入端口;所述建筑能耗计算模块2设置包括气象参数,居民开启空调时的室内温度、湿度、空调开启时间段、室内换气次数、居民作息时间输入端口,建筑能耗计算方程;所述输出模块3设置包括显示、打印及远程传输输出端口。
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