CN114925978A - 净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，包括：根据建筑所在地的气象参数、建筑的功能类型、空间参数与参照标准构建建筑模型；根据建筑模型计算建筑的等效窗地比，并匹配与等效窗地比对应的建筑所需的换气次数；将建筑模型与换气次数导入建筑能耗性能分析软件，计算等效空调关闭小时数；根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数；根据等效空调关闭小时数和自然通风后达到净化效果的总天数计算并评估节能及净化综合潜力。通过构建建筑模型，结合建筑能耗性能分析的软件，获得等效空调关闭小时数，计算自然通风后达到净化效果的总天数，为净零能耗建筑的通风潜力与净化潜力提供了判定方法。

Description

净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法
技术领域
本发明涉及建筑零能耗技术领域，特别是涉及一种净零能耗建筑通风的节能潜力评估方法。
背景技术
零能耗建筑能够在适应气候特征和自然条件情况下，通过被动式技术手段，最大幅度降低建筑供暖供冷需求，最大幅度提高能源设备与系统效率，充分利用建筑物本体及周边或外购的可再生能源，是一种实现建筑节能的有效途径。我国的净零能耗建筑的设计、施工与评价方法还处于初步研究阶段。自然通风技术可以使建筑在过渡季节通过非空调的降温形式，达到室内热舒适的目的，同时节约空调能耗。
自然通风技术的应用效果受建筑设计因素影响，如建筑形态、朝向、平面布局、开窗形式和面积等。研究自然通风效果的方法有实验测试、经验模型和数值模拟等，较多学者采用上述方法将自然通风潜力与建筑能耗结合考虑，来评估通风的节能潜力。利用新鲜的室外空气，可以在消散室内热量的同时净化空气质量。
目前，关于建筑的自然通风潜力量化分析方法较少，还没有针对典型的净零能耗建筑的自然通风潜力判定方法。现有建筑自然通风潜力评估方法的对象大多为节能潜力，缺乏结合净化潜力进行评估的方法。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种针对典型的净零能耗建筑的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法。
一种净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，所述方法包括：
根据建筑所在地的气象参数、建筑的功能类型、空间参数与参照标准构建建筑模型；
根据所述建筑模型计算建筑的等效窗地比，并匹配与所述等效窗地比对应的建筑所需的换气次数；
将所述建筑模型与所述换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，计算等效空调关闭小时数；
根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数；
根据所述等效空调关闭小时数和自然通风后达到净化效果的总天数计算并评估节能及净化综合潜力。
进一步的，所述等效窗地比为：
WGRe＝A/(Ar×Le)，
其中，
Le＝h/h0，
式中，WGRe为等效窗地比，A为建筑开窗面积，Ar为房间通风面积，Le为等效层数，h为建筑楼层高度，h0为建筑楼层标准高度。
进一步的，所述根据所述建筑模型获取建筑的等效窗地比，并匹配与所述等效窗地比对应的建筑所需的换气次数，之前还包括：
预存与所述等效窗地比一一对应的换气次数的数据。
进一步的，所述将所述建筑模型与所述换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，之后还包括：
输出并绘制建筑逐时室内及室外温度数据及折线图。
进一步的，所述输出并绘制建筑逐时室内及室外温度数据及折线图，之后还包括：
根据所述建筑逐时室内及室外温度数据及折线图输出调整建筑自然通风方式的建议。
进一步的，所述将所述建筑模型与所述换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，之后包括：
输出建筑逐时室内温升和室外温度。
进一步的，所述输出建筑逐时室内温升和室外温度，之后包括：
根据所述建筑逐时室内温升和室外温度输出自然通风室外温度范围区间的建议。
进一步的，所述根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数，包括：
基于夏热冬冷地区典型城市室外PM2.5浓度日均值数据库，根据设定的净化限定条件进行数据筛选及统计，计算自然通风后达到净化效果的总天数。
进一步的，所述根据所述等效空调关闭小时数和自然通风后达到净化效果的总天数计算并评估节能及净化综合潜力，包括：
根据所述等效空调关闭小时数计算节能潜力评价指标；
根据自然通风后达到净化效果的总天数计算净化潜力评价指标；
根据节能潜力评价指标与净化潜力评价指标计算综合潜力评价指标。
上述净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，通过构建建筑模型，计算建筑的等效窗地比，进而获得建筑的换气次数，结合建筑能耗性能分析的软件，最终获得等效空调关闭小时数，再根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数，从而量化自然通风的节能潜力与净化潜力，为净零能耗建筑的自然通风潜力与净化潜力提供了判定方法。
附图说明
图1为一个实施例的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法流程图；
图2为较佳实施例净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过提供常见建筑功能类型及目标建筑参考标准选项，及建筑尺寸输入模块，结合不同设计方案对应的建筑换气次数参数，运行软件计算得到等效空调关闭小时数，随后计算得到节能潜力；结合夏热冬冷地区典型城市近三年气象数据，以PM2.5浓度为条件限制，计算得到净化潜力；最终综合计算得到夏热冬冷地区净零能耗建筑通风潜力评估结果。
如图1和图2所示，在一个实施例中，一种净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，包括以下步骤：
步骤S110，根据建筑所在地的气象参数、建筑的功能类型、空间参数与参照标准构建建筑模型。根据建筑所在地选择气象参数，其来源于中国标准气象数据(ChineseStandard Weather Data，CSWD)气象数据文件。该气象数据可用于能耗软件EnergyPlus进行建筑能耗评估计算，数据格式为EPW格式。建筑功能类型，分为高层办公建筑(核心筒)、普通办公建筑(南北通透)及机场车站(高大空间)这三类常见建筑功能类型。建筑的空间参数，包括建筑空间的长、宽、高，窗墙比及开窗面积。选择参照标准，如《净零能耗建筑建造技术导则》或《夏热冬暖地区净零能耗公共建筑技术导则》T/CABEE004-2019等，不同的标准对应不同的建筑热工参数、内热源、时刻表等。
步骤S120，根据建筑模型计算建筑的等效窗地比，并匹配与该等效窗地比对应的建筑所需的换气次数。本实施例中，提前预存与等效窗地比一一对应的换气次数的数据，针对三类典型建筑，事先使用Vent软件计算各类建筑不同开窗比下的换气次数，根据不同开窗比及建筑空间参数可以计算得到等效窗地比。由此整理得到三类典型建筑不同等效窗地比对应的换气次数结果。将此结果打包封装作为数据库，内置于软件中。通过计算等效窗地比，并根据提前预存的等效窗地比与对应换气次数的数据，得到可以反映建筑通风工况的换气次数结果。其中等效窗地比(Equivalent window-to-ground ratio，WGRe)考虑了不同建筑的空间特点，包括平面(如核心筒建筑的房间通风面积不同)及立面(如高大空间建筑的楼层高度有显著差异)特点。WGRe定义式如下：
WGRe＝A/(Ar×Le)，
其中，
Le＝h/h0，
式中，WGRe为等效窗地比，％；A为建筑开窗面积，m2；Ar为房间通风面积，m2；Le为等效层数，层；h为建筑楼层高度，m；h0为建筑楼层标准高度，取4m。
步骤S130，将建筑模型与换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，获得等效空调关闭小时数。以EnergyPlus软件为例，通过接口程序调用EnergyPlus软件，将已建立的建筑模型导入EnergyPlus软件，进行软件逐时模拟。通过EnergyPlus软件的模拟，获得三类输出结果，包括：等效空调关闭小时数、建筑逐时室内及室外温度数据及折线图与建筑逐时室内温升和室外温度。其中，等效空调关闭小时数Hn＝i为换气次数n＝i时的等效空调关闭小时数，用于统计并输出过渡季(4-6月及9-11月、8-18点时间段内)等效空调关闭小时数Hn＝i，Hn＝i为换气次数n＝i时的等效空调关闭小时数。其计算方法为：对于某时刻建筑的室内温度，根据过渡季室内舒适温度区间[18℃，28℃]，室内湿度区间[30％，80％]，可以判断该时刻建筑是否适合采用自然通风，最终叠加计算出过渡季的等效空调关闭小时数Hn＝i。同时，可根据建筑逐时室内及室外温度数据及折线图输出调整建筑自然通风方式的建议，指导室内人员或者物业基于过度季的实际情况，灵活调整建筑自然通风方式。可根据建筑逐时室内温升和室外温度输出自然通风室外温度范围区间的建议，为物业提供可利用自然通风的室外温度范围区间，有助于物业判断该通风工况下，是否满足过渡季室内舒适温度区间[18℃,28℃]，及时调整自然通风工况。
步骤S140，根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数。通常，基于夏热冬冷地区典型城市室外PM2.5浓度日均值数据库，根据设定的净化限定条件进行数据筛选及统计，获取自然通风后达到净化效果的总天数。基于室外空气品质评估自然通风可利用百分比，具体的，基于夏热冬冷地区典型城市近三年室外PM2.5浓度日均值数据库，以PM2.5≤37.5μg/m3为净化限定条件进行数据筛选及统计，计算全年过渡季(3*182天)可利用自然通风达到室内空气品质净化效果的总天数ΣDi。
步骤S150，根据等效空调关闭小时数和自然通风后达到净化效果的总天数计算并评估节能及净化综合潜力。首先，根据等效空调关闭小时数计算节能潜力评价指标，计算方法为：Pout，PM2.5＝ΣDi/(3*182)。其次，根据自然通风后达到净化效果的总天数计算净化潜力评价指标，按照(1820-Hn＝i)/(1820-Hn＝0.5)的方法计算。最后，根据节能潜力评价指标与净化潜力评价指标计算综合潜力评价指标(Clean&Energy Saving Ratio，CESR)，计算方法为：CESR＝[(1820-Hn＝i)/(1820-Hn＝0.5)]×Pout，PM2.5。该结果可用于确定过渡季空调开启率考核指标，以衡量BA(Building Automation SystemRTU，楼宇设备自控系统)系统的控制逻辑优秀程度和物业管理的优秀程度。
上述净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，通过构建建筑模型，计算建筑的等效窗地比，进而获得建筑的换气次数，结合建筑能耗性能分析的软件，最终获得等效空调关闭小时数，再根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数，从而量化自然通风的节能潜力与净化潜力，为净零能耗建筑的自然通风潜力与净化潜力提供了判定方法。同时，减少夏热冬冷地区净零能耗建筑在过渡季的空调用能，提升建筑的节能效果。另外，基于自然通风节能及净化潜力结果，指导物业通过逐时温度折线图和室内温升结果，判定自然通风的可行性，并制定用于确定过渡季空调开启率的考核指标体系。本发明构建夏热冬冷地区典型净零能耗建筑节能及净化潜力综合评估模型，弥补当前通风技术潜力评估的不完整问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述方法包括：
根据建筑所在地的气象参数、建筑的功能类型、空间参数与参照标准构建建筑模型；
根据所述建筑模型计算建筑的等效窗地比，并匹配与所述等效窗地比对应的建筑所需的换气次数；
将所述建筑模型与所述换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，计算等效空调关闭小时数；
根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数；
根据所述等效空调关闭小时数和自然通风后达到净化效果的总天数计算并评估节能及净化综合潜力。
2.根据权利要求1所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述等效窗地比为：
WGRe＝A/(Ar×Le)，
其中，
Le＝h/h0，
式中，WGRe为等效窗地比，A为建筑开窗面积，Ar为房间通风面积，Le为等效层数，h为建筑楼层高度，h0为建筑楼层标准高度。
3.根据权利要求1所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述根据所述建筑模型获取建筑的等效窗地比，并匹配与所述等效窗地比对应的建筑所需的换气次数，之前还包括：
预存与所述等效窗地比一一对应的换气次数的数据。
4.根据权利要求1所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述将所述建筑模型与所述换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，之后还包括：
输出并绘制建筑逐时室内及室外温度数据及折线图。
5.根据权利要求4所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述输出并绘制建筑逐时室内及室外温度数据及折线图，之后还包括：
根据所述建筑逐时室内及室外温度数据及折线图输出调整建筑自然通风方式的建议。
6.根据权利要求1所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述将所述建筑模型与所述换气次数导入能结合自然通风进行建筑能耗性能分析的软件，之后包括：
输出建筑逐时室内温升和室外温度。
7.根据权利要求6所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述输出建筑逐时室内温升和室外温度，之后包括：
根据所述建筑逐时室内温升和室外温度输出自然通风室外温度范围区间的建议。
8.根据权利要求1所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述根据当地气象条件中PM2.5的相关数据，计算自然通风后达到净化效果的总天数，包括：
基于夏热冬冷地区典型城市室外PM2.5浓度日均值数据库，根据设定的净化限定条件进行数据筛选及统计，计算自然通风后达到净化效果的总天数。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的净零能耗建筑自然通风的节能及净化综合潜力评估方法，其特征在于，所述根据所述等效空调关闭小时数和自然通风后达到净化效果的总天数计算并评估节能及净化综合潜力，包括：
根据所述等效空调关闭小时数计算节能潜力评价指标；
根据自然通风后达到净化效果的总天数计算净化潜力评价指标；
根据节能潜力评价指标与净化潜力评价指标计算综合潜力评价指标。
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