探索數(shù)值模擬在能效評估中的應用

上海市能效中心 侯震寰

探索數(shù)值模擬在能效評估中的應用

上海市能效中心 侯震寰

針對缺少現(xiàn)場檢測條件的節(jié)能評估項目，應用軟件對其全年負荷和能耗進行數(shù)值模擬，以空調(diào)性能參數(shù)為變量，逐月與能耗賬單對比，進而評估空調(diào)系統(tǒng)的能效水平。

空調(diào)系統(tǒng)；能效評估；數(shù)值模擬

近年來，中國的建筑物節(jié)能改造工作快速推進，國家相關(guān)部門積極研究相關(guān)政策，陸續(xù)制定和編寫《節(jié)能量測量的驗證技術(shù)通則》GB/ T28750-2012[1]、《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》JGJ176-2009[2]等節(jié)能量的測量和驗證的標準或指南，通常采用現(xiàn)場測試的方法來測量或與評估項目的節(jié)能效果，但實際上，因客觀原因，項目往往缺失有效數(shù)據(jù)，甚至改造前的設(shè)備已經(jīng)移除，無法溯源項目節(jié)能量基準，給項目能效評估帶來障礙。本文以實際案例，探索數(shù)值模擬與現(xiàn)場測試相結(jié)合，開展節(jié)能項目能效評估工作。

1研究對象概況

某公司A樓原中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備老化，能源利用效率低下，對A樓空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能改造，分別用1臺水冷螺桿機組機及2臺風冷熱泵機組代替原有舊機組。

2能效評估方法確定

由于項目改造前的風冷活塞機組已移除，其運行效率已不能掌握，原設(shè)備運行記錄也不齊全，僅有對外結(jié)算的電力賬單。

考慮該項目沒有實測的條件，節(jié)能量的測算采用工況點的測試和計算機模擬計算相結(jié)合的方式進行。根據(jù)商場建筑圖紙對商場建模，采用能耗模擬軟件分析商場面積，計算冷量需求，模擬改造前空調(diào)設(shè)備能效運行情況，對照改造前的電力消費情況，逐月進行對比，擬合出最符合實際情況的空調(diào)運行性能曲線，得到改造前的空調(diào)系統(tǒng)的能效水平。

3能效模擬軟件簡介

當前，建筑能耗計算方法的研究和軟件很多。計算方法已經(jīng)非常成熟，比較常用的軟件也非常多。比如國外的DOE-2，中國大陸的CHEC等。

eQUEST（the QUick Energy Sim ulation Tool）同樣是一款基于DOE-2基礎(chǔ)上開發(fā)的建筑能耗分析軟件，它允許設(shè)計者進行多種類型的建筑能耗模擬，并且也向設(shè)計者提供了建筑物能耗經(jīng)濟分析。軟件還提供了圖形結(jié)果顯示的功能，用戶可以非常直觀的看到輸入檔生成的二維或三維的建筑模型，并且可以查看圖形的輸出結(jié)果。

表1建筑構(gòu)件的熱工性能一覽表

4建模參數(shù)選取

現(xiàn)根據(jù)商場建筑圖紙對商場建模，采用eQUEST能耗模擬軟件分析商場面積，計算冷量需求，模擬改造前空調(diào)設(shè)備運行能效。

（1）建筑情況

A樓建筑面積為1500m2，共三層；一至三樓主要為商場，空調(diào)形式采用全空氣系統(tǒng)。

（2）空調(diào)設(shè)計條件

室外氣象參數(shù)：

夏季空調(diào)：干球溫度34℃，濕球溫度28.2℃，日平均30.4℃，通風溫度32℃，平均風速3.2m/s氣壓100.53kPa；

冬季空調(diào)：干球溫度－4℃，相對濕度75%，通風溫度3℃，平均風速3.1m/s，氣壓102.51kPa。

根據(jù)提供的通風與空調(diào)設(shè)計施工說明圖紙，夏天室內(nèi)空調(diào)設(shè)計溫度為26±2℃，冬天室內(nèi)設(shè)計溫度為16±2℃，新風量按20m3/h人計算。

（3）建筑圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)選取

建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)圖紙中并未提供，所以熱工參數(shù)依據(jù)GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中夏熱冬冷地區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)限值選取。各建筑構(gòu)件的熱工性能如表1所示：

（4）人員密度、照明功率密度、設(shè)備功率密度和使用時間

人員密度、照明功率密度、設(shè)備功率密度和使用時間表可按照GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》選取，人員密度大型商場取4m2/人，單間商店取3m2/人，但是考慮到評估建筑地處上海核心鬧市區(qū)，且是旅游景區(qū)，人流密度極高，以及根據(jù)《商店建筑設(shè)計規(guī)范》JGJ48-88，人員密度取1.7m2/人。

5軟件模擬結(jié)果

使用eQUEST能耗模擬軟件對A樓進行全年負荷與能耗模擬。商場建筑空調(diào)運行時間：全年8: 00-21:00。各層空調(diào)分區(qū)圖見圖1。

A樓建筑外形圖如圖2所示：

圖1 A樓各層空調(diào)分區(qū)圖

eQUEST能耗模擬軟件根據(jù)輸入的圍護結(jié)構(gòu)、人員、設(shè)備以及照明的負荷情況,軟件自動計算得到該案例冷熱負荷的計算結(jié)果，見表2。

圖2 A樓建筑外形

表2 A樓計算結(jié)果

6空調(diào)系統(tǒng)性能及能耗分析

（1）改造前（基準能耗）的能耗統(tǒng)計

根據(jù)A樓管理人員提供的2009年及2010年的用電量數(shù)據(jù)以及模擬的改造前的結(jié)果繪制出如圖3的曲線圖。

通過eQUEST軟件模式,采用改變機組EER（Energy Efficiency Ratio，空調(diào)制冷性能系數(shù)）、COP(coefficient of performance，熱泵制熱性能系數(shù))的方式來估算舊機組的性能。

當EER=2，COP=1.5時的能耗模擬結(jié)果最接近實際,能耗模擬結(jié)果如圖4、表3所示（趨勢基本一致），其每月最大能耗誤差為14.7%，最小為0.6%。全年能耗誤差為1.7%。

根據(jù)A樓的用電量數(shù)據(jù)以及軟件模擬情形下的用電量模擬結(jié)果，可以看出改造前A樓全年能耗為578390kWh

圖3 A樓月電費記錄

圖4 A樓改造前模擬用電情況

（2）改造后的能耗模擬

由于改造后，新機組已具備現(xiàn)場實測條件，根據(jù)常規(guī)的的能效測試，將測試結(jié)果代入模型，可得到新機組情景下的能耗情況，通過比較，就可以得到空調(diào)改造的節(jié)能效果。

7總結(jié)

本文通過實際案例，探索現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬相結(jié)合的能效評估方法，這項工作是有益的探索。數(shù)值模擬逐漸作為評估節(jié)能技改項目節(jié)能效果（節(jié)能量）的重要手段，如何根據(jù)已有的工作經(jīng)驗，總結(jié)歸納成具有可操作性的評估方法，進而構(gòu)建合理的評估體系值得研究。

[1]《節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則》GB/ T28750-2012

[2]、《公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》JGJ176-2009

Study of Numerical Simulation of Energy-Saving Evaluation Pro jects

Hou Zhen huan

For lack o f on-site testing conditions o f the p roject in the energy e ffic iency assessm ent,assessment units use the software to simulate the load and energy consump tion throughout the year，put air conditioning COP as a variab le and com pared w ith the energy bills each month,then assess the level of energy efficiency air conditioning system s.

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侯震寰，男，1985年3月生，上海市能效中心工程師。