廣州琶洲村地塊四超高層辦公建筑能耗系統設計方案節能優化分析

郝衛輝

摘要：建筑能耗模擬是綠色建筑設計優化必不可少的工具，尤其對于超高層建筑能耗設計優化具有十分重要的指導意義，并且給出的案例申報美國LEED金級認證，能耗得分是先決條件，能耗優化得分對于項目級別至關重要。

關鍵詞：建筑能耗模擬，綠色建筑設計，案例分析

通過建筑能耗模擬與分析對設計方案進行比較好優化，使其符合相關的標準和規范，進行經濟性分析，具有十分重要的意義。能耗模擬在項目設計之前，避免不合理的設計帶來的經濟損失。

美國綠色建筑標準LEED【1】（Leadship in Energy and environment design） Credit EA c1-優化能耗性能中定義了能耗模擬的方法。本文從選取作者所做的建筑能耗模擬案例介紹具體的參數輸入，建筑步驟和遵照標準。

1 案例分析

美國綠色建筑標準LEED（Leadship in Energy and environment design） Credit EA c1-優化能耗性能中定義了能耗模擬的方法是對設計的綠色建筑建立模型，模擬計算建筑節能，并將其與根據ASHRAE90.1-2007【2】建立的基準模型進行比較，計算其節錢百分比，再根據標準百分比打分。

本案例采用eQuest對廣州琶洲村地塊四辦公樓進行能耗模擬，評價各項節能措施的節能效果。

1.1 項目概況

項目位于廣州海珠區，琶洲島中部珠江南岸，地塊四位于琶洲村的東北角。地塊交通便捷，毗鄰珠江視線極佳。

本項目是一個多用途綜合開發項目，包括辦公塔樓（C-2棟），酒店塔樓和酒店裙房（C-1棟）。酒店裙房位于辦公塔樓、酒店塔樓之間，用于酒店輔助設施。

1.2工程概況

項目占地面積34612平方米；

總建筑面積184011.3平方米；

地上建筑面積132026.7平方米；

地下建筑面積51984.6平方米；

地上60層，地下4層。

建設周期2014.6.17-2017.9.29

此辦公樓的設計中采用了多項節能措施，包括以下幾個方面：

（1） 建筑圍護結構-外墻和屋頂的U值，玻璃性能和遮陽措施

（2） 照明系統-降低照明功率密度

（3） 自然采光-在周邊區域安裝根據自然采光自動調光的照明控制系統

（4） 空調系統-采用高效的設備，采用節能空調。

2、建筑能耗模擬方法

2.1模擬軟件

本項目建筑能耗采用eQuest v3.64軟件進行。eQuest是在美國能源部（U.S. Department of Energy）和電力研究院的資助下，由美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）和J.J. Hirsch及其聯盟（Associates）共同開發，是基于DOE2的軟件中最為優秀的一款。其最大的特點和優勢在于對空調、控制等機電系統的模擬，因而特別適合機電或能源工程師分析各種設備的節能潛力和全年運行狀況，以確定合適的節能策略和最佳的節能方案。該軟件是美國綠色建筑委員會（USGBC）認可的用于能耗模擬的專業軟件。

2.2建立模型

本項目建立了2個模型，Baseline 參照基準模型和Proposed設計模型。

（1）Baseline模型是根據ASHRAE90.1-2007標準中列出的各項要求建立的參考模型。維護結構的要求符合ASHRAE標準中規定的廣州地區維護結構的最低性能要求。

（2）Proposed模型綜合了高效的建筑維護結構，高效照明系統與外區的自然采光，高效空調系統。考慮廣州高熱高濕氣候，設有能量回收裝置，并安裝預冷盤管對室外新風進行除濕。

3、模擬參數輸入

3.1建筑圍護結構

各朝向窗墻面積比：

設計建筑：東：0.9南0.91西0.92北：0.91

參照建筑：東0.4南：0.4西：0.4北：0.4

3.2內部負荷

該項目建筑內部負荷包括人員負荷、照明負荷和設備負荷等，詳見下文表格。根據綠標模擬要求，人員密度和設備負荷在參照建筑和設計建筑兩個模型中保持一致。

3.3暖通空調系統

模擬中所用暖通空調系統參數設置如下：

設計建筑冷源：冷水機組采用離心機和螺桿式機組組合，大小機組搭配，以保證制冷系統在高效率區間運行，確保系統運行的靈活性和運行的可靠性。空調冷熱源系統由2臺4571KW（1300RT）離心式冷水機組、2臺1406KW（400RT）螺桿式冷水機組、10臺超低噪聲單面進風方形冷卻塔，5臺冷卻泵（3大2小，1臺備用），5臺一次冷凍泵（3大2小，1臺備用）組成；一次冷凍水泵，冷卻水泵，冷卻塔，冷水機組均為并聯設置。辦公空調主機房位于地下3層，冷卻塔設置在首層下沉地面。

空調系統：辦公大堂采用集中處理低速送風系統，新風與回風按一定比例在風柜房混合后，經空氣處理機組粗效，中效過濾，冷卻，除濕處理后，送入空調區。過渡季節可實現全新風工況。

辦公、會議采用集中處理的低速變風量送風系統（VAV），新風與回風按一定比例咋風柜房混合后，經空氣處理機組粗效，中效過濾，冷卻，除濕處理后送入變風量調節閥（VAV-BOX），變風量調節閥根據室內溫度自動調節送風量，經由送風口送入空調區。會議室，辦公室等小房間采用風機盤管加新風系統。新風經新風處理機組過濾，冷卻，除濕處理后，經新風管送入各風機盤管的出風管與風機盤管出風混合后送入空調區。

基準模型：AV變風量系統帶再熱，定頻風機；風機盤管變頻風機，新風機為定頻風機。

AHU同設計建筑，分體空調同設計建筑。

冷凍水供回水溫度：5/12℃

冷卻水供回水溫度：32/37℃

熱水供回水溫度：60/50℃

冷卻塔：開式冷卻塔，風機變頻（設計模型），單速風機（基準模型），冷卻塔與冷機一一對應

冷凍水泵：一次泵變流量（設計模型），輸送能效比ER=0.0228（基準模型）

冷卻水泵：變流量（設計模型）輸送能效比ER=0.0228（基準模型）

室內設計溫度：辦公大堂 夏季26℃，辦公塔樓25℃，會議25℃，走道26℃

風機功率：變風量系統：0.2 W/m3.h，全空氣定風量：0.72 W/m3.h

風機盤管+新風：0.7 W/m3.h

車庫通風機UVT： 0.576 W/m3.h

其他通風機UVT： 0.576 W/m3.h

基準模型：定風量：0.53 W/m3.h，變風量：0.69 W/m3.h，普通機械通風機：0.32 W/m3.h

送風溫差：20°F

3.4建筑運行時間表

建筑時間表反映室內人員、照明、設備、房間控制溫度、空調系統運行的逐時變化，根據公共建筑節能設計標準 GB 50189-2005【3】本項目能耗模擬中所使用的主要時間表描述如下，且在參照建筑和設計建筑中保持一致。

3.5氣候數據

廣州屬于ASHRAE climate zone 2【6】

經度：East Longitude 113.32°

緯度：North Latitude23.13°

干球溫度：6℃

Cooling degree days CDD10制冷度日數：4640

Heating degree days HDD18制熱度日數； 409

3.6能源費率

Baseline 模型和Proposed模型能源費率一致。本項目能源費率是0.9678 RMB/KWH.。

3.7能耗結果與分析

地下車庫通風，設備符合，電梯，室外照明根據設計要求，設置參數保持一致；

設計模型室內采用高效節能燈具，設計模型空調末端采用了單位風機功率效果更高的變頻風機，基準模型采用了單速風機，冷卻塔采用了變頻風機比，因而也更節能。

4結束語

本文分析了案例，配合綠色建筑設計的能耗模擬采用建筑能耗模擬軟件分別建立基準模型和設計模型，其中基準模型遵照ASHRE90.1-2007建立，設計方案模型根據設計方案建立，模擬計算設計方案模型與基準模型相比的能耗費用節省百分比。再根據LEED標準打分。本文所分析案例，采取了高效的圍護結構，自然采光，高效空調等多項節能措施，其設計方案建筑的能耗性能遠遠好于ASHRAE標準建筑，節能費用12.34%，按照LEED評價標準可以得到3分。

通過這案例分析說明，建筑能耗模擬是綠色建筑優化設計必不可少的分析工具。

參考文獻：

[1] LEED-NC， Green Building Rating System for New Construction & Major Renovations[S]， Version 2009， U.S.Green Building Council， 2009

[2]ASHRAE Standard 90.1-2007 Energy Standard for Buildings except Low-Rise Residential Buildings[S]，ASHRAE Standing Standard Project Committee 90.1-2007.

[3] GB 50189-2005.公共建筑節能設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社， 2005.

[4] GB50034-2004 建筑照明設計標準.

[5] 美國能源部網站廣州市CSWD（Chinese Standard Weather Data） 氣象文件.

（作者單位：中國建筑上海設計研究院有限公司）