淺談辦公建筑自然通風(fēng)節(jié)能量范文

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摘要:在自然通風(fēng)和非自然通風(fēng)兩種工況下，針對(duì)浙江省南、北氣候區(qū)，采用eQuest軟件對(duì)某辦公建筑進(jìn)行全年能耗模擬，得出了南、北氣候區(qū)自然通風(fēng)的有效時(shí)數(shù)及空調(diào)制冷節(jié)能率。結(jié)果表明，北氣候區(qū)自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù)高于南區(qū)，且北區(qū)節(jié)能率更高，更適宜利用自然通風(fēng)。

關(guān)鍵詞:辦公建筑;浙江省氣候北區(qū);浙江省氣候南區(qū);自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù);自然通風(fēng)節(jié)能率

1背景

自然通風(fēng)作為建筑有效地降低能耗，提高舒適性的手段，已成為建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中必不可少的要素。已有研究表明，辦公建筑自然通風(fēng)每年可節(jié)約空調(diào)能耗14～41kWh/m2［1］。《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50378—2014)》中第8.2.10條規(guī)定公共建筑在過渡季典型工況下主要功能房間平均自然通風(fēng)換氣次數(shù)不小于2次/h，達(dá)到一定面積比例，可取得相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)，最高可得13分［2］，權(quán)重較大。由此可見，自然通風(fēng)對(duì)建筑節(jié)能與舒適性的重要性。自然通風(fēng)技術(shù)具有很強(qiáng)的氣候特性，不同氣候地區(qū)對(duì)應(yīng)用自然通風(fēng)的潛力不盡相同，自然通風(fēng)在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下的有效時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，則說明當(dāng)?shù)刈匀煌L(fēng)節(jié)能的潛力越大［3］。浙江省介于北緯27度12分至31度31分之間，緯度跨度不大，但仍然有較為明顯的氣候分區(qū)。浙江省《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(DB33/1015—2015)》將浙江省建筑節(jié)能設(shè)計(jì)分為南、北兩個(gè)氣候分區(qū)，南區(qū)歷年逐月平均溫度均要高于北區(qū)。以杭州(氣候北區(qū)城市)和溫州(氣候南區(qū)城市)為例，溫州過渡季平均溫度較杭州高出1℃～3℃，這就導(dǎo)致針對(duì)上述兩個(gè)城市實(shí)施自然通風(fēng)的適用時(shí)間不一致。本文針對(duì)浙江省杭州、溫州兩個(gè)城市的氣候特點(diǎn)，分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)耦合能耗分析法得出浙江省不同氣候區(qū)域的自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù)，并通過全年逐時(shí)模擬計(jì)算對(duì)典型辦公建筑自然通風(fēng)節(jié)能潛力進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)耦合能耗分析法是通過自然通風(fēng)與熱環(huán)境的耦合計(jì)算得出建筑的全年自然通風(fēng)風(fēng)量和空調(diào)能耗，可以較為精確地分析建筑節(jié)能量［4］。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文選取一棟典型辦公建筑，應(yīng)用eQuest軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，eQuest軟件是為數(shù)不多的可將自然通風(fēng)與熱環(huán)境耦合的計(jì)算工具。

2物理模型及模擬參數(shù)設(shè)置

2．1物理模型

本文選取一個(gè)典型南北朝向的板式辦公樓作為研究對(duì)象，建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖1。該項(xiàng)目總建筑面積9328m2，地上11層，總高度51.6m，體形系數(shù)0.21。在不影響自然通風(fēng)節(jié)能分析結(jié)果的前提下，對(duì)模型進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，由于各層使用功能一致，因此將物理模型各層均簡(jiǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)層，簡(jiǎn)化的物理模型見圖2。

2．2模擬參數(shù)輸入

氣象參數(shù)選取中國(guó)氣象數(shù)據(jù)集中杭州和溫州地區(qū)的典型氣象年數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)見表1。該建筑主要包括辦公室和走廊兩種主要房間功能，功能房間相關(guān)參數(shù)見表2。建筑周一至周五運(yùn)行，周六、周日休息，人員、燈光、設(shè)備作息時(shí)間及房間溫度逐時(shí)設(shè)定值均按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189—2015)》附錄B進(jìn)行設(shè)置，見圖3、圖4。空調(diào)冷熱源采用多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能效比3.4，制熱能效比3.8。

3自然通風(fēng)舒適度區(qū)間

余貞貞等［5］總結(jié)了眾多學(xué)者及機(jī)構(gòu)對(duì)自然通風(fēng)條件下建筑熱舒適性模型的研究成果，以ASHRAE55—2013為例，自然通風(fēng)條件下，80%人群舒適性滿意(Ⅱ級(jí)舒適度)情況下，可接受的操作溫度的上、下限為公式(1)～(2)：根據(jù)NadineWalikewitz等［6］人研究成果，絕大多數(shù)情況下，建筑室內(nèi)干球溫度與室內(nèi)平均輻射溫度差異不大，因此室內(nèi)干球溫度可近似等于操作溫度。有研究表明當(dāng)過渡季室外溫度處于14℃～22℃時(shí)［7］，自然通風(fēng)較為有效。浙江省《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(DB33/1015—2015)》附錄D給出了浙江省各地逐月平均溫度，杭州、溫州兩地逐月平均溫度在14℃～22℃區(qū)間或接近這個(gè)區(qū)間的月份為3—6月和10—11月。表3列出了杭州、溫州兩地上述月份逐月室外平均溫度與80%人群舒適性滿意情況下的室內(nèi)干球溫度計(jì)算值。通過數(shù)據(jù)對(duì)比，杭州、溫州兩地區(qū)各月適宜自然通風(fēng)的室內(nèi)溫度區(qū)間基本一致，11月份差異最大，僅為0.8℃。將表3溫度計(jì)算值輸入eQuest軟件，控制自然通風(fēng)的啟動(dòng)條件。以杭州3月份為例，室溫小于17.8℃時(shí)，門窗關(guān)閉，開啟空調(diào)制熱;當(dāng)室溫介于17.8℃～24.8℃之間時(shí)開啟門窗，關(guān)閉空調(diào);當(dāng)室溫高于24.8℃時(shí)關(guān)閉門窗，開啟空調(diào)并制冷。

4建筑自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù)

自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù)為建筑在某一時(shí)段可利用自然通風(fēng)抵消室內(nèi)冷負(fù)荷的全部小時(shí)數(shù)。由于各層、各朝向的逐時(shí)負(fù)荷特點(diǎn)均不相同，若要分析自然通風(fēng)在某一時(shí)間段是否能抵消冷負(fù)荷，則需要選取某一特定空調(diào)分區(qū)來研究自然通風(fēng)的節(jié)能量，本文選取標(biāo)準(zhǔn)層北側(cè)辦公空間作為研究對(duì)比對(duì)象。通過對(duì)該建筑全年動(dòng)態(tài)模擬，總結(jié)出杭州各月份適宜自然通風(fēng)的有效時(shí)數(shù)和各月有效時(shí)數(shù)占建筑運(yùn)行時(shí)間的百分比，見表4。杭州過渡季自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù)比溫州地區(qū)高100h左右。各月份有效時(shí)數(shù)差異也較大，春季，杭州3月份僅有29%的時(shí)間適宜自然通風(fēng)，而溫州地區(qū)比例達(dá)到68%，溫州較杭州自然通風(fēng)可略早介入;從5月、6月數(shù)據(jù)看，由于溫州較杭州氣溫高，因此可利用的時(shí)間也比杭州少一些。秋季杭州10月較適宜自然通風(fēng)，有效通風(fēng)時(shí)間百分比達(dá)到85%，而溫州則是在11月較為適宜，比例高達(dá)89%。杭州在4月、5月、10月自然通風(fēng)最為有效，而溫州則是在3月、4月、11月，兩地區(qū)自然通風(fēng)適宜月份有明顯差異。

5建筑自然通風(fēng)節(jié)能量分析

表5給出了建筑在非自然通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種工況下，杭州和溫州兩種氣候條件下空調(diào)制冷能耗對(duì)比。由表中數(shù)據(jù)可知，該建筑在溫州地區(qū)年制冷能耗為181×103kWh/年;杭州地區(qū)年制冷能耗為162×103kWh/年。利用自然通風(fēng)手段，溫州地區(qū)可節(jié)約22×103kWh/年，折合電費(fèi)約2萬元，占總制冷能耗比重約12%;杭州地區(qū)可節(jié)約32×103kWh/年，折合電費(fèi)約3萬元，占總制冷能耗比重約20%。以上分析表明，針對(duì)辦公建筑杭州地區(qū)過渡季利用自然通風(fēng)對(duì)降低制冷能耗更為有效，而溫州由于地處浙江南區(qū)，過渡季溫度較高，因此利用自然通風(fēng)帶來的節(jié)能效果不如浙江省北區(qū)明顯。

6結(jié)語

本文以一幢板式辦公樓為例，針對(duì)自然通風(fēng)和非自然通風(fēng)兩種工況，利用能耗模擬軟件eQuest，對(duì)浙江省北區(qū)(杭州為例)和浙江省南區(qū)(溫州為例)兩種氣候條件下進(jìn)行了全年動(dòng)態(tài)能耗模擬，得出以下結(jié)論:1)溫州地區(qū)月平均溫度高于杭州地區(qū)1℃～3℃，但適宜自然通風(fēng)的室內(nèi)溫度區(qū)間基本一致，11月份差異最大，僅為0.8℃。2)杭州地區(qū)年自然通風(fēng)有效時(shí)數(shù)比溫州地區(qū)高100h左右，杭州在4月、5月、10月自然通風(fēng)最為有效，而溫州則是在3月、4月、11月，兩地區(qū)自然通風(fēng)適宜月份有明顯差異。3)辦公建筑利用自然通風(fēng)在杭州地區(qū)年可節(jié)約20%的空調(diào)制冷能耗，在溫州地區(qū)年可節(jié)約12%的空調(diào)制冷能耗。節(jié)能效果在兩個(gè)地區(qū)均比較可觀，浙江省北區(qū)自然通風(fēng)節(jié)能量更高，更適宜利用自然通風(fēng)來降低室內(nèi)冷負(fù)荷。

參考文獻(xiàn)

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作者：牟宇 吳佳艷 丁德 單位：杭州浙大精創(chuàng)建筑節(jié)能科技有限公司