基于改进的BIN法模拟分析建筑空调能耗

摘要:利用改进的 BIN 法对南京某空调建筑的能耗进行模拟,并应用正交试验设计、方差分析、回归 分析等数理统计方法对能耗进行分析,得到建筑能耗显著影响因素和各因素影响程度大小关系,从而 为建筑节能设计与空调运行管理提供依据。

引言

据统计, 我国建筑能耗已占社会总能耗的 30% 左右[1] ,建筑能耗模拟分析对建筑节能具有 重要意义。 目前,建筑物能耗模拟分析主要有 2 种 方法。

1) 利 用 计 算 机 软 件 ( 如 DeST、 EnergyPlus、 DOE - 2 等)进行精确计算的方法,但这种方法一 般较复杂,难于掌握和应用。 针对同一建筑,不同 建筑能耗模拟软件的模拟结果往往存在较大的差 异,从而得出不同甚至相反的结论,该方法的准确 性很大程度上取决于使用者对软件的掌握程 度[2] ,因此该方法不适用一般设计和运行管理人 员使用;

2)简化计算方法,如温频(BIN)法[3] 等,这种 方法精度稍差,但简单实用。

文中模拟建筑物能耗采用的是改进的 BIN 法[4 - 5] ,它是在 BIN 法基础上,将室外空气干球温 度和含湿量同时划分频段后计算能耗,使能耗计算 更切合实际,既继承了 BIN 法计算简便的优点,又 提高了计算准确性。

1 改进的 BIN 法能耗模拟数学模型

1． 1 负荷计算

在改进的 BIN 法中,空调负荷由太阳辐射负 荷、传导负荷、内部负荷和新风负荷 4 部分组成。

1)太阳辐射负荷。 太阳辐射负荷可根据式(1)进行计算:

2)传导负荷。

传导负荷由 2 部分组成,具体如下。

通过屋面、墙体、玻璃窗由温差引起的稳定传 热部分,可根据式(3)进行计算:

3)内部负荷。

内部负荷根据式(6)进行计算:

4)新风负荷。 新风负荷包括显热负荷和潜热负荷,分别根据 式(7)和式(8)进行计算:

1． 2 能耗模拟计算

利用式(2)、式(3)、式(5)、式(6) ~ (8)相加 可以分别计算各温湿度频段(即室外空气干球温 度和含湿量同时划分频段,下同) 的负荷,并将结 果分别乘以各温湿度频段对应的小时数后累加得 到总能耗。

3 数理统计方法分析

3． 1 正交试验设计

从改进的 BIN 法能耗模拟数学模型中可以看 出,能耗的影响因素是遮阳系数、室内设定温度、人 员密度、新风量标准等 10 个因素,根据规范要求对 每个因素取 2 个水平,用正交表 L12(210)[9] 来安 排试验,并用改进的 BIN 法计算不同试验下的总 能耗(kWh / m2 ),如表 2 所示。

3． 2 方差分析

方差分析是利用数理统计假设检验的方法,构 造一个服从 F 分布的统计量,记为 F,当 F 值越大, 因素对结果的影响就大[10] 。 利用表 2 中的数值计 算各因素的 Fi 值,结果如图 2 所示。

按照各个因 素 Fi 值大小,得到建筑能耗影响因素排序:室内设 定温度 > 人员密度 > 新风标准 > 设备功率 > 窗墙 比 > 遮阳系数 > 屋面传热系数 > 照明功率 > 墙体 传热系数 > 窗户传热系数。

投稿会员：芳华