圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡計(jì)算 -- 軟件說(shuō)明

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1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡計(jì)算―――軟件說(shuō)明當(dāng)進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能權(quán)衡計(jì)算時(shí)，需要應(yīng)用動(dòng)態(tài)計(jì)算軟件。由中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑物理研究所開(kāi)發(fā)的建筑能耗動(dòng)態(tài)模擬分析計(jì)算軟件，適用于辦公建筑及其它各類公共建筑的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)評(píng)審。其計(jì)算內(nèi)核為美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）開(kāi)發(fā)的DOE-2程序，可以對(duì)建筑物的采暖空調(diào)負(fù)荷、采暖空調(diào)設(shè)備的能耗等進(jìn)行全年8760小時(shí)的逐時(shí)能耗模擬。在標(biāo)準(zhǔn)宣貫和使用過(guò)程中，大量采取能耗分析軟件的主要原因在于：標(biāo)準(zhǔn)對(duì)性能化設(shè)計(jì)方法的要求以及權(quán)衡判斷（Trade-

2、off）節(jié)能指標(biāo)法的引入。首先，在標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置了兩種指標(biāo)來(lái)控制節(jié)能設(shè)計(jì)，第一種指標(biāo)稱為規(guī)定性指標(biāo)，第二種指標(biāo)稱為性能性指標(biāo)。規(guī)定性指標(biāo)規(guī)定建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、窗墻比、體形系數(shù)等參數(shù)限值，當(dāng)所設(shè)計(jì)的建筑能夠符合這些規(guī)定時(shí)，該建筑就可判定為符合《標(biāo)準(zhǔn)》要求的節(jié)能建筑。規(guī)定性指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算。但是規(guī)定性指標(biāo)也在一定程度上限制了建筑設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性。性能性指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)在于突破建筑設(shè)計(jì)的剛性限制，節(jié)能目標(biāo)可以通過(guò)調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能等措施來(lái)達(dá)到。也就是說(shuō)性能性指標(biāo)不規(guī)定建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，但是必須對(duì)所設(shè)計(jì)的整棟建筑在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一

3、系列條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，單位面積采暖空調(diào)和照明的年能耗量不得超過(guò)參照建筑的限值。因此使用性能性指標(biāo)來(lái)審核時(shí)需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，這種計(jì)算只能用專門的計(jì)算軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，從實(shí)際使用情況來(lái)看，近年來(lái)公共建筑的窗墻面積比有越來(lái)越大的趨勢(shì)，建筑立面更加通透美觀，建筑形態(tài)也更為豐富。因此，傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中對(duì)窗墻面積比的規(guī)定很可能不能滿足本條文規(guī)定的要求。須采用標(biāo)準(zhǔn)第4.3節(jié)的權(quán)衡判斷（Trade-off）來(lái)判定其是否滿足節(jié)能要求。圖B-1公建標(biāo)準(zhǔn)權(quán)衡判斷（Trade-off）評(píng)價(jià)流程一、能耗分析計(jì)算原理建筑物的傳熱過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，建筑物的得熱或失熱是隨

4、時(shí)隨地隨著室內(nèi)外氣候條件變化的。因此，為了較準(zhǔn)確地計(jì)算采暖空調(diào)負(fù)荷，并與現(xiàn)行國(guó)標(biāo)保持一致，需要采用動(dòng)態(tài)計(jì)算方法分析建筑能耗及影響其大小的因素。動(dòng)態(tài)計(jì)算方法有很多，DOE-2用反應(yīng)系數(shù)法來(lái)計(jì)算建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。反應(yīng)系數(shù)法是先計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面溫度和熱流。由一個(gè)單位三角波溫度擾量的反應(yīng)計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸熱、放熱和傳熱反應(yīng)系數(shù)，然后將任意變化的室外溫度分解成一個(gè)個(gè)可迭加的三角波，利用導(dǎo)熱微分方程可迭加的性質(zhì)，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)每一個(gè)溫度三角波的反應(yīng)迭加起來(lái)，得到任意一個(gè)時(shí)刻圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度和熱流。反應(yīng)系數(shù)的計(jì)算可以參考專門的資料或使用專門的計(jì)算程序

5、，有了反應(yīng)系數(shù)后就可以利用下式計(jì)算第n個(gè)時(shí)刻，室內(nèi)從室外通過(guò)板壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱得熱量HG（n）式中：tz(n-j)——第n-j時(shí)刻室外綜合溫度；tr(n-j)——第n-j時(shí)刻室內(nèi)溫度；當(dāng)室內(nèi)溫度tr不變時(shí)，此式還可以簡(jiǎn)化成：式中，K是板壁的傳熱系數(shù)。在計(jì)算思路上，DOE-2是一種正向思維，即根據(jù)室外氣象條件，圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況，計(jì)算出室內(nèi)溫度以及室內(nèi)得熱量。對(duì)要控制室內(nèi)熱環(huán)境的房間，由選定的采暖空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷情況提供冷（熱）量，以維持室溫在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。DOE-2的計(jì)算過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，后一時(shí)刻室內(nèi)的溫度、冷熱負(fù)荷、以及采暖空調(diào)設(shè)備

6、的耗電量要受前一時(shí)刻的影響。程序根據(jù)輸入的建筑情況和室內(nèi)設(shè)定溫度值的要求，動(dòng)態(tài)計(jì)算出建筑物的全年能耗情況，并以各種表格形式輸出。二、Doe2IN應(yīng)用程序的使用用戶運(yùn)用Doe2IN應(yīng)用程序進(jìn)行建筑物的能耗計(jì)算，首先應(yīng)明確Doe2IN所要求的工作：遵循Doe2IN應(yīng)用程序的約定，以Doe2IN定義的輸入方式，對(duì)將要進(jìn)行能耗計(jì)算的建筑物進(jìn)行描述——輸入建筑物的構(gòu)成。Ⅰ建筑物基本數(shù)據(jù)城市、材料、門窗、構(gòu)造Ⅱ建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般信息、樓板與屋頂、房間、窗戶Ⅲ建筑物空調(diào)系統(tǒng)劃分等計(jì)算參數(shù)輸入建筑物的構(gòu)成（通過(guò)Doe2IN提供的Windows標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框輸入完成）

7、建筑物能耗模擬計(jì)算（DOE-2程序完成）生成并輸出計(jì)算結(jié)果（Doe2IN及其它Windows應(yīng)用程序完成）Doe2IN進(jìn)行建筑物的能耗計(jì)算，按照下面的順序進(jìn)行：圖B-2Doe2IN建筑物能耗計(jì)算流程從流程圖可以看出，Doe2IN進(jìn)行建筑物能耗計(jì)算的三個(gè)步驟中，需要用戶參與的只是第一步。如果用戶正確地完成了建筑物構(gòu)成的輸入工作，其余的工作都由Doe2IN應(yīng)用程序完成；同時(shí)只要用戶的輸入是準(zhǔn)確的，計(jì)算結(jié)果也將是準(zhǔn)確的。流程圖中的第一步建筑物的構(gòu)成包括三部分信息：建筑物的基本數(shù)據(jù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成、建筑物的空調(diào)系統(tǒng)劃分等其它計(jì)算參數(shù)的設(shè)定。這三部分的信息

8、需要用戶輸入按照Doe2IN規(guī)定的順序進(jìn)行輸入。①建筑物的基本數(shù)據(jù)：建筑物所處城市、建筑物所用到的材料、建筑物的門窗、建筑物的外墻板、內(nèi)墻板、地面板、