探索数值模拟在能效评估中的应用

上海市能效中心 侯震寰

探索数值模拟在能效评估中的应用

上海市能效中心 侯震寰

针对缺少现场检测条件的节能评估项目，应用软件对其全年负荷和能耗进行数值模拟，以空调性能参数为变量，逐月与能耗账单对比，进而评估空调系统的能效水平。

空调系统；能效评估；数值模拟

近年来，中国的建筑物节能改造工作快速推进，国家相关部门积极研究相关政策，陆续制定和编写《节能量测量的验证技术通则》GB/ T28750-2012[1]、《公共建筑节能改造技术规范》JGJ176-2009[2]等节能量的测量和验证的标准或指南，通常采用现场测试的方法来测量或与评估项目的节能效果，但实际上，因客观原因，项目往往缺失有效数据，甚至改造前的设备已经移除，无法溯源项目节能量基准，给项目能效评估带来障碍。本文以实际案例，探索数值模拟与现场测试相结合，开展节能项目能效评估工作。

1研究对象概况

某公司A楼原中央空调系统设备老化，能源利用效率低下，对A楼空调系统进行节能改造，分别用1台水冷螺杆机组机及2台风冷热泵机组代替原有旧机组。

2能效评估方法确定

由于项目改造前的风冷活塞机组已移除，其运行效率已不能掌握，原设备运行记录也不齐全，仅有对外结算的电力账单。

考虑该项目没有实测的条件，节能量的测算采用工况点的测试和计算机模拟计算相结合的方式进行。根据商场建筑图纸对商场建模，采用能耗模拟软件分析商场面积，计算冷量需求，模拟改造前空调设备能效运行情况，对照改造前的电力消费情况，逐月进行对比，拟合出最符合实际情况的空调运行性能曲线，得到改造前的空调系统的能效水平。

3能效模拟软件简介

当前，建筑能耗计算方法的研究和软件很多。计算方法已经非常成熟，比较常用的软件也非常多。比如国外的DOE-2，中国大陆的CHEC等。

eQUEST（the QUick Energy Sim ulation Tool）同样是一款基于DOE-2基础上开发的建筑能耗分析软件，它允许设计者进行多种类型的建筑能耗模拟，并且也向设计者提供了建筑物能耗经济分析。软件还提供了图形结果显示的功能，用户可以非常直观的看到输入档生成的二维或三维的建筑模型，并且可以查看图形的输出结果。

表1建筑构件的热工性能一览表

4建模参数选取

现根据商场建筑图纸对商场建模，采用eQUEST能耗模拟软件分析商场面积，计算冷量需求，模拟改造前空调设备运行能效。

（1）建筑情况

A楼建筑面积为1500m2，共三层；一至三楼主要为商场，空调形式采用全空气系统。

（2）空调设计条件

室外气象参数：

夏季空调：干球温度34℃，湿球温度28.2℃，日平均30.4℃，通风温度32℃，平均风速3.2m/s气压100.53kPa；

冬季空调：干球温度－4℃，相对湿度75%，通风温度3℃，平均风速3.1m/s，气压102.51kPa。

根据提供的通风与空调设计施工说明图纸，夏天室内空调设计温度为26±2℃，冬天室内设计温度为16±2℃，新风量按20m3/h人计算。

（3）建筑围护结构参数选取

建筑围护结构的热工参数图纸中并未提供，所以热工参数依据GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》中夏热冬冷地区的围护结构限值选取。各建筑构件的热工性能如表1所示：

（4）人员密度、照明功率密度、设备功率密度和使用时间

人员密度、照明功率密度、设备功率密度和使用时间表可按照GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》选取，人员密度大型商场取4m2/人，单间商店取3m2/人，但是考虑到评估建筑地处上海核心闹市区，且是旅游景区，人流密度极高，以及根据《商店建筑设计规范》JGJ48-88，人员密度取1.7m2/人。

5软件模拟结果

使用eQUEST能耗模拟软件对A楼进行全年负荷与能耗模拟。商场建筑空调运行时间：全年8: 00-21:00。各层空调分区图见图1。

A楼建筑外形图如图2所示：

图1 A楼各层空调分区图

eQUEST能耗模拟软件根据输入的围护结构、人员、设备以及照明的负荷情况,软件自动计算得到该案例冷热负荷的计算结果，见表2。

图2 A楼建筑外形

表2 A楼计算结果

6空调系统性能及能耗分析

（1）改造前（基准能耗）的能耗统计

根据A楼管理人员提供的2009年及2010年的用电量数据以及模拟的改造前的结果绘制出如图3的曲线图。

通过eQUEST软件模式,采用改变机组EER（Energy Efficiency Ratio，空调制冷性能系数）、COP(coefficient of performance，热泵制热性能系数)的方式来估算旧机组的性能。

当EER=2，COP=1.5时的能耗模拟结果最接近实际,能耗模拟结果如图4、表3所示（趋势基本一致），其每月最大能耗误差为14.7%，最小为0.6%。全年能耗误差为1.7%。

根据A楼的用电量数据以及软件模拟情形下的用电量模拟结果，可以看出改造前A楼全年能耗为578390kWh

图3 A楼月电费记录

图4 A楼改造前模拟用电情况

（2）改造后的能耗模拟

由于改造后，新机组已具备现场实测条件，根据常规的的能效测试，将测试结果代入模型，可得到新机组情景下的能耗情况，通过比较，就可以得到空调改造的节能效果。

7总结

本文通过实际案例，探索现场测试和数值模拟相结合的能效评估方法，这项工作是有益的探索。数值模拟逐渐作为评估节能技改项目节能效果（节能量）的重要手段，如何根据已有的工作经验，总结归纳成具有可操作性的评估方法，进而构建合理的评估体系值得研究。

[1]《节能量测量和验证技术通则》GB/ T28750-2012

[2]、《公共建筑节能改造技术规范》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.

air cond itioning systems，energy efficiency assessment，software sim ulation

侯震寰，男，1985年3月生，上海市能效中心工程师。