基于IPLV指标测算建筑空调能耗的方法研究*

马书寒　郭强　游庆生　王金良

（常州大学建筑环境与能源应用工程系　江苏常州213016）



基于IPLV指标测算建筑空调能耗的方法研究*

马书寒郭强游庆生王金良

（常州大学建筑环境与能源应用工程系江苏常州213016）

摘要提出一种在建筑节能评估工作中基于IPLV指标测算空调能耗的新方法。通过对同一多层建筑物采用面积指标法和IPLV指标法进行空调能耗的测算，并对比利用eQUEST模拟软件的计算结果，发现面积指标法与模拟结果误差高达30%以上，而IPLV指标计算法与模拟结果误差在10%左右，且IPLV指标法计算过程简便，更适合在实际节能评估过程中使用。

关键词节能评估空调能耗IPLV指标

New Method to Calculate the Building Air Conditioning Energy Consumption Based on IPLV Index

MA Shuhan GUO Qiang YOU Qingsheng WANG Jinliang
（Department of building environment and Energy Engineering，Changzhou University Changzhou，Jiangsu 213016）

Abstract A new method is proposed to calculate the air conditioning energy consumption in building energy saving assess-ment，in which area index method and IPLV index method is applied to calculate the energy consumption of the same build-ing and the result of eQUEST simulation software is compared，finding out the error of area index method is above 30%，the error of IPLV index method is only 10%，and also IPLV method is more accurate and convenient，more suitable to be used in energy－saving assessment work．

Key Words energy－saving assessment energy consumption of air conditioning IPLV index

0　引言

在实际的建筑节能评估过程中，由于对建筑能耗测算时，特别是对建筑的采暖、空调能耗进行估算时采用的方法不一致，对各种因素的考虑不充分，往往导致能耗估算结果存在较大的偏差，而过低或者过高的能耗估算结果，会使能评报告对能源合理配置和充分利用的指导意义大打折扣，建筑节能评估工作也就失去了原本的作用和价值［1］。

本文提出一种基于IPLV指标测算建筑空调能耗的方法，并对同一目标建筑物，分别利用几种在节能评估过程中常用的方法计算得出建筑空调能耗，对比分析采用IPLV指标方法计算得到的结果与前述方法的差异，最后探讨各自计算结果与利用e－QUEST建筑能耗模拟软件计算结果的误差程度，为建筑空调能耗的节能评估工作提供一种较为方便和可靠的计算方法。

1现有建筑空调能耗测算方法及其利弊

1．1面积指标法

面积指标法是目前在节能评估过程中测算建筑采暖、空调能耗最常用的方法，多数建筑设计研究院通常采用该方法，具体计算公式如下［2］：

式中，Q为空调机组能耗，J；α为空调同时使用系数；w为单位面积负荷指标，W／m2；F为建筑的空调区面积，m2；t为空调机组运行时间，h；ε为空调机组的能效系数（COP）。

计算简便是面积指标法的最大优势。可以看出，该方法的关键在于α与w的取值，现有途径是根据空调区的类型直接查表选取，忽略了室外气象参数、建筑围护结构的热工参数、朝向、机组类型等有着显著影响的因素。规范指出，面积指标法仅限于在项目已知条件很少的情况下进行简易估算。因此，在节能评估工作中直接使用面积指标法是不妥的。

1．2逐时动态模拟的简化计算方法

对于建筑空调能耗的测算，最精确的计算方法是逐时动态模拟计算，对空调机组全年运行参数的逐时模拟计算［3－4］。然而在实际的节能评估工作中，由于逐时动态模拟计算过程繁琐，需要大量的建模工作、计算参数变量多、耗费时间长等原因导致该方法实用性较差，有许多研究人员在此基础上简化计算。如，文献［5］提出了一种简化计算方法，假设单台空调机组全年的负荷率分为100%，75%，50% 和25%4个级别，由标准可知，在夏热冬冷地区单台空调机组全年运行状况时4种负荷率的运行时间比率分别为2．3%，41．5%，46．1%和10．1%［6］，则单台机组全年的能耗Q可按式（2）计算。

式中，W为单台空调机组设计负荷，W；t为单台空调机组全年运行时间，h；ε1，ε2，ε3和ε4分别表示空调机组在100%，75%，50%和25%负荷率下的能效系数。

采用式（2）计算空调能耗，相对于动态模拟计算进行了大幅简化，计算结果准确度较高，文献［5］利用该方法对某一建筑物空调能耗的计算结果与实际结果差距不大。此方法的关键在于确定空调机组在不同负荷率下的能效系数值，而多数空调机组设备手册中不会给出该项参数，评估人员需要实际测量后才能获取，难免给节能评估工作带来难度，同时测量误差也会加大计算结果的不准确性。

2利用IPLV指标测算建筑空调能耗

由前文可以看出，空调能耗的计算分为2个主要部分：空调负荷的确定，负荷与能耗间的转换。前一部分与建筑围护结构的热工参数、朝向、窗墙比等有着直接的关系，而传统的面积指标法并未对其加以考虑。关于计算负荷的方法不在本文讨论，本文的重点在于负荷与能耗间的转换关系，该部分与机组在不同负荷运行下的能效系数、机组的自控策略等有着直接的关系。负荷性能系数IPLV是用来评估空调机组能效的参数指标，其定义为：用一个单一数值表示空气调节用冷水机组的部分负荷效率指标。标准规范中规定夏热冬冷地区的IPLV指标按式（3）计算［6］。

式中，ε1，ε2，ε3和ε4的含义与式（2）中一致。部分研究者［7－8］认为，采用IPLV指标的计算方法不能准确反映空调的实际运行能耗，主要依据是IPLV指标未考虑空调机组不同负荷率百分比的权重值对机组全年能耗的影响。事实上，文献［7－8］均将IPLV指标中对应的空调负荷理解为空调系统的设计负荷，而设计负荷对应的是机组满负荷运转的情况，在实际运行中，大部分时间室外温度低于空调室外设计干球温度，在这些时间内空调机组并非满负载工作状态。因此，根据设计负荷得到的负荷值与反映空调机组在平均负荷下运行时的能效系数IPLV进行计算，得到的负荷效率指标显然是不准确的。所以，采用IPLV进行空调能耗测算时，应根据室外参数计算得出空调运行的平均负荷，空调能耗Q可按式（4）计算。

相对于空调机组在不同负载率下的能效系数等参数较难获取而言，由于国家标准的要求，空调设备中均会直接给出IPLV，因此，利用式（4）进行计算就变得十分简便。

3工程案例计算

3．1工程概况和空调能耗计算参数

以江苏淮安地区某五星级酒店建筑物为例，项目总面积3．11万m2，其中空调区面积2．49万m2，主要包含酒店住房（面积1．65万m2）和商业活动（0．84万m2）两个区域，涉及面积指标法的具体参数见表1。空调机组选用特灵RTAC螺杆式风冷冷水机组，查询该机组的负荷曲线图得到其在不同负载率下的能效系数值以及运行时间百分比，如表2所示。

表1涉及空调能耗计算的相关参数

表2特灵RTAC冷水机组在不同负载率下的能效系数、占全年运行时间百分比

3．2不同空调能耗测算方法的计算结果

3．2．1面积指标法

由表1提供的数据，根据式（1）分别测算该建筑物商业区域和酒店区域的空调能耗。

3．2．2动态模拟的简化计算法

该建筑物的设计负荷为3 678 kW，由表1和表2数据，根据式（2）测算得到的空调能耗为：

3．2．3利用IPLV指标计算方法

4利用eQUEST建筑能耗模拟软件计算空调能耗

eQUEST是面向工程师使用的专业建筑能耗模拟软件，对空调系统、机电控制等耗能设备全年运行的能耗模拟计算有很高的精度。本文利用该软件对案例酒店的空调系统全年运行能耗进行模拟计算。

4．1模型建立和边界参数的设定

目标建筑长86．4 m，宽78．3 m，地面以上高度18．4 m，建筑体形系数为0．4，建筑的第一、二层高度均为5 m，第三层为4．5 m，第四层为3．9 m，地下室层高4．5 m。建筑围护结构相关计算参数见表3。

表3建筑围护结构的相关计算参数

空调系统采用单区域空气处理器（附加热回收装置），空调运行时间为8：00～24：00，每周7 d工作制。风机在空调系统运行前和关闭后运行0．5 h。夏季、冬季室内设计温度分别为25℃、16℃，传感器控制温度为26℃、15℃。水冷冷水机组能效比为4．2，室内负荷及其他参数见表4。

表4室内人员及设备负荷参数

4．2 eQUEST模拟计算结果

利用eQUEST模拟软件对该酒店全年的空调能耗模拟计算结果为5．9×105kW·h。图1为全年每个月的空调能耗值。不难发现，处于夏季的7月份为全年空调能耗最多的月份，接近1．3×105kW·h，而春秋季节空调能耗则明显减少。

图1全年各月的空调能耗模拟计算结果

5不同计算方法的结果对比

图2对比了3种不同空调能耗计算方法的计算结果与eQUEST模拟软件计算得到的结果，可见面积指标法测算的结果最大，eQUEST软件计算的结果值最小，而利用动态逐时简化的方法和采用IPLV指标计算的结果非常接近。

图2不同估算方法测算得到的空调能耗值

进一步分析可知，如以eQUEST模拟结果为基准值，传统的面积指标法、逐时动态模拟法、IPLV指标法的结果跟基准值的误差分别为33．04%，7．51%，10．22%。逐时动态简化计算方法最为精确，IPLV计算法次之，面积指标法则存在较大的误差。

6　结论

通过对同一高层建筑物的空调能耗测算结果对比发现，逐时动态简化的计算方法最接近真实值，但其所需的系数难以获取，难以推广使用。传统的面积指标法计算简便，但误差过大，精确度难以满足要求。本文提出的IPLV指标测算法不仅计算结果误差较小（仅10%左右），且所需的IPLV值可直接由设备手册获取，计算过程简便，便于实际应用。

由于IPLV只是评价1台机组的能效指标，而考虑实际项目中机组的能效水平时还需要考虑机组机头数、自控策略等因素，单纯套用IPLV进行计算也可能导致误差。故而对于机组能效水平还需要增加其他修正系数，如机组类型修正系数、自控策略修正系数和冷水机组机头数修正系数等，确定这些修正系数将是后续的研究工作。

参考文献

［1］陈昱廷．建筑节能评估体系关键技术研究［D］．武汉：华中科技大学，2013．

［2］中国建筑科学研究院，中国建筑协会建筑节能专业委员会．GB 50189—2005公共建筑节能设计标准［S］．北京：中国建筑工业出版社，2005．

［3］Yanbin Liu，Jina Liang，Xiaotao Wang，et al．Status，problems and countermeasures of energy－saving assessment for building energy－saving projects［J］．Sustainable Development，2013 （3）：116－122

［4］American Society of Heating，Refrigerating and Air－Condition-ing Engineers，Inc．ASHRAE Guideline 14－2002：Measure-ment of Energy and Demand Savings［M］．Atlanta，2002．

［5］衣建光．民用建筑节能评估能耗估算方法讨论［J］．上海节能，2012（4）：26－29．

［6］全国冷冻设备标准化技术委员会．GB／T 18430．1—2007工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组［S］．北京：中国标准出版社，2009．

［7］贾晶，赵锡晶，李杰．用IPLV／NPLV值评估冷水机组全年能耗的局限性［J］．暖通空调，2010，40（3）：19－22．

［8］贾晶，施敏琪．IPLV和COP对冷水机组全年能耗的影响［J］．制冷与空调，2012，12（1）：89－92．

收稿日期：（2014－12－05）

作者简介马书寒，1990年生，硕士研究生。

*基金项目：国家自然科学基金（51408072）。