热需求侧能耗影响因素分析

贾玉贵 黄翠翠 张利姣

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

热需求侧能耗影响因素分析

贾玉贵 黄翠翠*张利姣

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

建立建筑模型，利用鸿业负荷计算软件计算其采暖负荷，并结合北方地区建筑的特点，对影响能耗的因素包括围护结构热阻、室内设定温度、室外气象参数等作出分析.采用正交试验方差分析方法分析计算结果，得到其能耗主要影响因素.据此建立建筑能耗模型，分析得到热需求侧能耗影响因素及节能措施.

热需求侧；影响因素；正交实验；能耗模型

0 引 言

“十二五”期间，我国加快转变经济发展方式，努力构建节约型社会，扎实推进节能降耗工作，多措并举，取得了明显成效，但是仍存在很多问题.根据实际情况，在“十三五”期间，我国关于节能方面的政策将继续收紧.具体的政策制定方向是：源头控制与末端治理并重，强化源头控制.为了达到以上目标，必须强化需求侧研究与管理.本文通过建立建筑能耗模型，对需求侧能耗进行分析，找出影响热需求侧能耗的因素，进一步实现城市集中供热节能减排，从能源需求侧入手，减少供热对大气的污染，提高经济效益和环境效益.

1 热需求侧能耗影响因素的选取

影响建筑能耗的因素有很多，包括建筑物的围护结构热阻、建筑物的体形系数、建筑物朝向、室内设定温度，同时还要考虑室外气象条件的变化等[2].结合北方地区居住建筑的类型多样、建筑室内采暖过热问题普遍存在、能耗水平远高于现行的节能标准等特点，本文主要从围护结构热阻、室内设计温度等方面进行研究.同时，研究室外气象参数对采暖负荷的影响是非常必要的.

图1 住宅建筑标准层平面图

2 建立建筑模型

本文选取的建筑模型为典型的住宅建筑，该楼共有六层，砖混结构，外墙为370 mm砖墙，传热系数为1.5 W/m2·K,室内采暖设计温度为20 ℃，该建筑室外气象参数采用北京和张家口的供暖室外计算温度.为了研究围护结构对采暖负荷的影响，本文选取外墙为混凝土内保温-120 mm，其传热系数为0.61 W/m2· K，计算建筑的外墙传热系数为1.5和0.61 W/m2·K时的采暖负荷.为了对室温过高造成的损失有一定的概念，调节室内采暖设计温度为18 ℃，计算其采暖负荷.

3 正交试验设计

本文通过正交试验设计来分析热需求侧能耗影响因素.正交试验设计是最常用的一类试验设计方法，它使用一种规范化的表格(正交表)进行试验设计，可以用较少的试验次数，得到最佳方案.(见表1，表2，表3)

4 设计试验方案及分析结果

按以下几个步骤设计试验方案：

第一步：明确试验要解决的问题，即降低需求侧能耗；

第二步：明确影响试验指标的主要影响因素.为了试验方便，本试验选取3个主要影响因素(围护结构热阻、室外气象参数、室内设计温度).

第三步：选取适当的因素水平.现每个因素均有两个水平，见下表1；

第四步：选取正交表，本试验不考虑三种因素间的交互作用，故选正交表L4(23)，表示3个因子2水平需做4次实验的正交表，见表2；

第五步：进行试验，并记录试验数据；

第六步：分析试验结果.包含3个方面的内容：(1)区分对试验指标影响的主要及次要因素.(2)找出优化方案，即确定出什么样的因素组合才能使需求侧能耗最小.(3)分析试验因素对试验指标的影响，为进一步试验指明方向.

表1 影响因素及水平表

表3 计算数据表

表4 方差分析表

如果给出显著性水平α=0.05，查相应的分位数值F0.95(1，1)=161.45，所以在上述因子中因子A的作用最为显著，其次是因子B，最后是因子C，即围护结构热阻对能耗的影响最大，室外气象参数对能耗的影响比围护结构热阻的影响小，室内设计温度对能耗也有一定影响，其影响力最小.

5 多元线性回归分析

选用多元线性回归分析(根据多个自变量的最优组合建立回归方程来预测因变量的回归分析方法)来建立能耗模型.根据上述的相关分析结果，可以确定能耗影响因素回归分析模型.

建筑能耗影响因素回归分析模型为：Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3+ε

式中：b0-回归常数

b1、b2、b3-回归系数

X1、X2、X3-为上述的因素A、B、C

ε-随机扰动项

利用spss软件进行计算，得到的建筑能耗影响因素回归分析模型的回归常数、系数如下表：

表5 模型各系数检验

表5所示为各个模型非标准化的回归系数和标准误差、标准化回归系数和t检验的显著性水平.从表5可以看出：这4个模型各变量显著性水平均小于0.100，具有统计学意义.常数项的偏回归系数为1009.391；k值的大小的偏回归系数为2040.978；室外气象参数的偏回归系数为609.683；室内设计温度的偏回归系数为326.695.

由此，可确定建筑能耗影响因素回归分析模型为：

Y=1009.391+2040.978X2+609.683X2+326.695X3

6 结 论

通过对住宅建筑楼这一模型的模拟计算，可以得出以下结论：

(1)建筑物能耗主要是通过围护结构的传热耗热量.因此，改善建筑物结构的保温性能，会显著降低需求侧的能耗，寒冷地区应发展高效保温节能的墙体.本文所提出的建筑能耗模型能反映实际发展趋势，可根据此优化居住建筑外墙结构，并可以根据此对居住建筑进行能耗的预测.

(2)室外气象参数的变化对需求侧能耗也有一定的影响，因此，在实际供暖中，要根据室外天气的变化实时变化供热量，充分体现了实现集中供热系统运行自动化的重要性.

(3)要合理地控制冬季采暖室内设计温度，避免室温过高造成能源浪费.这就要求强化热需求侧管理理念，从过去的供应侧单向管理走向供应侧和需求侧双向管理模式，通过对现有供热管网合理改造，消除用户之间的热力不平衡，合理调整供热量，优化系统运行，供热量的产、输、配、用相对平衡，提高供热系统的效率与效益.

[1]贺平，孙刚.《供热工程》[M].北京：中国建筑工业出版社，2000

[2]刘珊.北京地区既有居住建筑采暖能耗影响因素的分析[A].2009年全国节能与绿色建筑空调技术研讨会暨北京暖通空调专业委员会第三届学术年会论文集[C].北京；全国节能与绿色建筑空调技术研讨会暨北京暖通空调专业委员会学术年会，2009:71～75

[3]李魁山，张旭.居住建筑能耗影响因素分析[J].低温建筑技术，2007(5):116～117

[4]张竞博，吴锴，赵媛，郭立.基于家庭能耗计量装置的需求侧节能实验研究[J].电力需求侧管理，2012，14(6):4～9

[5]张欢，周杰，刘刚.民用建筑能耗的宏观影响因素研究[J].建筑节能，2012(9):70～79

[6]蒲清平,贾洪愿,吴筱波.淮南市居住建筑能耗影响因素研究[J].煤气与热力,2012，32(4):16～20

AnalysisoftheFactorsInfluencingEnergyConsumptionofThermalDemandSide

JIAYu-gui,HUANGCui-cui,ZHANGLi-jiao

(Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou 075000,Hebei)

In this paper,the construction model is established,Hongye load calculation software is used to calculate the heating load,and combined with the characteristics of regional architecture in north areas,the factors affecting the energy consumption are analyzed,which consist of thermal resistance of building envelope,indoors temperature set,outdoors meteorological parameters.The variance analysis method of orthogonal test is used to analyze the calculation results,and the main factors affecting the energy consumption are obtained.Based on this,the architectural energy consumption model was established,and the influencing factors and energy saving measures were achieved.

thermal demand side;influencing factors;orthogonal experiment;energy consumption model

2017-03-25

河北建筑工程学院创新基金项目(XB201607)

贾玉贵(1973-)，男，副教授，主要研究方向：供热系统节能运行研究.

黄翠翠(1993-)，女，河北建筑工程学院研究生在读，主要研究供热方向.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.007

TU85

A