广州琶洲村地块四超高层办公建筑能耗系统设计方案节能优化分析

郝卫辉

摘要：建筑能耗模拟是绿色建筑设计优化必不可少的工具，尤其对于超高层建筑能耗设计优化具有十分重要的指导意义，并且给出的案例申报美国LEED金级认证，能耗得分是先决条件，能耗优化得分对于项目级别至关重要。

关键词：建筑能耗模拟，绿色建筑设计，案例分析

通过建筑能耗模拟与分析对设计方案进行比较好优化，使其符合相关的标准和规范，进行经济性分析，具有十分重要的意义。能耗模拟在项目设计之前，避免不合理的设计带来的经济损失。

美国绿色建筑标准LEED【1】（Leadship in Energy and environment design） Credit EA c1-优化能耗性能中定义了能耗模拟的方法。本文从选取作者所做的建筑能耗模拟案例介绍具体的参数输入，建筑步骤和遵照标准。

1 案例分析

美国绿色建筑标准LEED（Leadship in Energy and environment design） Credit EA c1-优化能耗性能中定义了能耗模拟的方法是对设计的绿色建筑建立模型，模拟计算建筑节能，并将其与根据ASHRAE90.1-2007【2】建立的基准模型进行比较，计算其节钱百分比，再根据标准百分比打分。

本案例采用eQuest对广州琶洲村地块四办公楼进行能耗模拟，评价各项节能措施的节能效果。

1.1 项目概况

项目位于广州海珠区，琶洲岛中部珠江南岸，地块四位于琶洲村的东北角。地块交通便捷，毗邻珠江视线极佳。

本项目是一个多用途综合开发项目，包括办公塔楼（C-2栋），酒店塔楼和酒店裙房（C-1栋）。酒店裙房位于办公塔楼、酒店塔楼之间，用于酒店辅助设施。

1.2工程概况

项目占地面积34612平方米；

总建筑面积184011.3平方米；

地上建筑面积132026.7平方米；

地下建筑面积51984.6平方米；

地上60层，地下4层。

建设周期2014.6.17-2017.9.29

此办公楼的设计中采用了多项节能措施，包括以下几个方面：

（1） 建筑围护结构-外墙和屋顶的U值，玻璃性能和遮阳措施

（2） 照明系统-降低照明功率密度

（3） 自然采光-在周边区域安装根据自然采光自动调光的照明控制系统

（4） 空调系统-采用高效的設备，采用节能空调。

2、建筑能耗模拟方法

2.1模拟软件

本项目建筑能耗采用eQuest v3.64软件进行。eQuest是在美国能源部（U.S. Department of Energy）和电力研究院的资助下，由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和J.J. Hirsch及其联盟（Associates）共同开发，是基于DOE2的软件中最为优秀的一款。其最大的特点和优势在于对空调、控制等机电系统的模拟，因而特别适合机电或能源工程师分析各种设备的节能潜力和全年运行状况，以确定合适的节能策略和最佳的节能方案。该软件是美国绿色建筑委员会（USGBC）认可的用于能耗模拟的专业软件。

2.2建立模型

本项目建立了2个模型，Baseline 参照基准模型和Proposed设计模型。

（1）Baseline模型是根据ASHRAE90.1-2007标准中列出的各项要求建立的参考模型。维护结构的要求符合ASHRAE标准中规定的广州地区维护结构的最低性能要求。

（2）Proposed模型综合了高效的建筑维护结构，高效照明系统与外区的自然采光，高效空调系统。考虑广州高热高湿气候，设有能量回收装置，并安装预冷盘管对室外新风进行除湿。

3、模拟参数输入

3.1建筑围护结构

各朝向窗墙面积比：

设计建筑：东：0.9南0.91西0.92北：0.91

参照建筑：东0.4南：0.4西：0.4北：0.4

3.2内部负荷

该项目建筑内部负荷包括人员负荷、照明负荷和设备负荷等，详见下文表格。根据绿标模拟要求，人员密度和设备负荷在参照建筑和设计建筑两个模型中保持一致。

3.3暖通空调系统

模拟中所用暖通空调系统参数设置如下：

设计建筑冷源：冷水机组采用离心机和螺杆式机组组合，大小机组搭配，以保证制冷系统在高效率区间运行，确保系统运行的灵活性和运行的可靠性。空调冷热源系统由2台4571KW（1300RT）离心式冷水机组、2台1406KW（400RT）螺杆式冷水机组、10台超低噪声单面进风方形冷却塔，5台冷却泵（3大2小，1台备用），5台一次冷冻泵（3大2小，1台备用）组成；一次冷冻水泵，冷却水泵，冷却塔，冷水机组均为并联设置。办公空调主机房位于地下3层，冷却塔设置在首层下沉地面。

空调系统：办公大堂采用集中处理低速送风系统，新风与回风按一定比例在风柜房混合后，经空气处理机组粗效，中效过滤，冷却，除湿处理后，送入空调区。过渡季节可实现全新风工况。

办公、会议采用集中处理的低速变风量送风系统（VAV），新风与回风按一定比例咋风柜房混合后，经空气处理机组粗效，中效过滤，冷却，除湿处理后送入变风量调节阀（VAV-BOX），变风量调节阀根据室内温度自动调节送风量，经由送风口送入空调区。会议室，办公室等小房间采用风机盘管加新风系统。新风经新风处理机组过滤，冷却，除湿处理后，经新风管送入各风机盘管的出风管与风机盘管出风混合后送入空调区。

基准模型：AV变风量系统带再热，定频风机；风机盘管变频风机，新风机为定频风机。

AHU同设计建筑，分体空调同设计建筑。

冷冻水供回水温度：5/12℃

冷却水供回水温度：32/37℃

热水供回水温度：60/50℃

冷却塔：开式冷却塔，风机变频（设计模型），单速风机（基准模型），冷却塔与冷机一一对应

冷冻水泵：一次泵变流量（设计模型），输送能效比ER=0.0228（基准模型）

冷却水泵：变流量（设计模型）输送能效比ER=0.0228（基准模型）

室内设计温度：办公大堂 夏季26℃，办公塔楼25℃，会议25℃，走道26℃

风机功率：变风量系统：0.2 W/m3.h，全空气定风量：0.72 W/m3.h

风机盘管+新风：0.7 W/m3.h

车库通风机UVT： 0.576 W/m3.h

其他通风机UVT： 0.576 W/m3.h

基准模型：定风量：0.53 W/m3.h，变风量：0.69 W/m3.h，普通机械通风机：0.32 W/m3.h

送风温差：20°F

3.4建筑運行时间表

建筑时间表反映室内人员、照明、设备、房间控制温度、空调系统运行的逐时变化，根据公共建筑节能设计标准 GB 50189-2005【3】本项目能耗模拟中所使用的主要时间表描述如下，且在参照建筑和设计建筑中保持一致。

3.5气候数据

广州属于ASHRAE climate zone 2【6】

经度：East Longitude 113.32°

纬度：North Latitude23.13°

干球温度：6℃

Cooling degree days CDD10制冷度日数：4640

Heating degree days HDD18制热度日数； 409

3.6能源费率

Baseline 模型和Proposed模型能源费率一致。本项目能源费率是0.9678 RMB/KWH.。

3.7能耗结果与分析

地下车库通风，设备符合，电梯，室外照明根据设计要求，设置参数保持一致；

设计模型室内采用高效节能灯具，设计模型空调末端采用了单位风机功率效果更高的变频风机，基准模型采用了单速风机，冷却塔采用了变频风机比，因而也更节能。

4结束语

本文分析了案例，配合绿色建筑设计的能耗模拟采用建筑能耗模拟软件分别建立基准模型和设计模型，其中基准模型遵照ASHRE90.1-2007建立，设计方案模型根据设计方案建立，模拟计算设计方案模型与基准模型相比的能耗费用节省百分比。再根据LEED标准打分。本文所分析案例，采取了高效的围护结构，自然采光，高效空调等多项节能措施，其设计方案建筑的能耗性能远远好于ASHRAE标准建筑，节能费用12.34%，按照LEED评价标准可以得到3分。

通过这案例分析说明，建筑能耗模拟是绿色建筑优化设计必不可少的分析工具。

参考文献：

[1] LEED-NC， Green Building Rating System for New Construction & Major Renovations[S]， Version 2009， U.S.Green Building Council， 2009

[2]ASHRAE Standard 90.1-2007 Energy Standard for Buildings except Low-Rise Residential Buildings[S]，ASHRAE Standing Standard Project Committee 90.1-2007.

[3] 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.

[4] GB50034-2004 建筑照明设计标准.

[5] 美国能源部网站广州市CSWD（Chinese Standard Weather Data） 气象文件.

（作者单位：中国建筑上海设计研究院有限公司）