住宅建筑能耗模拟设定参数影响分析

梁若非 白雪莲

重庆大学城市建设与环境工程学院

建筑系统的能耗预测模型是建筑节能和运行策略的核心组成部分。然而，建筑本身是一个多系统耦合、非线性、多目标的复杂系统，实现高精度的建筑能耗模拟并非易事[1]。对于住宅建筑来说，建筑能耗主要受到气候条件参数，围护结构性能和居民用能行为的综合影响。其中，气候条件因素和建筑结构因素通常在建筑设计、建造阶段就已经确定了，因此在进行建筑能耗模拟计算时，这两个方面因素就比较容易取定，这时影响建筑能耗的主要因素是在使用阶段的人员行为因素[2]。然而，建筑内人员行为具有随机性，并且对建筑能耗有重要的影响，在建筑能耗模拟中，人员行为成为建筑能耗预测不准确定性的主要来源。目前的建筑模拟能耗模拟软件如 Energy Plus，DeST 等，通常采用固定作息时间和启动温度过度简化了建筑中人的行为，导致模拟结果与实际值有很大偏差[3]。因此，在建模过程中如何反映真实的居民用能行为，即如何合理取值该部分设定参数，从而最终准确预测建筑能耗，是一项迫切且非常有科学价值的研究。

1 模型建立

本文以重庆市某一示范工程住宅建筑作为基准模型，采用Energy Plus 进行建模。该建筑共 31 层，建筑面积为 24028.50 m2，建筑高度为 97.9 m，每层 4 户家庭，其建筑能耗计算模型图、标准层平面图分别如图1、图 2 所示。

图1 建筑能耗计算模型

图2 标准层平面图

建筑模型室内热环境参数、室内设备负荷以及空调设备能效比根据JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》[4]中规定，照明负荷根据GB50034-2013《建筑照明设计标准》[5]中规定，具体参数设置见表1。

表1 能耗模拟设定参数

表2 为该建筑的全年各分项能耗，主要包括供暖能耗，供冷能耗，照明能耗，设备能耗和风机能耗。

表2 建筑全年各分项能耗值

2 模拟工况设置

表3 为 Energy Plus 软件在建筑能耗模拟过程中所需要输入的设定参数，通常在气候条件因素和建筑结构因素可以取定的情况下，此时需要输入未知参数主要包括运行时间表，室内环境设计参数及室内热扰。

表3 Energy Plus 能耗模拟输入参数汇总表

为了确定不同设定参数对建筑能耗的影响程度，本文通过大样本调查问卷的方式，获得重庆市住宅建筑居民的实际用能习惯及规律，从空调设定温度、运行时间、设备能效比、建筑内部负荷这四个方面，根据实际情况合理划分不同工况，具体结果见表4。

表4 不同模拟工况设置

3 模拟结果分析

结果（表 5）表明，将空调设定温度和空调运行时间按照冬夏季工况划分为不同水平进行模拟，其对建筑全年总能耗的影响程度较为显著。其中，夏季空调设定温度由 22 ℃升高到 30 ℃，建筑能耗偏差率由16.3%变化为-12.7%，冬季空调设定温度由18 ℃升高到26 ℃，建筑能耗偏差率由0 变化为 12.5%。夏季空调运行时间由 4 h 延长至 12 h，建筑能耗偏差率由-17.3%变化为15.1%，冬季空调运行时间由2 h 延长至10 h，建筑能耗偏差率由-6.2%变化为8.5%。

表5 不同模拟输入参数水平对建筑能耗的影响

本文利用SPSS 软件对各变量进行相关分析。采用SPSS 默认的方式处理各变量的缺失值，并对各因素进行量化处理，分析结果如表6 所示。

对各个输入参数与建筑能耗的相关性结果讨论如下：

1）设定温度对能耗的影响

从相关分析结果看出，空调设定温度与建筑总能耗是显著相关的，相关系数为 0.998，说明不同的夏季和冬季空调设定温度会显著影响建筑能耗。

2）运行时间对能耗的影响

从相关分析结果看出，空调运行时间与建筑总能耗显著相关，相关系数为 0.999，说明建筑能耗会随着空调运行时间的增长而增长。

3）能效比对能耗的影响

从相关分析结果看出，空调能效比与建筑总能耗显著相关，相关系数为-0.963，说明建筑能耗会随着空调能效比的增高而降低。

4）室内热扰对能耗的影响

从相关分析结果看出，照明负荷，设备负荷与人员密度与建筑总能耗均无显著相关性。说明建筑能耗不会随着这三个因素的变化而产生显著差异。

表6 建筑总能耗与各设定参数水平之间的相关性检验

4 结论与建议

针对在建筑能耗模拟过程中由于人员行为所引起建筑能耗预测结果的不准确性，本文选取某示范工程建筑建立基准模型，通过设置不同的模拟工况水平，量化各设定参数对建筑总能耗的影响程度，并采用相关性分析得到了针对住宅建筑能耗的显著性影响因素。在做出合理简化和假设的基础上，通过模拟可以得出以下主要结论：

1）通过大量调研得出了重庆市住宅建筑居民用能行为规律，并将能耗模拟中各设定参数按实际情况合理划分为不同工况，并通过与基准建筑全年能耗的比较，分析得出了各输入参数在不同水平下对建筑能耗的影响程度。

2）根据相关性检验得出空调设定温度，运行时间，设备能效比，室内热扰这四个影响因素与建筑能耗的显著相关性与变化趋势，结果表明空调设定温度及运行时间与建筑总能耗呈显著正相关，空调能效比与建筑总能耗呈显著负相关。

3）所提出的住宅建筑能耗模拟设定参数能反映实际建模过程中，建模者对该建筑人员行为输入参数的真实性极大程度上影响了能耗模拟结果的准确性，可用于辅助制定重庆市居住建筑节能措施和标准，为提高该地区建筑能耗模拟预测的准确性和可信度提供数据支撑。