基于 DeST 模拟的严寒地区不同节能设计标准下的建筑能耗对比分析

杨 光

（上海英泰格瑞低碳技术设计有限公司，上海 201108）

随着节能要求的提高与节能设计标准的完善，设计师对于建筑节能设计重要性的认识日益提高，对影响建筑能耗因素的研究也更加细化。从 DB 23/1269—2008 《公共建筑节能设计标准黑龙江省实施细则》到 GB 50189—2015 《公共建筑节能设计标准》，再到现在的 GB/T 51350—2019 《近零能耗建筑技术标准》，节能设计标准的改进对严寒和寒冷地区的建筑节能工作起到了重要指导作用。但此类标准在建筑设计中也存在一些问题。针对采用不同节能设计标准下的建筑，其节能效益依然缺乏数据量化，尤其是对于改造建筑而言，改造后的建筑具有多大的节能潜力是在改造前需要考虑的问题。因此，本文通过能耗模拟的总结分析，研究了随着节能设计标准的发展对建筑能耗的影响，为建筑节能设计提供参考依据。

1 建筑概况

本工程位于哈尔滨市某开发区，总建筑面积 2.03 万 m2，其中空调面积 1.20 万 m2，空调房间率 59%。建筑层数为地下1F，地上3F，建筑总高度为 23.90 m。地下层为机械车库和设备用房，地上为商业及文化科教体验。建筑模型效果图如图1所示。

图1 建筑模型效果图

2 设计计算参数

不同节能设计标准对于设计计算参数的要求存在较大差异，主要差异集中在建筑围护结构热工参数和冷热源设备性能的要求。为了清楚的表示不同模型之间的差异，以下将选用 DB 23/1269—2008 计算参数的模型统称为实际模型，选用 GB 50189—2015 计算参数的模型称为参照建筑 1，选用GB/T 51350—2019 计算参数的模型称为参照建筑 2。

2.1 不同节能设计标准下的建筑围护结构

建筑围护结构主要包括外墙、外窗等构件。不同节能设计标准中热工标准规定围护结构参数如表1所示。由表1可知，随着节能设计标准的完善对于围护结构的要求也在逐步增加，参照建筑1的围护结构平均传热系数较2008年降低 20%，而近零标准下的围护结构的平均传热系数较2008年降低 50% 以上。

表1 建筑围护结构参数表 W/（m2·K）

由表1可知，随着节能设计标准不断完善，对于围护结构的要求也在逐步增加。参照建筑1的围护结构平均传热系数较2008年降低 20%，而近零标准下的围护结构的平均传热系数较2008年降低 50% 以上。各朝向的窗墙比如表2所示。

表2 建筑数据参数表

2.2 室外环境设计参数

研究对象位于黑龙江省哈尔滨市某开发区，属于寒冷地区。其室外设计参数按照 DeST 气象数据库选取，源于《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，具体如表3所示。

表3 室外设计参数

2.3 室内环境控制参数

温湿度的控制高低直接影响建筑能耗的大小，但建筑的节能不应以牺牲热舒适性为代价，而应是在保障热舒适的基础上杜绝不合理的浪费。因此3个模型的室内控制参数要求基本一致，室内的热舒适性要求如表4所示。人员、照明以及设备功率密度按实际情况进行设置如表5所示。

表4 室内热舒适性要求

表5 人员、照明和设备功率密度表

室内设计参数对于能耗的影响颇大，选择合理的室内设计参数对于以后的运行节能至关重要。设计原则应从实际出发，兼顾节能减排，避免过度选型和运行浪费。

2.4 设备性能

设备的性能会直接影响建筑能耗。在相同的负荷下，设备的性能越好，其节能效益也越明显。不同节能设计标准对于设备性能有明确的限定。本文采用冷水机组和燃气热水锅炉作为冷热源设备，不同节能设计标准下对于设备的要求如表6所示。

表6 空调系统机组能效表

2.5 运行时间控制

模拟运行时间为全年8760 h，按照哈尔滨市2019年实际市政供暖时间和供冷时间确定供暖期和制冷期。

（1）供暖时间设置。供暖运行时间为从10月20号起至次年4月20日。运行期间室内需满足室内热舒适性要求。全年总累计供暖天数为184d，采用间歇采暖方式，运行时间为 8:00～21:00。

（2）供冷时间设置。供冷运行时间为从7月1号至8月31日。运行期间室内需满足室内热舒适性要求。全年总累计制冷天数为61d，同样采用间歇供冷的方式，运行时间为 8:00～21:00。

3 负荷及能耗模拟

本文负荷计算和系统能耗模拟均基于 DeST 软件进行。在合理划分分区后先进行图形建模，再输入相应的围护结构热工特性、室内外计算参数、模拟时间等边界条件。通过建筑的三维模型模拟建筑室内环境、设备运行和建筑系统，得到的建筑系统能耗模拟数据。

在不同节能设计标准的约束设计参数条件下，3个建筑系统模型夏季均采用电驱动的冷水机组，冬季采暖采用燃气锅炉，设备性能（如空调系统机组）用能效表所示。因此涉及两种能源，本文根据 GB/T—51161—2016《民用建筑能耗标准》严寒地区供暖能源消耗折算，全国平均火力发电标准耗煤 0.32 kg=1 kWh，全国平均火力供电标准耗气 0.2 m3=1 kWh，将所有的能源消耗转化成耗电量。则不同模型之间的总体能耗数据如表7所示。值得注意的是，本次模拟仅选取了节能规范中的设计参数推荐数值进行对比，并未对近零耗建筑的加强热回收技术、强化通风、使用光导管等节能技术进行模拟分析。

表7 全年能耗统计表

如表7所示，严寒地区的能耗以采暖为主，仅兼顾空调制冷，空调能耗不足供暖能耗的 10%。其中，作为基准的实际模型年制冷需求为 4.21 kWh/m2，而采用更高节能标准的参照建筑1和参照建筑2年制冷需求比基准的实际模型低 6.43% 和 10.70%；实际模型年供暖需求为 55.37 kWh/m2，参照建筑1和参照建筑2分别降低了 2.85% 和 14.27% 的供暖能耗；在综合能耗方面，参照建筑1和参照建筑2分别能节约 1.69% 和 7.65% 的能耗。这说明高要求节能设计标准具有更高的节能效益，而对于严寒地区而言，其节能效益更多地体现在供暖能耗上。

图2 显示了分项能耗占总能耗的百分比，供暖和空调占总能耗的 53% 左右，其中供暖能耗占 50%。

图2 分项能耗对比

图3 为不同跨度综合性能提升节能效益变化图。如图3所示，若对实际建筑按 GB 50189—2015 进行节能改造，则供暖能耗会降低 2.9%，制冷能耗降低 6.4%，综合能耗降低 1.7%。这说明若只是按照规范推荐值对建筑进行改造，改造后节能效益较小。若实际建筑改造后能达到 GB/T 51350—2019 要求，则能耗会大幅度降低，供暖和制冷能耗分别节省 14.3% 和 10.7%，综合能耗降低 7.7%，节能效益可观。若将满足 GB 50189—2015 的参考建筑1改造成满足 GB/T 51350—2019 的参考建筑 2，则供暖能耗能也降低 11.75%，制冷能耗能降低 4.58%，综合能耗的节能效应达到 6.1%，节能效应也较为可观。这也说明近零耗建筑的设计标准下节能效益要远超其他标准，能最大幅度降低能耗。

图3 不同跨度综合性能提升节能效益

4 结语

本文借助 DeST 能耗模拟软件对哈尔滨某公共建筑进行能耗模拟，并针对模拟结果进行分析，可得结论如下。

（1）由模拟结果可知，严寒地区夏季的能耗相较于冬季能耗而言，明显较小。在实际建筑中单位面积年累计耗冷量仅为耗热热量的 7.6%，而供暖能耗则占据了总能耗的 47.0%。因此，围绕降低供暖能耗开发更多的节能技术十分重要。

（2）对于不同节能设计标准下的设计参数而言，随着围护结构的热工特性和设备性能的增加，耗热量和耗冷量有明显的下降。这说明，对老建筑进行节能改造，无论供暖还是制冷都有明显的节能效益，其中零能耗标准的改造效益最可观，综合能耗降低 7.7%。但暖通空调占总能耗比例较高，加强对暖通空调系统的优化改进对建筑节能的进一步发展具有重要的意义。

（3）建筑节能技术的不断发展推进社会向绿色低碳型转变。通过不同年份节能规范的对比，计算了不同节能设计标准下建筑节能效益，验证了节能设计标准的完善对建筑节能工作的重要指导作用。