张敏敏,丁 德,杨 毅

(浙江大学建筑设计研究院有限公司,浙江 杭州 310018)

随着建筑节能事业的发展,建筑节能已经走过了15年的历程,多年以来不同软件不同计算结果一直影响着建筑节能事业的发展。为了统一不同软件的计算结果,拟对软件的气象参数、模型输入、模型输出、边界条件等各个影响因子进行深入分析,以便寻找不同结果的影响因素,最终统一计算结果[1-2]。

1 模型的规范

同一套的建筑施工图,不同的建模人员用不同的软件建立的模型有较大的差异。因此在实际工程中,规范建模人员的模型非常重要。本次对比以最简单的模型和常规的外围护结构参数来避免因为建模导致的计算结果偏差。模型尺寸见图1。

图1 模型及其尺寸图

杭州地区,房间类型为主卧。围护结构材料包括屋面类型(自上而下)：细石混凝土(内配筋)(40.0 mm)+水泥砂浆(20.0 mm)+挤塑聚苯板(50.0 mm)+水泥砂浆(20.0 mm)+1∶8水泥加气混凝土碎料实铺(屋面找坡)(40.0 mm)+钢筋混凝土(120.0 mm)+石灰水泥砂浆(20.0 mm),水泥屋面及墙面的太阳辐射吸收系数0.70；外墙类型(由外至内)：水泥砂浆(5.0 mm)+无机轻集料保温砂浆B型(40.0 mm)+烧结页岩多孔砖(240.0 mm)+无机轻集料保温砂浆C型(20.0 mm)+水泥砂浆(5.0 mm),水泥石墙面的太阳辐射吸收系数0.70；外窗(含阳台门透明部分)：隔热金属型材多腔密封窗框K≤5.0[W/(m2·K)],框面积≤20%,(6 mm +12 mm空气+6 mm透明),传热系数2.40 W/m2·K,玻璃遮阳系数0.6,气密性为6级,可见光透射比0.80。

2 影响因素分析

2.1 气象参数问题

目前商用软件虽然统一用标准编制组提供的气象参数,但是由于软件内核为DOE,需要转为DOE识别的格式,在转化时存在较大偏差。

2.1.1 焓值

气象参数中的焓值是影响能耗计算结果的重要因素,虽然气象原始数据来源相同,但是DOE软件中的单位为英制单位,各家套用不同的计算公式生成的焓值差距较大。

2.1.2 湿球温度

湿球温度也是影响能耗计算结果的重要因素。湿球温度经验计算公式多,不同公式计算出来的湿球温度差距较大。

2.1.3 海拔

DOE内部计算时会根据实际项目建筑的海拔对风量进行修正,因为海拔高度会影响大气压力,进而会影响单位时间的风量值。部分软件并没有设置海拔,进而导致计算偏差。

2.1.4 有效位数

DOE的气象参数只能识别3位有效数字,无法读取第四位有效数据。因此气象参数单位转换时需要非常谨慎。部分软件计算时出现了夏季有热负荷的情况，主要是气象参数有效位数的问题。如夏季温度为103℉时,如果输入时为103.3℉,那么DOE认为该点的温度为3.3℉。

2.1.5 经纬度

通常来说东经为正数,西经为负数。经度是地球上一个地点离本初子午线的南北方向走线以东或以西的度数。本初子午线的经度是0°,地球上其他地点的经度是向东到180°或向西到180°。但是DOE为美国软件,它的经纬度设置与常理刚好相悖。东经为负数,西经为正数。经纬度对于能耗影响巨大,主要体现在太阳辐射量。一旦设置错误,将无太阳辐射量。

2.1.6 云量值

不同的云量取值将会严重影响逐时的窗户得热。主要是夏季和冬季的取值对于能耗会有影响。根据DOE手册规定夏季计算时间段内云量统一设置为0,冬季计算时间段内云量统一设置为1。

2.2 边界条件设置问题

2.2.1 计算时间

部分软件对于标准规定的能耗计算时间没有落实到软件中。不同的标准规定的计算时间不同,部分软件公司并没有及时跟进,导致计算时间段错误,进而导致各家权衡计算出来的结果偏差较大。

2.2.2 能效比

随着标准要求的不断提升,权衡计算采用能效比也在不断提高。空调系统的能效比对于全年的运行能耗影响巨大,部分软件没有更新能效比,进而导致权衡计算结果错误。

2.2.3 地面参数

部分软件地面采用绝热计算,部分采用动态计算,地面的边界条件不统一。甚至有些计算出来的结果地面能耗大于架空楼板的能耗。

2.2.4 围护结构热工参数

屋顶和外墙的对流换热系数取值不统一：内表面换热热阻取值在0.11～0.115之间,外表面换热热阻取值在0.04～0.043之间,进而导致外墙的对流换热热阻值有偏差。

外窗室外换热系数取值不统一,外窗的室外换热系数由计算软件自动根据室外的风速等因素进行计算确定,不需要设置。而根据《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程(JGJ/T 151—2008)》的要求,所谓的外窗换热系数是指标准状态下的换热系数,已经含有室内外对流换热热阻。因此计算时应该扣除室外的对流换热热阻。

2.2.5 外遮阳系数

外遮阳系数是影响室内负荷的重要因素,窗框系数等严格按照省标准执行。目前标准中没有规定参照建筑的窗框系数,部分软件窗框系数为1,部分软件为设计建筑的窗框系数。

2.2.6 室内得热量

根据国家最新的居住建筑节能设计标准,室内得热已经逐步被淡化。室内的得热对于夏季计算是不利的，但对于冬季计算是有利的,因此可以简化计算,甚至不设置室内得热。新省标规定了室内得热为4.3 W/m2,没有规定是显热还是潜热,根据对比情况,影响较小。

2.2.7 面积和体积等建筑参数计算的问题

不同的软件计算的基准点不同。如建筑面积,有些采用建筑中线,有些采用建筑外轮廓线。面积和体积计算出来的数据偏差较大,偏差超过15%。进而影响体型系数数值、单位面积能耗的值以及室内边界参数的值。

2.2.8 材料库的问题

软件的材料库取值广泛,国标、省标、技术措施、图集等等。各个材料的换热系数、热惰性、修正系数都有较大的偏差。同一种墙体不同的出处,偏差超过20%。尤其是修正系数的问题。有些材料的修正系数取值范围较大,修正系数可以人工取值1～1.3,甚至更大,修正系数的偏差会导致围护结构整体换热系数偏差15%左右。

3 计算结果

经过多轮的对比计算分析,从计算内核到外部输入等多方面寻找计算偏差,基本可以将能耗计算结果偏差控制在1%。经过调整后的能耗计算结果见表1。

表1 能耗计算结果

4 结 语

由于上述提到的部分经验计算公式等均存在不同的异议,无法完全统一。各个地区可以根据自身的实际情况统一计算公式、边界条件等,进而统一各个地区的计算结果。

在统一软件默认参数后,软件的材料库是影响能耗计算的最大因素,各地应统一材料发布窗口,国标、技术措施或其他省市的材料参数均应通过当地窗口,认证后方能纳入数据库。以避免统一材料出现不同的性能参数。