毕业论文(设计)天津市办公建筑能效评估研究.pdf
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1、天津市办公建筑能效评估研究Research on Energy PerformanceValuation of Office Buildings in Tianjin学科专业:热能工程天津大学环境科学与工程学院 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果,也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论
2、文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:签字日期:导师签名:签字日期:年 月 日年 月 日摘要建筑能效标识是一种有效的建筑节能管理方式,近些年,这种管理方式在发 达国家应用比较广泛。建筑能效标识解决了建筑节能领域存在的信息不对称现象,能够使建筑节能领域的信息趋于公开,有利于培养现代人建筑节能的意识,带动 节能建筑发展,对于促进建筑节能有重
3、大意义。制定建筑能效标识的核心内容是建筑能效的评估,而建筑能效评估的前提则 是如何确定建筑能效基准。本文利用实际调研的能耗数据,分别用发电煤耗法与 电热当量法计算了建筑的能耗,并对计算结果进行了比较。从建筑主动节能与被 动节能两方面考虑,分析了目前建筑能效评价的不足,并提出了用“建筑基准”和“运营基准”两个基准来评价建筑的能效水平。本文按照公共建筑节能设计 标准GB50189-2005中各个要素的限值建立了参考建筑。通过模拟软件计算出 天津地区办公建筑的“建筑基准”为115.7 kWh/m2o采用正交试验方法设计了 16种模拟工况,并利用能耗模拟软件对各工况进 行模拟计算,通过模拟结果的分析,
4、确定了 3个“运营基准”的影响因子:人员 密度、办公设备功率密度及建筑运营时间。最后利用预测分析软件S PS S对模拟 结果进行多元线性回归分析,得出了建筑“运行基准”的修正系数及预测方程。对于参考建筑的“运营基准”,本文设定了三种情景下的能耗基准线,即上 四分之一位数能耗值,能耗平均值及下四分之一能耗值,采用电热当量法计算结 果分别为104.4 kWh/m 120.1 kWh/n?和141.4 kWh/m2;采用发电煤耗法计算 结果分别为:242.8 kWh/m 323.1 kWh/n?和383.1 kWh/n?。最后,本文还利用 两个基准提出了建筑能效等级的评定方法。关键词:建筑节能建筑基
5、准运营基准能效评估eQUES TABSTRACTEnergy effic ienc y label whic h is now widely used in developed c ountries is one of the most important effec tive energy effic ienc y management methods.I t c an not only solve the problem of information asymmetry,but also help to develop our energy effic ienc y c onsc ious
6、ness.I n this paper,we make use of the ac tual researc h data on energy c onsumption and c ompare the results of the different c alc ulation methods of building energy c onsumption.The methods are c oal c onsumption of power generation method and elec tric equivalent method.The shortage of building
7、energy effic ienc y evaluation is analyzed from two aspec ts,building positive energy-effic ienc y and passive energy-effic ienc y,and two benc hmarks of building baseline and operation baseline are raised to evaluate the building energy effic ienc y.Ac c ording to the limit values for eac h element
8、 written in Design S tandard for Energy Effic ienc y of Public Buildings GB50189-2005 we establish a referenc e building.The building baseline in Tianjin area is 115.7 kWh/m2 c alc ulated by buildings simulation software.We design 16 simulated c onditions with the method of orthogonal experimental m
9、ethod.Through the analysis of simulation results,we identify 3 impac t fac tor of operation baseline:people density,power density of offic e equipment,and operation hours.At last,we use predic tive analysis software S PS S for multiple linear regression analysis of simulation results and c onc lude
10、the c orrec tion fac tors and predic tion equations of building operation baseline.As for the operation baseline of referenc e building,we set different energy c onsumption baselines under three c onditions.They are one-fourth-front energy c onsumption values,average energy c onsumption values and o
11、ne-fourth-last energy c onsumption values.The c alc ulation results are 104.4,120.1,141.4kWh/m2 and 242.8,323.1,383.1kWh/m and with the method of c oal c onsumption of power generation.Finally,the two baselines are used to put forward evaluation method for building energy ratings.KEY WORDS:Building
12、Energy Effic ienc y,Arc hitec ture Benc hmarking,RuntimeBenc hmarking,Energy Performanc e,EQUES T目录第一章绪论.11.1 研究背景.11.2 国外建筑能耗基准研究现状.21.2.1 欧盟建筑能效指令(EPBD).31.2.2 美国能源之星(Energy S tar).41.3 国内建筑能耗基准研究现状.61.3.1 采用能耗模拟软件计算能耗基准.61.3.2 采用多元拟合回归技术建立建筑能耗基准模型.61.3.3 采用统计学方法研究建筑能耗基准.71.4 研究意义及研究内容.71.4.1 研究意义
13、.71.4.2 研究内容.8第二章建筑能耗数据及能耗基准分类.92.1 建筑能耗分类.92.2 能耗数据的表述方法.10221能耗数据表述方法分类.102.2.2建筑能耗数据换算系数.112.3 办公建筑能耗调研.142.3.1 调研对象.142.3.2 调研内容.142.3.3 调研结果与分析.152.4 能耗基准分类.152.4.1 能耗数据表述方法的确定.152.4.2 能效基准分类.162.4 建筑能耗基准影响因素分析.182.5 本章小结.21第三章办公建筑能效基准的确定.223.1 eQUES T模拟软件介绍.223.2 天津地区某办公建筑能耗模拟分析.233.2.1 建筑边界条件
14、输入.233.2.2 建筑模型的建立.263.2.3 模型验证.283.3 参考建筑的建立及其边界条件的输入.313.3.1 参考建筑的建立.323.3.2 边界条件的输入.323.3.3 模拟结果.343.4 办公建筑能耗基准确定.353.5 本章小结.35第四章办公建筑能效等级评定.364.1 办公建筑能耗影响因素分析.364.1.1 人员密度对建筑耗能的影响.364.1.2 照明密度对建筑耗能的影响.374.1.3 设备功率密度对建筑耗能的影响.384.1.4 运行时间对建筑耗能的影响.384.2 办公建筑能效基准修正.394.2.1 模拟试验设计.394.2.2 多元线性回归.424.
15、2.3 统计学软件S PS S的介绍.424.2.4 多元线性回归分析模型.424.2.5 运营基准线的修正.434.2.6 建筑运营能耗的预测.464.3 确定能效级别.484.4 本章小结.49第五章结论与展望.505.1 结论.505.2 展望.51参考文献.52发表论文和科研情况说明.55附录一 B01建筑冷负荷计算表.56附录二B0I建筑热负荷计算表.59致谢.62第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景随着我国城市化进程的推进以及大规模的城市建设,我国城镇建筑总面积在 13年内从62亿n?猛增到204亿n?,各类城镇建筑面积都有大幅度的增加,而 人均建筑面积也同步增长。另一方面,随着室
16、内环境的改善,建筑服务水平的提 高,以及建筑内用能设备的增加,除供暖外,各类建筑单位面积能耗不断攀升。然而,如果将我国建筑能耗与发达国家进行比较,无论是单位面积能耗还是人均 能耗,我国目前均大大低于发达国家。近年来,我国的建筑能耗随着城市化率的提高。经济发展。人民收入和生活 水平的不断改善而持续增长,从1996-2006年,建筑总商品能源消耗从2.43亿 tc e-5.63亿te e,增加了 1.3倍。目前,高耗能的大型公共建筑在公建中的比例迅 速增加,由于大型公共建筑往往与“三十年不落后”、“与国际接轨”等发展理念 相挂钩。这就导致公建能耗的增长速度大幅度升高,因此,公共建筑的节能必须 高度
17、重视。在我国,每年新建的建筑约1620亿m2,超过了所有发达国家 每年建成面积的总和。全国新增建筑面积到2020年将达到300亿m2f21o在每年 新建的建筑中,大部分是高能耗建筑;目前国内既有的建筑面积约为430亿n?,其中只有一小部分采用了节能措施。目前,国内的单位面积建筑能耗水平美国上世纪50年代、日本上世纪60年 代基本相同,与现在的美、日相比则只有40%。根据他们走过的路程,如无切实 有效的行动,15-20年后很自然就会达到他们的水平(韩国就是从20世纪80年 代初期起,经过15年左右的时间,单位建筑面积能耗与人均GDP同步增长,经 过了这一飞速发展期后,目前建筑能耗与日本处于完全相
18、同的水平)。中国的城 市建设在飞速发展,如果20年后城镇建筑存有量增加一倍,单位建筑面积能耗 增加一倍,那是侯我们的建筑运行总能耗就将与目前的全国商品能源消耗总量相 同。无论从能源的来源,能源的运输还是能源转换后的碳排放,我国都不可能承 担这样大的能源消耗量,这是因为我们的人口总量太大,国土面积和资源量有限,并且由于发展期的不同,现在已经不可能再像美国、日本那样大规模借助于国外 的自然资源了。我们要实现的任务就是满足社会、经济发展与人民生活水平提高 的需求下,使单位建筑面积实际运行能耗基本上控制在目前水平,或者努力在目 1第一章绪论前的基础上进一步降低。这是一项史无前例的任务,是对人类社会发展
19、模式的挑 战。不迈过这一步,城市建设就会受到能源与环境的严重制约,城市建设发展的 制约又会进一步约束城市和社会发展。因此,明确建筑能耗指标,量化建筑的节 能量是一项急迫而又长期的任务。1.2 国外建筑能耗基准研究现状S antamouris在希腊收集了 320所学校的能耗数据,提出了基于智能集群技 术(intelligent c lustering tec hnique)的能效评估方法,采用了能效分级的方式对学校 的能效水平进行了研究;S tefano Paolo Corgnat产等调查了意大利120所学校的 能耗,提出了对目前建筑供暖能耗的评价方法,用此指标建立供热能源合同中的 基准值,并用
20、这个基准对供热能耗进行预测;Bart Poel对既有居住建筑的能效 评估方法进行了研究(EPA-ED,Energy Performanc e Assessment for Existing Dwe llings),该方法不仅能够进行能源审计,计算能耗需求量和节约量,还能为 既有建筑颁发能效等级证书和为用户提供具体的节能建议。文献在执行EPBD 框架下发展起来的评估方法一BEA(Building Energy Analysis),包括供冷、供热 负荷,能量需求,能源消耗以及CO2排放量的计算,最后对建筑能效进行分级。Radu Zmeureanu对既有建筑能效等级评估进行了深入的研究,讨论了单位面
21、积 年能耗指标与气候分区、建造年代以及建筑使用和能源形式的关系;文献提出 了 HELP(House Energy Labeling Proc edure)方法,针对单个办公建筑,对气象 参数进行标准化处理以及计算了建筑标准运行模式下的建筑的全年能耗,然后进 行评估。文献提出为了能反映能源管理效率,需要设定一个基准能耗值,作者 首先利用多元线性回归方法对建筑的预测EUI进行计算,然后利用测量EUI和 预测EUL采用DEA(Data Envelopment Analysis,数据包络分析)方法来计算 建筑总效率(环境因素和能源管理对能耗的影响)、等级效率(反映环境因素对 能耗影响)、纯技术效率(能
22、源管理对能耗影响)。文献”3提出要想使建筑能效评 估进一步发展和推动非居住建筑能效基准,首要的任务就是进行能耗数据统计,通过实例说明了测量评估和计算评估在爱尔兰学校的应用,并讨论了这两种方法 优缺点。文献口1指出实验室建筑形式和功能都比较独特,为了能够对此类型建筑 进行能效评估,建立各种系统能耗和设备能耗的数学模型,以此计算的建筑能效 基准值,这个基准代表了在满足建筑需求下的最小能耗值,最后用此方法确定的 建筑能效基准。并将计算结果与EUI和S harp方法确定的建筑能效基准进行 比较,发现基于模型得到的建筑能效基准更有利于不同建筑类型能耗状况比较。发达国家对于基准能耗的研究已有很长的时间,已
23、经建立了完善的管理制度。2第一章绪论采用网络方式的在线评估工具,更有利于能效评价的进行。用户只需要输入建筑 本身的信息数据,便可以迅速计算出能效等级。能耗基准评价工具,北美地区的 有17种、亚太地区有4种和欧洲地区有3种。这些评价工具,包括澳大利亚政 府制定的NABERS评价体系”引和奥地利能源署制定公司级别能源基准工具。比 较有代表性的便是欧盟建筑能效指令和美国能源之星制度。1.2.1 欧盟建筑能效指令(EPBD)欧盟建筑能效指令(EPBD)于2003年1月开始实施,并于2006年1月在25 个欧盟成员国立法。多个国家的建筑科研机构、公司等对能效证书颁布过程中 的技术问题进行了专题研究,旨在
24、确定建筑能耗基准和建立能效证书的制定方法。一般在证书的制定过程前必须完成的以下三个步骤”叫(1)收集相应建筑能耗数据,计算建筑能效指标;(2)确定适当的建筑能效基准,与实际的建筑能效指标进行比较;(3)通过建筑能效指标与能效基准的比较,进行建筑能效分级。建筑能效评估的核心就是建筑能耗基准线的确定。很明显,不同类型的建筑 能耗基准是不同的,确定建筑能耗基准线的方法有两种。第一种方法以建筑实测 数据为依据,但要采集建筑的历史数据比较困难:首先,对于建筑类型,不能得 到所有建筑的完善信息;其次利用实际测量的数据对模型进行校验,这对于所有 的建筑类型来说都是一项艰巨的任务。第二种方法就是对于不同类型的
25、建筑建立 不同的标准建筑,基于各种类型的标准建筑产生一个计算值,但是就目前的状况 来看,还没建立所有类型的标准建筑。英国目前就是通过建立标准建筑来计算不 同类型建筑的能效基准,即通过模拟计算方法来计算建筑能耗目标且用CO2排 放量表示。为此提出了参考建筑(Notional Building)概念,类似于我国公共 建筑节能设计标准提出的参考建筑。实基于参考建筑模型,利用能耗模拟软件 计算实际建筑的能耗基准,但是在确定实际建筑能耗目标的过程中还有另个非常 重要的问题,就是需要考虑建筑所采用不同的采暖空调系统,如果建筑采用先进 的系统时,改进系数可采用面积权重法。同时还需要对可再生能源影响予以考虑,
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