闫海仙1 宋翀芳2
1.山西省晋中学院 山西 晋中 030600； 2.太原理工大学 山西 太原 030024
摘 要：可持续发展与节约型社会对建筑节能提出了新的时代要求，针对既有建筑进行节能改造，是开展节能工作的重要内容。结合某科技馆建筑节能改造工程，引入时下较为典型的能耗模拟软件Energy Plus，对建筑工程动态冷热负荷进行模拟。实践证明，Energy Plus能耗分析软件能够准确反映建筑动态负荷变化特征，能够较为真实的反映建筑围护结构耗热量状况，其实际应用作用及效果突出。
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关键词 ：能耗模拟；建筑节能；改造；Energy Plus
1 Energy Plus能耗分析软件基本认知
Energy Plus为美国科研机构开发的具备完善功能的建筑能耗分析软件，其软件是BLAST软件及DOE-2软件的替代产物，其功能更为完备。Energy Plus能耗分析软件能够应用于多区域气流分析、建筑热性能分析及太阳能应用方案设计等方面。Energy Plus能耗分析软件其整体模拟思想是该软件应用的最大特征，其在模拟过程中设定有反馈操作，实现了对每个时间步骤的校验，以确保模拟结果的准确性。Energy Plus以不稳定传热作为其基本原理，通过反应系数法进行建筑动态负荷计算。设计区域内空气热平衡方程式属于该软件模拟计算的核心，房间空气热平衡方程式具体如下：
其中
代表各表面与室内空气对流传热量，qi，c代表的是通过i表面的对流传热量，N代表围护结构表面数量，Ai代表表面i实际面积值，Qother代表前热量，包括日射、灯光、设备、人员及水分蒸发等引起的热量，Qheat-extra代表除热量，Ta-out代表室外空气温度值，Ga代表新风及渗透风的风量和，CP代表空气比热，
代表室内空气热容量。
2 建筑节能改造方案分析
2.1 工程概论 某科技馆工程建立于上世纪末期，因当时缺乏节能意识，其围护结构除部分屋顶外均没有设置保温隔热层，且屋顶保温材料应用聚苯乙烯材料，其材料传热系数较大，导致建筑耗热量较大。建筑面积AO=17380㎡，室内温度平均值为18℃，供暖期室外温度平均值为-1.2℃，供暖天数一般在119d左右。通过计算，可获得传热耗热量指标，具体为42.24W/㎡，建筑物耗热量指标为61.19W/㎡，其耗煤量指标则为45.92kg/㎡。工程改造之前其维护结构及传热系数参数如表1所示：
2.2 改造方案 该建筑围护结构传热系数参数明显超出了相关建筑节能设计标准中对围护结构热工性能限值的要求，为此，对建筑进行节能改造。改造工程以保温材料选取及应用为重点，选择TH硬泡聚氨酯复合板作为保温材料，其材料保温隔热性突出，防水性能及整体性较好。通过建筑改造，将其传热耗热量指标降低至11.14W/㎡，建筑物耗热量指标降低至13.34W/㎡，其标准煤耗量则降低至7.65kg/㎡。
3 能耗模拟在建筑节能改造中的实际应用
选择该建筑工程中某典型房间进行能耗模拟，对其房间冷负荷及热负荷状况进行分析。模拟房间3D模型，具体如图1所示：
3.1 冷风渗透量分析 应用Energy Plus能耗模拟软件，进行冷风渗透量分析，其计算公式为：Qinf=qLdFsce[A+B(Tzon-Tadb)+Cw+Dw2]
其中，Qinf代表模拟冷风渗透量，qLd代表设计冷风渗透量，Fsce代表人为控制系数，多取值为1。ABCD则代表室内外温差及风速等因素冷风渗透量系数参数，其中A取值为1.35，B取值为0.012，C取值为0.0003，Tzon及Tadb代表室内外温度参数，w代表室外风速。
气象参数则可通过区域气象部门所提供，具体包括每个时间段的室外空气温度、相对湿度、风向、风速等[4]。
3.2 稳态热负荷计算分析 依据供暖室外温度取值为-9℃，室内温度18℃，室内外温差值为27℃，考虑到冬季室外平均风速为2.8m/s，可计算冷风渗透耗热量，输入修正系数，计算改造之前房间总耗热量值为3174W，改造之后，其总耗热量值为1397W。
3.3 Energy Plus模拟计算结果 通过Energy Plus软件进行建筑三维模拟，确保模拟过程中输入参数的准确性。以1h为时长，进行改造前后建筑冷热负荷模拟分析，通过Excel进行数据整理，结果显示，改造后建筑热负荷峰值为改造之前的47%，冷负荷则为改造之前的63%，两参数出现较为显著降低特征。通过动态模拟获取其热负荷均值，改造之前为3034，改造之后为1298，其与计算结果之间相差较低。引起结果较低可能是因建筑之中的墙角、梁、柱等因素考虑不足引起。但其结果能够较为真实的反映建筑围护机构耗热量状况，实际应用效果良好。
4 结语
为实现能源节约，降低建筑能耗，需要对一些既有建筑进行一定的节能改造。引入Energy Plus能耗分析软件进行建筑能耗模拟，能够对建筑动态负荷变化特征进行较为准确的捕捉，反映建筑围护结构耗热量状况。结合工程实例，对能耗模拟在建筑节能改造中的应用进行分析。实践证明，应用Energy Plus软件进行能耗模拟，其结果相对较为准确，在实践操作中具备良好的应用价值及意义。
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参考文献：
[1]章永洁，蒋建云，叶建东，等.节能环保技术在小型公共建筑中的集成应用及能耗模拟分析[J].建筑技术，2015，46(6):504-507.
[2]卢玫珺，高长征.基于能耗模拟的轻钢结构别墅节能优化策略[J].施工技术，2014(16):85-88.
[3]肖姝颖，孙瑞君.某商场建筑运行能耗模拟与节能分析[J].城市建设理论研究（电子版），2014(6).
[4]李雪飞，程海峰.合肥某高校图书馆空调能耗模拟及影响因素分析[J].山西建筑，2014，40(32):127-128.
基金项目：国家自然科学基金项目（51108295）。
作者简介：闫海仙(1972-)，女，山西省晋中学院讲师，研究生学历，主要从事暖通空调节能技术。