PKPM軟件在建筑能效測(cè)評(píng)中的應(yīng)用

許浩天 祝健

PKPM軟件在建筑能效測(cè)評(píng)中的應(yīng)用

許浩天 祝健

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院

以安徽省合肥市某居住建筑為例，介紹了PKPM軟件在建筑能效測(cè)評(píng)中的應(yīng)用。描述了該建筑在PKPM軟件環(huán)境下的建模過程，并通過PKPM軟件對(duì)該建筑的全年能耗進(jìn)行了模擬，計(jì)算了其相對(duì)節(jié)能率。計(jì)算結(jié)果表明，該建筑的相對(duì)節(jié)能率達(dá)6.29%，符合安徽省對(duì)居住建筑的節(jié)能要求。

PKPM能效測(cè)評(píng)節(jié)能

0引言

能效測(cè)評(píng)是指對(duì)建筑能源消耗量及其用能系統(tǒng)效率等性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、檢測(cè)，并給出其所處水平的活動(dòng)[1]。建筑能效測(cè)評(píng)以單棟建筑為對(duì)象，且包括與該建筑相聯(lián)的管網(wǎng)和冷熱源設(shè)備，民用建筑的用能設(shè)備主要是指采暖空調(diào)系統(tǒng)和照明兩大類。

在建筑能效測(cè)評(píng)過程中，用模擬計(jì)算軟件對(duì)建筑的供暖空調(diào)等系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行模擬計(jì)算，得出建筑的能耗參考值，并與比對(duì)建筑進(jìn)行比較，即可得出實(shí)際建筑的相對(duì)節(jié)能率。相對(duì)節(jié)能率是建筑能效測(cè)評(píng)的基礎(chǔ)項(xiàng)，對(duì)測(cè)評(píng)結(jié)果和能效標(biāo)識(shí)的評(píng)定均具有較大影響。目前常用的模擬計(jì)算軟件有PKPM、DeST、DesignBuilder等等。本文主要介紹PKPM軟件在建筑能效測(cè)評(píng)中的應(yīng)用，對(duì)其在建筑能耗模擬及相對(duì)節(jié)能率的計(jì)算中的應(yīng)用做了詳細(xì)闡述。

1PKPM軟件介紹

1）PKPM軟件概況。PKPM軟件系中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)，是一個(gè)系列軟件，除了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備（給排水、采暖、通風(fēng)空調(diào)、電氣）設(shè)計(jì)于一體的集成化CAD系統(tǒng)以外，目前PKPM還有建筑節(jié)能系列（節(jié)能計(jì)算、能效測(cè)評(píng)、綠色建筑）、建筑概預(yù)算系列（鋼筋計(jì)算、工程量計(jì)算、工程計(jì)價(jià)）、施工系列軟件（投標(biāo)系列、安全計(jì)算系列、施工技術(shù)系列）、施工企業(yè)信息化等等。功能較為齊全，在建筑行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

2）能效測(cè)評(píng)模塊介紹。本文介紹的是PKPM節(jié)能系列軟件中的能效測(cè)評(píng)模塊，該測(cè)評(píng)軟件具有建筑節(jié)能分析、建筑能耗分析以及節(jié)能率計(jì)算等功能。PKPM能效測(cè)評(píng)模塊提供了大量不同保溫體系的墻體，屋面和樓板類型，可根據(jù)建筑實(shí)際情況進(jìn)行選取，也可直接讀取設(shè)計(jì)中的各種門、窗、墻、屋面、柱、房間等設(shè)計(jì)參數(shù)，自動(dòng)計(jì)算建筑物的體形系數(shù)和窗墻比等參數(shù)?？梢罁?jù)國家和地方現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并按項(xiàng)目所在地的全年氣象數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)際建筑和比對(duì)建筑進(jìn)行全年8760小時(shí)的逐時(shí)能耗分析計(jì)算，計(jì)算出每平方米建筑面積的年采暖、空調(diào)冷熱量指標(biāo)和耗電量指標(biāo)，計(jì)算其相對(duì)節(jié)能率，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，計(jì)算評(píng)估建筑能效等級(jí)。

2項(xiàng)目概況

1）基本情況。測(cè)評(píng)建筑位于安徽省合肥市境內(nèi)，為商住樓單體，南向，共30層，建筑物高度85.80m，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑總占地面積4739.81m2，總建筑面積40474m2，其中1～3層公共部分建筑面積為4368m2，居住部分建筑面積為31334m2。采用PKPM能效測(cè)評(píng)軟件模擬計(jì)算的對(duì)象為該建筑的居建部分。

2）建筑熱工設(shè)計(jì)。建筑外墻采用25mm厚?；⒅闊o機(jī)保溫砂漿作為保溫層，基層墻體選用200mm厚煤矸石燒結(jié)空心砌塊。建筑屋面采用40mm厚粉煤灰陶?；炷磷鳛檎移綄?、55mm厚的擠塑聚苯板作為屋面的外保溫層。底面接觸室外空氣的架空層附加20mm厚擠塑聚苯板作為保溫層。內(nèi)隔墻采用200mm厚普通混凝土空心砌塊，不采取保溫措施。建筑外窗采用5mm+9A+5mm中空玻璃，且在建筑設(shè)計(jì)時(shí)外窗設(shè)計(jì)為凹窗，具有有效的固定混合遮陽措施。建筑外門選用節(jié)能外門，室內(nèi)戶門選用夾板門。

3模擬計(jì)算過程及結(jié)果

3.1建模

PKPM軟件支持多種建模方式，可直接從DWG文件中提取建筑模型，也可使用建模軟件進(jìn)行建模，軟件也提供了自帶的建模工具，可以快速高效地完成建筑模型的建立。

本建筑的建模采用從AutoCAD直接導(dǎo)入的方式。打開建筑的平面圖，首先在AutoCAD界面下對(duì)圖形進(jìn)行修正，僅保留墻（wall）、窗（window）、門（door）的圖層，并閉合外墻線，刪除不必要的內(nèi)墻及對(duì)計(jì)算結(jié)果無影響的構(gòu)件，以便導(dǎo)入PKPM建模時(shí)，能夠快速準(zhǔn)確地被識(shí)別。修改好平面圖后，打開PKPM軟件，在PKPM軟件的界面中分別將墻、窗、門的圖層進(jìn)行“構(gòu)件導(dǎo)入”，將其轉(zhuǎn)化為PKPM軟件可識(shí)別的墻、窗、門圖形，即可得到如圖1所示的PKPM環(huán)境下的平面圖。

圖1導(dǎo)入PKPM軟件后的建筑平面圖

在此平面圖中進(jìn)行材料編輯，輸入建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（包括墻體、保溫材料、門窗等）所采用的材料及門窗尺寸參數(shù)。選材根據(jù)該建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，可在PKPM軟件自帶的材料庫里進(jìn)行選擇，系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算生成相應(yīng)的熱工性能參數(shù)，也可根據(jù)實(shí)際材料手動(dòng)編輯其名稱及熱工參數(shù)。編輯結(jié)束后，即生成用來三維建模的標(biāo)準(zhǔn)層，根據(jù)建筑層高及層數(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行組裝，并加上屋頂模型，即可生成建筑三維模型（見圖2）。建模完成后，可對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料及熱工參數(shù)進(jìn)行檢查、補(bǔ)充、修正，即可進(jìn)行下一步的建筑能耗模擬計(jì)算。

圖2建筑三維模型

3.2耗能設(shè)備選型

耗能設(shè)備選型是模擬計(jì)算的重要依據(jù)，一般根據(jù)建筑的設(shè)計(jì)或?qū)嶋H使用情況進(jìn)行選型，以使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，更加接近實(shí)際能耗情況，使之具有更高的參考價(jià)值。本文模擬的耗能設(shè)備主要是暖通空調(diào)及照明系統(tǒng)。

測(cè)評(píng)對(duì)象為住宅建筑，未配備集中式空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)備根據(jù)合肥地區(qū)的氣候特點(diǎn)及當(dāng)?shù)刈袅?xí)慣，選用空氣源熱泵單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)（家用分體式空調(diào)機(jī)），夏季制冷，冬季供暖?？照{(diào)設(shè)備規(guī)格型號(hào)和設(shè)備安裝數(shù)量見表1。照明燈具均選用T5熒光燈進(jìn)行計(jì)算。

表1空調(diào)設(shè)備參數(shù)表

3.3計(jì)算條件

①計(jì)算城市：合肥（北緯31.87°，東經(jīng)117.23°）。

②氣候分區(qū)：夏熱冬冷地區(qū)。

③節(jié)能計(jì)算總建筑面積：31334 m2。

④室內(nèi)計(jì)算溫度，冬季全天為18℃；夏季全天為26℃。

⑤室外氣象計(jì)算參數(shù)采用典型氣象年。

⑥采暖和空調(diào)時(shí)，換氣次數(shù)為1.0次/h。

⑦室內(nèi)照明得熱為0.0141kWh/(m2·d)，室內(nèi)其他得熱平均強(qiáng)度為4.3W/m2。

合肥地區(qū)的室外氣象參數(shù)可從PKPM軟件自帶的數(shù)據(jù)庫中調(diào)用。將以上各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定完成后，即可進(jìn)行模擬分析計(jì)算，PKPM軟件將自動(dòng)生成計(jì)算結(jié)果。

3.4計(jì)算結(jié)果

3.4.1建筑負(fù)荷與能耗分析

PKPM所生成的計(jì)算結(jié)果主要有各負(fù)荷構(gòu)件的冷熱負(fù)荷計(jì)算值（表2）、建筑逐月冷熱負(fù)荷分析及建筑設(shè)備耗能情況（圖3～9）。從圖表中可以直觀地看出各類能源在全年各月及各設(shè)備系統(tǒng)的消耗量及分布比例情況。

圖3逐月熱負(fù)荷分析分布圖

圖4逐月冷負(fù)荷分析分布圖

圖5建筑物各種設(shè)備用能情況

圖6各能源消耗量分布圖

圖7建筑能耗分布

圖8建筑物逐月能耗統(tǒng)計(jì)

圖9建筑物逐月峰值能耗統(tǒng)計(jì)

表2建筑全年負(fù)荷計(jì)算一覽表

3.4.2建筑年能耗計(jì)算

1）實(shí)際建筑年能耗計(jì)算

通過PKPM軟件計(jì)算，得到該建筑物的年能耗如表3所示。

表3實(shí)際建筑年耗能量

2）比對(duì)建筑年能耗計(jì)算比對(duì)建筑是按照《安徽省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB 34/1466-2011）給定的虛擬建筑，其節(jié)能率為50%[2]。各參數(shù)均采用《安徽省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB 34/1466-2011)所提供的參數(shù)[2]，經(jīng)PKPM計(jì)算得到的比對(duì)建筑物的年能耗如表4所示。耗能量，kWh/m2；B0為比對(duì)建筑全年單位面積總耗能量，kWh/m2。

表4比對(duì)建筑年耗能量

通過前述計(jì)算結(jié)果可知：B1=28.40kWh/m2，B0= 30.30kWh/m2。代入式（1），即求得該建筑的相對(duì)節(jié)能率為6.29%。

4結(jié)論

注：?jiǎn)挝幻娣e能耗針對(duì)總建筑面積計(jì)算，即能耗/總建筑面積。

3）相對(duì)節(jié)能率的計(jì)算

相對(duì)節(jié)能率的計(jì)算公式：

本文模擬分析計(jì)算結(jié)果表明，該建筑暖通空調(diào)及照亮系統(tǒng)能耗值均處在合理范圍內(nèi)，各項(xiàng)能耗指標(biāo)正常。該建筑相對(duì)于比對(duì)建筑的相對(duì)節(jié)能率達(dá)6.29%，能夠符合建筑所在地安徽省對(duì)于居住建筑節(jié)能50%的要求。

式中：η為相對(duì)節(jié)能率；B1為實(shí)際建筑全年單位面積總

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑能效測(cè)評(píng)標(biāo)識(shí)管理暫行辦法[Z].2009

[2]安徽省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(DB 34/1466-2011)[S].2011

The Applic a tion of PKPM in Building Ene rgy Effic ie nc y Eva lua tion

XU Hao-tian,ZHU Jian
School of Civil and Hydraulic Engineering,Hefei University of Technology

A residential building in Hefei,Anhui Province was taken for example,and the application of PKPM in building energy efficiency evaluation was introduced.The process of the modeling for this building was described,and the annual energy consumption of the building was simulated by PKPM and the relative energy-saving rate was calculated.Calculation results showed that the relative energy-saving rate of this building was up to 6.29%,and it reached the requirements of the energy conservation of residential buildings in Anhui province.

PKPM,energy efficiency evaluation,energy-saving

1003-0344（2014）05-078-4

2013-7-9

許浩天（1989～），男，碩士研究生；合肥市屯溪路193號(hào)合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院（230009）；E-mail:347405527@qq.com