楊柳，董傲霜，劉崢

（遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

為了積極應(yīng)對(duì)全球氣候變暖，2020年9月，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)提出我國(guó)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和目標(biāo)。在中國(guó)，2018年建筑行業(yè)全生命周期碳排放占全國(guó)碳排放總量的51%，建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和對(duì)全社會(huì)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)至關(guān)重要。在這樣的時(shí)代背景下，新建建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)和既有建筑的節(jié)能改造成為助力國(guó)家達(dá)成雙碳目標(biāo)的重要途徑之一[1]。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能，空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷和冷熱源機(jī)房的運(yùn)行效率是寒冷地區(qū)的公共建筑節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并且節(jié)能潛力大。本文以某辦公樓為例，基于Revit軟件創(chuàng)建建筑模型，將模型導(dǎo)入綠建斯維爾軟件，按要求對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的處理，應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)（BECS）模塊，暖通負(fù)荷計(jì)算（BECH）模塊及能耗計(jì)算（BESI）模塊完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)、負(fù)荷計(jì)算和能耗計(jì)算，為空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和能耗分析奠定基礎(chǔ)。

1 某辦公樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1 建筑模型的建立、導(dǎo)入與處理

應(yīng)用Revit建筑模塊完成某辦公樓建筑模型的建立，該辦公樓共6層，建筑高度24.30 m，建筑面積6385.33 m2，1層為開敞式辦公大廳，2至6層主要功能房間為辦公室、會(huì)議室等。建筑模型如圖1所示。

圖1 某辦公樓建筑模型圖

應(yīng)用綠建斯維爾Revit外部插件將模型以“*.sxf”格式導(dǎo)入模擬分析軟件，經(jīng)過(guò)核準(zhǔn)三維信息、搜索房間、模型觀察、模型檢查和門窗整理等步驟處理成用做各個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊的條件圖，如圖2、圖3所示。

圖2 某辦公樓條件圖

圖3 某辦公樓模型觀察圖

1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)

以GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》寒冷地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值為標(biāo)準(zhǔn)[2]，經(jīng)過(guò)節(jié)能設(shè)計(jì)和權(quán)衡判斷確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)見表1。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)表

2 某辦公樓的空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

2.1 氣象參數(shù)

根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]確定錦州市地理位置（北緯41.13°，東經(jīng)121.12°）和氣象參數(shù)（日照百分率67%，最大凍土深度108 cm），其他氣象參數(shù)見表2、表3。

表2 遼寧省錦州市氣象參數(shù)表

表3 遼寧省錦州市的峰值工況氣象參數(shù)

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

以GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》寒冷地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[2]選定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（見表4）、空調(diào)運(yùn)行時(shí)間和內(nèi)擾參數(shù)。以辦公人員工作時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為8：00—18：00；人員、設(shè)備和照明等內(nèi)擾參數(shù)按具體房間功能相應(yīng)地設(shè)定，設(shè)備、照明運(yùn)行時(shí)間8：00—18：00，發(fā)熱量根據(jù)設(shè)備功率進(jìn)行設(shè)置；由于是辦公樓，人員活動(dòng)主要以坐在辦公為主，因此室內(nèi)人員的活動(dòng)強(qiáng)度設(shè)為輕度勞動(dòng)。人員在室率根據(jù)工作日和節(jié)假日注釋區(qū)分。照明和設(shè)備的開關(guān)時(shí)間逐時(shí)區(qū)分?？照{(diào)系統(tǒng)未設(shè)置熱回收裝置，制冷機(jī)為螺桿式制冷機(jī)組，冬季由市政熱網(wǎng)供熱。

表4 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.3 全年負(fù)荷計(jì)算與分析

應(yīng)用綠建斯維爾軟件對(duì)該辦公樓的全年負(fù)荷根據(jù)設(shè)定好的采暖期（11月1日—3月31日）和空調(diào)期（6月15日—9月15日）進(jìn)行逐時(shí)模擬。全年熱負(fù)荷峰值為824 kW，全年冷負(fù)荷峰值為318 kW，全年潛熱負(fù)荷峰值為185 kW，如圖4所示。全年中最大熱負(fù)荷出現(xiàn)在1月2日；最大冷負(fù)荷出現(xiàn)在7月22日。

圖4 全年負(fù)荷圖

表5是制冷制熱設(shè)備在不同負(fù)荷下的工作時(shí)長(zhǎng)。由表可見制冷設(shè)備75%負(fù)荷下的工作時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)，長(zhǎng)達(dá)343 h，其次是50%負(fù)荷工作時(shí)長(zhǎng)227 h，25%負(fù)荷工作時(shí)長(zhǎng)80 h和100%負(fù)荷工作時(shí)長(zhǎng)72 h。制熱設(shè)備25%負(fù)荷下的工作時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)，長(zhǎng)達(dá)886 h，其次是50%負(fù)荷工作時(shí)長(zhǎng)297 h，75%負(fù)荷工作時(shí)長(zhǎng)45 h和100%負(fù)荷工作時(shí)長(zhǎng)8 h。

表5 制冷制熱設(shè)備在不同負(fù)荷下的工作時(shí)長(zhǎng)

計(jì)算結(jié)果顯示遼寧省錦州市全年的供暖需求占63%，供冷需求占37%。各個(gè)分項(xiàng)的供暖和供冷需求見表6。可見圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱對(duì)供暖需求最大，其次是冷風(fēng)滲透，室內(nèi)得熱和窗日射可降低冬季的供暖需求；而供冷需求最大的分項(xiàng)是室內(nèi)得熱，其次是新風(fēng)負(fù)荷，再次是窗日射，圍護(hù)傳熱供冷需求最小。

表6 各分項(xiàng)供暖供熱需求

3 某辦公樓的能耗計(jì)算

3.1 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率

依據(jù)GB/T 50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[4]計(jì)算該辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率。由設(shè)計(jì)建筑和參照建筑進(jìn)行比對(duì)算出。參照建筑和設(shè)計(jì)建筑在外形、內(nèi)部的功能分區(qū)、氣象參數(shù)、建筑的室內(nèi)供暖空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)、房間運(yùn)行模式（人員、燈光和設(shè)備等）及圍護(hù)結(jié)構(gòu)均保持一致。在供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)形式及冷熱源能效、輸配系統(tǒng)和末端方式上，設(shè)計(jì)建筑按照用戶設(shè)計(jì)要求設(shè)定，參照建筑則根據(jù)現(xiàn)有國(guó)家和行業(yè)有關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)定。通過(guò)分別計(jì)算和統(tǒng)計(jì)參照建筑與設(shè)計(jì)建筑在不同負(fù)荷率下的負(fù)荷情況，得出各自的全年空調(diào)系統(tǒng)耗電量及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率。

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率=（參照建筑全年空調(diào)系統(tǒng)耗電量-設(shè)計(jì)建筑全年空調(diào)系統(tǒng)耗電量）/參照建筑全年空調(diào)系統(tǒng)耗電量×100%。

空調(diào)系統(tǒng)形式為1層全空氣，2至6層雙管制風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)，制冷系統(tǒng)采用水冷-螺桿式冷水機(jī)組，供暖系統(tǒng)采用市政熱力系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果見表7。設(shè)計(jì)建筑能耗中供暖電耗占59%，供冷電耗占29%，風(fēng)機(jī)電耗占12%。

表7 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率

3.2 建筑全能耗

建筑全能耗計(jì)算結(jié)果見表8。設(shè)計(jì)建筑總能耗中供暖電耗占27%，供冷電耗占10%，風(fēng)機(jī)電耗占6%，其他電耗占57%。

表8 建筑全能耗

4 結(jié)束語(yǔ)

本文綜合應(yīng)用BIM技術(shù)與綠建斯維爾軟件，對(duì)遼寧省錦州市某辦公樓進(jìn)行了圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算與分析和能耗計(jì)算與分析，并將以此做為基礎(chǔ)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究BIM技術(shù)與綠色建筑的設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)，拓寬專業(yè)能力，為國(guó)家的雙碳目標(biāo)達(dá)成盡份力量。