[发明专利]针对高大空间建筑的全年能耗和热舒适度耦合评估方法

说明书

本发明公开了一种针对高大空间建筑的全年能耗和热舒适度耦合评估方法，包括：1)建立整体建筑的全年能耗分析计算模型Energy‑1；2)提取典型时刻建筑墙体温度和室内温度为CFD提供初始和边界边界条件，建立CFD整体模型CFD‑1分析温度分层现象和气流组织；3)根据模型CFD‑1计算结果确定高大空间建筑室内热分区划分范围；4)重新建立能耗分析和CFD双向耦合分析模型Energy‑2和CFD‑2；5)计算夏季或者全年的建筑整体能耗和热舒适指标。本发明提出了建筑能耗计算模型、三维房间计算流体动力学模型以及空调系统设备能效模型三者之间数据耦合传递机制，实现了建筑能耗和热舒适度的双向耦合高效计算，可以为高大空间建筑的分层空调设计方案涉及的负荷计算提供新的技术支撑。

技术领域

本发明属于绿色建筑节能技术领域，具体涉及一种针对高大空间建筑的全年能耗和热舒适度耦合评估方法。

背景技术

高大空间公共建筑如体育建筑、博物馆和高铁站房等因其体量大、人流量大、环境复杂等特征，室内气流组织比较复杂，存在明显的垂直方向热分层现象。当前高大空间暖通空调系统设计难度较高，空调负荷准确计算复杂，容易出现能源浪费问题或者难以保证室内热舒适度品质。因此，如何准确计算分析高大空间建筑能耗和热舒适度对该类建筑节能设计以及后期运营阶段碳排放具有十分重要的工程和经济价值。

为了实现高大空间建筑节能设计，目前国内外普遍采用分层空调设计方案，即先根据空间高度设置空调区和非空调区，仅针对下部或上部局部区域设置空调送风，从而达到夏季空调节能经济的目的。影响分层空调设计效果的其中一个关键因素在于尽量准确计算评估空调负荷。目前空调负荷计算通常采用EnergyPlus或PKPM软件进行室内负荷计算，同时采用三维计算流体力学方法根据负荷计算边界精细化评估室内温度和气流组织，为营造室内热舒适度高品质提供技术参考。然而，上述能耗和热舒适度评估方法存在如下局限和不足：1) EnergyPlus在计算负荷时采用CTF来计算墙体传热，利用热平衡法计算负荷，PKPM基于 DOE-2采用反应系数法求解房间不透明围护传热，采用冷负荷系数法计算房间负荷和房间温度，不考虑各围护结构长波辐射换热；以上两类常用方法主要用于负荷计算，未能详细动态考虑实际运营阶段暖通设备能效比参数，从而限制了这两类方法在后期运维场景能耗动态评估和调控的应用。2)EnergyPlus或者PKPM针对房间室内气流组织和温度空间模拟过于理想，模拟软件在计算时默认室内空气完全混合，与实际高大空间建筑垂直方向温度热分层现象不符，模拟结果与实际情况相差较大，从而在能耗分析方面存在估计不足，如实际情况中我们只需要对行人活动区域进行热区分析和制冷设计。3)虽然目前已有基于能耗软件如 EnergyPlus和CFD耦合分析动态能耗的技术，但该技术受限于CFD计算效率限制和能耗软件空调系统理想模型，未能实现全年室内的能耗的热舒适度耦合计算，无法基于耦合分析技术给出暖通系统运营阶段全年乃至全生命周期内暖通系统能耗指标。

发明内容

针对现有高大空间建筑能耗和热舒适评估技术的不足和缺陷，本发明提供了一种针对高大空间建筑的全年能耗和热舒适度耦合评估方法，该方法建立了建筑能耗计算模型、三维房间计算流体动力学计算模型以及空调系统设备能效计算模型三者之间的数据耦合传递机制，实现了建筑能耗和热舒适的双向耦合高效计算，既能够考虑高大空间建筑热分层现象，又能够精准针对关心区域开展能耗和热舒适分析，减少热分层现象引起的能耗模拟误差，同时满足建筑全年能耗模拟计算需求。该方法为高大空间建筑的分层空调设计方案涉及的负荷计算提供了技术支撑，同样也可以为其他民用建筑暖通设计和能耗优化分析提供参考。

本发明所采用的技术方案是：

一种针对高大空间建筑的全年能耗和热舒适度耦合快速评估方法，包括如下步骤：

S1、已知高大空间建筑室内建筑模型和设备布局、建筑热工材料参数信息和暖通空调初步设计方案，确定工程场地典型年气象参数资料，基于常规建筑能耗分析软件如EnergyPlus 建立整体建筑的全年能耗分析计算模型Energy-1，初步计算出整体建筑全年能耗指标、室内空气温度和墙体内外表面温度全年变化情况。