一种基于村镇建筑基准房间热量模型的建筑能耗获取方法

摘要

本发明涉及一种基于村镇建筑基准房间热量模型的建筑能耗获取方法，包括以下步骤：1)获取建立村镇建筑基准房间热量模型的计算条件；2)采集村镇建筑所在地域的气象数据；3)根据村镇建筑热量模型的计算条件和村镇建筑所在地域的气象数据建立村镇建筑基准房间的热量模型；4)根据村镇建筑基准房间热量模型得到村镇建筑基准房间的能耗值，进而计算村镇建筑的能耗值。与现有技术相比，本发明具有针对性强、方法简单、可靠性高、计算效率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能耗获取方法，尤其是涉及一种基于村镇建筑基准房间热量 模型的建筑能耗获取方法。

背景技术

建筑能耗计算主要以建筑供暖和空调能耗为主要研究对象。最早的建筑能耗 计算始于20世纪70年代能源危机时，人们迫切地需要知道建筑究竟使用了多少能 源，更为重要的是建筑能够少用多少能源，以此来缓解能源危机带来的对于经济发 展、社会进步的限制。能耗计算方法主要有简化方法及动态模拟方法。

常见的简化计算方法有度日法、当量满负荷运行法、有效传热系数法及被广 泛使用的温频法。上述方法理论简单，计算简便，容易在工程实践领域得到推广。 对于简化计算方法而言只分析孤立的建筑元素，这类方法假设每个建筑元素独立对 空间环境起作用，相互间没有影响。这是简化计算方法存在的最大问题。事实上围 护结构、空调系统、室内设备等所有组成建筑的诸多元素之间存在相互关系，这些 关系在很大程度上影响建筑能耗。

随着计算机技术与能耗计算方法的结合，出现了动态建筑能耗模拟，该方法 依据逐时变化的室外气象数据、室内人员活动状况、室内热源等信息，计算满足室 内环境要求的逐时建筑能耗。动态能耗模拟的核心是能耗动态计算方法，它使得能 耗模拟更准确、计算能力更强大。动态能耗计算方法提高了能耗计算精准度，但需 要建立复杂的传热方程，采用复杂的方程求解方法，不同的求解方法以及方程参数 设置会使计算结果产生较大的差别。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于村镇建 筑基准房间热量模型的建筑能耗获取方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于村镇建筑基准房间热量模型的建筑能耗获取方法，包括以下步骤：

1)获取建立村镇建筑基准房间热量模型的计算条件；

2)采集村镇建筑所在地域的气象数据；

3)根据村镇建筑热量模型的计算条件和村镇建筑所在地域的气象数据建立村 镇建筑基准房间的热量模型：

$Q_t\left(\tau \right)=Q_{\mathrm{env}}+Q_{\mathrm{glass}}+Q_p+Q_{\mathrm{air}}+Q_e-Q_x\overline{+}{Q}_{\mathrm{ac}}$

其中，Q_t(τ)为时间间隔τ内空间空气的净得热量，Q_env为通过围护结构的传热 量，Q_glass为透过玻璃进入空间的太阳辐射量，Q_p为人体散热量，Q_air为空气渗流所 带入的热量，Q_e为室内设备的散热量，Q_x为围护结构的蓄热量，Q_ac为空调或者采 暖设备从空间除去或者对空间内部提供热量；

4)根据村镇建筑基准房间热量模型得到村镇建筑基准房间的能耗值，进而计 算普通村镇建筑的能耗值。

所述的步骤3)具体包括以下步骤：

31)分别计算Q_env、Q_glass、Q_p、Q_air、Q_e和Q_x，计算式为：

Q_env＝Q_wall+Q_curtain＝∑K_i(t_out-t_in)A_i

$Q_{\mathrm{glass}}=\Sigma A_{\mathrm{glass},j}I({\tau }_j+\frac{{\alpha }_{\mathrm{in}}}{{\alpha }_{\mathrm{out}}}{\rho }_j)C_j$

Q_p＝knq

Q_air＝n_k·VCρ_out(t_out-t)/3600

Q_e＝n₁n₂n₃n₄∑P_e+n₅n₆∑P_s

$Q_x=k_x\Sigma S_i{B}_i\mathrm{dt}=k_x\Sigma \sqrt{2\pi {\theta }_i{c}_i{\lambda }_i/T}{B}_i\mathrm{dt}$

其中，K_i为空间内第i个围护结构的平均传热系数，t_out为空间内第i个围护结 构室外表面的综合温度，t_in为空间内第i个围护结构室内表面的综合温度，A_i为空 间内第i个围护结构传热面的传热面积，A_glass,j为空间内第j个玻璃窗的透光面积， I为投射到玻璃表面的太阳辐射强度，τ_j为空间内第j个玻璃窗的可见光透射比， α_in和α_out为室内外的反射比，ρ_j为空间内第j个玻璃窗的吸收比，C_j为空间内第j 个玻璃窗的遮阳系数，k为人员集群系数，n为空间内人员数量，q为不同活动性 质成年男子的散热量，n_k为空间每小时的换热次数，V为空间的体积，C为空间外 空气比热容，ρ_out为室外空气密度，t_out为室外空气温度，t为空间内温度，n₁为设 备的利用系数，n₂为负荷系数，n₃为设备同时使用系数，n₄为热能转化系数，n₅为 照明设备同时使用系数，n₆为照明设备热能转化系数，P_e为设备的额定功率，P_s为 照明装置的功率，k_x为空间内围护结构表面温升的修正系数，S_i为空间内第i个围 护结构的蓄热系数，B_i为空间内第i个围护结构内表面积，θ_i为空间内第i个围护 结构密度，c_i为空间内第i个围护结构比热，λ_i为空间内第i个围护结构的导热系 数，T为热波作用的周期，dt为温度变化的微分；

32)计算村镇建筑空间内的本质温度t_bx；

$t_{\mathrm{bx}}=t_x^{\mathrm{env}}+t_x^{\mathrm{glass}}+t_x^p+t_x^{\mathrm{air}}+t_x^e$

其中，为外包装饰空间外扰温度，为玻璃的空间外扰温度，为人体 对于空间温度的扰动，为室内空气渗流带来的温度扰动，为室内设备带来的 温度扰动；

33)计算采暖或者供暖设备需要向空间内提供的热量Q_ac，建立村镇建筑基准 房间的热量模型，Q_ac的计算式为：

$Q_{\mathrm{ac}}=\pm (t_0-t_{\mathrm{bx}})(\Sigma K_i{A}_i+\frac{n_k}{3600}\mathrm{\rho cV})$

其中，ρ为围护结构密度，c为围护结构比热，t₀为空间内需要维持空气的温 度。

所述的步骤1)中建立村镇建筑基准房间热量模型的计算条件包括以下条件：

1、基于稳态热传导方法计算热扰和外扰的影响；

2、各空间由于功能不同，在空间上可以是断续的；

3、忽略围护结构内表面之间的热辐射；

4、各空间内部空气的温度相同；

5、空间内传热过程为线性定常系统；

6、任意空间在持续供冷或者采暖1h后，温度达到稳态。

所述的步骤2)中的气象数据包括温度、风速和太阳辐射强度。

所述的步骤4)中普通村镇建筑的能耗值的计算方法为：

根据村镇建筑基准房间的能耗值计算公式，结合普通村镇建筑的结构和布局， 分别计算普通村镇建筑内部各结构的热量，最后相加得到普通村镇建筑的能耗值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、针对性强，能耗计算方法中部分关键指标通过调研确定，可以更好的适用 于不同地区村镇建筑的计算。

二、方法简单，以相对简单的方法综合考虑住宅能耗计算中的多种因素。

三、可靠性高，计算假定具有一定的合理性，可以保证工程实用性与适用性；

四、对于典型村镇住宅，计算效率高。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为玻璃体系传热系数计算流程图。

图3为框体系传热系数计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种基于村镇建筑基准房间热量模型的建筑能耗获取方法，包括 以下步骤：

1)获取建立村镇建筑基准房间热量模型的计算条件，包括：

1、基于稳态热传导方法计算热扰和外扰的影响；

2、各空间由于功能不同，在空间上可以是断续的；

3、忽略围护结构内表面之间的热辐射；

4、各空间内部空气的温度相同；

5、空间内传热过程为线性定常系统；

6、任意空间在持续供冷或者采暖1h后，温度达到稳态。

2)采集村镇建筑所在地域的气象数据；

3)根据村镇建筑热量模型的计算条件和村镇建筑所在地域的气象数据建立村 镇建筑基准房间的热量模型：

$Q_t\left(\tau \right)=Q_{\mathrm{env}}+Q_{\mathrm{glass}}+Q_p+Q_{\mathrm{air}}+Q_e-Q_x\overline{+}{Q}_{\mathrm{ac}}$

其中，Q_t(τ)为时间间隔τ内空间空气的净得热量，Q_env为通过空间围护结构的 传热量，Q_glass为透过玻璃进入空间的太阳辐射量，Q_p为人体散热量，Q_air为空气渗 流所带入的热量，Q_e为室内设备的散热量，Q_x为围护结构的蓄热量，Q_ac为空调或 者采暖设备从空间除去或者对空间内部提供热量；

具体包括以下步骤：

所述的步骤3)具体包括以下步骤：

31)分别计算Q_env、Q_glass、Q_p、Q_air、Q_e和Q_x，计算式为：

Q_env＝Q_wall+Q_curtain＝∑K_i(t_out-t_in)A_i

$Q_{\mathrm{glass}}=\Sigma A_{\mathrm{glass},j}I({\tau }_j+\frac{{\alpha }_{\mathrm{in}}}{{\alpha }_{\mathrm{out}}}{\rho }_j)C_j$

Q_p＝knq

Q_air＝n_k·VCρ_out(t_out-t)/3600

Q_e＝n₁n₂n₃n₄∑P_e+n₅n₆∑P_s

$Q_x=k_x\Sigma S_i{B}_i\mathrm{dt}=k_x\Sigma \sqrt{2\pi {\theta }_i{c}_i{\lambda }_i/T}{B}_i\mathrm{dt}$

其中，K_i为空间内第i个围护结构的平均传热系数，t_out为空间内第i个围护结 构室外表面的综合温度，t_in为空间内第i个围护结构室内表面的综合温度，A_i为空 间内第i个围护结构传热面的传热面积，A_glass,j为空间内第j个玻璃窗的透光面积， I为投射到玻璃表面的太阳辐射强度，τ_j为空间内第j个玻璃窗的可见光透射比， α_in和α_out为室内外的反射比，ρ_j为空间内第j个玻璃窗的吸收比，C_j为空间内第j 个玻璃窗的遮阳系数，k为人员集群系数，n为空间内人员数量，q为不同活动性 质成年男子的散热量，n_k为空间每小时的换热次数，V为空间的体积，C为空间外 空气比热容，ρ_out为室外空气密度，t_out为室外空气温度，t为空间内温度，n₁为设 备的利用系数，n₂为负荷系数，n₃为设备同时使用系数，n₄为热能转化系数，n₅为 照明设备同时使用系数，n₆为照明设备热能转化系数，P_e为设备的额定功率，P_s为 照明装置的功率，k_x为空间内围护结构表面温升的修正系数，S_i为空间内第i个围 护结构的蓄热系数，B_i为空间内第i个围护结构内表面积，θ_i为空间内第i个围护 结构密度，c_i为空间内第i个围护结构比热，λ_i为空间内第i个围护结构的导热系 数，T为热波作用的周期，dt为温度变化的微分；

32)计算村镇建筑空间内的本质温度t_bx；

$t_{\mathrm{bx}}=t_x^{\mathrm{env}}+t_x^{\mathrm{glass}}+t_x^p+t_x^{\mathrm{air}}+t_x^e$

其中，为外包装饰空间外扰温度，为玻璃的空间外扰温度，人体 对于空间温度的扰动，为室内空气渗流带来的温度扰动，为室内设备带来的 温度扰动；

33)计算采暖或者供暖设备需要向空间内提供的热量Q_ac，建立村镇建筑基准 房间的热量模型，Q_ac的计算式为：

$Q_{\mathrm{ac}}=\pm (t_0-t_{\mathrm{bx}})(\Sigma K_i{A}_i+\frac{n_k}{3600}\mathrm{\rho cV})$

其中，ρ为围护结构密度，c为围护结构比热，t₀为空间内需要维持空气的 温度。

4)根据村镇建筑基准房间热量模型得到村镇建筑基准房间的能耗值，进而计 算村镇建筑的能耗值。

Q_ac表示空间需要达到理想温度的能耗量，是有限空间动态法计算村镇建筑能 耗的核心。假定计算步长为1h，则可计算村镇建筑逐时的能耗量。

有限空间动态法计算村镇建筑能耗中的基本参数需要通过大量的调研获得。不 同地域的房间空间设计、围护结构形式与当地的经济、文化和地域特色相关。根据 村镇房间功能不同可以分为客厅、卧室、仓储、厨房和卫生间等。根据调研结果可 以确定不同房间的人员活动情况、用能设备情况等。对于能耗计算方法中围护体系 的传热系数计算，计算流程如图2，3所示。

通过调研确定某一区域村镇建筑基准房间的建筑能耗。以此房间为基准，进行 建筑能耗计算，不同地区气象条件可以采用各地区的逐时气象条件，包括温度、风 速、太阳辐射强度等。

计算时首先计算除卧室等采暖或者供冷外房间的本质温度。计算时可以不考虑 临室的影响，外部温度均取室外计算温度。计算卧室等采暖或者供冷房间时，需要 考虑临近房间之间的影响。