建筑能耗模拟软件eQUEST及其应用

第28卷第6期2009年12月

文章编号：1003-0344（2009）06-077-4

建筑热能通风空调

Building Energy &Environment Vol.28No.6Dec. 2009.77~80

建筑能耗模拟软件eQUEST 及其应用

马晓云

长安大学基建处

摘要：介绍了建筑全能耗分析软件eQUEST 的基本原理、特点。以西安地区为例结合一座办公楼进行了全年的

能耗分析。分析主要包括窗采用的玻璃类型，空调设计温度以及灯光智能控制。通过分析发现窗采用不同的玻璃类型对建筑能耗影响较大；采用合理的空调设定温度会大大降低能耗，冷水机组的效率对建筑能耗影响不大。关键词：能耗分析eQUEST 建筑能耗

Building Energy Consum pt ion Sim ulat ion Soft w are eQUEST and it s

Applic at ion

Ma Xiao-yun

Department of Construction Management, Chang'an University

Abst r act :The principle of building energy simulation software eQUEST was introduced in this paper. The total energy consumption of an office building in Xi'an was simulated and analyzed. Different glass types, design temperatures and intelligent lighting control were analyzed. The results show that, glass type has a greet influence on energy consumption, and reasonable air-conditioning temperature will greatly reduce power consumption, and the COP of water chilling unit has little impact on the total building energy consumption.

Keywor ds:eQUEST, building energy consumption, glass type, design temperature, COP

0引言

建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我

负荷较大，从而导致选用的设备容量偏大，系统能量特世界各性差[2]。随着计算机技术的发展和能源的短缺，国都纷纷开发研制自己的仿真软件，建筑动态负荷得以准确计算[3]。

本文采用eQUEST 全能耗分析软件对一座办公楼进行了能耗计算，并针对不同的围护结构和空调系统的能耗进行了比较。

国能源消耗的三大“耗能大户”，尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，呈急剧上扬趋势。能源问题是我国现代社会面临的一个重大挑战。我国建筑围护结构保温隔热性能差，采暖（空调）系统效率低，导致单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。根据测算，如果不采取有力措施，到2020年中国建筑能耗将是现在3倍以上[1]。

达到建筑节能首先要能进行准确的能耗计算，了解建筑能耗的构成。在使用计算机进行建筑模拟以前，建筑师主要运用预先选择的设计条件采用静态算法进行计算。这种方法忽略了建筑传热的延迟和衰减效应，没有将得热和冷负荷区分开来，造成计算的冷

1eQUEST 简介

建筑节能已经成为建筑及相关技术研究中的一

个热点话题，建筑节能分析及研究主要是将建筑围护结构和采暖空调系统相结合，而研究的主要手段就是由美国能源部模拟和仿真[4]。上个世纪80年代以后，

资助的两个建筑能耗逐时模拟程序———BLAST 和

收稿日期：2009-2-28作者简介：马晓云（1967~），女，本科，工程师；陕西省西安市长安大学基建处（710054）；E-mail:[email protected]

·78·建筑热能通风空调2009年

DOE-2在世界范围内被广泛应用，据估计其中DOE 软件已经为人们节约了200亿美元[5]。DOE 采用旧版本的FORTRAN 语言进行编写，随着时间的发展其编程结构也过时，其维护、开发和新功能添加变得异常困难，美国能源部放弃了对资助。

eQUEST 能耗模拟软件是在美国能源部（U.S. Department of Energy ）和电力研究院的资助下，由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL ）和J.J. Hirsch 及其合作人共同开发。该软件的计算核心是目前使用最为广泛的能耗模拟软件DOE2的高级版本DOE2-2。eQUEST 不仅吸收了能耗分析软件DOE-2的优点，并且增加了很多新功能，使建筑建模过程更加简单，结果输出形式更加清晰。

eQUEST 能耗模拟程序是计算建筑耗能的有效工具，建筑传热是一个复杂的动态过程，建筑得热或失热随室内外的气候条件变化而变化。eQUEST 能耗计算软件运用动态计算方法计算建筑的能耗及各个组件的影响因素。该软件采用反应系数法计算建筑围护结构的传热量，反应系数法是先计算围护结构内外表面温度和热流对一个单位三角波温度扰量的反应，计放热和传热反应系数，然后将算出围护结构的吸热、

任意变化的室外温度分解成一个个可叠加的三角波，利用导热微分方程可叠加的性质，将围护结构对每个温度三角波的反应叠加起来，得到任一时刻围护结构表面的温度和热流。

eQUEST 能耗计算软件根据室外气象条件、围护结构情况，采用一种正向思维计算出室内温度以及室内得热量进而计算出负荷。对要控制室内热环境的房间，由选定的供暖空调系统根据室内负荷情况提供冷eQUEST 软件热量，以维持室温在允许的范围内波动。的计算过程是一个动态平衡的过程，后一时刻室内温度、冷热负荷以及供暖空调设备的耗电量要受前一时刻的影响。eQUEST 软件根据输入的建筑情况（建筑结围护结构材料、供暖空调方式与系统布置形式、室构、

内人员活动规律、照明设备情况）和室内设计温度值，动态地计算出建筑的全年能耗。

数如表1。

表1

围护结构相关参数

2.2空调系统参数

该空调系统采用单区域空气处理器（附加热回收装置），空调运行时间为8:00～18:00，每周5天工作制。风机在空调系统运行前和关闭后运行1小时。夏季、冬季室内设计温度分别为26℃、18℃，传感器控制17℃。风冷冷水机组能效比为3.0，天然温度为27℃、

气锅炉效率为80%。室内负荷及其他参数见表2。

表2

室内负荷及其他参数

根据建筑形状、围护结构参数以及空调系统参数建筑模型，采用eQUEST 建立模型，模型如图1所示。

图1建筑模型

3计算结果及分析

3.1基本设置能耗分析

根据所建立的模型，采用西安气象参数进行模拟计算，全年逐月的耗电量以及采暖所需要消耗天然气的能量如图2、3所示。

从图2~3可以看出：照明、风机、泵以及设备消耗的能量全年变化不大，而采暖和空调随着月份的变化波动较大。前者主要与作息时间有关随季节不变化，后者主要与室外温度有关，随着室外温度的升降，采暖空调消耗的能量随之变化。

图中反映出耗电量峰值出

2建筑模型

2.1建筑形状及围护结构参数

建筑为西安某厂房办公楼，建筑长为45.4m ，宽为15.8m ，第一层层高5m ，第二层层高4.5m ，第三层层高3.9m ，第一层主要为设备间和少量办公室，第二、三层为办公室，建筑总高度为14.6m ，围护结构相关参

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现在7月份为2.54×104kWh ，采暖消耗能量峰值出现照明能耗占办公楼能耗的一在1月为1.18×104kWh ；

大部分，采用高效的照明设备将会大大降低整个办公楼的使用能耗。

表3玻璃类型

能耗（M W h ）

能耗（k W h ）

不同材料月耗电量

图2基本设置时逐月耗电能量

图4不同玻璃材料的耗电量

能耗（M W h ）

图3

基本设置时逐月耗气能量

3.2玻璃性能比较分析

在建筑外围护结构中窗户的传热系数最大，由窗户传导的热量以及空气渗透造成的能量损失占建筑能耗一半左右。我国现在使用的玻璃窗传热系数大，空气渗透热损失多，是建筑围护结构节能的重点。本文选择5种典型的玻璃材料进行计算并分析，玻璃选型如表3所示，计算得出各方案的能耗如图4，5所示。

从分析中可以知道耗电量是制冷、灯光、设备、泵与风机的耗电量的总和，而除了制冷耗电量外其他全年变化基本保持不变，因此引起图4、5中变化的主要是制冷和采暖所消耗的能量。窗户给室内造成的负荷主要分为两种形式：热传递给室内造成负荷；太阳光透射得热。从耗电量图中可以看出热反射玻璃有效地阻挡了夏季由窗户造成的冷负荷，降低了制冷能耗。双层玻璃在夏季虽然对空调节能不大，但是可以有效地降低冬季由室内外温差造成的热量传递，从而降低采暖负荷，从图5中可以发现双层玻璃窗在降低采暖负荷上效果非常明显。3.3冬夏季空调设定温度分析

在不考虑传热延迟的情况下，通过围护结构的瞬变传热计算公式为：

能耗（k W h

）

不同材料月耗电量

图5不同玻璃材料耗气能量

（1）

式中：为外墙瞬变传热引起的负荷变化，W ；K 为围护总传热系数，W/（m 2·℃）；Δt 为室内外温差，℃；A 为m 2。围护结构面积，

从式（1）可以看出，在不考虑传热延迟的情况下，室外温度与设计温度之间的差值对建筑能耗有非常其墙体面积、传热系数和气大的影响。对特定的建筑，

候条件是不变的，夏季空调温度和冬季采暖温度直接决定了传热温差，在一定范围内减小设计温度同室外温度的差别能有效降低能耗。为了能定性分析温差的影响，本文设置了几种工况，将采暖温度设定为18℃，空调温度从24℃变化到28℃；将空调温度设定为27℃，采暖温度从18℃变化到22℃；图6，7分别给出了不同空调温度耗电量，以及不同采暖温度时耗气量的状况。

从图中可以看出，随着空调温度的升高，全年耗电量逐渐下降，每升高1℃全年耗电量降低约3%，从前面分析中可以知道这主要是由于空调能耗降低带来的耗电量的降低，空调温度每升高1℃制冷能耗约降低20%。选择不影响舒适度的设计温度25℃与27℃进行比较，全年的耗电量降低了6.94%，其中制冷耗电

·80·建筑热能通风空调

制冷耗电量总耗电量

2009年

量降低了40%。同样在空调温度一定的情况下，采暖采耗电量也随着设计温度的降低而降低，每降低1℃，暖能耗降低10%左右。

能耗（M W h ）

能耗（M W h

）

机组能效比

图8机组不同能效比耗电量

）空调设计温度（℃

图6不同空调设计温度能耗

4总结

建筑模拟和仿真以其优点越来越广泛的被运用，

eQUEST 作为新的能耗计算软件，为建筑节能计算提

能耗（M W h ）

供了一种手段，本文采用eQUEST 对窗户的不同玻璃类型，不同的采暖空调温度以及不同冷水机组的能效比分别进行了比较计算分析，通过分析可以得到以下结果：

1）不同的玻璃类型对采暖和空调的影响大小不

采暖设计温度（℃）

同，要根据所在地区的采暖或空调能耗是否占主导因素选择玻璃类型。双层玻璃对采暖和空调负荷的降低都有贡献，是值得推广的做法。

2）采暖设计温度每提高1℃采暖能耗会降低10%左右；空调设计温度每降低1℃制冷能耗约降低20%。在满足舒适度的条件下降低采暖温度，提高空调温度。另外采暖空调系统的温度控制点也会影响建筑能耗，要合理设置。

3）冷水机组的能效比也会影响建筑能耗，但节能效果不大。

总之，建筑能耗的降低不仅依靠围护结构的性能，空调系统的设置温度对能耗的影响非常大，建筑节能要将各种因素综合考虑来达到最大的节能效果。参考文献

[1][2][3][4][5]

许玮文, 郑恩丰. 面对能源危机应加快建筑节能技术发展[J].建设科技, 2005, 16:82-83

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周良, 张国强, 彭建国, 等. 建筑节能及暖通空调仿真软件的现在及发展. 湖南大学学报自然科学版, 2000, 27(6):103-108D B Crawley, L K Lawrie, F C Winkelmann, et al. Software tools for building envelopes:EnergyPlus:new, capable and linked [A].In:Proceedings of the 2002International Green Building Conference [C].Austin,

2001

图7不同采暖设计温度能耗

由此发现采暖和空调温度是决定全年能耗的非常关键的因素，应当在满足舒适性的情况下尽可能的提高空调温度，降低采暖温度以达到节能的效果。此外空调系统在实际运行时其能耗还与控制有关，室内温度不是一成不变的而是有温度波动的，其波动范围受温度控制器控制。当室内温度达到温度控制点时启停空调（采暖）系统。因此合理设置温度控制器也会带来很大的节能效果，如何设置温控点需进一步研究。3.4空调系统能效比的影响

随着我国节能事业的发展，我国已经强制采用能效标示对空调产品的性能进行划分。在本文的基础模拟中采用的空调系统为风冷式冷水机组，冷水机能效比为3.0，达到国家二级能效标准。本文分别对一级能效标示3.2和三级能效标识2.8进行模拟。耗电量及制冷耗电量计算结果如图8所示。

空调系统能效比的提高必然会给带来空调系统能耗的降低，空调系统的能效比从2.8上升到3.2总的耗电量变化较小，制冷耗能降低了14.5%，总能耗仅降低了0.5%，影响较小。要使能耗产生较大的降低可以采用性能较高的水冷式冷水机。