天津市某超高层建筑能耗模拟及CO2气体排放量估算

摘要：以天津市某一超高层建筑为例，运用eQuest能耗模拟软件，通过设定建筑物的围护结构、空调、照明系统等参数和建筑物运行时间表，来建立该建筑物的能耗计算模型，得出并分析建筑物分项能耗和CO2气体排放量。

关键词：建筑能耗模拟；eQuest软件；CO2排放量

中图分类号：TU111文献标识码： A

随着中国社会经济的飞速发展，高层建筑井喷式发展，大型公共建筑的能耗和温室气体排放量对能源供应和环境保护带来很大压力。美国的布鲁金斯学会通过对全球范围内主要城市碳排放量的定量研究，计算出城市碳排放中来自建筑物的碳排放平均约占39%。在中国，目前建筑业的能源消耗占到了全部能源消耗的1/3左右。下面以天津市某一超高层建筑为例，运用能耗模拟软件，分析超高层建筑能耗和CO2气体排放量。

1项目概况

（1）建筑概况

本工程位于天津市于家堡金融区内，总建筑面积121826㎡，其中地下面积38206㎡,地上面积83620㎡，塔楼高度为144.3米(地上主楼31层，裙房4/8层，地下3层)，属一类超高层建筑。地上部分主要功能为商业、办公、餐厅、会议，地下部分主要功能为停车场、设备用房等。

（2）冷热负荷

本工程一次侧冷热水由区域能源站提供，空调水系统高区与低区各设置两台换热器，换热站设置于地下一层设备用房，通过与能源中心换热提供用户侧空调冷热水，冷水供回水温度4-10℃，热水供回水温度85-65℃。冷热水泵分开设置，两用一备。夏季空调总冷负荷为9200KW，冬季采暖总热负荷为7200KW。冷负荷指标为81W/m2，热负荷指标为63W/m2。

（3）空调末端系统

餐厅、商业大空间等区域采用定风量全空气空调系统；商业划分为小隔间的采用变风量空调系统； 办公区域采用变风量空调系统，内区采用单风道变风量末端，外区采用带加热盘管的并联风机驱动式末端，内外区分设空调器；过渡季节加大新风量，利用新风供冷；空调开启季节，设置新排风全热交换器，节省能源，减少运行费用。

2模型建立

（1）模型简化

为了便于模拟计算，对模拟进行一些简化处理，主要有以下几个方面：

① 合并参数、功能布局相同的楼层；

② 同一朝向的周边区合并成同一个区；

③ 内部区域参数、功能相同的，合并成同一个分区；

④ 保证每个朝向的窗户面积与实际相同，不用按图纸尺寸画出。

（2）主要模拟用参数设置

① 室内设计参数

表1 室内设计参数的设定值

房间名称 室内设计

温度℃ 相对湿度

% 新风量

m3/（h·人） 照明

W/m2 设备

W/m2 人均占有

面积m2/人

夏季 冬季 夏季 冬季

厨房 26 20 60 40 30 7 25 12

小办公 26 20 60 40 30 11 10 15

大办公 26 20 60 40 30 11 13 6

商场 26 20 60 40 20 13 13 4

餐饮 26 20 60 40 20 13 10 2.5

走廊/楼梯间 26 18 60 40 10 5 — 10

卫生间 26 18 60 40 — 5 — 4

设备用房 — — — — — 5 — —

避难层 — — — — 30 5 — —

报告厅 26 20 60% 40% 30 13 15 1

办公门厅 26 18 60% 40% 20 11 5 3

会议室 26 20 60% 40% 30 13 15 1

② 围护结构热工性能指标

表2 建筑物围护结构热工性能参数的设定值

类别 热工参数 单位 设计值

墙体 外墙（包括非透明幕墙）1传热系数 W/（m2·K） 0.51

地下室外墙热阻 （m2·K）/W 1.59

非采暖房间与采暖房间的隔墙传热系数 W/（m2·K） 1.06

屋面 屋顶传热系数（包括上人与非上人屋面） W/（m2·K） 0.53

屋顶传热系数（种植屋面） W/（m2·K） 0.4

地面 架空或外挑楼板传热系数 W/（m2·K） 0.57

非采暖房间与采暖房间的楼板传热系数 W/（m2·K） 1.09

门窗、幕墙 外窗（包括透明幕墙）传热系数 东/南/西/北 W/（m2·K） 1.6

外窗（包括透明幕墙）综合遮阳系数 东/南/西/北 —— ≤0.4

窗墙面积比 窗墙面积比 东/南/西/北 —— 0.63

门窗、幕墙

气密性等级 气密性等级 外窗 —— 6级

透明幕墙 —— 3级

③ 运行时间表的设定

本建筑主要有两大功能：商业和办公。运行时间主要考虑的是四个方面：显示人员占有空间的水平； 控制照明强度； 控制设备使用；定义温度设置点。运行时间表的设定参照的是《天津市公共建筑节能设计标准》D B29 -153 -2010，时间表的具体设定参见表3和表4。

表3 本建筑办公部分运行时间的设定表

系统

时间 空调系统 照明系统 办公设备 人员在室率

年运行时间 冬季：11月15日—次年3月15日

夏季：6月15日—9月15日 全年 全年 全年

周运行时间 工作日 工作日 工作日 工作日

日运行时间 7点—18点 8点—19点 7点—19点 7点—19点

表4 本建筑商场部分运行时间的设定表

系统

时间 空调系统 照明系统 办公设备 人员在室率

年运行时间 冬季：11月15日—次年3月15日

夏季：6月15日—9月15日 全年 全年 全年

周运行时间 全年 全年 全年 全年

日运行时间 8点—21点 9点—21点 8点—21点 8点—21点

3分项能耗统计与CO2排放量估算

运用eQuest能耗模拟软件，通过设定建筑物的围护结构参数、空调、照明系统等参数建立该建筑物的计算模型，根据建筑物的具体运行时间表，得出该建筑物全年能耗和各分项能耗，能耗统计折合成耗电量。由于未选出适合模拟高层建筑电梯能耗的方法，所以电梯能耗模拟结果失真，本结果不包含电梯能耗，待做更多研究完善结果。具体分项能耗结果见表5。

由于本建筑还未投入使用，无法统计建筑物实际消耗的各种能源实物量，对于CO2排放量的计算，根据模拟的电消耗量估算，CO2排放量=电消耗量×电排放因子（0.79805kgCO2/kWh，注：根据《2012 中国区域电网基准线排放因子》所提供的华北区域电网碳排放因子，对EFgrid, OM, y（1.0021kgCO2/kWh）和EFgrid, BM, y（0.5940kgCO2/kWh）各取50%的权重，计算所得的平均碳排放因子。碳排放量核证计算中应采用审核年的最新电力碳排放因子。），由此得出该建筑物一年的CO2排放量为7650吨。

表5 分项能耗统计

分项

总能耗 折合耗电量

（万KWH） 单位面积耗电量

指标 kWh/m2·a 分项能耗所

占百分比

制冷 154.00 18.4 16%

热回收 12.00 1.32 1%

供热 240.00 28.7 25%

生活热水 91.10 10.9 10%

风机 26.00 3.11 3%

泵 21.00 2.15 2%

设备 193.00 23.1 20%

照明 222.00 26.5 23%

合计 959.10 114.7 100%

4结语

在建筑的使用过程中，能量的消耗主要用于建筑的空调、照明、热水、炊事、电器等，其中尤其是空调系统的能耗占了很大部分。建筑能耗模拟是建筑节能中的一项重要技术，它对分析建筑设计与能耗的关系以及空调系统的性能预测与设计优化有很大帮助。降低大型公共建筑的能源消耗，减少建筑物温室气体排放，寻求建筑的可持续性发展。

参考文献

［1］陈华，涂光备，陈红兵．建筑能耗模拟的研究和进展［Ｊ］．洁净与空调技术，2003.3

［2］金苗苗.建筑设计中的能耗模拟分析[D].西安.西安建筑科技大学，2007