人员行为模式对夏热冬冷地区住宅采暖能耗影响的研究_中国暖通空调网 - 技术交流
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模拟·论文

人员行为模式对夏热冬冷地区住宅采暖能耗影响的研究
2018-02-28 | 中国暖通空调网 |【
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李 严,李晓锋
清华大学

[摘 要]住宅建筑的能耗与室内居住人员的行为模式紧密相关。本文选取南通市某一普通住宅小区为分析案例,采用调查、实测和模拟相结合的方法,对该住宅小区的冬季采暖能耗现状以及人员行为对能耗的影响进行了分析。首先对该小区1625 个住户进行冬季采暖耗热量的数据采集,得到不同住户的冬季采暖耗热量。并在调研的基础上以该小区其中一栋住宅楼为研究对象,利用建筑热环境模拟工具DeST 对不同空调使用模式及自然通风习惯下的采暖能耗进行动态模拟,从而分析人员行为模式对该地区住宅采暖能耗大小的影响。结果表明引入自然通风可明显的增加采暖能耗,若想得到相同的通风换气量,在冬季采用短时间大开窗的通风方式比采用长时间小开窗的方式更有利于节省采暖能耗。

[关键词]采暖能耗;行为模式;住宅;空调运行模式;自然通风

住宅建筑的能耗占建筑总能耗的比例呈逐年上升趋势,采暖空调的能耗也在逐年升高,特别是夏热冬冷地区的城镇采暖能耗,尽管与北方城镇采暖相比其目前的能耗强度不高,但其能耗强度随着冬季室温改善的需求不断增强在不断攀升。研究表明,随着建筑面积的增加,夏热冬冷地区的城镇采暖能耗从1996 年的40 tce 迅速增长到2008 年的1490 tce,并有继续快速增长的趋势,夏热冬冷地区采用集中供热后,能耗将出现410倍的增长[1]。因此,对夏热冬冷地区住宅建筑的采暖能耗的研究对建筑节能尤为重要。

住宅建筑采暖能耗除受建筑热工性能、体型系数、窗墙比等建筑参数和气候因素的影响外,还与室内居住人员的行为模式密切相关[2]。而不同家庭的生活方式及行为模式存在较大的差别,调查研究发现,对采暖能耗影响较为显著的生活方式的主要因素包括采暖设备形式、设备运行时间、温度设定和通风习惯,而其中建筑年代、建筑类型和建筑面积对总能耗的影响最不显著[3]

为研究人员的行为模式对采暖能耗的影响,本文选取江苏省南通市某一普通住宅小区开展了针对生活习惯和采暖能耗的调查研究,根据调研结果,确定了两种主要的因素为研究目标,主要包括:(1)空调运行模式,主要是指空调启停时间和运行时数;(2)自然通风模式,主要是指建筑进行自然通风的时间和开窗的大小。

对两种因素下不同的运行模式进行组合,对同一栋住宅建筑进行自然通风与能耗动态耦合模拟,从而分析人员的行为模式对该地区住宅建筑采暖能耗的影响,以获得空调行为模式和通风行为模式对采暖能耗的影响程度。

1 能耗调研与分析

本次住宅建筑采暖能耗调研对象为南通市普通住宅小区。南通市属于夏热冬地区,该地区冬季采暖和夏季制冷需求并存。所调研的小区采暖形式为集中供暖,小区设置了热源形式为地源热泵的集中热源为住户提供冬季采暖所需热量,住户可以按照自己的需求对各房间的空调进行启停控制及室温调节。

该小区集中供暖时间为每年12 1 日至次年的331 日,图 1 2014 年冬季单位面积采暖能耗及能耗分布为2014 年冬季(2014 12 1 日至2015 3 31 日)该小区各户的单位面积采暖能耗及能耗分布。结果显示,该小区1625 户住户的个体能耗差别较大,其平均单位面积采暖能耗约为11.5kW·h/(m2·a),其中有34% 的住户的能耗水平高于平均值;超过5% 的住户的单位面积采暖能耗不足1kW·h/(m2·a),是冬季基本不开空调的家庭,只消费最低热力费;10% 的住户的单位面积采暖能耗超过20kWh/(m2·a),其中能耗最高的甚至达到91kW·h/(m2·a),远远超过平均水平,属于高能耗群体;59% 的住户的单位面积采暖能耗在513kW·h/(m2·a)

为研究人员行为模式对该地区采暖能耗的影响,选取该小区其中一栋建筑(5 楼)进行析。该小区5 楼共有住户96 户,图 2 2014 年冬季该栋建筑内各户的单位面积采暖能耗及能耗分布。实测结果显示,该建筑的平均单位面积采暖能耗约为11.3kW·h/(m2·a),其平均能耗水平与整个小区一致;该栋楼有20% 的住户的单位面积采暖能耗不足1kW·h/(m2·a),是冬季基本不开空调或无人居住的家庭,只消费最低热力费;15% 的住户的单位面积采暖能耗超过20kW·h/(m2·a),其中能耗最高的达到40kW·h/(m2·a)38% 的住户的单位面积采暖能耗在912kW·h/(m2·a)63% 的住户的单位面积采暖能耗在517kW·h/(m2·a)

2 能耗模拟分析

2.1 建筑模型及主要参数

选取该小区5 楼为研究对象,该住宅楼共17 层,1 层为车库,二层及以上为住宅,层高为2.9m。该住宅每层共有6 户(三个单元),有两种户型:三室一厅一书房一厨两卫,建筑面积145.3m2,三室一厅一厨两卫,建筑面积118.3m2。利用建筑热环境模拟工具DeST 对不同空调使用模式及自然通风习惯下的采暖能耗及自然通风量进行动态耦合模拟,建筑模型如图 3所示。

 2014 年冬季单位面积采暖能耗及能耗分布
1 2014 年冬季单位面积采暖能耗及能耗分布
2014 年冬季5 号楼单位面积采暖能耗及能耗分布
2 2014 年冬季5 号楼单位面积采暖能耗及能耗分布
模拟建筑平面图及模型
3 模拟建筑平面图及模型

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