08-01 人行为对建筑能耗的影响在线视频

各位同学大家好

建筑中的人行为

对建筑能耗和室内环境

都有显著的影响

本节课我们将对

建筑中的人行为的特征

和模拟方法进行介绍

这将为更准确的刻画

建筑室内热环境

与运行能耗打下基础

首先第一小节

我们将介绍一些实际的案例

通过这些实际案例的介绍

我们可以更好的了解

建筑中的人行为

对建筑室内环境的影响与重要性

通过实际调研表明

世界各国建筑能耗水平

存在巨大的差别

这个图的横坐标

是人均的建筑能耗

而纵坐标是单位面积的建筑能耗

而圆圈的面积大小

是代表一个国家它的总的用能

从这个图中可以看出

中国在单位面积建筑能耗

和人均建筑能耗上

都远低于美国

这种差别很大程度上

是来源于系统的

使用方式上的巨大差别

对中美校园的办公建筑

能耗案例调研表明

这二者之间单位建筑面积的

耗电量差别几乎达到了10倍

这是因为在美国的办公楼中

空调保持24小时连续运行

那在中国一般空调

采用部分时间 部分空间的

运行方式

而在有人的房间打开空调

在人离开的时候

一般会关闭空调

这是造成能耗巨大差别的

最主要的原因

此外通过大量的调研表明

采用分体空调的住宅

空调能耗大大低于

采用集中空调系统的住宅能耗

其中集中空调系统的能耗

一般是分体空调的能耗的3到4倍

甚至于达到10倍以上

从空调系统的能效上面来看

这二者的差异不是特别大

例如分体空调的COP

大约为2.5

而集中空调的COP大约3到4

率高于分体空调

而造成这一巨大的差异的

最主要原因是在于

不同系统形式中

居民的空调使用方式非常不同

如图中对集中空调

用户的使用方式

调研的结果所示

不同的用户它的末端负荷

非常不同步

总的负荷率比较低

实测小区供冷季的

风机盘管平均开启率仅为7%

绝大部分时间内

系统中只有小数的

风机盘管在运行

然而循环水泵的电耗

就变成了用电量的最主要部分

从而造成整体系统的能效

非常的低下

同样即使是在同一栋建筑之中

不同的使用模式

也会导致不同的用户之间

能耗差异巨大

如图中所示

我们对北京一栋住宅楼中

不同用户夏季空调用能

进行了调研

我们可以看到用能最高的用户

每平米耗电量为

14千瓦时每平米

而最低的用户几乎为0

然而在这栋建筑中

不同用户的室外气象

和围护结构

包括空调系统形式都是相同的

然而正是因为空调系统

使用方式的巨大差别

导致了能耗的巨大差别

这个图中所展示的

是对美国LEED新建建筑

在设计和实际运行时

能耗做的对比

可以发现实际运行的能耗

在很多时候

都不符合模拟结果的预期

而尤其是对低能耗建筑这一部分

其实际用能往往比设计用能

要高很多

这说明在设计初期

对建筑物进行模拟时

如果没有对人行为进行深入刻画

这会导致模拟结果

与实际能耗有巨大的差别

因而在影响建筑物能耗的

影响因素之中

像室外气象条件

围护结构的性能参数

空调系统的效率等等

已经在建筑能耗模拟软件中

已经形成了较为统一

和准确的取值方法

而对于建筑中的人行为

这一影响建筑物能耗

不可忽视的重要因素

但是由于人行为的随机和复杂性

而且不同人之间的行为

有巨大的差别

目前往往采用固定作息的方法

对人行为进行简化处理

而这种简化已经无法满足

实际工程中

对建筑能耗评估的需要

在国际上都灵理工的

Stefano教授也提出了

建筑设计中的可靠性设计的概念

因为不同的人在同样的建筑中

会产生巨大的能源消耗的差异

因此在建筑设计之中

应该考虑到人的这种差异性

因而需要通过可靠性设计的概念

为不同人提供不同的服务

下面我们结合一些具体的案例

来说明人行为对建筑能耗的影响

首先第一个案例

是关于在上海地区

住宅加强保温效果的研究

我们案例的建筑

是位于上海的一栋住宅楼

共有12层 每层有四户住户

其建筑物的体形系数为0.24

综合的窗墙比0.39

我们设置了不同的

围护结构热工参数

和不同的生活方式

通过模拟探究不同的生活方式下

加强保温所带来的节能的效果

其中围护结构热工参数

我们分为三档

其中包括90年代的标准

和现行的国家标准

以及较高保温要求的日本标准

其对应的外墙的传热系数

分别为2.0 1.5和0.45

而在生活方式方面

我们定义了四种使用模式

第一种模式是一种

全时间全空间的使用模式

即在所有的房间全天进行供热

而第二种模式

是在用户下班回来之后

所有的房间都开始供热

而早上上班时停止供热

那是一种部分时间

全空间的供热方式

第三种模式

是在有人在的时候供热

而且仅开启人所在的这种房间

第四种模式是

和第三种模式比较类似

但用户在睡觉之前关闭供热

那我们分别计算了

这四种使用模式情况下

加强保温的效果的评估

我们可以看到在模式一的情况下

通过加强保温

可以显著的降低建筑物的能耗

而在模式四的这种情况下

加强保温的实际效果并不显著

而实际在上海地区

通过调研可以看到

而模式四是一种比较常见的

这种使用模式

因此在上海地区加强保温

需要进行更深入的探讨和研究

通过案例调查研究可以看到

采用VRF空调系统的建筑物能耗

往往大幅低于

采用集中空调系统的能耗

然而VRF这种

变制冷剂流量的空调系统

它的空调系统效率

与集中空调系统的效率

大致在一个水平线上头

那是什么原因

造成VRF系统的

空调能耗比较低呢

我们通过房间温度的测试

可以看到

在集中冷水系统中

几乎所有的房间

都是在同一时刻

集中使用这种空调系统

在变制冷剂流量系统中

由于VRF的灵活性和可调性

可以根据末端用户的实际需求

独立开启和调控空调

我们这里通过模拟

分别对使用集中空调的建筑A

和采用VRF系统的建筑B

进行能耗对比分析

可以看到使用模式

是造成这二者能耗差异巨大的

最主要的原因

因此VRF系统相对能耗低的

最主要原因并不是

因为它有比较高的空调系统效率

而是给用户提供了更多的

控制灵活度

来实现室内环境的控制

从而大幅降低了

用户的实际供冷需求

另外在香港的

一栋大型商业办公楼中

为了降低冬季的空调能耗

公司鼓励员工在冬季打领带

这样就可以降低

冬季的室内设定温度

那这种措施是否能够实现节能

我们通过模拟分析可以看到

当这个建筑物的冬季空调设定值

从26度降为22度时

其空调的能耗没有下降

反而上升了将近20%左右

那么造成这个现象的

最主要原因是

由于这栋建筑物

有大量的室内放热量

因而在香港的冬季

这栋建筑物的需求

一直是供冷这种需求

因而当设定温度越低的时候

冷负荷反而会越增大

从这个角度来说

在这个建筑物中

冬季打领带这种措施

反而会增加室内的建筑冷负荷

同样在建筑设计中

建筑师往往会比较倾向于

采用这种大窗墙比的设计

虽然这种大窗墙比设计

会对空调的冷热负荷

会产生不利的影响

但是通过模拟分析

往往会分析出来

它对采光会有很好的作用

从而降低照明的能耗

通过实际调研往往可以看到

因为人们有的时候会感觉到

有眩光的问题 会关闭窗帘

但是当太阳光比较合适的时候

然后人们却无法感知

无法开启这种窗帘

因此全天都需要进行人工照明

因为这个原因在实际模拟中

我们往往高估了

这种大窗墙比的这种设计

对降低照明能耗的这种贡献

另外在欧洲和美国

都在通过夏时制的这种方法

来实现节能

那么夏时至的核心

是在春季的时候

将时钟往回调一个小时

来改变人们的起床的时间

从而实现降低照明能耗

这么一种目标

因此夏时制在英文中

也有一种叫

daylight saving time

这种概念

因而在政策制定之中

也非常注重通过改变人的行为

来实现建筑节能

通过前面的案例可以看到

人行为不仅对建筑能源消耗

和环境营造都有显著的影响

而且对于技术措施的选择和评价

也同样有非常重要的影响

为了要准确预测建筑物的能耗

合理评估系统的性能

和科学评价节能成效

都必须基于符合实际的

这种建筑用能的使用方式

来进行分析

因而迫切需要在模拟分析方法中

建立对人行为的准确

和科学的定量描述

为不同建筑和系统

提供准确的比较基准

这一节课我们通过一些实际案例

对人行为的影响进行了介绍

通过这些案例可以看到

人行为不仅对能源消耗

具有显著的影响

同时也会影响到

我们对技术措施的选择

因而我们需要更为准确的

对人员的使用方式

进行准确的刻画

下一小节

我们将对人行为的分类

与特征进行介绍