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【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

时间:2015-04-07 11:19:34   作者:小雨飞逍遥郎   来源:绿建之窗   阅读:638  
内容摘要:建筑物理模拟群:天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红讲座导读主讲人:郑立红(建筑能耗模拟专家)讲师简介:郑立红 天津生态城绿色建筑研究院性能模拟中心负责人,主要负责绿色建筑在设计过程、申请绿标过程的性能模拟。导读:本次【建筑物理模拟讲座】由经验丰富的建筑能耗模拟专家郑立红...

建筑物理模拟群:天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索    郑立红

 

讲座导读

 

主讲人:郑立红(建筑能耗模拟专家)

 

讲师简介:郑立红 天津生态城绿色建筑研究院性能模拟中心负责人,主要负责绿色建筑在设计过程、申请绿标过程的性能模拟。

 

导读:本次【建筑物理模拟讲座】由经验丰富的建筑能耗模拟专家郑立红,介绍天津生态城在能耗标准研究、探索及取得的成绩,最后是e QUESTS本地化的一些构想。

 

讲座实录

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

  

    谢谢大家的捧场、同时也感谢绿建之窗能给我这次机会,下面由我和大家分享一下天津生态城在能耗模拟领域的实践与探索。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

 

    分享主要分为四部分内容,首先大概的介绍天津生态城的总体情况,群里也有很多做这方面的朋友,其次汇报一下生态城在能耗模拟领域的实践和探索过程,简要说明一下我们所取得的成绩和节能效果,最后是在e QUEST软件本地化方面的构想,那么也希望能广纳贤才能协助我们完成e QUEST软件本地化的工作。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

 

    我刚发的图片,是温家宝总理与新加坡的国务资政吴作栋签署生态城的框加协议的会议,在07年的4月份温家宝总理与吴作栋共同商s了在中国建立一座资源节约型环境友好型和社会和谐型的城市,那么这个城市能实现人与人的和谐共存,人与经济活动和谐共存,人与环境和谐共存的目标模式,其经验应该是能复制、能实行、能推广。就在2007年的1018日两国政府的总理共同签署了这个框架协议就标志着中新天津生态城的诞生。

 

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

    这两张图片就是生态城建造之前的,天津生态城的选址是在天津滨海新区的盐碱荒滩,现状三十平方公里,三分之一为盐田,三分之一为有污染的水面,三分之一为盐碱的黄地,当时就是两国政府在竞选这个生态城就是两国合作项止的时候,其实跟天津生态城同时去竞标的还有就是曹妃甸,就是因为天津生态选怯庞诓苠甸是没有耕地的,所以这个优势了就入选了。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

天津生态城在建设之初就制定了一套生态城市指标体系,其中有二十二条是强制性指标体系,那么其中比较重i的是,单位GDP的排放强度为一百五十吨煤百万美元,那么这个其实是二氧化碳是一百五十吨二氧化碳煤百万美元,就在现在来说,其实在我们国也是处于比较领先的水平的,那么绿色建筑比例是百分之百,生态城的可再生能源利用率目标是百分之二十。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

这个图就是当时制定的22条指标,其实大家都知道,这几年绿色建筑在国内发展是非常迅速的,那么截止到1412月份,全国共有2538个项目获得绿色n筑认证,总建筑面积可以达到近三亿平方米,但是我们在看到其实绿色建筑取得成绩的同时,应该发现绿色建筑目前存在一些问题,那就问题我们大概总结了一下:

    第一就是绿色建筑的管理内容不完善,与现有的建设流程是脱节的,那么我们的绿色建筑标识分为设计标识和运营标识两类,并且采用的是自愿申请的方式,可是在实际中获得运营标识的数量就不足设计标识百分之十,那么由于过程管理的不完善,在建设过程中导致材料和产品应用,不能按照设计方案落实,使得建筑无法达设计的要求。

    第二个问题就是我们目前的绿色建筑评价体系,其实也有一定的问题,重技术轻效果,主要还就是缺少一个定量化的性能指标要求,那获得绿色建筑奖项的建筑他的能耗水耗,并不一定比普通建筑的低,反而有一些项目是明显偏高的。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

这张图上可以看到,这是获得美国LEEDNC认证的一百二十一个项目,那么在这一百二十一个项目里面其实有很多项目的能耗值是偏高的,并且高于普通建筑。

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    这个表是我们调研了一些获得三步节能,满足三步节能标准的一些住宅,那么通过调研呢,这些住宅采暖实际运行能耗其实高达七十八千瓦s第每平方米每年的,远远的高于我们设计值,所以就出现了绿色建筑不绿色的现象,这就是我们目前绿色建筑存在的第二问题。

    绿色建筑存在的第三个问题,就是绿色建筑能耗指标而他与城市总体节能减排目标没有关联上,那么城市总体的节能目标是难以控制和实现的。其实现在说做能耗基准线这件事了,在我国已经很普遍了,但是,能耗基准线有几种制定方法,目前我们国家普遍采用的就是调研法,通过调研大部分的建筑,通过这些建筑可以取四分位值,然后作为他的能耗基准线,这样算出来的能耗指标其实床荒芨城市总体目标相关联的。

    即然生态城订了百分之百绿色建筑的目标,那么绿色建筑是我们天津生态城指标体系的重中之重,从09年开始就是我们管委会一直特别重视绿色建筑的建设,围绕绿色建筑基准线的思路,生态城也做了以下的工作:

   

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    首",就制定了一个以定量化性能为核心的绿色建筑标准体系,第二呢就是规范了定量化的技术评价方法,第三组建专业化的技术评价队伍,第四完善与现有建设管理程序相衔接的一种管理体系,第五那就是配套相应的激励机制,第六就是完成区域性的绿色建筑示范工程,那么因为我们时间有"呢,所以下面我就着重说一下与能耗相关的工作,也就是制定以定量化性能为核心的绿色建筑标准体系。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

 

    既然生态城在刚开始的时候就提出了一个总体目标,就是我刚跟大家说的碳排放强度为一百五十吨二氧化碳没百万美元GDP,那么城市可再生能源利用率为百分之二十,那么针对这些目标呢,生态城就是从城市能源供应结构和i源需求结构出发,经过深入的模拟、测算。就提出了建筑交通市政产业等不同领域的用能总量控制要求,那么这个图片上是可以看出来的,那针对不同领域的又能总量控制要求,进而提出了各类建筑单位面积基础能耗和排放标准作为生态城绿色建筑和建筑节能控制的核心要求。

 

    在我们制定能耗基本线的过程中,我们是从上往下分解的,也就是说我是从总体目标往下分解分给建筑的能耗总量是多少,最终才出现这个建筑基准线,那么这个基本线可不可以实现呢?我们采用的是调研和模拟同步进行的方法,那么我们通过调研天津市了很多,各种f型的恩建筑能耗,而且再加上我们绿建院模拟了大概有三百多个项目,能耗模拟从下往上来反算,我们是不是每个建筑都能满足能耗基准线的要求,来确定我们天津生态城能耗基准线的合理性。

 

    经过我们从上往下分解,以及从下往上验证的过这个程,在2014年的三月天津生态城制定和发布了大津生态城能耗基准线试行标准。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

    这个表,就是基准线的这个确切的值是多少,当然我们控制的不是一个总量,那么对居住建筑来说呢,他其实是采暖能耗、用电能耗以及燃气能耗那么是分别控制了,就在这儿大概简说了一下。

 

    其实这个基准线是从总量控制的,刚好与江亿院士制定的建筑能耗标准能不谋而合,那么在我们这基本现实型标准中就规定了,所有生态城内新建的、扩建的、以及改建的项目都必须符合能耗基准线的要求,我们怎么来保证好能耗基本线的落实呢?也就是说,大家都知道这个能耗模拟其实每个人模拟的结果是不同的,我可以把这个值模拟的高一些ㄒ部梢阅D獾牡鸵恍,我怎么来保证这个模拟的准确性?

   

    所以我们生态城有一个第三方的评价机构,我们天津生态城绿色建筑研究院,我们作为天津生态城的第三方评价机构,主要任务就是协助建设局对绿色建筑从设计建设到运营进行全过程的管理控制,最终来实现天津生态城百分之百绿色建筑这个目标。

 

    所有生态城的n目,不管是施工图阶段还是验收阶段以及运营阶段,都由我们来完成所有项目的能耗模拟。

 

    现在我们有了基准线,也有了来落实基准线的第三方,同时我们还加了一个管理流程,生态城不同的是因为生态城是一个新建的城市,所以在管理流程方面,在现有建设规划管理流程的基础上,我们不增加审批环节,只增加一些审查内容,完善定量化指标,相衔接的一种管理体系,生态城将绿色建筑的设计验收评价意见纳入规划审批流程,也就是说建设单位,在申报规划审批时必须提交相应阶段的绿色建筑审查评价意见。

 

   这样就规范了一书两证和工程验收审批程序相结合的绿色建筑规划建设管理体系,加强了对规划、设计、建设、验收阶段等建筑能耗评价和管理。

 

   其实这个能耗基准线,在国外来说已经很普遍了,欧洲建筑能效指令其实规定了建筑的总一次能源消耗量不得大于120千瓦时每平米每年的,德国DGMB都规定了能耗e准线,无论是按照当前的标准许要求,还是未来的发展趋势,其实绿色建筑能耗评价、量化设计的重要辅助手段。

 

   在绿色建筑设计评价阶段,能耗模拟是定理化评价的唯一方法,当然也是我们做设计优化的一种有力手段,在绿色建筑运行评价阶段,在运行阶段我们也估了一部分工作了。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

    在绿色建筑的运行阶段,其实我们是用能耗模拟来作为挖掘这个建筑节能潜力的一种工具,在这个图片上可以看到,其实是挖掘能耗节能潜力的一种方法,那么其实有三条线的最上面那条线实际的运行效果,最下面o条线是我们通过模拟之后出来运行值,一般情况下模拟值和我们实际运行值是不能匹配的上。

   

    所以我们就根据实际的运行参数,比如说这个建筑物实际的运行时间、运行人数,就是他的用能情况,进行模型的修改,之后就会得到第二第线。第二条线和第一条线之差就是我们的节能潜力。

  

   所以说不管是在设计阶段还是运行阶段,其实能耗模拟都是定量化评价的一个重要辅助工具,生态城意识到这个能耗模拟的重要性就开始了这方面的研究,但是大家都知道其实能耗模拟软件、e QUESTS软件也好目前都存在一些问题。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

                                       这个图就是生态城管理流程

 

              

            【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

     e QUESTS对初学者来说没有那么简单,他的模拟参数很多,建模也较困难,通过统计e QUESTS软件需要设置两百多个参数,或者是更多的;第二个就是模拟参数的设置,直接就影响了模型的准确性,目前我们很多e QUESTS软件的参数并不能找到标准,不知道去那找到这些参数。

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    那我举个例子,这个参数不同参数的设置对模拟结果的影响很大,这是某一个高层项目,那它分为两种casecase1我按照建筑的气密性外区按0.25换气次数,内区为0.2SH来设置了,当然这0.50.2其实是e QUESTS软件它默认的一个p,如果不按照0.50.2来设置,那么我按照case2,气密性外区为 0.4,内区为0.2来进行设置,那么从我们这个模拟结果中可以看出来他围护p构气密性只小了0.1SH,但是模拟结果相差很大。尤其是我们属于寒冷地区,他的采暖能耗就相差了14.7%

  

   目前e QUESTS有几个问题,第一就是模拟参数很多,第二个就是这些参数找不到标准,第三个就是目前e QUESTS软件是英文软件,采用DOE2.2的内核,对初学者来说还是比较困难的,第四就是国内缺少对e QUESTS比较专业的、专题的培训。

 

   我们刚好作为生态城的第三方,所以我们有这么好的机会有几百个项目做为实践的平台,基于生态城的平台绿建院开始能耗方面大量的探索,对模拟参数、模拟软件、以及参照建筑的设置、节能率的计算方法都进行了统一的规定,形成了一个标准化能耗模拟工作程序等文件。

 

   在模拟参数标准化方面大概说一下,模拟参数标准化的参数是很多的,比如说气密性在施工图上我们是查不到的,按默认值就给它规定为0.50.2,基于生态城的基准线所有项目都处于同一水平,我们给设置的一些参数,像气密性起点水平是一样的,在去评价他的好与坏才比较合理。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

    那么既然我们做了这么多工作,我们到底取得了迕囱的效果和成绩呢?这张图是一张效果图就是我们生态城的公屋项目,建筑面积十三万四千五百平方米,是一个三星级的保障性住房,当时做设计的时候就是主要遵循的就是被动式为主,再生能源补充。

 

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

    为了满足天津生态城基准线的要求,这个公屋项目当时设计阶段的时候就规定了他的能耗基准线是不能高于75千瓦时每平方米每年的,节能率是必须大于于70% 。在设计过程中,也是这个基准线为这个设计做了很多指导性的工作,以定量化的指标为指导设计,通过了几轮的修改,最终设计是外墙的传热系数为0.42W/,屋面的传热系数为0.29W/,这个项目在10f就已经建成了,所以当时来看这个围护结构做法还是比较高的。

 

   在可再生能源方面,生态城其实是规定了每个项目只要有条件或者是用到生活热水,全必须得采用可再生能源,那么我们这个项目也是一样的,它采用的就是集中太阳能热水太阳能保证率是高于60%,最终,这个项目设计完成之后单位建筑面积能耗为74.92千瓦时每平方米每年,刚好卡到了75这个线上,建筑节能率为73.7% 。这个项目是生态城比较早的项目,所以我们对这个项目进行了能耗监测,实际的运行能耗其实超过了我们的基准线的75.54千瓦时每平方米每年,虽然高于基准线但是比天津市的同类三步节能建筑能耗相比,还是处于比较高的水平。

   

   下面说一下在城市上所取得的成绩,大家都看到了生态城建造以前的图片。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

    这是生态城建设几年之后的效果,截止到目前为止,天津生态城在建的90项目600百万平米全部都通过了绿色建筑研究院的评价,其中的53个项目,329万平方米通过了国家绿色建筑认证。

 

    我们公司并不是跟生态城同时成立的,公司是从106月份才开始成立,从07年到10年的6月份已经建成了一些项目,所以我们现在正在追着这些项目来完成绿色建筑标识的认证。天津生态城在绿色建筑方面的工作也得到国家广泛认可,首先获得了首批的国家绿色城区,首批国家绿色建筑示范基地,首个国家绿色发展示范区,以及金太阳示范城市等等。

    其中特别是生态城作为北方唯一的绿色建筑基地,将来是要城为推广绿色建色建筑经验的一个重要载体。

【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

   这个表格就是我们对目前已经投入的60万平方米,绿色建筑住宅进行监测分析,通过我们的统计实际运行采暖能耗平均值为43.3亿千瓦时每平方米每年,要比我们先前调研的三步节能建筑平均值78,要低了很多。

 

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     第三个方面我们取得的成绩就是标准化参数方面,形成了一套标准化参数表,像地源热泵,当然我们这个参数针对的就是施工图中不能提供的参数,比如说刚说的一些气密性、地源热泵系统。这张图就是地源热泵系统,对地源热泵来说在施工图上o般会规定打井数、深度、管间距,但是初步设计阶段像地埋管的外径、内径这些在施工图上是查不到的。为了满足能耗基准线的要求,必须输入这个参数,我们就对这些参数做了一些规定,还有比如管材导系数这方面也是规定好了的。

 

    标准化的参数有很多,就不一一介绍了,除了几个我们常见的以外就是电梯能耗,e QUESTS软件是不能计算电梯能耗的,电梯能耗我们用一个简单的公式excel表格来实现的,电梯涉及到同时使用系数还有待机功率这些参数,还有效率,这时我们就需要一个详细的参数表。

 

    以上是我们在项目,城市上取得的成绩以及在能耗模拟方面标准化参数上所以取得的成绩,同时目前e QUESTS存在的问题专题的培训很少。

 

    在能耗模拟培训上也做了一些工作,在2012年59月份还有2013年的3月份,由我们绿建院在天津大学组织了两次培训,主要针对的在校学生、研究生及社会上的人员,培训的主要目的就是生态城项目很多,希望通过培训能找一些跟我们合作的学生来5我们完成这些模拟。当然模型的质量是要保证的,由我们绿色院来进行审查。有了前两次的经验我们在1412月份又在天津天学招开了e QUESTS能耗模拟培训。

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   这次培训其实比我们预想的效果要好,我们当时预想的会场指定是60人,培训头一天统计的人数就已经到了69人,后面来的人员就只好站着听了。

 

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     e QUESTS 软件除了参数多以外,还有一个问题就是特别容易报错,报错后就没法往后进行了,这个模型就等于废模型不可能计算出结果了,因为我们几百个项目的这种经验r而且有很多人都是真的零基础,开始遇到了很多的问题都进行了总结,我们首先出的就是内部的一本模拟手册。当时我们这本模拟手册也包括一些标准化参数的设置,当时给了同济大学的龙老师来论证,龙老师觉得对实战来说是很有用的,所以龙老师也鼓励我们可以在这方面再研究深入一r,之后我们就联合清华大学一起出版的,群里的赵永青、黄卫春都是我们的合作伙伴,借次机会向两位表示感谢。

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    最后是我们想把e QUESTS软件本地化的一些构想,我们已经取得了e QUESTS软件二次开发的注册权,主要是考虑到这个软件相对来说还是挺好用的,但是我们想把它开发的更好,针对我们做的几百个项目经验就发现有几个问题是亟待解决的,本地化的工作就分为三个阶段来完成。

 

  第一阶段:工作:

     界面和帮助文件的汉化,以及英制单位的转换。首先汉化工作并不是很难,而是将这些语言文件放在一个文件夹里,汉化的工作内容是包括帮助文件的。至于英制单位的转换,加拿大做了,我们可以借鉴一些经验。

 

        中国建筑材料和设备产品库。如空调的、风机的性能曲线等。

 

      加入中国建筑规范和标准。如公共建筑节能设计标准、居住建筑节能设计标准、供暖通风与空几条街设计规范以及气象标准等。

 

第二阶段的工作:

      增加新的空调系统(两管制风机盘管 独立新风),不需要再虚拟OA系统。

      完善系统形式(如冷却梁:使用感应器;辐射供暖和冷却;集中供冷和供热)

   在eQUEST软件中加入典型建筑案例。在eQUEST软件中加入一些典型建筑和典型系统的案例,这样更方便初学者使用。

 

其他事项:(暂时的想法)

     地源热泵&统未来几年地下温度的预测模拟。

    碳排放的计算。

 

 

     天津生态城绿色建筑研究院诚邀您参与eQUEST软件本地化工作,希望通过您的帮助与支持,使eQUEST软件在国内的使用更广泛、更准确、更方便、更高效。

 

      最后大家如果有机会欢迎大家来天津生态城参观指导,谢谢大家!

   【绿建讲堂】天津生态城在能耗模拟方面的研究和探索 郑立红 (4月1日)

 

 

整理人:绿建之窗_建筑物理模拟群  丁志杰

 


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