建筑能耗分析用逐时气象模型
严寒地区近零能耗办公建筑负荷特性分析

heat load and the cumulative total load index. The influence of internal heat disturbances and solar heat
from external windows on the cold and heat load index should be given attention.
Key words: severe cold areaꎻ nearly zero energy buildingꎻ office buildingꎻ DesignBuilderꎻ load
building is reduced by 64 34% and the cooling load of the target building is reduced by 5 89% . So in
the summer the cooling load of the nearly zero energy office building in Shenyang is slightly higher
科学 版 ) ꎬ 2024ꎬ 40 ( 1 ) : 141 - 147. ( WANG Qinghuiꎬ MA Yuchenꎬ HUANG Kailiangꎬ et al. Analysis on load
characteristics of a nearly zero energy office building in severe cold area[ J] . Journal of Shenyang jianzhu university
建筑能耗分析用逐时气象模型

国内外气象模型的研究情况研究目的和主要内容 气象模型建立的总体思路逐时模拟数据与实测数据的比较逐时气象模型的建立问题的提出内容提要选择典型气象年结论z\气象模型的实际应用问题的提出•外界气象条件的变化情况与建筑物的动态热特性是研究空调系统动态过程的基础。
•只有基于一整套切实反映气象环境的数据才能真正对建筑物的冷热能耗有更加准确的计算分析,对整个空调系统的动态过程有更全面的了解。
国内外气象模型的研究情况y /♦统计法♦陵机教模拟法♦陵机过程模拟法综合考虑以上三种建立气象模型的方法,我们可以看到:♦统迤利用长期的逐时数据构成典型年(或参考年)O 然而我国的逐时气象观测数据却很不完整,目前只有少数城市有近几年的逐时气象数据,而且这些数据由于某些原因还未公开。
♦除统计法外,气象模型由分两步进行:首先,用随机方法模拟逐日气象参数;然后,再用模拟出的逐日气象参数配出或随机模拟出最终要求的逐时参数。
♦随机数情况下产生的,主要应用于逐日数据的模拟。
然而,这模拟这和随机过程模拟法是在逐日数据的缺乏•随着我国逐日气象资料的公开,我们已获得遍布全国的194个气象站台的近5 0年的逐日气象数据。
•在逐日数据充足的有利条件下,就无需再用复杂繁琐的方法模拟逐日参数,也就是说,可以越过气象模型建立的第一步,直接连行鉛二步------------ 覆拟逐时参薮。
研究目f ——在逐日实测数据的基础上,建立一套完备可靠的气象模型,获得满足一定统计要求的全年逐时气象数据,为空调系统动态过程的硏究建立坚实的基础。
主要内家-在历年气象数据中挑出具有气候代表性的典型气象年;•找出空气干球温度、绝对湿度、太阳辐射、风速风向以及天空有效温度等气象参数的一天内的变化规律,建立各气象参数的逐时模型;-验证逐时气象模型;-应用模型于空调系统的动态负荷模拟中;-模拟全国194个站点的典型年逐时气象数据o气象模型建立的总体思路原始逐日气象数据典型气象年的选择干球温度<=□/ 模拟逐时气象数据绝对湿度<=□太阳辐射天空有效温度风速风向原始逐日气象数据构成温度r日最高日平均风速日平均大气压日最低温度始逐日最大I速风E来自中国气象中心•由于气象参数的随机性,根据各年的实测气象参数来计算建筑负荷,其结果常有较大舍别;•这就有必要选取一个〃包型年〃,它由〃平均月〃构成,按每一〃平均月〃的气象参数算得的负荷应与该月的、按历年实际气象参数算得的负荷的平均值吻合;•典型年反映了气象环境的平均状况。
建筑能耗模拟分析.pptx

书山有路
目前有许多可用于全年建筑冷热负荷计算的计算机建筑能耗模 拟软件。如 DeST、PKPM、EnergyPlus、DOE-2、ESP-r 等。 1DOE2 DOE-2 是现今世界上最为流行的建筑能耗分析和建筑能耗 模 拟软件。冷热负荷的能耗模拟模拟采用的反应系数法,假定室内温 度恒定,不考虑不同房间之间的相互影响。
书山有 路
建筑能耗模拟析
建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。室内能耗包括围 护结构能耗、空气渗透能耗、室内热源散热形成的能耗。具体的计算 可参照《实用供热空调设计手册》进行计算。 空调区的建筑能耗, 应根据所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式, 按各空调区逐时能耗的综合最大值或各空调区能耗的累计值确定,并 应计入各项有关的附加能耗。 各空调区逐时能耗模拟的综合最大值, 是从同时使用的各空调区逐时能耗相加之后得到的数列中找出最大 值;各空调区能耗的累计值,即找出各空调区逐时能耗的最大值并将 它们相加在一起,而不考虑它们是否同时发生。
2 EnergyPlus 是在 BLAST 和 DOE-2 的基础上开发的,兼具两者的 优点以及一些新的特点。EnergyPlus 是一个建筑能耗逐时模拟引擎, 采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。EnergyPlus 采用CTF 来计算墙体、屋顶、地板等的瞬态传热,采用热平衡法计算负荷。 3ESP-r 是在欧洲应用非常广泛的建筑能耗模拟分析软件。 ESP-r采 用半隐式差分格式求解导热方程。可以计算房间各个内、外 表面的 太阳辐射得热;模拟整个建筑各个房间之间的空气流动;基于 人体 活
例如:当采用变风量集中式空调系统时,由于系统本身具有自适 应各空调区建筑能耗变化的调节能力,此时即应采用各空调区逐时建 筑能耗的综合最大值;当采用定风量集中式空调系统或末端设备没有 室温控制装置的风机盘管系统时,由于系统本身不能适应各空调区建 筑能耗的变化,为了保证最不利情况下达到空调区的温湿度要求,即 应采用各空调区建筑能耗的累计值。 设计负荷是按照标准规定的室 内外计算参数进行的负荷计算的结果,它是全年负荷中的最大冷(热 ) 负荷,是选择设备最大容量的依据,并不代表实际运行负荷。实 际上 全年室外气象参数在逐时变化,而室内的热湿环境参数也是在逐 时变 化,因此,采用动态能耗模拟计算进行建筑全年能耗分析的变 化,为 空调系统提供真实的能耗分析设计依据。
建筑热环境模拟分析用逐时相对湿度生成方法_高庆龙

第33卷 第6期2007年12月四川建筑科学研究S i chuan Bu il d i ng Sc ience收稿日期:2006-07-03作者简介:高庆龙(1978-),男,山东阳谷人,博士研究生,主要从事绿色建筑设计研究。
基金项目:国家自然科学基金资助项目 建筑气候设计方法及其应用基础 (50408014);重大国际合作项目 建筑节能设计的基础科学问题研究 (51410083)E -m a i :l gao3066@163.co m建筑热环境模拟分析用逐时相对湿度生成方法高庆龙1,2,杨 柳1,刘大龙1,王丽娟1(1 西安建筑科技大学建筑学院,陕西西安 710055;2 中国建筑西南设计研究院,四川成都 610081)摘 要:分别采用对4次相对湿度、4次含湿量、4次露点温度以及4次湿球温度进行直线插值或3次样条插值等8种计算方法生成的逐时相对湿度,从统计学和能耗模拟两个角度,与实测值进行对比分析。
分析结果表明,由4次含湿量(或露点温度)进行线性插值计算生成的逐时相对湿度与实测相对湿度吻合较好;并据此给出了由逐时相对湿度根据关联性计算生成逐时含湿量、湿球温度、露点温度的方法。
关键词:热环境模拟;4次相对湿度;逐时相对湿度中图分类号:TU 111 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2007)06-0203-04The m et hod of getting hourl y relative hu m idity for buil di ng t her m al condition si m ulationGAO Q ing long 1,2,YANG L iu 1,LIU D along 1,WANG Lij u an1(1.X i an U niversity of A rchitecture &Science ,X i an 710055,China ;2.Chi na South w est A rch itectura l D esi gn and R esearch Instit ute ,Chengdu 610081,Ch i na)Abstrac t :Se ries o f hour l y re l a ti ve hu m idity has been g iven v ia e ight kinds of i nterpo lati on ,such as i n terpolation li near and i nterpo l a ti on cub ic spli ne to 6-hour steps re lati ve hu m i dity da ta ,6-hour steps abso l ute hu m i d it y data ,6-hour steps dew po i nt te m perature and 6-hour steps w et bu l b temperat u re .The differences a m ong them have been study on t wo si des o f stati stic and si m u l a ti on .The concl usion t hat the i n terpolation li nea r to abso lute hu m i dity has the m i n i m u m i n terpolation error has been drawn .A nd at t he sa m e ti m e the better m ethod of ge tti ng hourly abso lute hu m i d i ty ,hourly we t bulb te m pera t ure and hourly dew po i nt te m pe rature have been g i ven .K ey word s :bu ildi ng t her m a l cond iti on si m ulati on ;6-hour steps re l a ti ve hu m i d ity ;hour l y re lati ve hu m i d ity0 引 言随着计算机技术的发展,建筑能耗模拟以及热环境动态分析逐步成熟[1]。
建筑能耗分析用逐时气象模型

建筑能耗分析用逐时气象模型
天空有效温度的模拟
学习改变命运,知 识创造未来
建筑能耗分析用逐时气象模型
逐时模拟数据与实测数据的比较 ——温度
•相对误差=绝对误差/日波幅
绝对误差 相对误差
平均误差 均方根误差 标准偏差
0.087
1.38
平均误差 平均绝对误差
1.38 ——
1.0%
17.5%
——
•平均误差
权重 2/24 1/24 2/24 1/24 2/24 1/24 1/24 1/24 12/24 1/24
建筑能耗分析用逐时气象模型
干球温度模型的建立
l 资料表明,一天内最高温度一般出现在午 后三时,而最低温度出现在日出前一小时 左右。温度在一天内的变化规律可以近似 用余弦函数来表示。
学习改变命运,知 识创造未来
• •Kt<=0.28
•
•0.28<Kt<0.5
•0.5<Kt<0.74
• 采用MARKOV链来 • 采用MARKOV链来 •决定某一瞬间的状态 •决定某一瞬间的状态
•Kt>=0.74
•阴
•有云 •阴
•晴天 •有云 •阴
•晴天
学习改变命运,知 识创造未来
建筑能耗分析用逐时气象模型
直射和散射的分离
•阴
l 典型年反映了气象环境的平均状况。
学习改变命运,知 识创造未来
建筑能耗分析用逐时气象模型
典型气象年的选择方法
•设有N年的 逐日数据
•统计出每年每月的各气象参数的平均值
•计算每月各气象参数的 •N年平均值 及方差
•i—参数序号 •m—月份序号 •Y—年份序号
学习改变命运,知 识创造未来
气候变化下建筑能耗模拟气象数据研究

Ab ta t Cl t a ee mi ig if e c n b i i g e e g o s mp i n ic 9 0 ,t eg o a c mae h s sr c : i e h s ad tr n n l n e o u l n n r y c n u t .S n e 1 8 s h l b l l t a ma n u d o i
LI Da ln , L U i pig , Y U -o g I da- n ANG i L u, ZHANG ei u W — a h
( r hie t e s h l A c t c ur c oo ,XiA N n v r iy o r hie t e a e hn og ’ U i e s t fA c t c ur nd T c ol y,Xia 005 ’n 71 5, P.R. Chi ) na
a p a e x e sv r n p e r d e c si e wa mi g, whih i e ia l a s s he h ng o u li g e e g on u to . Th lma i c n v t by c u e t c a e f b i n n r y c s mp i n d e ci tc
( AEEM Y),m o e fm e e r l gc ld t o u li g e e g i ua i n b s d o d lo t o oo ia a a f r b idn n r y sm lto a e n TM Y 2 wa r s n e s p e e t d A tt e h
摘 要 : 象参数 是 建筑 能耗 模 拟 的基础 , 气 随着 全球 气候 异 常 变暖 , 必将 对建 筑采 暖和 空调 能耗 产 生重要 影响 。进行 未来 气候 条件 下 的 建筑 能耗 模 拟 , 须 首先 开展 未来模 拟 气 象参数 的研 究。根 必
建筑能耗计算方法综述_刘大龙

稳定 的 室 内 空 气 温、 湿 度, 必须向室内提供的冷
1] ( 。 空调冷热负荷计算分为两类 : 热) 量和湿量 [ 一
另一类是计算瞬时最大 类是计算长期的负荷特性 ,
2] 。分析建筑物能耗及研究建筑 负荷和设计 负 荷 [
围护结构最佳热工 特 性 的 目 的 不 单 是 求 得 较 准 确 的瞬态最大负荷 , 而更应着眼于如何能够较准确且 简便地求出建筑物全年空调系统能耗 。 建筑 能 耗 简 化 计 算 方 法 发 展 于 2 0世纪7 0— 8 0 年代 。 简化计算方法的理论 依 据 是 热 力 学 第 一 , 定律 ( 即能量守恒 定 律 ) 通 过 热 平 衡 方 程, 热力学 第一定律被用于计 算 每 个 围 护 结 构 表 面 的 热 工 参 数和每个房间 空 气 的 状 况 参 数 。 围 护 结 构 表 面 与 房间空气交换的热 量 是 房 间 空 调 设 备 所 必 需 提 供
A b s t r a c t P r e s e n t s t h e d e v e l o m e n t o f b u i l d i n e n e r c o n s u m t i o n c a l c u l a t i o n f r o m s i m l i f i e d p g g y p p c a l c u l a t i o n t o d n a m i c s i m u l a t i o n.A n a l s e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d a l i c a b i l i t o f t h e r e s e c t i v e m e t h o d . y y p p y p , P o i n t s o u t t h a t t h e s i m l i f i e d c a l c u l a t i o n m e t h o d i s s i m l e i n c a l c u l a t i o n b u t c a n n o t m e e t t h e d e m a n d o f p p ; a c c u r a t e c a l c u l a t i o n o f t h e w h o l e e n e r c o n s u m t i o n f o r l a r e s c a l e b u i l d i n s t h e d n a m i c b u i l d i n e a r - g y p g g y g y , e n e r s i m u l a t i o n m e t h o d c a n b e u s e d t o o b t a i n m o r e a c c u r a t e r e s u l t s b u t t h e c o m l e x h e a t t r a n s f e r g y p , e u a t i o n s n e e d t o b e e s t a b l i s h e d a n d t h a t a l i n d i f f e r e n t s o l v i n m e t h o d s w o u l d l e a d t o l a r e r q p p y g g g , i n c a l c u l a t i o n r e s u l t s a n d a d o t i n t h e d n a m i c m e t h o d i s m a i n t r e n d i n f u t u r e b u i l d i n e n e r d i f f e r e n c e s p g y g g y c o n s u m t i o n c a l c u l a t i o n. p ,c ,s ,d u i l d i n e n e r c o n s u m t i o n a l c u l a t i o n m e t h o d i m l i f i e d c a l c u l a t i o n n a m i c K e w o r d s b y g g y p p y , s i m u l a t i o n a n d c a l c u l a t i o n h e a t b a l a n c e e u a t i o n q
建筑能耗与地域气象条件的关系研究

建筑能耗与地域气象条件的关系研究1. 建筑能耗与地域气象条件密切相关,地域气候条件对建筑能耗的影响非常显著。
2. 首先,研究表明气候条件会直接影响建筑的能源消耗。
不同地区的气温、湿度、风速等气象因素会对建筑的采暖、制冷、通风等能耗产生不同程度的影响。
3. 在寒冷地区,高耗能用于供暖的建筑更容易受到气候条件的影响。
冬季气温低、风大的地区需要更多的能源来加热建筑,因此建筑能耗会相对较高。
4. 而在炎热地区,制冷能耗往往成为建筑的主要能源消耗来源。
高温多湿的气候条件下,建筑需要消耗大量能量来维持舒适的室内温度,因此能耗也相对较高。
5. 不仅如此,地域气象条件还会影响建筑的朝向、窗户设计、保温材料选择等方面。
合理设计建筑的朝向和窗户布局可以最大程度地利用自然采光和通风,减少能源消耗。
6. 另外,根据地域气象条件选择合适的保温材料也可以有效降低建筑的能耗。
在寒冷地区选择优良的保温材料可以减少供暖能耗,而在炎热地区选择隔热性能好的材料可以减少制冷能耗。
7. 除了直接影响建筑能耗,地域气象条件还会间接影响建筑的能源利用方式。
例如,气候条件对可再生能源的利用具有重要影响。
8. 在阳光充足的地区,利用太阳能发电可以成为一种较为经济且环保的能源选择。
而在风力资源丰富的地区,利用风力发电也可以有效减少建筑的能耗。
9. 此外,地域气象条件还会影响建筑能源系统的设计。
不同气候条件下,建筑需要设计不同的暖通空调系统,以最大程度地提高能源利用效率。
10. 因此,建筑能耗与地域气象条件的关系研究不仅可以帮助我们更好地了解能源消耗的规律,还可以指导我们合理设计建筑,减少能源消耗,实现建筑节能减排的目标。
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设有N年的 逐日数据
统计出每年每月的各气象参数的平均值 X i,m, y
计算每月各气象参数的 N年平均值Xi,m 及方差 i,m
i—参数序号 m—月份序号 Y—年份序号
对于月份m,如果第y年的实际气象参数能 同时满足以下条件者,可认为该年该月有条
件成为“平均月”X:i,m, y X i,m i,m
权重 2/24 1/24 2/24 1/24 2/24 1/24 1/24 1/24 12/24 1/24
干球温度模型的建立
资料表明,一天内最高温度一般出现在午 后三时,而最低温度出现在日出前一小时 左右。温度在一天内的变化规律可以近似 用余弦函数来表示。
干球温度模型的建立
日平均温度
用傅立叶级数模拟逐时温度
研究目的和主要内容
研究目的——在逐日实测数据的基础上,建立一套完备
可靠的气象模型,获得满足一定统计要求的全年逐时气象数 据,为空调系统动态过程的研究建立坚实的基础。
主要内容
——在历年气象数据中挑出具有气候代表性的典型气象年; ——找出空气干球温度、绝对湿度、太阳辐射、风速风向以及
天空有效温度等气象参数的一天内的变化规律,建立各气 象参数的逐时模型; ——验证逐时气象模型; ——应用模型于空调系统的动态负荷模拟中; ——模拟全国194个站点的典型年逐时气象数据。
Pb,q
饱和水蒸
Pb,q f (T )
气分压力
相对湿度的逐时模拟
资料表明,相对湿度日变化主要决定于气温日变化,但位 相相反,即最低相对湿度出现在午后最高温度时段,而相 对湿度最高值出现在清晨温度最低时刻。
因此可用模拟温度的方法来模拟相对湿度,只要变化方向 相反即可。
日最低相对湿度 日平均相对湿度
随机数模拟法和随机过程模拟法是在逐日数据的缺乏
的情况下产生的,主要应用于逐日数据的模拟。然而,这 两种方法所模拟出来的气象数据仍不能完全反映实际的逐 日气象变化规律。
随着我国逐日气象资料的公开,我们已获 得遍布全国的194个气象站台的近50年的逐 日气象数据。
在逐日数据充足的有利条件下,就无需再 用复杂繁琐的方法模拟逐日参数,也就是 说,可以越过气象模型建立的第一步,直 接进行第二步——模拟逐时参数。
日最低温度
用一种简易方法模拟逐时温度
tw, tw,m 0.489tw cos(15 225.8) 0.062t间的影响, 各天之间的温度都是孤立的
各天温度之间都是连续的
逐时模拟温度的日均值与实测值 的误差较小
逐时模拟温度的日均值与实测值 的误差较大
水平面日辐射总量
y(t) Qrt (a b cost )
rt
I0 (t) Q0
大气层外水平面逐时辐射量 大气层外水平面日辐射总量
小时中点的时角
t
(t-12)
12
直射和散射的分离
可计算
已知
得到
根据水平面接受到的太阳日总辐射与大气层外
太阳日总辐射之比Kt的范围,可分为如下四种情况:
Kt<=0.28
初选平均月
如有若干个年份的m月都能满足“初选平均月的条件”,
计算Dm值,选择Dm最小的月份作为第m月的“平均
月”:Dm
Ki X i,m,y X i,m
i
Ki—各气象 参数的权重
选择典型气象年的气象参数及其权重
气象参数 日平均温度 日最低温度 日平均相对湿度 日最低相对湿度 日平均风速 日最大风速 日最大风速时刻的风向 日日照时数 日总辐射量 日最高温度
日最高相对湿度= 2×日平均相对湿度-日最低相对湿度
RH 0.55 RH SIMPLE, 0.45 RH F , 各天衔接处平滑处理
太阳辐射模型的建立
太阳辐射量的逐时模拟主要包括两方面: 总辐射的逐时模拟 直射和散射的分离
总辐射的逐时模拟
太阳总辐射的逐时模拟采用ColloresPerein和Rabl模型(简称C.P.R模型):
建筑能耗分析用逐时气象模型
问题的提出 国内外气象模型的研究情况
内容提要
研究目的和主要内容
结论
气象模型建立的总体思路 选择典型气象年
气象模型的实际应用 逐时模拟数据与实测数据的比较
逐时气象模型的建立
问题的提出
外界气象条件的变化情况与建筑物的动态 热特性是研究空调系统动态过程的基础。
只有基于一整套切实反映气象环境的数据 才能真正对建筑物的冷热能耗有更加准确 的计算分析,对整个空调系统的动态过程 有更全面的了解。
风速风向
典型气象年的选择
由于气象参数的随机性,根据各年的实测 气象参数来计算建筑负荷,其结果常有较 大差别;
这就有必要选取一个“典型年”, 它由“平 均月”构成,按每一“平均月”的气象参 数算得的负荷应与该月的、按历年实际气 象参数算得的负荷的平均值吻合;
典型年反映了气象环境的平均状况。
典型气象年的选择方法
0.28<Kt<0.5
0.5<Kt<0.74
Kt>=0.74
采用MARKOV链来 采用MARKOV链来 决定某一瞬间的状态 决定某一瞬间的状态
气象模型建立的总体思路
原始逐日气象数据
典型气象年的选择
干球温度 绝对湿度
模拟逐时气象数据
太阳辐射 (直射和散射)
天空有效温度
风速 风向
原始逐日气象数据构成
日最高 温度
日平均 温度
日最低 温度
来自 中国气象中心
日照 小时数
日总辐射
原始逐日 气象数据
日平均 相对湿度
日最低 相对湿度
日平均
日平均
风速 日最大 大气压
国内外气象模型的研究情况
统计法 随机数模拟法 随机过程模拟法
综合考虑以上三种建立气象模型的方法,我们可以看到:
统计法利用长期的逐时数据构成典型年(或参考年)。
然而我国的逐时气象观测数据却很不完整,目前只有少数 城市有近几年的逐时气象数据,而且这些数据由于某些原 因还未公开。
除统计法外,气象模型由分两步进行:首先,用随机方法 模拟逐日气象参数;然后,再用模拟出的逐日气象参数配 出或随机模拟出最终要求的逐时参数。
T 0.55TSIMPLE, 0.45TF ,
各天衔接处平滑处理
绝对湿度模型的建立
绝对湿度的模拟是通过间接的方法得到:
利用已模拟出的逐时温度计算逐时饱和水蒸气压力;
模拟出逐时相对湿度;
逐时水蒸汽分压力(绝对湿度)=逐时相对湿度×逐时饱 和水蒸气压力;
水蒸气分
压力
相对湿度
Pq 100%