办公建筑方案设计阶段照明能耗预测模型研究-余琼

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1、办公建筑方案设计阶段照明能耗预测模型的研究1余琼林波荣周潇儒清华大学建筑技术科学系【摘要】在办公建筑方案设计阶段，自然采光设计可以有效降低照明能耗。但是设计师缺少辅助设计的工具，以用来在方案设计阶段预测自然采光节能潜力。所以制定基于技术数据的设计导则十分必要。本研究针对不同照明控制方式、采光部件研究办公建筑照明能耗与朝向、窗墙比、外区进深等设计参数的关系，建立照明能耗预测模型。并用详细模拟软件与预测模型对相同案例进行计算，通过对比验证模型的准确性。将照明预测模型联合稳态算法的采暖空调能耗模型，基于整体能量需求，

2、计算方案阶段考虑的设计参数的敏感性，总结办公建筑方案设计阶段自然采光设计中的原则。【关键词】自然采光设计；照明能耗预测模型；方案阶段导则1、引言中国商业建筑中照明能耗占整体能耗的25%——40%[1]。引入自然采光，通过合理的照明设计和控制方式，可以使照明能耗节能率达到60%。而在建筑的全生命周期中，方案设计阶段是进行自然采光设计的关键阶段。在此阶段确定的参数，如窗墙比、玻璃透过率等对建筑整体的能耗具有重要意义。照明能耗还与采暖空调能耗相关，照明能耗降低可以降低室内负荷，从而进一步降低采暖空调能耗。所以在建筑节

3、能的工作中，不应该孤立地看一个方面，而是应该基于包括照明、采暖、空调等在内的整体能耗。但是，方案阶段已知信息量少，且方案变动频繁，要求案例计算时间越短越好，这些都阻碍了目前方案阶段自然采光辅助设计工具的大量应用。提供量化分析的工具有详细模拟软件和简化预测模型。详细模拟软件有ADELINE、SUPERLITE、Radiance及以它们为基础的综合能耗计算软件。这些软件需要详细的输入信息，很多参数是方案阶段无法确定的，而且计算时间长。部分综合能耗软件只考虑单个照明传感器，不符合实际灯具控制方式。简化模型一般将动态计

4、算、图形计算进行合理简化，适合为方案阶段快速分析提供工具。1997年，Lynes和Litterlefair[3]的研究针对方案阶段房间尺度的自然采光节能模型，采用特定参考点的采光系数作为平均采光系数。2004年，Krarti、Erickson和Hillman[4]用DOE-2软件模拟，提出了一个简化的模型，用来计算办公建筑自然采光节能量。国内，天津大学陈红宾[5]博士论文中，针对幕墙建筑这种围护结构形式，应用RADIANCE软件，考虑窗户透过率、窗台高度、窗墙面积比、窗户朝向、遮阳措施、大地反射对自然采光效果的

5、影响，得到采光系数简化计算方法。这些预测采光系数和照明能耗的简化模型一般针对房间尺度，而不是建筑整体，而且不能全面考虑自然采光设计因素。2、能耗预测模型为建立一个简化的建筑整体照明能耗预测模型，本文以自然采光满足率为评价标准，用详细模拟软件回归分析，拟合自然采光满足率的经验公式，建立照明能耗预测模型。2.1节能评价指标用全年采光满足率DA（DaylightAutonomy）评价自然采光节能水平。该指标定义为：室内照度值高于或等于室内照度要求的累计小时数和室内需要照明总小时数的比值。不同的自然采光结合的照明控制方

6、式（连续调节和开关调节），自然采光节能率计算方法有所不同。当室内照度值不满足要求时，连续调节就用人工照明补足，使其达到照度要求，此时DAcon为室内照度值与照度要求值的比值。而开关调节完全依靠人工照明。此时DAmax为0。2.2建筑描述1余琼，硕士生，清华大学建筑学院模型将建筑分为采光外区和内区，对不同朝向分别拟合自然采光满足率的计算公式。采光内区采光外区图1建筑模型根据自然采光满足率可以计算建筑照明能耗：（1）建筑照明总能耗（包括采光外区和内区）：（2）ρ其中，DAi为不同朝向的自然采光满足率；为照明密度；F

7、exi为采光外区面积；Fin为采光内区面积。模拟采用天然采光逐时模拟软件Daysim,以DA作为天然采光性能的评价指标，可通过数值模拟计算建筑全年的DA。2.3能耗模型侧窗采光是影响外区自然光水平的主要部件。方案设计阶段对建筑自然采光水平有影响的设计参数是窗户面积、窗户形状、玻璃透过率和采光外区进深。因为办公建筑的窗台高度变化不大，一般为１ｍ。所以窗户形状的变化可以用窗墙比表征。特别地，幕墙类建筑可以不考虑窗户的面积和形状（认为窗墙比为1），影响因素只有玻璃透过率和采光外区进深。表1模拟参数设置窗台窗高窗宽窗间

8、墙进深层高窗墙比透过率高度mmmmmmm进深比0.31500120040.6750.60.40.91.53600140060.450.70.5420060080.340.81通过线性拟合，将自然采光满足率DA拟合成自变量——层高进深比h/r和玻璃透过率δ的关系式，使用数学模型为幕墙类建筑为窗墙比为1的情况。另外，模拟三种窗墙比（0.3、0.4、0.5）下DA关于玻璃透过率和进深关系式。