1DeST 在空调设备性能检证(Commissioning)上的应用摘要：本文对建筑能耗模拟软件 DeST在空调设备性能检证(Commissioning)方面的应用进行了介绍，并以位于日本东京的某研究所作为研究案例，对冷热负荷计算的影响因素、空调分区及设计风量等方面进行了模拟及分析，考察了DeST作为性能检证工具的可应用性，为今后运用模拟工具辅助 Commissioning工作进行了探索性研究。 关键词：DeST Commissioning 空调设备 性能检证 1. 前言近年来，为了提高建筑节能水平以及更好地保护地球环境，建筑设备特别是空调设备的性能检证过程（Commissioning，以下简称 Cx）在日本、美国、欧洲等地区越来越受到广泛的重视。在进行性能检证的过程中，研究者非常期待模拟软件能够在 Cx的各个阶段中得到应用。DeST（Designers Simulation Toolkit）是由清华大学建筑学院建筑技术科学系 DeST课题小组研究开发的空调系统辅助设计模拟工具。DeST 以“分阶段设计，分阶段模拟”为基本思路，对应设计的不同阶段提供了相应的功能性模块。其目的是将模拟技术应用于设计的整个过程中，通过建筑模拟、方案模拟、系统模拟、水力模拟等手段对设计进行校核，让设计人员根据模拟的数据结果对其设计进行验证，从而起到辅助和提高设计水平的目的。本研究的目的是通过利用 DeST对日本的某实际建筑物的空调设备进行性能检证，来考察 DeST对于 Cx的各个阶段的可应用性，以及研究如何在 Cx各个步骤的工作中应用模拟软件进行辅助。2. 仿真模型的介绍图 1 设计对象的建筑物标准层平面图本文的研究仿真对象选择为如图 1所示的位于日本东京的某研究所的标准层。图 2图 4分别表示灯光、设备、人员等室内发热量的作息时间。表 1表 2分别表示该建筑物的主要情况及室内设定条件。空调时间为8：0018：00（8：009：00 为预热时间，预热时新风量为 0） 。图 2 灯光发热量作息制度图 3 设备发热量作息制度图 4 人员发热量作息制度表 1 建筑物的主要情况 2所在地东京构造SRC造层数10层标准层面积330m3建筑面积3300 m3用途办公室表 2 室内设定条件 时间设定温度（）设定湿度（）夏季7.19.30323264555冬季11.13.3121243545过渡季以上之外不空调不空调3. 冷热负荷计算影响因素的分析在空调系统的基本设计阶段，为了决定空调机的能力大小，首先需要计算房间的冷热负荷。作为 Cx的应用实例，作者对影响房间冷热负荷计算的 3个因素室内发热量、新风量、非空调时间的渗透风量进行了比较分析。表 3 各因素对热负荷计算的影响 Case计算条件尖峰冷热负荷（kW）全年累计冷热负荷（MWh）4基本 Case1 内部发热量：冷负荷 100%，热负荷 100%2 新风量：全年 600CMH3 不考虑非空调时的室外渗透风量冷：450热：163冷：233.1热：11.8Case11 内部发热量：冷负荷 100%，热负荷 50%2同基本 Case冷：450热：221冷：203.7热：25.4Case21 内部发热量：冷负荷 100%，热负荷 0%2同基本 Case冷：450热：281冷：192.4热：58.85Case31 新风量按照图 4所示的人员作息变化2同基本 Case冷：450热：148冷：233.8热：10.4Case41 非空调时的室外渗透风量为 1次/小时2同基本 Case冷：432热：212冷：213.2热：16.9（1） 室内发热量的影响（基本 Case，Case1，Case2）近年来，供暖尖峰负荷的计算以及全年冷热负荷计算时如何选取室内发热量逐渐受到重视，作者考察了室内发热量分别为 100%，50%，0%时对冷热负荷计算结果的影响，根据表 3的基本 Case和 Case1，Case2 的计算结果，将冬季的室内发热量从 100%减少至 50%，0%时，供暖尖峰负荷从 163kW增加至221kW、281kW，相对于基本 Case（163kW） ，Case1、Case2 的相对增加率为 36%和 72%。另外，全年热负荷累计值分别为 11.8MWh、25.4MWh 和 58.8MWh，相对于基本 Case（11.8MWh） ，Case1 和 Case2的相对增加率分别为 116%和 400%。在 3个 Case中，夏季的室内发热量均为 100%，因而冷负荷最大值均等于450kW。但是全年的累计冷负荷分别为 233.1MWh、203.7MWh、192.4MWh，相对于基本 Case（233.1MWh） ，Case1 和 Case2的减少率分别为 13%和 17%。这是由于伴6随着冬季室内发热量的减少，所需投入的冷负荷（主要是内区冷负荷）也相应减少而造成的。（2） 新风量的影响（基本 Case，Case3）为了考察新风量对冷热负荷的影响，作者计算了新风量全年固定为 600CMH以及根据室内人员作息制度进行比例控制的两个 Case。根据表 3的基本 Case和Case3的结果，冷负荷最大值二者均为 450kW，没有差异，而热负荷最大值则从163kW变为 148kW，大约下降了 9%。此外，全年的累计冷负荷基本上没有什么变化，而累计热负荷从 11.8MWh变为 10.4MWh，约减少了 12%。原因主要在于，在冬季热负荷的最大值对应为人员最少的时刻，即新风量最小，而在夏季，冷负荷最大值出现的时刻对应为人员最大的时刻，此时刻两个 Case的人员及新风量相同。（3） 不空调时间的渗透风量的影响（基本 Case，Case4）在不空调时，房间内气压与空调时相比相对降低，室外的空气容易渗透进入房间。为了考察非空调时间室外渗透风对冷热负荷的影响，作者计算了有室外渗透风量（换气次数为 1ACH）和没有室外渗透风量的两种情况。根据表 3的基本Case和 Case4的计算结果，考虑室外渗透风影响时，冷负荷最大值从 450kW降低至 432kW，约减少了 4%，而热负荷最大值从 163kW升高至 212kW，约增加了 30%。此外，全年累计冷负荷从 233.1 MWh降低至 213.2 MWh，约减少了 9%，全年累计热负荷从 11.8 MWh升高至 16.9 MWh，约增加了 43%。4. 空调分区的考察在设计空调系统时，合理的空调分区非常重要，图 5图 8分别表示基准层的公用部和办公室 1的内外区冷负荷的全年变化。办公室 1、2、3 的负荷类型比较接近，此处以办公室 1为代表介绍办公室的状况。根据图 5图 8，内区之间以及外区之间的冷负荷全年变化曲线比较类似，因而将内外区分别进行处理是比较合理的。对全年热负荷的分析也得出了同样的结论。图 5 共用部内区全年冷负荷变化图 6 办公室 1内区全年冷负荷变化图 7 共用部外区全年冷负荷变化图 8 办公室 1外区全年冷负荷变化 5. 利用室内环境满足度指标验证不合理设计风量5.1 室内环境的评价指标为了评价室内环境是否满足设计要求，作者提出了以下 4类评价指标。（1） 室内环境满足时间和不满足时间7在某个空调时刻，室内温湿度如果满足设计要求，则在室内环境满足时间上加上 1个小时，否则，在室内环境不满足的小时上加上 1个小时。（2）室内环境满足度和不满足度室内环境满足度 %室内环境不满足度100室内环境满足度 %这里，室内环境满足时间和室内环境不满足时间分别指某个时间段中（例如全年、季节、月或周）的各自累计时间。（3）全年室内环境满足指标和季节室内环境满足指标（1） 、 （2）中所示指标，针对全年而言，称作全年室内环境满足指标，若是对每个月或者夏季、冬季分别计算的话，称作季节室内环境满足指标。（4）系统室内环境满足指标和房间室内环境满足指标以上（1） （2）所示指标，以每个房间作为对象时称为房间室内环境满意指标，以每个空调系统作为对象时称作系统室内环境满足指标。在计算系统室内环境满足指标时，某个时刻某台空调机所处理的所有房间均满足设计要求时，该空调机的系统室内环境满足时间累加上 1各小时。因此，即使仅有一个房间的温湿度不满足设计要求，该时刻也将作为系统室内环境不满足时刻被统计。5.2 对实施设计阶段 Cx的应用案例作者利用室内环境满足度指标，对 4管制单一风道的定风量系统（CAV）和4管制单一风道变风量系统（VAV）两种空调方式的送风量的合理性进行了评价。表 5 各房间送风量设计值以及 CAV系统送风量的 Cx结果 正常设计风量(CMH)故障设计风量(CMH)8Cx的結果AHU1共用部 interior22671302风量不足办公室 1 interior9211330风量过大办公室 2 interior11981330风量过大办公室 3 interior16471995风量过大AHU29共用部 perimeter20791052风量不足办公室 1 perimeter16701018风量不足办公室 2 perimeter15661018风量不足办公室 3 perimeter15982029风量过大作为 Cx用仿真工具，我们期待 DeST能够检查出设计的不合适的风量。在本研究中，对根据系统尖峰负荷计算得出的空调机风量按照各个房间的发热量进行适当分配得到的 CAV系统各房间送风量进行了仿真计算以评价其是否合理。表 5中给出了正常/故障设计风量以及对 CAV系统的评价结果。这里的正常设计风量指对由 DeST尖峰负荷算出的各空调机风量按各自系统内各房间尖峰负荷进行比例分配后得到的风量。此外，将此风量作为 CAV系统送风量以及 VAV系统最大风量时计算出的不满足时间(不满足度)，如表 6所示。不满足度表示夏季/冬季不满足时间对各自的空调时间(夏季:640 h，冬季:960 h)的比例。10表 6各室的期间室内环境不满足时间(不满足度) CAVVAVAHU1共用部 interior1211夏：636(99%)883夏：623(97%)冬：575(60%)冬：260(27%)办公室 1 interior677夏：481(75%)110夏：0(0%)冬：196(20%)冬：0(0%)办公室 2 interior797夏：514(80%)1夏：0(0%)冬：283(29%)冬：1(0%)办公室 3 interior1139夏：521(81%)1254夏：0(0%)冬：618(64%)冬：54(6%)AHU2共用部 perimeter552夏：147(23%)487夏：149(23%)冬：405(42%)冬：338(35%)办公室 1 perimeter75213夏：198(31%)503夏：106(17%)冬：554(58%)冬：397(41%)办公室 2 perimeter764夏：202(32%)517夏：114(18%)冬：562(59%)冬：403(42%)办公室 3 perimeter104114夏：368(58%)431夏：32(5%)冬：673(70%)冬：399(42%)（1）夏季 AHU1系统的评价图 7，图 8分别表示 7月 2日的办公室 1及公用部内区的送风量和室温。 办公室 1内区在 12-17点之间，CAV 时送风量被固定为 1330CMH，不满足时间全部是由于送风量过大造成的过冷（室温26） 。系统改为 VAV后，始终都需要最大风量，因而不满足时间基本上没有什么变