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摘要：本文以西昌市某大型商场建筑为研究对象，利用DeST软件建立模型并进行负荷计算，而后通过TANSYS模拟软件建立该大型商场能耗模型，模拟计算不同运行参数下的商场空调系统能耗。为探究影响温和地区大型商场建筑空调季负荷的主次因素，选取7个评价指标，进行7因素2水平正交试验。试验结果表明在温和地区商场建筑节能首要考虑的三大因素为照明设备热扰、人员密度、新风指标。为探究人员密度对温和地区商场空调系统能耗的影响，选择商场峰值人员密度和商场逐时动态人员密度两种工况进行能耗模拟，结果表明相比空调系统定工况下运行，根据逐时动态人员密度规律模拟得到的能耗有明显降低，研究结果为大型商场建筑空调系统的节能运行提供依据。

关键词：温和地区；商场建筑；人员密度；能耗模拟

引言

在社会各行业的总能耗当中建筑能耗占有最大的比重，而在建筑能耗当中空调能耗也占有相当大的比重。Zhuoying Wang通过对西昌某住宅小区建筑项目的住宅建筑节能减排实例分析，发现可以从暖通空调技术解决对当地能源消耗的影响[1]。温和地区全年气候温和，对供暖空调设施需求较小和大型公共建筑供暖空调系统实际使用过程中的短期性、间歇性和局部性特征[2]。虽然温和地区建筑能耗总量较其他地区低，但温和地区大型公共建筑空调系统节能量尚有很大空间。大型商用楼宇的单位面积能源消耗是一般公用建筑的4-6倍，是一般住宅的10-15倍[3]。商场属于大体形建筑，大型商场不仅具有较高的人流密度，还具有较高的电器密度以及照明强度。相比于其他公共建筑，商场建筑建筑面积较大、人员数量多、用电设备多，营业时间长等特点，其单位面积耗能高，全年用电能耗大[4]。中央空调系统是商场中主要耗能部分，中央空调系统总能耗大约占整个商场总能耗的三分之一[5]。所以，必须要采取措施促进大型商场的全面总耗能量问题以及单位面积能耗密度的降低。汪爱平指出在典型的温和地区即滇中一带，一般建筑对于冷、暖的需求非常有限，商场、集贸市场、体育场馆、会堂以及公共娱乐场所等人员密集场所冬季供暖大可不必[6]。崔跃指出温和地区一般设置空调设施的超市、影院等人员密度大的公共建筑室内装修标准较高，空间较密闭，设备、照明耗电量较大，人员比较密集，由于室内外温差较小，设备、照明及人体的散热量与围护结构耗热量已基本相当，供暖需求很小。从目前的趋势看，温和地区设置空调设施的大型商场多数已不再考虑冬季供暖，仅考虑夏季供冷[7]。

目前为止，相关学者对商场建筑的人员密度虽有所研究，但对温和地区商场建筑人员密度与商场空调系统能耗关系的研究很少。因此本文基于前人的研究，以温和地区气象参数为基础，结合商场全年逐时负荷分布特性和人员密度规律，利用TRNSYS模拟软件建立能耗模型，研究人员密度对于商场空调系统能耗的影响因子的相关程度，从而探究人员密度对温和地区商场建筑能耗的节能率，以便为温和地区商场建筑节能运行研究提供依据。

1 气象参数特征

建筑能耗与建筑所在的地区有着十分紧密的关系，以西昌市为例，西昌市因为其特殊的地理环境形成了热带高原季风气候，根据国家标准《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016对建筑热工分区的定义可知西昌处于温和地区。西昌最热月为8月，月平均气温22.3℃；最冷月为1月份平均气温为10.0℃，年温差较大，约12.0℃；西昌的日平均干球温度在5.0-27.0℃之间，气候比较温和。日最高温度在6-8月较高在30.0℃左右，日最低气温在12月到次年2月，可能出现0℃以下的极端天气；室外干球温度低于26.0℃的时间占全年时间的90%左右，冬季室外干球温度低5.0℃的时间仅占全年时间的5%左右，冬季温和，夏季凉爽，这说明该地区相较于其他气候区建筑节能有较明显的气候优势。

通过分析西昌气候特征，及相关学者的研究[6][7]发现供冷需求大于供暖需求，供暖需求很小。因此该温和地区大型商场不考虑供暖，只考虑供冷。

2 建筑概况

2.1建筑模型

某大型商场建筑，该建筑为甲类建筑，总建筑面积共59645m2 ，总空调建筑面积52853m2， 总建筑高度30.7m， 一～三层为零售精品店和主力百货店等，四层为餐饮娱乐、主力百货店等，五层为高档电影院和精品餐饮，六层为办公室、设备用房。

2.2建筑负荷模拟计算

根据建筑负荷模拟计算，结合建筑人员密度，人员作息等模拟计算出人员热扰；用能设备密度，设备使用作息等模拟计算出设备热扰；照明密度，照明作息等模拟计算出照明热扰；以及空调各项参数设定以模拟计算商场全年逐时负荷分布特性。

2.3商场参数设置

商场每天的营业时间比较长，一般从早上10点到晚上10点一共12h左右。大型商场因为有较大内区，并且人员较多，因此人员负荷和按人员密度计算的新风负荷占了总冷负荷的大部分，而建筑围护结构负荷占的比例非常小，由于功能要求灯光负荷较大。根据房间类型与功能， 其人员热扰、灯光热扰、设备热扰、窗帘作息、温度、湿度、设备功率等由房间功能进行设定。空调运行由房间功能确定， 照明时间、作息由商场作息情况确定， 通风均采用房间与外界通风和房间互通风的方式， 空调时间由商场作息情况进行设定。商场的人员密度0.25p/m2，人员新风指标 20m3/p.h，灯光照明45W/m2 ，设备功率13W/m2。主要建筑围护结构传热系数如下，外墙1.91W/㎡·k，屋顶2.95W/㎡·k，外窗2.60W/㎡·k。

2.4能耗模拟

利用TRNSYS模拟软件建立该大型商场能耗模型，结合人员密度规律和温和地区气象参数的商场全年逐时负荷分布特性，模拟计算不同运行参数下的商场空调系统能耗。空调冷冻水、冷却水系统为一次泵变流量系统，冷冻水泵、冷却水泵根据负荷变化自动变频变流量运行。冷却塔风机变频运行，空调末端系统变流量运行。空调系统主要设置，制冷系统共有3台离心制冷机单台制冷量为2989kW、1台水冷螺杆制冷机单台制冷量为1196kW、相应配套水泵、冷却塔及辅助设备构成。其中制冷主机与水泵采用一对一的连接方式，空调系统冷水供水温度、回水温度分别为6.0℃、12.0℃，冷却塔的进口温度、出口温度分别为37.0℃、32.0℃。

3 负荷特性

3.1商场空调季负荷特性

夏季由于气温过高，是空调使用的高峰期，此时空调运行能耗非常高，远超建筑其它设备的运行能耗，几乎占据了建筑总能耗的一半。所以必须正确分析商场空调季的负荷特性，以此选择合适的空调设备，可以大大降低空调运行能耗，对于降低建筑总能耗有着极其重要的意义。

根据西昌市商场建筑空调运行时段特点，夏季供冷时间为5月1日～9月30日，共153天；空调开启时间为10：00-22：00。根据模拟结果，空调季动态冷负荷如图1。

从图1可知，该商场的峰值冷负荷出现在第5010h， 即7月28日的晚上6点左右，此时的冷负荷为4818.23kW，冷负荷大部分时间都在3500kW以下。

3.3温和地区商场负荷特性的影响因素

商场的空调季累计冷负荷主要受外墙传热系数、外窗传热系数、外窗遮阳系数SC、窗墙比、新风指标、人员密度、照明设备热扰的影响。如表1表2所示进行7因素2水平正交试验。

根据模拟结果和极差分析，可知商场负荷影响的强弱因素为照明设备热扰、人员密度、新风指标、外墙传热系数、窗墙比、外窗遮阳系数SC、外窗传热系数。

从分析结果来看，照明设备热扰、人员密度及新风对商场空调季冷负荷影响较为显著，围护结构因素对商场负荷影响相对较小，所以在对商场建筑进行节能研究时，应该首先考虑主要影响因素的节能潜力和改造潜力。照明设备用于增加商品的视觉效果，提高消费者的购买欲望，主观改变的可能性较小。商场空调季新风送风参数较为稳定，因此温和地区商场空调季节能重点考虑人员密度。

4 人员密度对商场建筑能耗影响探究

在研究人员密度对于商场空调季能耗的影响时，通过图2所示两种人员密度方案进行模拟，得到不同方案下商场空调季空调系统能耗见图3。

由图3可以看出，以温和地区为例的西昌，考虑逐时动态人员密度变化规律时，商场空调系统逐月能耗远低于未考虑逐时动态人员密度变化规律的能耗，定工况运行能耗是以满足高峰期人员密度要求计算的，商场空调季累计空调系统能耗高达100.09万kW·h，按照商场逐时动态人员密度规律进行计算得商场空调季累计空调系统能耗为74.36万kW·h，降低了25.70 ％ 。

综上所述，相比空调系统定工况下运行，根据逐时动态人员密度变化规律计算得到的空调系统能耗有明显降低，人员密度对于商场空调系统能耗影响明显，因此温和地区商场建筑空调系统节能运行应当考虑人员密度逐时变化规律。

5 结论

本文通过建立建筑模型、参数模型，利用DEST软件进行建筑室温计算、系统负荷计算等计算，通过正交试验以及TRNSYS模拟计算商场空调季能耗得出以下结论：

1温和地区商场建筑负荷影响的强弱因素为照明设备热扰、人员密度、新风指标、外墙传热系数、窗墙比、外窗遮阳系数SC、外窗传热系数。商场的人员密度与不同地区消费者的购物习惯和商场的营业水平有关，照明设备用于增加商品的视觉效果，提高消费者的购买欲望，主观改变改变的可能性小。所以商场建筑空调节能的重点就是新风和人员密度。

2按照峰值人员密度规律进行计算商场空调季累计空调系统能耗高达100.09万kW·h，按照商场逐时动态人员密度规律进行计算得空调季累计空调系统能耗为74.36万kW·h，降低了25.70％。相比空调系统定工况下运行，根据逐时动态人员密度变化规律计算得到的动态能耗有明显降低，温和地区商场建筑空调系统节能运行应当考虑人员密度逐时变化规律。

参考文献：

[1]Wang Z Y. Research on energy saving for the case analysis of building energy conservation in Xichang city[J]. Advanced Materials Research， 2014， 886： 478-483.

[2]江亿.中国建筑节能理念思辨[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3]黄玲玲.夏热冬冷地区既有建筑节能改造研究[D].南华大学，2020.

[4]黄斌.广东地区大型商场建筑能耗模拟与节能研究[D].广州大学，2019.

[5]刘志斌.大型商场建筑中央空调冷冻水系统运行能效及参数优化研究[D].华南理工大学，2016.

[6]汪爱平，刘涛，崔跃.试论温和地区暖通空调节能设计[J].暖通空调，2012，42（05）：36-40+46.

[7]崔跃，罗建方.温和地区公共建筑暖通设计优化十题[J].暖通空调，2014，44（09）：5-10.

彭铱锋，男，汉族，四川名山，2000年02月，研究生，研究方向：供热、供热燃气、通风及空调工程