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摘要：借助DesignBuilder能耗模拟软件，建立了威海市某商场建筑模型，对其全年能耗进行模拟分析；采用正交试验法模拟分析得出影响该商场能耗大小的主要因素，并提出相应节能措施。
关键词：商场建筑；能耗模拟；正交试验法；节能
Analysis on Energy Efficiency and Energy Consumption
Simulation of a Shopping Mall
XIAO Shu-ying1, SUN Rui-jun2
(1.Tianjin Chance Architecture Design Co.,LTD, Tianjin, 300074,China;
2. Tianjin ShangHeng Architecture Design Co.,LTD, Tianjin, 300221,China)
ABSTRACT: Energy simulation software named DesignBuilder was used to develop an energy consumption model of a shopping mall in Weihai. A method named orthogonal experiment is chosen to analyze and select the main factors affect the market energy consumption. And the corresponding energy-saving measures are proposed.
Keywords: emporium building; energy simulation; orthogonal experiment; energy-saving
中圖分类号： TE08 文献标识码： A
0 引言
商场类建筑由于建筑面积大、营业时间长、客流密度大和用电密度高等特点，与其他类型公共建筑相比，单位面积电耗密度高且全年总能耗量大[1]。并且，随着人们对购物环境舒适性要求的不断提高，商场类建筑的能耗还会持续增加，因此商场类建筑的节能任务极其艰巨。本文以威海市某商场为例，借助DesignBuilder能耗模拟软件对商场建筑能耗进行分析，找出影响商场建筑能耗大小的主要因素，并提出商场类建筑节能的关键措施。
1 商场概况及模型的建立
1.1商场概况
该商场建筑位于山东省威海市，建于2004年，总建筑面积为34662m2，坐北朝南，主体5层，建筑高度23.8m，地下局部两层，建筑体形系数为0.11，东、西、北面墙窗墙比为0.12，南面墙窗墙比为0.40，结构形式为框架结构。该商场地下一层为超市，地上1-5层为商场卖场。冷热源形式为“冷水机组+市政热水”，空调系统形式为“全空气定风量系统”。
1.2模型的建立
该商场建筑外墙和屋面的围护结构主体构造和热工特性见表1所示：
表1 典型商场建筑围护结构主体构造和热工性能
该商场建筑室内照明设备采用悬顶式荧光灯，局部区域为突出物景效果采用白炽灯调光，部分专柜照明采用射灯。商场室内照明的运行时间与营业时间同步，为早9:00～晚22:00。室内照度设置为600lx，照明功率25w/m2。
该商场人员密度设置为0.4人/m2；商场内人员劳动类型为轻劳动，群集系数取0.9；最小新风量20m3/(hp)。
该商场室内空调温度设置为25℃，采暖温度设置为20℃。冷水机组COP设置为4.0。
在该商场建筑数字化模型建立的过程中，对模型进行了适当的简化：在保持建筑主体构造材料、建筑内扰、外扰等设定不变的情况下，对建筑每层不再进行分区，将整层作为大空间建筑处理，像楼梯间、洗手间等全部当作卖场进行参数设置。
根据上述参数进行设置，得到如图1所示的商场建筑数字化模型。
图1 典型商场建筑数字化模型
2 全年总能耗模拟结果
对该商场建筑全年逐日能耗进行模拟，模拟结果见图2所示，该商场建筑总能耗为215.88kWh/(m2a)，其中电力能源消耗为199.11 kWh/(m2a)，热力能源消耗为16.77kWh/(m2a)。热力能源消耗仅占总能耗的7.9%。从图中可以看出全年耗电量和耗热量的逐月变化变化趋势，耗电量在7～9月份达到峰值，在12～2月份达到谷值。
此外，模拟结果显示，该商场建筑的电力能源消耗中，照明系统耗电量、空调系统耗电量、动力系统耗电量和其他设备耗电量分别占总耗电量的比例为36.9%、49.4%、9.8%、3.9%。
该商场模型的能耗模拟结果，与实际审计得到的全年逐月耗电量、耗热量基本相符，印证了所建模型的准确性。
图2 典型商场建筑全年逐日能耗模拟图
（图中上面的曲线为电力能源消耗，下面的曲线为热力能源消耗）
3 建筑能耗主要影响因素分析
影响该商场建筑能耗大小的因素有很多, 其中的关系也比较复杂。研究该商场能耗影响因素的主次关系，从最主要“矛盾”入手进行节能改造，可以用有限的资金达到最好的节能降耗目的。本文采用正交试验法对各影响因子进行分析，以确定外墙类型、外窗类型、人员密度、照明密度、机组COP等因素对商场建筑能耗的影响。
3.1正交试验设计[2]
根据影响建筑物能耗的因素，取外墙类型、外窗类型、屋顶类型、人员密度、照明密度（包括商品展示照明）、制冷机组COP值以及是否遮阳7个指标。本试验主要目的是定性的考察因子显著性，而不是定量考察因子的影响规律，故而对每个因子只选取两个水平进行考察，设计7个因子2个水平的正交试验，用型的正交试验表格。
正交模拟因子的取值见表2所示：
表2 各因子不同水平的取值
表2 中水平1代表该商场建筑现有水平，水平2取值部分参考《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中的相关规定。由于水平1、2室内设计温度均为25℃，故在正交试验安排中，没有把室内设计温度作为因子来考虑。
借助能耗模拟软件对商场建筑模型各个试验进行模拟分析，试验模拟结果见表3第9列所示。
3.2试验分析
表3为模拟结果直观分析表，从结果可以看出，照明密度因素对应的极差最大，远大于其它各项因素，说明照明密度对全年能耗的影响最大，是最关键因素，照明设备不仅本身要耗能，而且其散发到空气中的热量又间接影响空调负荷，导致夏季空调能耗也随之增加；而各种围护结构所对应的极差都较小，说明围护结构对夏季总冷负荷的影响为次要因素。因此，对于该商场建筑，采用直观分析法根据极差大小，对各因素影响建筑总能耗程度的排序为：照明密度>人员密度>机组COP>外窗类型>是否遮阳>外墙类型>屋顶类型。这里还需要说明的是这种排序不是固定的，当试验条件变化时它们之间的排序也要变化。
表3不同方案能耗模拟结果及直观分析表
4 该商场建筑节能途径举例
4.1照明系统节能
从正交试验分析得到的结论来看，照明密度是最显著因子，因此，在不影响室内亮度的前提下如何降低照明能耗是该商场节能的重点之一。商场应尽可能采用高效节能的照明灯具，这样不仅能使照明系统能耗降低，还能减小空调热负荷从而减少空调系统的能耗。商场内若采用高效节能的紧凑型荧光灯或细管荧光灯等灯具，在相同的亮度下，耗电量是普通白炽灯的25%，是普通荧光灯的90%[1]。
4.2空调系统节能
空调系统的运行能耗是该商场建筑总能耗中另一所占比例较高的部分，对于空调系统的节能措施，可以兼顾运行与管理节能，從以下两方面入手：
1.技术方面：优化温度设定值，选择合理的室内空调运行参数；提高空调系统自动化和智能化控制程度；利用可再生能源；合理选择冷热机功率，提高冷热源效率。
2.管理方面：充分运用分项计量、能耗审计等得到的能耗结果，有针对性的采用合同能源管理或节能目标管理等管理措施，形成及时发现问题并及时加以解决的管理体系，实现系统的长期节能运行。
4.3围护结构节能
该商场是在《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005) 颁布实施之前修建的，其外围护结构很多都没有达到标准的相关要求。
外墙方面：相同厚度下挤塑聚苯板（XPS）的保温性能要高于膨胀聚苯板（EPS）和胶粉聚苯颗粒；在同种材料、相同厚度的情况下，外保温优于内保温[3]。因此应积极采用并推广外墙外保温技术，保温材料首选XPS。
外窗方面：目前双层中空玻璃窗应用较为广泛，窗框型材主要有塑钢和断热铝合金两种。如果采用同样的玻璃系统，塑钢窗的保温性能略优于断热铝合金窗[4]，但后者在抗风压强度和水密性等综合方面有明显优势。玻璃方面，推荐使用隔热性能和光学性能良好的LOW-E玻璃。
5 结论
1.通过对威海市某商场建筑能耗进行模拟分析，得出商场建筑热力能耗消耗与其他类型公共建筑相比要小的多，仅占总能耗的7.9%；该商场建筑空调系统、照明系统和动力系统耗电量分别占总耗电量的49.4%、36.9%和9.8%。
2.采用正交试验法并借助能耗模拟软件对影响该商场建筑能耗的因素进行主次排序，顺序为：照明密度>人员密度>机组COP>外窗类型>是否遮阳>外墙类型>屋顶类型。
3.空调系统和照明系统能耗占到了该商场总能耗的86.3%，因此从这两方面着手进行节能改造，是降低该商场总能耗最关键的因素。
参考文献
[]王雷,姚文燕.重庆商场类建筑能耗特性及节能措施分析[J].浙江建筑, 2008,25(5):52-54
[2]高允彦. 正交及回归试验设计方法[M].冶金工业出版社,1988,5
[3]杨子江,黄恒栋.夏热冬冷地区小城镇住宅外墙体节能技术措施研究[J].四川建筑科学研究，2007(02).
[4]董子忠,许永光,陈启高.窗户传热系数的简化计算方法[J].保温材料与建筑节能，2002(9)：40-44
关键词：商场建筑；能耗模拟；正交试验法；节能
Analysis on Energy Efficiency and Energy Consumption
Simulation of a Shopping Mall
XIAO Shu-ying1, SUN Rui-jun2
(1.Tianjin Chance Architecture Design Co.,LTD, Tianjin, 300074,China;
2. Tianjin ShangHeng Architecture Design Co.,LTD, Tianjin, 300221,China)
ABSTRACT: Energy simulation software named DesignBuilder was used to develop an energy consumption model of a shopping mall in Weihai. A method named orthogonal experiment is chosen to analyze and select the main factors affect the market energy consumption. And the corresponding energy-saving measures are proposed.
Keywords: emporium building; energy simulation; orthogonal experiment; energy-saving
中圖分类号： TE08 文献标识码： A
0 引言
商场类建筑由于建筑面积大、营业时间长、客流密度大和用电密度高等特点，与其他类型公共建筑相比，单位面积电耗密度高且全年总能耗量大[1]。并且，随着人们对购物环境舒适性要求的不断提高，商场类建筑的能耗还会持续增加，因此商场类建筑的节能任务极其艰巨。本文以威海市某商场为例，借助DesignBuilder能耗模拟软件对商场建筑能耗进行分析，找出影响商场建筑能耗大小的主要因素，并提出商场类建筑节能的关键措施。
1 商场概况及模型的建立
1.1商场概况
该商场建筑位于山东省威海市，建于2004年，总建筑面积为34662m2，坐北朝南，主体5层，建筑高度23.8m，地下局部两层，建筑体形系数为0.11，东、西、北面墙窗墙比为0.12，南面墙窗墙比为0.40，结构形式为框架结构。该商场地下一层为超市，地上1-5层为商场卖场。冷热源形式为“冷水机组+市政热水”，空调系统形式为“全空气定风量系统”。
1.2模型的建立
该商场建筑外墙和屋面的围护结构主体构造和热工特性见表1所示：
表1 典型商场建筑围护结构主体构造和热工性能
该商场建筑室内照明设备采用悬顶式荧光灯，局部区域为突出物景效果采用白炽灯调光，部分专柜照明采用射灯。商场室内照明的运行时间与营业时间同步，为早9:00～晚22:00。室内照度设置为600lx，照明功率25w/m2。
该商场人员密度设置为0.4人/m2；商场内人员劳动类型为轻劳动，群集系数取0.9；最小新风量20m3/(hp)。
该商场室内空调温度设置为25℃，采暖温度设置为20℃。冷水机组COP设置为4.0。
在该商场建筑数字化模型建立的过程中，对模型进行了适当的简化：在保持建筑主体构造材料、建筑内扰、外扰等设定不变的情况下，对建筑每层不再进行分区，将整层作为大空间建筑处理，像楼梯间、洗手间等全部当作卖场进行参数设置。
根据上述参数进行设置，得到如图1所示的商场建筑数字化模型。
图1 典型商场建筑数字化模型
2 全年总能耗模拟结果
对该商场建筑全年逐日能耗进行模拟，模拟结果见图2所示，该商场建筑总能耗为215.88kWh/(m2a)，其中电力能源消耗为199.11 kWh/(m2a)，热力能源消耗为16.77kWh/(m2a)。热力能源消耗仅占总能耗的7.9%。从图中可以看出全年耗电量和耗热量的逐月变化变化趋势，耗电量在7～9月份达到峰值，在12～2月份达到谷值。
此外，模拟结果显示，该商场建筑的电力能源消耗中，照明系统耗电量、空调系统耗电量、动力系统耗电量和其他设备耗电量分别占总耗电量的比例为36.9%、49.4%、9.8%、3.9%。
该商场模型的能耗模拟结果，与实际审计得到的全年逐月耗电量、耗热量基本相符，印证了所建模型的准确性。
图2 典型商场建筑全年逐日能耗模拟图
（图中上面的曲线为电力能源消耗，下面的曲线为热力能源消耗）
3 建筑能耗主要影响因素分析
影响该商场建筑能耗大小的因素有很多, 其中的关系也比较复杂。研究该商场能耗影响因素的主次关系，从最主要“矛盾”入手进行节能改造，可以用有限的资金达到最好的节能降耗目的。本文采用正交试验法对各影响因子进行分析，以确定外墙类型、外窗类型、人员密度、照明密度、机组COP等因素对商场建筑能耗的影响。
3.1正交试验设计[2]
根据影响建筑物能耗的因素，取外墙类型、外窗类型、屋顶类型、人员密度、照明密度（包括商品展示照明）、制冷机组COP值以及是否遮阳7个指标。本试验主要目的是定性的考察因子显著性，而不是定量考察因子的影响规律，故而对每个因子只选取两个水平进行考察，设计7个因子2个水平的正交试验，用型的正交试验表格。
正交模拟因子的取值见表2所示：
表2 各因子不同水平的取值
表2 中水平1代表该商场建筑现有水平，水平2取值部分参考《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中的相关规定。由于水平1、2室内设计温度均为25℃，故在正交试验安排中，没有把室内设计温度作为因子来考虑。
借助能耗模拟软件对商场建筑模型各个试验进行模拟分析，试验模拟结果见表3第9列所示。
3.2试验分析
表3为模拟结果直观分析表，从结果可以看出，照明密度因素对应的极差最大，远大于其它各项因素，说明照明密度对全年能耗的影响最大，是最关键因素，照明设备不仅本身要耗能，而且其散发到空气中的热量又间接影响空调负荷，导致夏季空调能耗也随之增加；而各种围护结构所对应的极差都较小，说明围护结构对夏季总冷负荷的影响为次要因素。因此，对于该商场建筑，采用直观分析法根据极差大小，对各因素影响建筑总能耗程度的排序为：照明密度>人员密度>机组COP>外窗类型>是否遮阳>外墙类型>屋顶类型。这里还需要说明的是这种排序不是固定的，当试验条件变化时它们之间的排序也要变化。
表3不同方案能耗模拟结果及直观分析表
4 该商场建筑节能途径举例
4.1照明系统节能
从正交试验分析得到的结论来看，照明密度是最显著因子，因此，在不影响室内亮度的前提下如何降低照明能耗是该商场节能的重点之一。商场应尽可能采用高效节能的照明灯具，这样不仅能使照明系统能耗降低，还能减小空调热负荷从而减少空调系统的能耗。商场内若采用高效节能的紧凑型荧光灯或细管荧光灯等灯具，在相同的亮度下，耗电量是普通白炽灯的25%，是普通荧光灯的90%[1]。
4.2空调系统节能
空调系统的运行能耗是该商场建筑总能耗中另一所占比例较高的部分，对于空调系统的节能措施，可以兼顾运行与管理节能，從以下两方面入手：
1.技术方面：优化温度设定值，选择合理的室内空调运行参数；提高空调系统自动化和智能化控制程度；利用可再生能源；合理选择冷热机功率，提高冷热源效率。
2.管理方面：充分运用分项计量、能耗审计等得到的能耗结果，有针对性的采用合同能源管理或节能目标管理等管理措施，形成及时发现问题并及时加以解决的管理体系，实现系统的长期节能运行。
4.3围护结构节能
该商场是在《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005) 颁布实施之前修建的，其外围护结构很多都没有达到标准的相关要求。
外墙方面：相同厚度下挤塑聚苯板（XPS）的保温性能要高于膨胀聚苯板（EPS）和胶粉聚苯颗粒；在同种材料、相同厚度的情况下，外保温优于内保温[3]。因此应积极采用并推广外墙外保温技术，保温材料首选XPS。
外窗方面：目前双层中空玻璃窗应用较为广泛，窗框型材主要有塑钢和断热铝合金两种。如果采用同样的玻璃系统，塑钢窗的保温性能略优于断热铝合金窗[4]，但后者在抗风压强度和水密性等综合方面有明显优势。玻璃方面，推荐使用隔热性能和光学性能良好的LOW-E玻璃。
5 结论
1.通过对威海市某商场建筑能耗进行模拟分析，得出商场建筑热力能耗消耗与其他类型公共建筑相比要小的多，仅占总能耗的7.9%；该商场建筑空调系统、照明系统和动力系统耗电量分别占总耗电量的49.4%、36.9%和9.8%。
2.采用正交试验法并借助能耗模拟软件对影响该商场建筑能耗的因素进行主次排序，顺序为：照明密度>人员密度>机组COP>外窗类型>是否遮阳>外墙类型>屋顶类型。
3.空调系统和照明系统能耗占到了该商场总能耗的86.3%，因此从这两方面着手进行节能改造，是降低该商场总能耗最关键的因素。
参考文献
[]王雷,姚文燕.重庆商场类建筑能耗特性及节能措施分析[J].浙江建筑, 2008,25(5):52-54
[2]高允彦. 正交及回归试验设计方法[M].冶金工业出版社,1988,5
[3]杨子江,黄恒栋.夏热冬冷地区小城镇住宅外墙体节能技术措施研究[J].四川建筑科学研究，2007(02).
[4]董子忠,许永光,陈启高.窗户传热系数的简化计算方法[J].保温材料与建筑节能，2002(9)：40-44