導(dǎo)語：大型高鐵客運(yùn)站建筑能耗影響因素探析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】針對(duì)典型客運(yùn)站模型，對(duì)不同氣候區(qū)的鐵路客運(yùn)站采用EnergyPlus軟件進(jìn)行全年供暖空調(diào)能耗模擬計(jì)算，運(yùn)用正交試驗(yàn)法和敏感性分析方法分析得到各個(gè)影響因素的影響能力大小排序，明確了不同氣候下影響鐵路客運(yùn)站能耗的主要因素。

【關(guān)鍵詞】鐵路客運(yùn)站；影響因素；正交試驗(yàn)；敏感性分析

我國的能源消耗逐年呈現(xiàn)穩(wěn)步增長，且人均能源占有量低于全球人均水平，其中建筑能耗占全國總能耗的1/3，所以建筑節(jié)能是影響我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要因素。當(dāng)前我國鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，已有大量客運(yùn)站建成運(yùn)行，目前在運(yùn)營的客運(yùn)站總體能耗日漸上升[1,2]。建筑能耗的影響因素眾多，如何重點(diǎn)抓住對(duì)能耗影響較大的因素進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)或者節(jié)能改造是一個(gè)重要問題。李國帥、孫冬梅等人用正交試驗(yàn)法分析了辦公建筑能耗的主要影響因素[3,4]；王永龍、楊柳等人用敏感性系數(shù)分析了辦公建筑能耗的主要影響因素[5,6]；ZSu、宋歌等人對(duì)鐵路客運(yùn)站的用能現(xiàn)狀和能耗影響因素做了研究和闡述[7,8]；但目前對(duì)于新建的高鐵客運(yùn)站能耗的相關(guān)研究仍較少。本文針對(duì)典型的大型高鐵客運(yùn)站型式建立模型，采用EnergyPlus軟件進(jìn)行全年能耗模擬，針對(duì)不同氣候分區(qū)計(jì)算分析了不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、人員等因素下的客運(yùn)站供暖空調(diào)能耗，得到這些因素對(duì)客運(yùn)站供暖空調(diào)能耗不同的影響程度。

1客運(yùn)站模型及研究方法

在對(duì)現(xiàn)有高鐵車站設(shè)計(jì)資料分析的基礎(chǔ)上，建立典型的大型鐵路客運(yùn)站的模型如圖1所示。客運(yùn)站為兩層結(jié)構(gòu)，一樓為層高10m的進(jìn)站廳，分為前后兩個(gè)，二樓為層高25m的候車廳，空調(diào)面積為6.4萬m2。根據(jù)鐵路客運(yùn)站的特點(diǎn)，選取A建筑特征（圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和窗墻比）；B人員密度；C滲透風(fēng)；D照明設(shè)備功率；E室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)（空調(diào)和供暖室內(nèi)設(shè)定溫度）；F設(shè)備能效；G冷熱源設(shè)備的運(yùn)行模式這7種筑能耗主要影響因素作為研究對(duì)象。運(yùn)用正交試驗(yàn)法和敏感性分析法來分析同一因素在不同氣候區(qū)對(duì)供暖空調(diào)能耗的影響程度。5個(gè)氣候區(qū)分別進(jìn)行試驗(yàn)，選擇正交試驗(yàn)表L32(48)安排試驗(yàn)，每個(gè)因素選擇4個(gè)水平。針對(duì)建筑特征這一因素，根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)應(yīng)各個(gè)氣候區(qū)分別選取4組不同的外墻和屋面的傳熱系數(shù)，窗墻比取0.4~0.7，并選取相應(yīng)的外窗傳熱系數(shù)和太陽得熱系數(shù)。人員密度按最大聚集人數(shù)選擇5000、6500、8000、9500人四個(gè)水平。滲透風(fēng)取值為0.5~2次/h[9]。照明功率密度取值為5~11W/m2，設(shè)備功率密度取值5~20W/m2。室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)冬季為17~20℃，夏季為25~28℃。冷熱源選擇冷水機(jī)組和鍋爐的形式，冷水機(jī)組COP為4.5~5.9，鍋爐熱效率為75%~90%。運(yùn)行模式的4個(gè)水平取值如表1所示。在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用單因子敏感性分析方法對(duì)建筑特征、人員密度、照明和設(shè)備功率密度3種因素作進(jìn)一步的分析。把模型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和其他設(shè)計(jì)參數(shù)按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》選取合適的參照值重新設(shè)置，冷熱源按照模式2運(yùn)行，得到基準(zhǔn)建筑能耗，按一定步長改變各個(gè)參數(shù)并進(jìn)行模擬分析。模擬工況如表2所示，其他參數(shù)設(shè)定值為：屋頂透光面積20%，滲透風(fēng)0.5次/h，室內(nèi)設(shè)定溫度夏季26℃，冬季18℃，冷水機(jī)組COP=5.9，燃?xì)忮仩t熱效率90%。

2正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1極差分析。運(yùn)用極差分析可以直觀的比較出試驗(yàn)的主次因素，某因素的極差最大，說明該因素的值在試驗(yàn)范圍內(nèi)變化時(shí)，使試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的變化最大。根據(jù)極差大小，把影響建筑能耗的因素分為了關(guān)鍵、重要、一般以及次要四種程度。極差分析結(jié)果見表3。對(duì)于嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷這3個(gè)冬季有供暖需求的氣候區(qū)，滲透風(fēng)、設(shè)備能效、室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)是影響最大的3個(gè)因素，運(yùn)行模式次之。夏熱冬暖地區(qū)冬季不用供暖，設(shè)備能效和室內(nèi)溫度仍然是影響最大的因素，照明和設(shè)備的功率密度和滲透風(fēng)次之，溫和地區(qū)供冷期和供暖期較短，設(shè)備能效和滲透風(fēng)是主要影響因素，室內(nèi)溫度、運(yùn)行模式和人員密度次之。2.2方差分析。方差分析是通過分析各因素引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)較誤差引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)的差異程度，來推斷相應(yīng)因素不同水平總體均值差異的顯著性，即相應(yīng)因素對(duì)結(jié)果的影響力大小。影響因素顯著性等級(jí)劃分[3]：分別取顯著性水平=0.1和“特別顯著”性水平=0.01，即：如F(fi,fe)>F0.01(fi,fe)，則為“特別顯著”；如F0.01(fi,fe)≥F(fi,fe)>F0.1(fi,fe)，則為“顯著”；如F0.1(fi,fe)≥F(fi,fe)>1.0，則為“一般影響”；如F(fi,fe)<1.0，則為“不顯著”。方差分析結(jié)果見表4。在置信度0.9下，嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷地區(qū)各個(gè)因素的顯著性排序?yàn)镃>F>E>G>A>B>D；夏熱冬暖地區(qū)各個(gè)因素的顯著性排序?yàn)镕>E>D>C>B>A>G；溫和地區(qū)各個(gè)因素的顯著性排序?yàn)镕>C>G>B>E>A>D。極差法和方差法得到的結(jié)論基本一致。2.3試驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，室內(nèi)計(jì)算溫度每變化1℃，能耗可變化5%~10%，室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)對(duì)供暖空調(diào)能耗影響顯著是合理的。客運(yùn)站候車廳是大空間建筑，風(fēng)口布置存在各種問題，室內(nèi)溫度往往是不均勻的且不同區(qū)域有明顯差別，實(shí)際溫度是否滿足設(shè)計(jì)要求，能不能合理改變設(shè)計(jì)溫度來降低能耗都有待進(jìn)一步研究。大型客運(yùn)站對(duì)冷熱耗量有較大需求，設(shè)備能效和運(yùn)行模式差異會(huì)造成能耗的較大差異。由于客運(yùn)站本身的功能特性，其空調(diào)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律相對(duì)固定，但不同地區(qū)的不同客運(yùn)站又有其特殊之處，需要選擇各自合理的運(yùn)行模式，且有人來嚴(yán)格執(zhí)行。滲透風(fēng)主要對(duì)供暖負(fù)荷有較大影響，供暖需求越大的地區(qū)，滲透風(fēng)的影響越顯著，因此嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷地區(qū)滲透風(fēng)的重要性排首位，而夏熱冬暖地區(qū)滲透風(fēng)的重要性偏弱一些。客運(yùn)站人流量大，開口多，大量的滲透風(fēng)會(huì)造成室內(nèi)溫度達(dá)不到要求。進(jìn)而造成能源消耗。又因?yàn)闈B透風(fēng)的存在，有客運(yùn)站在實(shí)際運(yùn)行中取消了新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，節(jié)約了一部分能耗。合理解決滲透風(fēng)問題對(duì)節(jié)能客運(yùn)站的空調(diào)能耗有重大意義。

3單因子敏感性分析

本文用敏感性系數(shù)IC來進(jìn)行衡量各個(gè)因素對(duì)供暖和空調(diào)能耗的影響程度大小，其定義式為：bcbcbcbcOPOPIPIPICOPIP式中：OP為建筑的模擬輸出結(jié)果，即供暖和空調(diào)能耗；OPbc為基準(zhǔn)建筑的模擬輸出結(jié)果；IP為模擬的輸入?yún)?shù)值；IPbc為基準(zhǔn)建筑的模擬輸入?yún)?shù)值。不同的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)建筑的供暖空調(diào)能耗的敏感性系數(shù)大小不同，其絕對(duì)值的大小反映了該項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)相應(yīng)輸出結(jié)果的影響，值越大，對(duì)其影響越大，值為正，表示該參數(shù)與輸出結(jié)果正相關(guān)，反之則負(fù)相關(guān)。模擬結(jié)果如表5所示，可判斷在不同氣候區(qū)下各因素與供暖空調(diào)總能耗的相關(guān)性。把實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)空調(diào)和供暖進(jìn)行單獨(dú)分析可得，其中窗墻比、太陽得熱系數(shù)（SGHC）、設(shè)備和照明功率密度的變化與供暖能耗呈負(fù)相關(guān)；外墻傳熱系數(shù)的變化與空調(diào)能耗呈負(fù)相關(guān)；設(shè)備和照明功率的變化與空調(diào)能耗呈正相關(guān)，與供暖能耗呈負(fù)相關(guān)。外墻和屋面的敏感性系數(shù)均小于0.02，且能耗變化率小于0.3%，由此可以得知，目前的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外墻和屋面的傳熱系數(shù)在節(jié)能這方面的要求已經(jīng)非常高了，兩者的節(jié)能潛力有限。照明功率密度的敏感性系數(shù)低于0.05，對(duì)供暖空調(diào)能耗的影響較小，對(duì)減小供暖空調(diào)能耗的貢獻(xiàn)同樣十分微小，應(yīng)把重點(diǎn)放在減少照明設(shè)備的用電能耗上面。設(shè)備功率密度對(duì)供暖空調(diào)能耗的敏感性系數(shù)較大。客運(yùn)站中的設(shè)備種類繁多且運(yùn)行時(shí)間長，合理安排運(yùn)行模式，通過管理人員的操作來減少用電能耗是主要方向。太陽得熱系數(shù)增大有利于供暖能耗的減小，但會(huì)導(dǎo)致空調(diào)能耗的增大。由模擬結(jié)果得到，在模擬取值范圍內(nèi)，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，SGHC取值越高越節(jié)能，其他氣候區(qū)則是越低越節(jié)能。該值變化0.1，夏熱冬冷地區(qū)的能耗變化率約為6%，夏熱冬暖地區(qū)可達(dá)到10%。嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)選取高太陽得熱系數(shù)的窗戶材質(zhì)，其他氣候地區(qū)則反之。較大的窗墻比有利于冬季供暖能耗的降低，同時(shí)有利于客運(yùn)站白天的自然采光，降低照明能耗，但會(huì)增大夏季空調(diào)能耗。當(dāng)SGHC的取值為0.8時(shí)，重新計(jì)算后對(duì)比兩組數(shù)據(jù)可得，窗墻比的敏感性系數(shù)大小隨著SGHC取值的增大而增大。當(dāng)SGHC=0.4時(shí)，嚴(yán)寒地區(qū)的能耗隨著窗墻比的增大而減小，其他地區(qū)則相反；當(dāng)SGHC=0.8時(shí)，所有地區(qū)的能耗都隨著窗墻比的增大而增大；嚴(yán)寒地區(qū)的能耗在SGHC=0.8時(shí)要小于SGHC=0.4的能耗，其他地區(qū)則相反。根據(jù)模擬結(jié)果計(jì)算可得，窗墻比取值變化0.1，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)客運(yùn)站的能耗變化率小于0.7%，夏熱冬冷地區(qū)約為2%，夏熱冬暖和溫和地區(qū)約為2.5%。人員密度對(duì)供暖空調(diào)能耗的敏感性系數(shù)較大，符合上述方差分析的結(jié)果。試驗(yàn)中，人除了散熱散濕還有新風(fēng)需求，所以對(duì)能耗影響較大。

4結(jié)論

本文用正交試驗(yàn)法和敏感性系數(shù)法對(duì)典型大型高鐵客運(yùn)站的能耗進(jìn)行了影響因素分析。根據(jù)全年的動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果，分析比較了各個(gè)參數(shù)對(duì)客運(yùn)站供暖空調(diào)能耗的影響大小。可以得到以下結(jié)論：（1）嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷地區(qū)的主要影響因素排序?yàn)闈B透風(fēng)、設(shè)備能效、室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)、運(yùn)行模式、人員密度、設(shè)備功率密度、太陽得熱系數(shù)、照明功率密度、窗墻比；夏熱冬暖地區(qū)的主要影響因素排序?yàn)樵O(shè)備能效、室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)、滲透風(fēng)、太陽得熱系數(shù)、人員密度、設(shè)備功率密度、窗墻比、運(yùn)行模式、照明功率密度；溫和地區(qū)的主要影響因素排序?yàn)樵O(shè)備能效、滲透風(fēng)、運(yùn)行模式、太陽得熱系數(shù)、人員密度、室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)、窗墻比、設(shè)備功率密度、照明功率密度。（2）對(duì)于空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、其他設(shè)備，做好運(yùn)行管理，提高管理人員的節(jié)能意識(shí)，對(duì)客運(yùn)站節(jié)能有重要影響；合理解決客運(yùn)站的滲透風(fēng)和新風(fēng)問題，是客運(yùn)站節(jié)能的重要方向。（3）單純提高外墻、屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的節(jié)能潛力較小；嚴(yán)寒地區(qū)選擇高得熱系數(shù)、其他地區(qū)選擇低得熱系數(shù)時(shí)，窗墻比對(duì)客運(yùn)站空調(diào)能耗的影響較小。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹斌.構(gòu)建鐵路大型客站能耗控制管理體系探討[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生,2017,7(1):35-38.

[2]國家鐵路大型客站能源消耗專項(xiàng)調(diào)查組,韓硯,王康平.2011年國家鐵路大型客站能源消耗專項(xiàng)調(diào)查情況分析[J].鐵道經(jīng)濟(jì)研究,2012,(5):8-13.

[3]李國帥.公共建筑能耗影響敏感性因素分析[C].第六屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)論文集,2010:5.

[4]孫冬梅.公共建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)能耗預(yù)測方法研究[D].重慶:重慶大學(xué),2009.

[5]王永龍,潘毅群.典型辦公建筑能耗模型中輸入?yún)?shù)單因子敏感性的分析研究[J].建筑節(jié)能,2014,42(2):9-14.

[6]楊柳,侯立強(qiáng),李紅蓮,等.空調(diào)辦公建筑能耗預(yù)測回歸模型[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,47(5):707-711.

[7]ZSuX,etal.MultipleregressionanalysisontheHVACenergyconsumptionofrailwaypassengerstations[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2019,609(5).

[8]宋歌,劉燕,朱丹丹,等.鐵路客站用能現(xiàn)狀及其影響因素分析[J].供暖空調(diào),2013,43(4):85-90

[9]于靖華,楊清晨,田利偉,等.鐵路旅客站房高大空間冬季熱環(huán)境測試與分析[J].制冷與空調(diào),2019,33(4):405-409.

作者:肖滔 雷波 單位:西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院