主题乐园建筑节能设计方法

1.A类开口建筑节能设计的一般规定

对于A类开口建筑应合理控制主体建筑全年能耗，兼顾过渡区域（与空调区域有开口相连接区域）的室内舒适度。

对于A类开口建筑，过渡区域的舒适度以改善室内温度，控制室内风速为主。

2.A类建筑的通风设计宜采用的措施

宜增加过渡区域的建筑进深。

空调区域排风引入到非空调的人员活动区域。

非空调区域夏季设置风扇提高室内气流流动，改善人的舒适感觉。

3.A类开口建筑节能设计的分析案例

1）工程概况

“小熊维尼”游乐建筑。功能上主要有上客/卸客区、游乐区以及维修间、商店、机房等附属服务区，游客主要由南侧排队等候区进入室内游乐区域，经过内部游览一圈后仍从南侧下车离开。东南侧商店可从南侧等候区经过坡道进入，也可由南侧直接进入，与游乐区的地面高度一致。游乐区进出上客/卸客区的位置分别有一个开口（图8-15、图8-16）。

图8-15　建筑区位示意

图8-16　平面功能分区

2）计算依据

（1）当地《公共建筑节能设计标准》。

（2）项目建筑、暖通设计图纸。

（3）美方提供的“Room Inputs”文件数据。

（4）项目甲方提供运营时间表。

3）计算目的及计算方法

利用开口处排风改善上客/卸客区舒适度，同时主体建筑能耗增长在一定范围内；

（1）利用CFD模拟分析上客/卸客区舒适度。

（2）利用DEST软件计算主体建筑空调以及照明能耗。

（3）综合分析上客/卸客区的舒适度、主体建筑的能耗变化，确定设计方案的合理性。

4）舒适度分析

（1）舒适度分析区域为上客/卸客区，该区域与游乐区相连接的地方有两个开口，由于游乐区为空调房间，会有空调排放经开口至上客/卸客区，同时区域内设置有吊扇。上客/卸客区域依靠空调房间排风和内部设置吊扇来改善区域环境。

（2）模型介绍：

①几何模型：根据该区域实际建筑尺寸建立分析模型，置于外部流场中进行计算；北侧两个开口作为计算区域的进风口，南侧窗户和门作为内部边界由计算确定进排风状况（图8-17）。

②网格划分：采用四面体网格对区域进行划分，网格总数为357万（图8-18）。

③湍流模型：湍流模型采用RNG k-ε模型，近壁处采用壁面函数进行修正。

图8-17　舒适度分析几何模型

图8-18　四面体网格划分

④边界条件：夏季和冬季工况室外气象参数条件均根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB 50736—2012）》中本地的空调设计室外气象参数确定，其中夏季温度34.4 ℃，风向东南，风速3.1 m/s；冬季温度-2.2 ℃，风向西北，风速2.6 m/s。

北侧两个开口位置设置速度边界，以设计排风量数据计算确定，实际案例排风量值为每个1 900 m3/h；进风温度为室内空调温度25 ℃。内部边界由计算确定进排风状况。

墙面均设置耦合边界，并考虑太阳辐射，太阳辐射设定时间为夏至日12：00；通过室内和室外的耦合计算确定边界的热传递。

内部认为仅存在人员散热量，该区域活动人员数量按照46人计算。

5）计算结果

实际方案中，开口处排风量为单个开口1 900 m3/h，同时在上客区和卸客区设置有吊扇，在夏季改善人员的舒适性。对夏季和冬季典型工况下的分析结果如下：

（1）夏季工况：考虑夏季设计工况下的室外风向和风速，可以计算得到上客/卸客区的温度和风速分布（图8-19）。

图8-19　夏季工况上客/卸客区域温度分布（室外东南风，3.1 m/s）

根据计算结果，在考虑室外风环境影响的条件下，上客/卸客区人员活动区域平均温度为32.9℃，其中北侧两个排风口处温度较低，东侧端部区域温度较高。计算表明在室外温度为34.4℃的高温时，通过空调房间流入一定量的排风措施以及顶部吊扇的设置，可以将上客/卸客区域温度降低1.5℃，一定程度上提高了该区域的舒适度（图8-20）。

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图8-20　夏季工况上客/卸客区域风速分布（室外东南风，3.1 m/s）

在电扇与室外风环境的综合作用下，上客/卸客区的平均风速可以达到0.33 m/s，其中吊扇下部人员集中区域风速较高，西侧区域由于无吊扇以及室外通风难以进入，因此风速偏低。由于吊扇存在，使得人员比较集中的区域维持了一定程度的空气流动速度，有利于在炎热的条件下提高人员的舒适度。

（2）冬季工况：冬季时，上客/卸客区改善环境的措施仅有空调房间排风，排风量仍为单个开口1 900 m3/h，排风温度为游乐区空调温度20 ℃，可以计算得到温度以及风速分布。

考虑室外风环境时，上客/卸客区平均温度为6.1 ℃，其中西侧排风进入的区域由于受到室外冷风的影响小，温度能够维持较高的水平，东侧端部由于受到室外风的影响大，气温小于0 ℃。对于上客/卸客区这种半开敞式建筑而言，由于相邻空调房间排风的存在，使得在室外为-2.2 ℃时，上客/卸客区的气温能够升高8.3 ℃，舒适度得到改善（图8-21）。

图8-21　冬季工况上客/卸客区域温度分布（室外西北，2.6 m/s）

进一步分析风速分布，在室外风的作用下，上客/卸客区平均风速为0.1 m/s。南侧门口附近风速相对偏高，北侧大部分区域风速较低（图8-22）。

图8-22　冬季工况上客/卸客区域风速分布（室外西北，2.6 m/s）

（3）分析结论：在不设置空调系统的情况下，综合应用空调房间排风+吊扇的技术措施，上客区和卸客区在夏季和冬季舒适度水平都得到提高。

6）能耗分析

（1）建立建筑能耗模型：建筑能耗模拟计算分析模型中采用的气象参数为上海市典型气象，每年8 760 h。建筑模型如图8-23所示。

图8-23　DEST分析模型

（2）参数设置：设计日室外空气计算参数如表8-20所示。空调室外设计参数参照《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，围护结构参数设置如表8-21所示。

表8-20　设计日室外空气计算参数

表8-21　围护结构参数设置

室内空调设计参数如表8-22所示。

表8-22　室内空调设计参数

照明及办公设备：照明、人员、设备均根据“Room Inputs”文件数据确定。

空调冷热源：该项目采用区域能源中心供冷供热，为了计算分析建筑能耗，冷热源按照：冷水机组+燃气热水锅炉；其中冷水机组COP为5.0，锅炉效率90%。

空调系统形式：根据暖通设计方案确定，6个全空气、3个风机盘管+新风（图8-24）。

图8-24　空调系统分区

表8-23　空调系统形式及送排风参数

风量平衡分析如表8-23所示。

进口：该项目进口处形成的通风量为1 900 m3/h，进口处形成的排风进入空调系统AH-1，而该空调系统的最小新风量为3 720 m3/h，进口开口的排风量小于空调系统的新风量，从风量平衡的角度考虑，该处开口形成的排风量不会引起空调系统能耗增加。

出口：该项目出口处形成的通风量为1 900 m3/h，出口处形成的排风进入空调系统AH-2，而该空调系统的最小新风量为2 400 m3/h，出口开口的排风量小于空调系统的新风量，从风量平衡的角度考虑，该处开口形成的排风量不会引起空调系统能耗增加。

系统运行时间：EER、ER、PER为24 h全开，除此以外照明及空调系统运行时间均是9：00～23：00。

（3）全年能耗计算结果分析：建筑全年能耗如表8-24所示。

表8-24　单位面积能耗

计算结果显示，根据设计方案建立的实际模型，其空调能耗为242.11 kW·h/（m2·a），照明能耗为319.01 kW·h/（m2·a），空调与照明总能耗为561.12 kW·h/（m2·a）。

设计模型（开口）建筑能耗比例组成如图8-25所示。由于照明功率密度大，照明绝对能耗高，所占比重最大；照明与设备功率密度大导致室内热扰很大，且空调使用时间长，使得空调能耗也相应增高。

图8-25　设计模型建筑全年能耗组成比例

7）综合结论

通过对实际设计方案的分析可以发现，由于游乐区有开口处排风量小于空调系统的新风量，空调能耗没有增加，通过计算该建筑全年单位建筑面积能耗为561.12 kW·h，空调全年单位建筑面积能耗为242.11 kW·h。

由于开口处排风量小于空调系统设计的新风量，建议在AH-1和AH-2空调系统中增加排风系统，增加机械通风效果，减少运行能耗。

同时，由于空调房间的排风进入上客/卸客区，在一定程度上改善了上客/卸客区的舒适度，使得该区域的舒适度水平提高。

游乐区房间虽然有少量的能耗增长，但是相邻的上客/卸客区舒适度水平因此得到提升，从综合效益角度来说，当前的设计措施合理。