1. 引言
随着我国社会经济的发展，建筑面积逐年增加，建筑总能耗也随之不断增加。办公建筑由于其空调系统负荷大、相对集中等特点，一直是建筑能耗的大户，而空调能耗又占了办公建筑能耗的50%左右，节能潜力巨大。因此对办公建筑的空调能耗进行测试模拟分析 [1] [2] 是十分必要的。
2. 建筑概况
本文选取扬州市某办公楼为原型，建筑位于扬州市文昌中路，东靠京杭运河大桥，北侧为文昌花苑，属于扬州市的中心地带。办公楼总建筑面积11.7万平方米，其中地上建筑面积9.7万平方米，地下面积2万平方米。建筑高度约99.85 m，共30层，为I类高层公共建筑。自西向东分别A、B、C三楼，本文主要介绍C楼的土壤源热泵空调系统。
3. 建筑模型
3.1. 模型的建立
建立建筑模型 [3] 主要包括输入建筑物基本信息、建筑分区、构建建筑几何模型、建立运行时间表和空调系统输入等。表1为模型基本信息。
Table 1. Basic information of the model
表1. 模型基本信息
本工程由于主要包括办公室、走廊和门厅三个部分，根据其使用功能的不同进行分区。具体分区如图1，其中1至8区为空调热区，9区为非空调热区。
根据标准层平面图，按照实际尺寸，运用SKetchUp三维画图软件建立能导入EnergyPlus软件的IDF文件，所建几何模型如图2。
Figure 1. Standard layer air conditioning partition map
图1. 标准层空调分区图
3.2. 模型验证
将此模型与空调系统运行5天的实测结果相比较，结果表2所示，其运行时间为2016年8月份8:00至18:00。
Table 2. Comparison of test and simulation results
表2. 测试与模拟结果对比
模拟结果与实测数据的对比：室内温度满足人体热舒适的要求，并在规范规定的范围之内，温度误差为1.5%；负荷模拟结果与实测结果误差为2.9%，相差不大；能耗模拟结果与实测数据也基本吻合，因此本模型建立与实际情况相符合，所建模型正确。
4. 建筑能耗影响因素的分析
4.1. 外墙传热系数对建筑能耗的影响
本文选取了几种常见的外墙作为研究对象，以现有模型为基础，改变外墙材料，保持其它参数不变，对比不同墙体材料下的建筑能耗 [4] 。不同外墙的结构以及传热系数如表3，模拟结果如图3。
Table 3. Different exterior wall structure and heat transfer coefficient
表3. 不同外墙结构和传热系数
Figure 3. Annual energy consumption of different external walls
图3. 不同外墙全年能耗
从模拟结果分析得出，对于办公建筑，我们应该尽可能选择传热系数低、保温性能好的材料作为外墙围护结构，本工程选择外墙一最佳。
4.2. 空调设定温度的影响
在已建模型基础上，改变室内空调设定温度，保证其它参数不变，分别研究夏季和冬季在不同空调设定温度下的空调能耗 [5] 。模拟结果如图4、图5。
Figure 4. Annual power consumption at different set temperatures in summer
图4. 夏季不同设定温度下的全年耗电量
Figure 5. Annual power consumption at different set temperatures in winter
图5. 冬季不同设定温度下的全年耗电量
在满足热舒适 [6] [7] [8] [9] 的前提下，夏季我们应当尽可能提高设定温度，相反地在冬季应该降低空调设定温度。由模拟结果可以看出，夏季不同空调设定温度下的全年耗电量随着空调设定温度的提高下降明显，空调设定温度每升高1℃，全年耗电量下降8.3%~9.8%，节能效果明显。冬季不同设定温度下的耗电量随着温度的升高而上升明显，空调设定温度每下降1℃，全年耗电量下降11.8%~16.7%。冬季相比夏季对全年耗电量的影响更大。夏季设定温度为27℃，冬季设定温度为18℃时全年能耗最小。
4.3. 主机的冗余系数对能耗的影响
在保证室内舒适度的前提下，研究不同冗余系数 [10] 下选择的冷水机组带来的全年能耗对比。根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015中对选择制冷机组的要求，结合目前办公建筑选择主机时的实际情况，本文分别研究冗余系数为1.2、1.3和1.4时所选冷水机组的性能，以夏季经典日7月30日为例，室内瞬时温度值如图6。冷水机组耗电量模拟结果如图7。
Figure 6. Indoor temperature on July 30
图6. 7月30日的室内温度
Figure 7. Annual power consumption of different redundancy factors
图7. 不同冗余系数的全年耗电量
通过模拟结果分析可以发现，在保证热舒适的要求下，采用小冗余系数选择冷水机组能节约能耗，模拟表明采用1.2的冗余系数全年能耗最小。在选择冷水机组时，我们首先应该利用模拟软件详细计算建筑的负荷，得出全年瞬时负荷最大值，以此为依据根据实际情况选择冷水机组，在满足负荷要求的前提下，采用小的冗余系数来选定冷机组，这样能节约很大一部分能耗。
5. 结语
1) 通过对不同外墙结构的比较，发现随着外墙传热系数的增大，全年能耗增加，本工程选择外墙一矿棉轻质复合板最佳，传热系数为0.55 W/m2·K，空调能耗占全年总能耗从58%下降到56%。
2) 通过模拟不同设定温度下的能耗发现，夏季空调设定温度每升高1℃，全年耗电量降低8.3%~9.8%，采用27℃的设定温度，空调能耗可以从58%降低为49.3%；冬季空调设定温度每下降1℃，全年耗电量下降11.8%~16.7%，采用21℃的设定温度，空调能耗可以从58%下降到47.5%。
3) 通过对采取不同冗余系数选择的主机的能耗模拟发现，在满足热舒适前提下，采用小的安全系数可以减少空调能耗。采用1.2的冗余系数空调能耗最小，可以使空调能耗从58%下降到54.7%。