公共建筑的节能判定方法的讨论
来源：UC论文网2015-10-31 09:54
摘要:通过对一幢含有三个区域的商业建筑的全年能耗的模拟，并根据《上海公共建筑节能设计标准》的规定，将其与相应的标准建筑进行对比，探讨采用全年能耗或全年能耗费用对建筑
摘要:通过对一幢含有三个区域的商业建筑的全年能耗的模拟，并根据《上海公共建筑节能设计标准》的规定，将其与相应的标准建筑进行对比，探讨采用全年能耗或全年能耗费用对建筑物进行节能评价时产生偏差的原因，提出了建筑节能评价方式应以建筑全年能耗为基础还是以建筑全年能耗费用为基础的问题，还需要在今后的工作中做进一步研究。
关键词：建筑节能全年能耗 全年能耗费用 公共建筑
Discussion on the method of confirmation of the commercial building energy efficacy
Abstract：Based on the simulation about a commercial building with three sections, the reason why there is difference between annual energy consumption and annual energy consumption cost when judging the building energy efficacy is analyzed. And it is suggested that it is difficult to select a suitable one for building energy efficacy assessment, which needs much more work to reach a good result..
Keywords：building energy efficiency, annual energy consumption, annual energy consumption cost, commercial building
1、我国目前采用的节能建筑的判定
自从上个世纪国家陆陆续续颁布了一系列的节能设计法规，首先从北方开始的住宅节能法规，到冬冷夏热地区和冬暖夏热[1-4]地区的住宅节能法规，上海首先开始的公共建筑节能设计标准[5]也拉开了国家公共建筑设计方面的节能法规制定的序幕。关于建筑节能的界定也从单一规定热阻发展为综合的判定建筑物全年能耗的方法。
建筑物全年能耗评估方法最早出现在ASHRAE的节能设计标准上，该标准具有很多理论上的优点：比如说，允许设计人员充分展示自己的设计理念和特点，并可以从能源控制的角度组织包括建筑、电气、给排水等多工种的有效的设计组织，从多个角度共同协作，有效控制建筑能耗的规模。而且可以多工种之间进行有效配合，为建筑节能的实施提供更多的空间。但是在实际的操作过程中也遇到了比较大的障碍，一方面是设计师没有足够的时间和渠道进行互相交流，同时由于建筑的全年能耗计算需要一个动态的能耗计算软件，将有关的建筑信息、设备信息、管理控制信息输入软件，因此它的实施必须具备一个成熟的软件平台和非常熟悉软件的建筑工程师，而恰 恰是这一点阻碍了该方法的实际应用。
作为上海市公共建筑节能设计标准的主编单位，同济大学也是与该标准配套的软件的主编单位，有机会在标准和软件的编制过程中对上海的公共建筑进行了软件上的测试和协助工程师完成他们的工作。在这个过程中发现了许多问题，其中比较特殊的、直接影响工作进程的问题之一就是如何确定节能建筑的评价方式，是以全年能耗费用的形式出现？还是以建筑全年消耗的能量总和形式出现？
从表面上看，用这两种评价方式的结果应该是一致的，因为能耗费用是能耗与能源价格的乘积，能耗多了，能耗费用肯定增加。但是在对具体的建筑进行节能评估时却产生了偏差。
下面以《上海地区公共建筑节能设计标准》为依据，采用Carrier-II为工具，通过对一个建筑的全年能耗费用的模拟，探讨该偏差的产生原因、以及对建筑节能判定的影响。
2、建筑全年能耗费用的模拟
在上海市公共建筑节能设计标准的编制过程中，考虑到国家对能源政策的宏观调控，以及鼓励使用用户侧不节能、但在整个能源的生命周期中节能的空调方式（比如冰蓄冷），采用的评价方式是基于建筑全年能耗费用的模拟，即要求设计建筑物的全年能耗费用不能大于标准建筑物的全年能耗费用。
下面将该原则用于某个具体建筑的实际评价过程。
2.1设计建筑物的条件
这里构筑的设计建筑物是一个商场，其具体内容是根据提供的设计文件生成的，考虑到篇幅问题，这里仅仅将部分参数摘录如下：
2.1.1建筑的热工参数
该设计建筑的主要热工参数如下：
外墙传热系数为0.66W/m2·℃；
内墙传热系数为1.4W/m2·℃；
屋顶传热系数为0.80 W/m2·℃；
商店橱窗传热系数为6.0W/m2·℃，遮阳系数0.5；
门的传热系数为6.0W/m2，遮阳系数0.5℃；
玻璃天棚的传热系数为2.4W/m2·℃，遮阳系数0.5
2.1.2建筑的空调系统
该建筑在建筑设计上分为三个部分，分别称之为A区、B区、C区。三个区采用的冷热源形式有两种：A、B区采用空气源热泵，新风系统采用了预冷设备；C区采用直接蒸发管道机组，新 风采用了热回收装置。
2.2标准建筑物的条件
标准建筑物是根据《上海市工程建设规范-公共建筑节能设计标准》的规定构筑的，同样考虑到篇幅问题，这里仅仅将部分参数摘录如下：
2.2.1建筑的热工参数
标准建筑主要热工参数如下：
外墙传热系数为1.0W/m2·℃；
内墙传热系数为2.0W/m2·℃；
屋顶传热系数为0.8 W/m2·℃；
玻璃窗的传热系数为3.7W/m2·℃，遮阳系数0. 5；
门的传热系数为3.0W/m2·℃；
玻璃天棚的传热系数为2.5W/m2·℃，遮阳系数0.5
2.2.2建筑的空调系统
根据《上海市工程建设规范-公共建筑节能设计标准》的规定，标准建筑采用的冷源为水冷离心冷水机组，热源采用了热水锅炉。
2.3 建筑物的全年能耗费用模拟
2.3.1设计建筑的全年能耗费用模拟
根据上述条件模拟的建筑全年能耗为：
种 类 | A区能耗 (kWh) | B区能耗 (kWh) | C区能耗 (kWh) |
| 空调部分 | |||
| 制冷 | 532,323 | 1,611,756 | 1,019,757 |
| 供热 | 215,411 | 390,859 | 483,858 |
| 空调部分汇总 | 747,734 | 2,002,615 | 1,503,615 |
| 非空调部分 | |||
| 电 | 528,227 | 1,068,698 | 695,643 |
| 非空调部分汇总 | 528,227 | 1,068,698 | 695,643 |
| 总计 | 1,275,961 | 3,071,313 | 2,199,257 |
将电价0.61RMB/kWh输入程序，可以进一步模拟出该设计建筑的全年能耗费用为：
种 类 | A区年能耗费用 (RMB) | B区年能耗费用 (RMB) | C区年能耗费用 (RMB) |
| 空调部分 | |||
| 制冷 | 324,731 | 983,212 | 622,078 |
| 供热 | 131,401 | 238,424 | 295,165 |
| 空调部分汇总 | 456,132 | 1,221,636 | 917,243 |
| 非空调部分 | |||
| 电 | 322,232 | 651,933 | 424,360 |
| 非空调部分汇总 | 322,232 | 651,933 | 424,360 |
| 总计 | 778,364 | 1,873,569 | 1,341,603 |
2.3.2标准建筑的全年能耗费用模拟
同样可以模拟计算出标准建筑的全年能耗和全年能耗费用：
种 类 | A区能耗(kWh) | B区能耗(kWh) | C区能耗(kWh) |
| 空调部分 | |||
| 制冷 | 135,968 | 1,014,798 | 740,302 |
| 供热 | 959,806 | 1,053,747 | 620,396 |
| 泵 | 4,500 | 35,596 | 32,620 |
| 冷却塔 | 163,040 | 408,495 | 280,873 |
| 空调部分汇总 | 1,263，313 | 2,512,637 | 1,674,191 |
| 非空调部分 | |||
| 电 | 528,227 | 1,068,698 | 695,643 |
| 非空调部分汇总 | 528,227 | 1,068,717 | 695,643 |
| 总计 | 1,791，540 | 3,545,758 | 2,369,834 |
将电价0.61RMB/kWh、天然气价2.0 RMB/ M3输入程序，可以进一步模拟出该设计建筑的全年能耗费用为：
种 类 | A区年能耗费用 (RMB) | B区年能耗费用 (RMB) | C区年能耗费用 (RMB) |
| 空调部分 | |||
| 制冷 | 82,944 | 619,053 | 451,603 |
| 供热 | 281,554 | 305,434 | 179,825 |
| 泵 | 2,745 | 21,714 | 19,899 |
| 冷却塔 | 99,459 | 249,193 | 171,339 |
| 空调部分汇总 | 466,701 | 1,195,393 | 822,667 |
| 非空调部分 | |||
| 电 | 322,232 | 651,944 | 424,360 |
| 非空调部分汇总 | 322,232 | 651,944 | 424,360 |
| 总计 | 788,933 | 1,847,338 | 1,247,026 |
2.3.3对设计建筑的节能评估
为了判定设计建筑物是否节能，必须将设计建筑物的全年能耗费用与标准建筑相比较，比较结果如下：
| 计算结果 | 实际建筑 | 标准建筑 | 差距 | ||
| 年能耗KWh | A | 1275961 | A | 1791540 | -28.7% |
| B | 3071313 | B | 3581354 | -14.2% | |
| C | 2199257 | C | 2369834 | -7.2% | |
| 总计 | 6546531 | 总计 | 7742728 | -15.4% | |
电价为0.61RMB/kWh，天然气价为2.0 RMB/ M3
| 年能耗费用RMB | A | 778364 | A | 788933 | -1.33% |
| B | 1873569 | B | 1847338 | 1.42% | |
| C | 1341603 | C | 1247026 | 7.6% | |
| 总计 | 4010317 | 总计 | 3883297 | 3.3% |
上述对比图表中，从全年消耗的能源总量上说，设计建筑的三个区都是节能的，因为它们的全年能耗都小于标准建筑物；但是，从年能耗费用上说，只有A区是严格意义上的节能，因为它的年能耗费用是小于标准建筑物的。这里就产生了判断上的偏差：以能耗为依据的判断与以能耗 费用为判断的依据，在结果上不能形成完美的统一。
3 结果分析
《上海公共建筑节能设计标准》对于建筑是否节能的判定依据是该建筑的年能耗费用是否不大于标准建筑物的年能耗费用。然而根据上文的模拟分析结果，如果要求设计建筑物达到节能标准的要求，其年能耗量必须比标准建筑小30%。如果排除软件中模型误差的影响，这30%的节约量对设计建筑物来说也是一个不小的考验。下面仅就上面的建筑对象，探讨这30%的形成原因。
在研究对象中，实际建筑的B区采用的冷热源是空气源热泵，C区采用的冷热源是直接蒸发管道机组。这两者使用的能源种类都是电，在本文的研究中，采用的电价格是0.61RMB/KWh。
在建立的标准建筑模型中，建筑A区、B区和C区的夏季冷源采用的是离心冷水机组，能源种类是电，冬季采用的热源是燃气锅炉，能源种类是天然气。在本文的研究中，采用的电价格是0.61RMB/kwh，天然气价格是2.0 RMB/ M3。
按照使用能源种类的不同可以对建筑的能耗结构进行分析，设计建筑和标准建筑的能耗种类主要区别在于冬季，设计建筑冬季使用电为能源，每消耗1kwh的能量，需要的费用是0.61RMB；标准建筑冬季采用的热源主要是天然气，按照天然气的标准热值6.9KWh/M3计算的话，每消耗1kwh的能量，需要的费用是0.29 RMB。也就是说如果标准建筑物冬季消耗1kwh能量，设计建筑物只能消耗0.48kwh的能量，才能保证设计建筑的年能耗费用不大于标准建筑的年能耗费用。否则将出现上述所谓的判断偏差。例如设计建筑C区比标准建筑C区节约-7.2％，而在年能耗费用上却比标准建筑高7.6％。而且这种偏差随建筑冬季供热能耗的不同而不同，例如建筑A区，设计建筑供热能耗是制冷能耗的40.5％，而标准建筑则为制冷能耗的31.6%,则导致了实际建筑年能耗与标准建筑年能耗差异是-28.7％，而能耗费用差异只有-1.33％。
4 结论
随着上海市和国家公共建筑节能设计标准的陆续出台，公共建筑的节能意识正在我国逐渐形成，如何判断建筑是否节能则必须构筑一个判断依据或判断体系。在这个过程中，《上海公共建筑节能设计标准》率先采用的是建筑全年能耗费用的判定方法，其出发点当然是为了兼顾国家的宏观能源调控因素，因此其判断结果与国家的能源价格紧密相关，特别是对于采用不同能源种类的建筑之间的比较，价格的影响更加突出。这就提出了一个全新的问题：如何在真正意义上的节能建筑和规定的节能建筑之间权衡？
我们国家现正在向市场经济转轨，其运行的基本依据是经济杠杆原理。因此，从现阶段说，节能工作刚刚起步，应该鼓励投资者在国家鼓励的范畴内采用既节能又便宜的建筑能源系统和设备。但是，从可持续的长远利益看，如何确立真正意义上的节能建筑则是最终的追求目标。
本文只是对工作过程中产生的问题进行了初步讨论，相信对于节能建筑的评价问题还需要做大量的研究工作才能有比较圆满的结果。
参考文献：
住宅建筑节能设计标准，DG/TJ08-205-2000. 北京：2000
既有采暖居住建筑节能改造技术规程，JGJ129-2000. 北京：2001
夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准，JGJ134-2001. 北京：2001
夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准，JGJ75-2003. 北京：2003
公共建筑节能设计标准，DGJ08-107-2004. 上海：2003
