公共建筑用能定额指标研究

公共建筑用能定额指标研究清华大学建筑节能研究中心刘烨燕达江亿摘要：对于新建公共建筑，应当将建筑用能定额作为判断建筑节能与否的基本准则。公共建筑的用能定额应分别根据不同的建筑功能（如办公建筑、宾馆、商场等）和不同的用能系统（暖通系统、照明系统、电梯系统等）给出，其定额的具体数值则需要采用实测分析方法和模拟分析方法综合得出，本文示范性地给出了北京地区公共建筑的用能定额指标。最后基于此用能定额指标，初步提出了公共建筑全过程节能管理的解决方案。关键词：公共建筑用能定额全过程节能管理1节能建筑应以用能定额作为评判依据什么是节能建筑，用什么评价标准来评估一个建筑是否节能，这是建筑节能工作的基本问题。目前有如下几种方式：1）查对技术清单的方法；存在的主要问题：不同气候带的建筑、不同的建筑功能、不同建筑使用特点，对建筑物和系统的要求差别很大，从而也就需要不同的节能技术措施与产品，并且几乎没有哪种节能技术和产品在任何地区、任何功能的建筑中都普遍适用。因此查对技术清单的方法不可避免的存在许多判断误区。2）考察可再生能源比例；存在的主要问题：如果建筑总的能源需求量不同，如同样使用功能的A建筑比B建筑（主要依靠自然采光和自然通风满足其功能需求）高50%，当A建筑采用了20%可再生能源时，实际的常规能源消耗量仍比B建筑高出30%，那么A建筑和B建筑哪个是节能建筑？3）考察能源利用效率；存在的主要问题：采用能源利用效率考察建筑是否节能，无法反映运行方式、使用者行为以及室内设定参数这些因素对建筑能耗的影响。这样就只能片面地反映建筑能耗问题，实际上相当多的建筑其能源利用率高，但实际能源消耗更高，主要原因就是没有正确的把握适当的服务标准，从“全面调控”的理念出发去营造人工环境。4）考察建筑能源数据；建筑节能的目标是在满足建筑使用功能的前提下，将建筑能耗控制在一定的合理水平上。根据公平性原则，对于新建公共建筑在实现相同建筑功能时，建筑用能水平应该相当。因此对于新建公共建筑，应当制定合理的建筑用能定额，作为判断建筑节能与否的基本准则。此外，《中华人民共和国节约能源法》规定，公共机构和重点用能单位应制定能源消耗定额。《公共机构节能条例》和《民用建筑节能条例》规定，公共机构应制定能源消耗定额，重点用能单位应制定年度用能限额等。因此，对于新建公共建筑，制定合理的建筑用能定额，是完全符合国家法律法规的相关要求。2公共建筑用能定额2.1公共建筑用能定额的定义由于不同功能的公共建筑在用能特点、用能总量上存在较大差异，所以应针对不同功能建筑给出相应的定额。公共建筑根据功能不同可以分为：政府办公建筑、商业办公建筑、商场、星级酒店、体育馆等。同时由于公共建筑用能系统复杂，建筑内不同用能系统要求不同、特点不同，所以针对不同的用能分系统给出相应的定额。公共建筑根据用能系统的不同可以分为：暖通空调系统、照明系统、室内设备系统及其他系统（电梯系统、给排水系统、生活热水系统等）[1]。公共建筑用能定额指标如下图所示。图1公共建筑用能定额指标2.2公共建筑用能定额的确定2.2.1基于实测分析方法建筑用能定额基于实测数据的确定方法如下：1)对于相同功能建筑，对同一用能指标X进行统计分析，求出样本的统计平均值和标准差，即：11niiXXn==∑211()1niiXXnσ==−−∑2)通常可认为公共建筑中各项用能指标X服从正态分布，当对大量样本进行统计分析之后，某项用能指标的定额R可确定为：σ+=XR通过对北京市百余座公共建筑能耗状况的调研，及详细的能源审计和诊断，建立了北京市公共建筑能耗数据库。根据这些基础条件，应用建筑用能定额的确定方法，给出了北京地区包括商业写字楼、政府办公楼、大型商场、星级宾馆等几类典型的公共建筑的能耗定额，如表1所示：表1北京地区公共建筑各分项能耗定额（基于实测分析方法）单位政府办公楼商务办公楼宾馆商场暖通空调系统耗电量指标kWh/m2.a264159120照明系统耗电量指标kWh/m2.a15241870室内设备耗电量指标kWh/m2.a22351510电梯系统耗电量指标kWh/m2.a33315给排水系统耗电量指标kWh/m2.a1160.2总耗电量指标kWh/m2.a78124134240供暖耗热量指标GJ/m2.a0.250.250.40.22.2.2基于模拟分析方法由于各个公共建筑的用能现状中包括了许多不合理的设计和运行等因素，因此在制定新建公共建筑的用能定额时，应摒弃这些不合理的设计和运行因素，再确定合理的建筑用能定额。制定思路如下：第一步：根据建筑实际情况，利用建筑能耗模拟软件DeST[2]计算建筑的能源消耗量；第二步：根据建筑实际分项计量数据[3]，验证能耗模型和其输入参数的准确性；第三步：修改设计和运行不合理之处，即修改DeST模型的输入条件，重新计算建筑能耗；依据上述方法，合理设定输入条件后，对北京地区26个政府办公楼及9个商务办公楼进行了能耗模拟计算。图2、3、4所示的是北京地区政府办公建筑和商务办公建筑全年最大冷热负荷、全年累计冷热负荷和暖通空调系统全年累计电耗。政府办公楼全年最大负荷020406080100120ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTW/m2最大热负荷最大冷负荷商务办公楼全年最大负荷020406080100120140160ABCDEFGHIW/m2最大热负荷最大冷负荷图2北京地区政府办公楼及商务办公楼全年最大负荷政府办公楼全年累计负荷020406080100120ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTkWh/m2·a累计热负荷累计冷负荷商务办公楼全年累计负荷020406080100120140ABCDEFGHIkWh/m2·a累计热负荷累计冷负荷图3北京地区政府办公楼及商务办公楼全年累计负荷政府办公楼系统总电耗05101520253035ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTkWh/m2·a商务办公楼系统总电耗05101520253035404550ABCDEFGHIkWh/m2·a图4北京地区政府办公楼及商务办公楼暖通空调系统全年累计电耗2.2.3公共建筑用能定额的确定通过上述的分析方法，可以得到北京地区不同功能建筑（政府办公建筑、商务办公建筑），各分项系统的用能定额指标。表2给出了北京地区政府办公建筑及商务办公建筑暖通空调系统用能定额，表3为北京地区政府办公建筑及商务办公建筑分项用能定额。表2北京地区政府办公建筑及商务办公建筑暖通空调系统用能定额北京地区单位政府办公楼商务办公楼冷机kWh/m2.a9~1416~19冷冻泵kWh/m2.a2~54~6冷却塔kWh/m2.a1~31.5~3.5冷却泵kWh/m2.a2~53~5补水泵kWh/m2.a0.1~0.30.2~0.4热源泵kWh/m2.a0.5~10.8~1.5新风机+风机盘管kWh/m2.a3~44~10总电耗kWh/m2.a18~3230~45表3北京地区政府办公建筑及商务办公建筑分项用能定额北京地区单位政府办公楼商务办公楼全年累计冷负荷指标kWh/m2.a42~9078~120暖通空调系统耗电量指标kWh/m2.a18~3230~45照明系统耗电量指标kWh/m2.a12~2020~30室内设备耗电量指标kWh/m2.a20~2530~40电梯系统耗电量指标kWh/m2.a1.5~2.53~4给排水系统耗电量指标kWh/m2.a0.8~1.20.8~1.2总耗电量指标kWh/m2.a50~8080~120供暖耗热量指标GJ/m2.a0.15~0.250.12~0.223公共建筑基于用能定额的全过程节能管理公共建筑全过程节能管理是一项系统化的工程，涉及项目立项、设计、施工、运行等多个阶段。目前在建筑的不同阶段采用了不同的节能管理手段，这些管理手段存在节能总目标不明确、节能管理相互脱节等问题。实际上在不同的建筑阶段，建筑节能的目标和本质都是一致的，都是要将建筑能耗控制在一定的合理水平上。即各个阶段均应满足“建筑用能定额”的总控制目标。由于建筑全过程是一个逐步明确、逐步实践的过程，可以获得的节能指标也越来越具体。因此建筑用能定额指标随着建筑全过程的进行，可以层层往下分解，分解的指标也越来越具体，大体可以分为三个层次：能耗定额指标、系统性能指标、设备性能指标[4]。如图5所示。各个不同层次的节能指标本质上是相互吻合的，可以通过简单的加减乘除计算，相互推导。建筑用能定额指标既是不同阶段节能的总目标，也通过指标内在逻辑关系的阶梯结构兼顾了不同阶段各自的节能工作特点。即不同阶段对应着不同的指标层次，不同阶段获得指标的手段也不相同，如图5所示。因此发展基于建筑用能定额的全过程节能指标体系，一方面保证了各阶段节能管理的一致性，另一方面也使得各阶段可以在不同层次上制定相应的指标和评测管理。图5用能定额指标的结构基于如上所述公共建筑用能定额体系，提出实施如下全过程节能管理：1)项目立项阶段：由建设方对建筑投入使用后的各分项能耗做出承诺，审查其承诺数值是否低于同功能建筑的用能定额指标；2)方案设计与方案投标阶段：要求投标设计方案必须详细论证是否兑现了项目立项时承诺的节能指标以及如何实现这些节能指标的。3)施工图设计阶段：建立新建建筑节能审查制度，通过模拟仿真计算等方法，得到设计方案的具体能源消耗量，审查其是否达到承诺的节能数值；4)工程竣工验收阶段：建立工程竣工验收节能审查制度，通过现场测试各设备与子系统的性能，进而估算全年能耗，考察是否达到立项时的承诺要求；5)运行管理阶段：实行“用电分项计量和数据集中采集系统”对各分项系统的用能指标进行动态监测与管理，与承诺的用能标准进行比较，杜绝由于管理运行的疏忽造成的能耗增加。4试点工程公共建筑用能定额的全过程节能管理，已经在北京通州商务园进行了试点，获得了初步实践经验。通州商务园一期总建筑面积约220万平方米，大部分为低密度的办公建筑。2008年已经编制完成了《园区全过程节能管理手册》和针对园区功能特点的《园区建筑用能定额标准》，并配套出台了园区的入园准入制度，即由二级开发商对建筑投入使用后的各分项能耗做出承诺，政府相关部门和一级开发商负责审查其承诺数值是否低于《园区建筑用能定额标准》中规定的同功能建筑的用能定额标准，通过节能审查后才可以批准入园。目前通州商务园处于项目的设计阶段，正在编制设计招标文件中的能源设计要求，明确设计应达到的节能指标，并且已逐步开始考察投标的设计方案是否兑现了招标文件中规定的节能指标。5总结本文首先阐述了对于新建公共建筑，应当将建筑用能定额作为判断建筑节能与否的基本准则。然后明确了公共建筑的用能定额应分别根据不同的建筑功能（如办公建筑、宾馆、商场等）和不同的用能系统（暖通系统、照明系统、电梯系统等）给出，其定额的具体数值则需要采用实测分析方法和模拟分析方法综合得出。本文根据如上原则示范性地给出了北京地区公共建筑的用能定额指标。最后基于此用能定额指标，初步提出了公共建筑全过程节能管理的解决方案，并简述了试点工程的研究进展。但是由于这项工作的复杂性和系统性，还需要在实践中不断的尝试和总结经验，因此本文只是从框架上提出相关思路，进一步的研究还有待深入。参考文献[1]建筑内各分项系统的定义参照北京市地方标准《公共建筑节能检测评估标准》；[2]《建筑环境系统模拟分析方法-DeST》清华大学DeST开发组著中国建筑工业出版社2006；[3]建筑实测能耗数据来源于清华大学建筑节能研究中心分项计量网站；[4]《中国建筑节能年度发展研究报告》清华大学建筑节能研究中心著中国建筑工业出版社2009；刘烨，女，1978年7月生，清华大学研究生，地址：北京市清华大学建筑节能研究中心，邮编：100084，电话：[phone]，传真：[phone]，E-mail：[e-mail]