两种住宅建筑节能评估方法的比较

1两种住宅建筑节能评估方法的比较卜震陆善后范宏武曹毅然摘要：随着夏热冬冷地区和夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准的颁布，住宅的节能评估对节能工作的实施和推广起到了至关重要的作用，本文分别探讨了节能评估中常用的两种方法——节能综合指标限值法和对比评定法，并使用建筑能耗动态模拟软件DeST，计算了三种不同类型住宅建筑的全年采暖空调能耗，采用这两种节能评估方法分别分析了节能效果，结果表明对比评定法比现有标准中的限值法更符合实际情况，更有利于住宅节能技术的推广应用。关键词：节能评估对比评定法参照建筑动态模拟1前言居住建筑采用节能措施是改善室内热舒适环境和降低建筑能源消耗的重要手段，近年来随着我国住宅产业的蓬勃发展，大量的新型住宅节能技术得到了广泛的推广及应用，一系列与节能相关的标准和规范也相继出台，对居住建筑提出了节能要求及节能措施。而评价住宅是否达到了节能标准就必然涉及到具体的节能评估方法，正确的节能评估方法有利于合理适用的节能技术及措施的推广，是促进住宅节能事业发展的关键。按照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（以下简称《标准》）的规定，2评估节能建筑应首先校和该建筑各个朝向的窗墙比和外窗以及围护结构热工性能等各项参数是否都满足《标准》的要求，即优先采用“规定性指标”来评价居住建筑的节能效果。然而，住宅产业的商业化进程促使住宅建筑的设计日趋多样化和个性化，越来越多的住宅建筑不能完全满足《标准》中“规定性指标”的要求，例如南向外墙采用大面积玻璃窗导致南向窗墙比超标，建筑体形复杂多变导致体形系数过大，此时需采用《标准》中的“性能性指标”，即动态模拟分析方法，计算建筑物全年的采暖空调能耗，对节能效果进行评价。采用动态方法计算住宅建筑能耗，一般又包括两种节能评价方法：“节能综合指标限值法”和“对比评定法”。下面对这两种方法分别加以阐述并进行对比分析。2节能综合指标限值法采用“节能综合指标限值法”评价建筑物的节能效果是指在《标准》规定的计算条件下，计算建筑物的节能综合指标，即采暖年耗电量和空调年耗电量之和，并与该建筑所在城市的节能综合指标限值相比较，如果计算值不高于标准规定的限值，就认为该建筑达到了节能要求，如果计算值高于标准规定的限值，则认为该建筑未达到节能要求，此时需调整该建筑物的热工性能，直到计算结果满足限值要求。夏热冬冷地区范围内的不同城市由于气象条件的差异，节能综合指标限值也有所不同，其具体数值是在标准计算工况下，通过对两栋典型六层建筑的全年采暖空调耗电量进行模拟计3算来确定的。这两栋建筑的建筑面积各2200m2左右，体形系数0.31和0.35，南北朝向，每层两个单元四户，每户建筑面积稍小于100m2，分为2~3个卧室，1个起居室，1个厨房，1~2个卫生间。卧室和起居室控制温度和换气次数，卫生间和厨房不控温。东西山墙不开窗，南北墙上的窗户都有水平遮阳。外墙的传热系数为1.54W/（m2·K），屋顶的传热系数为0.93W/（m2·K），窗户的传热系数为3.1W/（m2·K）。将这两栋典型建筑放到夏热冬冷地区的合肥、南京、上海、杭州、武汉、长沙、南昌、成都、重庆9个大城市的逐时气象条件下计算，把计算出来的一些结果按采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26回归，得到与HDD18（CDD26）相对应的建筑耗热量（耗冷量）指标和采暖（空调）年耗电量关系。根据回归得到的关系式计算并绘制出对应不同采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26下的建筑物节能综合指标限值的数据表格，然后根据具体建筑所在城市对应的采暖和空调度日数，采用线性内插法确定该市的全年采暖及空调耗电量限值，例如通过这种方法可以确定上海地区住宅建筑的节能综合指标限值为55.1kW·h/m2。由此可见，限值法中的“限值”实质上是典型多层标准建筑的全年采暖空调耗电量值。3对比评定法采用“对比评定法”评价建筑物的节能效果是指将评估建筑物的采暖空调能耗和相应的参照建筑物的采暖空调能耗作对比，根据对比的4结果来判定所设计的建筑物是否符合节能要求。其中参照建筑是对比评定法中一个非常重要的概念，参照建筑是一个假想建筑，它与评估对象在大小、形状等方面完全一致，其围护结构的热工性能满足《标准》中规定性指标的要求，因此参照建筑是符合节能要求的建筑。将评估建筑与参照建筑进行能耗的计算对比，如果评估建筑的能耗不高于参照建筑的能耗，则认为它满足节能标准的要求；如果评估建筑的能耗高于参照建筑的能耗，则认为该建筑达不到节能要求，必须调整该建筑的热工性能，然后再进行对比计算，直到不高于参照建筑的能耗。采用对比评定法评价住宅建筑的节能效果关键在于参照建筑热工参数的正确选取。参照建筑应按以下规定来确定：（1）参照建筑的建筑外形、朝向、建筑面积、外墙表面面积、屋面面积均应与评估建筑相同；（2）参照建筑各朝向的开窗面积应与评估建筑相同，但当评估建筑某朝向外窗面积超过《标准》规定，参照建筑该朝向的外窗面积应减小到使该朝向窗墙比达到规定的上限值；（3）参照建筑围护结构的各项热工性能指标均取《标准》规定的相应限值。“对比评定法”是一种灵活、切实的方法，已被《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》、上海市《公共建筑节能设计标准》以及国外许多建筑节能标准所广泛采用。4两种方法的对比分析通过以上介绍，可以发现“节能综合指标限值法”和“对比评定法”的主要区别在于选取的建筑能耗比较5基准上有所不同，前者以固定数值作为比较基准，后者则以参照建筑的模拟计算数值作为比较基准。限值法操作方便，采用固定数值来评估所有类型建筑的节能效果。然而相关的理论研究和大量的工程实践表明，不同类型的建筑要达到相同的能耗指标所采用的节能措施有很大差别。一般而言，高层建筑比较容易满足节能要求，而低层建筑则较难达标，即使对同类型建筑，由于体型系数等参数不同，建筑能耗也相差很大。另外，计算建筑面积和空调面积稍有误差也会导致最终评估结论大相径庭。而“对比评定法”比较灵活，参照建筑的能耗是变化的数值，即不同的建筑采用不同的对比基准，因而更加切合实际。下面选取了位于上海地区的三栋住宅建筑，通过动态模拟计算，并采用两种评估方法进行节能评估和节能分析，具体模拟计算均采用清华大学建筑技术科学系研发的DeST住宅建筑节能评估软件，计算条件与《标准》的规定一致。实例1东方金门花园（见图1）该建筑有25层，建筑类型为高层住宅，采用ZL胶粉聚苯颗粒保温浆料作内保温。围护结构热工参数为：1－5层外墙平均传热系数Km＝1.48W/（m2·K），6－25层外墙平均传热系数Km＝1.50W/（m2·K），屋面平均传热系数Km＝1.00W/（m2·K），外窗传热系数K＝3.70W/（m2·K），计权窗墙比0.25。计算结果和评价结论见表1：6图1东方金门花园建筑模型图表1东方金门花园能耗计算结果评价方法节能综合指标限值法对比评定法标准限值实际建筑参照建筑实际建筑年采暖空调耗电量(kWh/m2)55.142.842.942.8节能效果评价节能效果显著达到节能要求实例2漓江山水花园（见图2）图2漓江山水花园建筑模型图该建筑属于低层独立建筑，采用挤塑聚苯板作外保温。围护结构热工参数为：外墙平均传热系数Km＝0.84W/（m2·K），屋面平均传热系数Km＝0.51W/（m2·K），外窗传热系数K＝2.70W/（m2·K），计权窗墙比0.19。在统计建筑面积时，未考虑地下室和车库的面积。计算结果和评价结论见表2：表2漓江山水花园能耗计算结果评价方法节能综合指标限值法对比评定法标准限值实际建筑参照建筑实际建筑年采暖空调耗电量(kWh/m2)55.157.968.157.9节能效果评价未达到节能要求节能效果显著实例3东方城市花园（见图3）图3东方城市花园建筑模型图该建筑为典型的六层多层住宅，采用膨胀聚苯板作外墙外保温，挤塑聚苯板作屋面保温。围护结构热工参数为：外墙平均传热系数Km＝0.86W/（m2·K）左右，屋面平均传热系数Km＝0.67W/（m27·K），外窗传热系数K＝3.0W/（m2·K），计权窗墙比0.25。计算结果和评价结论见表3：表3东方城市花园能耗计算结果评价方法节能综合指标限值法对比评定法标准限值实际建筑参照建筑实际建筑年采暖空调耗电量(kWh/m2)55.148.153.248.1节能效果评价达到节能要求达到节能要求以上三个实例的模拟计算结果表明，对不同类型的住宅建筑采用两种方法得出的节能评估结论不尽相同：对高层住宅（东方金门花园），“综合指标限值法”评价较高，“对比评定法”则基本达标；对独立别墅（漓江山水花园），“综合指标限值法”评价是不节能，“对比评定法”则是节能效果明显；对多层住宅（东方城市花园），两种方法的评价都是达到节能要求。如果从建筑物围护结构热工性能方面来评估以上三个建筑，它们基本都能满足标准的节能要求，这与“对比评定法”的评估结论是一致的。另外按照对比评定法的定义，参照建筑符合节能标准，但若采用“限值法”来评估与低层建筑相对应的参照建筑（漓江山水花园）时，却得出不符合节能标准的结论，这显然是自相矛盾的。究其原因，还是由于“限值法”中的限值对应多层标准住宅建筑的能耗，不适用于其他的建筑类型，所以评估多层住宅时两种方法的结论一致，而评估高层建筑和低层建筑时却不相同。城市高层住宅建筑的全年采暖空调能耗总量巨大，远大于其他建筑类型的能耗，应加强节能方面的要求，8而采用限值法评估，高层建筑很容易达到节能标准要求，甚至出现对其不采用节能措施也能达标的情况，这显然违背了节能评估的最终目的。5结论使用动态模拟软件DeST对不同类型住宅建筑进行能耗计算，并采用两种节能评估方法进行节能评估，通过结果的对比分析，可以得出以下结论：（1）现行节能标准规定采用的“节能综合指标限值法”仅适用于多层住宅的节能评估，不宜应用于其他类型，尤其是高层住宅的节能评估。（2）“对比评定法”是一种灵活、切实的节能评估方法，适用于不同建筑类型的节能评估，因而比采用限值法更为科学合理，更有利于建筑节能事业发展，值得借鉴推广。参考文献1中华人民共和国行业标准——夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准.JGJ134-2001.北京:中国建筑工业出版社，20012中华人民共和国行业标准——夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准.JGJ75-2003.北京:中国建筑工业出版社，20033朗四维，林海燕.暖通空调，2001,4（31）：12～15