公共建筑能效基准及能效评价_文精卫.pdf

第28卷第1 1期煤气与 热 力 200 8 年 11 月 G A S 能效基准 能效评价 中图分类号 TU 995 文献标识码 B 文章编号 一 000 一 44 16 2005 1 1 一 o A 12 一 04 B ench m ar k S an dE valuation f o r E ne rg y Pe rf ormanc eo f PublicBuild ing s WE NJing 一w ei YA NGChang 一z hi Ab stra et Them etho d sof d ete r m ining the ene rgy pe r f or m ane e b e ne hm a rksa re dis eu s s ed U sing the ene r群 per f o r m ane e le v els ofene卿一s avin gbuildingsdesign e 1 ae e o r ding tothe D e si gn Sra n d ar df o r E ne哪 珊艺 eien c x o f p u blicB uildi 娜 GB 50189 一2005 inhot s um m eran d e old winte r z onean d tho se ofr e f er e ne e buildi n gsin 1980 5 as the ene r群 p e r f o rm ane e be n e hm arks the e n e卿 Per f om lan ee le v els of building sareelas sif ie d by rhe e n e卿 pe而r m an ee 群ad e Par am eters whieh15m o rerea so n a ble to evaluate ene 卿 per f o r m ane eof buildin gs than a d optingannu alene 卿 e o nsum ptio np e ru n it a r e a K ey wor d s pub hebuilding ener群 per f o rmane e be nehm a r k ener群 per f o r m a n e eeva lua ion 1 综述 近年来 随着我国能源紧张的形势日趋严峻 建 筑节能已成为节能工作的重点 而在国外 特别是 欧美发达国家启动了世界性的建筑节能事业 相继 制定了各项政策 标准以减少建筑能耗 近年来 中 国建筑节能的标准体系建设取得了很大成就 出台 了JG J 134一200 1 夏热冬冷地区居住建筑节能设计 标准 JG J 7 5一200 3 夏热冬暖地区居住建筑节 能 设计标准 G B 50 18 9 一200 5 公共建筑节能设计标 准 等建筑 节能标准规范 欧盟等国 美国 澳大利 亚 新加坡 都建立了本国的建筑能效标志制度 其 中 最典型的就是欧盟为制定建筑能效证 书于 200 2 年通过的法律性文件 D i r eetive 2002 91 EC o n th Ene r舒Per f o r m ane eof Bu ilding 建筑 能效指令 2002 91 Ee 又称 E PBo 明确提 出要制定法律 计算建筑物的整体能耗 为新建建筑和既有建筑颁 发能效证书 并定期对建筑 中的供暖和空调系统进 行检查和能耗评估 欧盟提出了把 c o Z 排放量作 为衡量建筑能耗的标准之一 并在能效评估 中体现 了可 一再生能 源的利用 包括计算评估和测量评估 各 欧盟国家在此框架下发展了各自的建筑能效评估体 系 还有美国的En er g y s t盯 能源之星 制度 它们都 是通过建筑能耗反映建筑的能效 我国有关部门编 制了 建筑能效测评 与标志技 术导则 征求意见 稿 开始着手研究和推行建筑能效证书制度 对 建筑能效评估的前提就是确定 能效基准 本文选取 夏热冬冷地区针对2 0世纪 8 0年代建筑水平以及现 行公共建筑节能标准确定能效基准 并以此进行能 效分级 2 公共建筑能效基准确定方法 确定能效基准是进行公共建筑能耗评估工作的 前提 国外对能效基准的确定主要基于建筑能耗统 计数据以及建筑模型的能耗模拟 对建筑能耗统计 最具代表性的是美国商用建筑能耗调研 CB ECS 它的目的是提供美国商用建筑能源消耗和支出的统 计数据及 这 些建 筑的相关 能源特 性信息 T A12 wa te rga sheat e om 文精卫 等 公共建筑能效基 准及能效评价第2 8卷第1 1 期 s h ar p 利用 19 92 年美国商用建筑能耗调研数据 从 1 4 4 3 幢办公建筑 中选取 1 35 8 幢 确 定 能效基 准 他采用能耗密度 E ner群 u se xnte nsity E u l 反映公共建筑能耗状况 将统计数据分为9个地区 并讨论了采用能耗密度平均值或 中间值作为能效基 准的可靠性 发现中间值比平均值合适 T Sh a甲 还发现统计的能耗密度和建筑面积的线性关系不明 显 由于能耗密度仅考虑了影响建筑能耗的因素之 一 面积 未考虑影响建筑能耗的其他因素 因此 T s h ar p 从7 5个影 响建筑能耗的因素中选取重要 的7个 建立建筑能耗线性回归模型 以此作为商业 建筑能耗密度的预测模型 能源之星的能效基准就 是基于此方法建立的 L 41 文献 5 举例说明了采用 计算评估和测 量评估对某高校进行能效评估的应 用 并讨论了这两种方法的优劣 文献 6 提出需 设定一个基准值反映能源管理效率 作者首先利用 线性回归方法计算建筑的预测能耗密度 然后利用 预测能耗密度与测量能耗密度 采用数据包络分析 方法 D ata En v elopm ent An alysis DEA 计算建筑总 效率 反映环境因素和能源管理对能耗的影响 等 级效率 反映环境因素对能耗影响 纯技术 效率 反映能源管理对能耗影响 文献 7 指 出由于实 验室这类建筑功能独特 提 出建立各种设备和系统 能耗的数学模型 以此计算的能效基准代表了满足 建筑需要的最小能耗 最后对此方法确定的能效基 准与采用能效密度和T Sh ar p 方法确定的能效基 准进行比较 发现基于数学模型得到的能效基准更 有利于不同建筑类型能耗状况比较 英国是欧盟各国中执行能效证书制度比较早且 比较成功的国家之一 相继开发了针对居住建筑的 能效评估软件 标准评估程序 s ta nd a r d A s s es s m e n t P ro ce d ur e sAP 和针对公共建筑的能效评估软 件 建筑能耗简化模型 Si m plif i e dB uilding En e r g yMo l e l sBE M 且不断在更新 在 给出建 筑形 状 构造 功能 暖通 空 调及照明设备基本情况的前 提下 这两种软件能够进行建筑能耗分析 计算每月 终端能耗及建筑的C0 2 排放量 目前 我国颁布实施的多项建筑节能设计标准 都将节能率5 0 作为节 能目标 是有其比较基 准 的 即以20世纪8 0 年代改革开放初期建造的公共 建筑作为比较能耗的基础 称为基准建筑 基准建 筑围护结构 暖通空 调设 备及系统 照明设备的参 数 都按当时情况选取 在保持目前标准约定 的室 内环境参数的条件下 计算基准建筑全年的暖通空 调和照明能耗 将它作 为 10 0 我们再将这基准 建筑按照设计标准的规定进行参数调整 即围护结 构 暖通空调 照明参 数均按标准规定设定 计算其 全年的暖通空调 和照明能耗 应该相当于5 0 这 就是节能率5 0 的内涵 s 3 模型的建立 由于我国 目前缺乏建筑能耗统计数据 因此可 以通过建立建筑模型得到能效基准 我们确定建筑 能效基准可按照最新 的建筑节能标准中的参数要求 制定 最典型是 200 5 年颁布的 GB 5018 9 一200 5 公 共建筑节能设计标准 以下简称 标准 下面以 此为基础 选取某典型办公建筑作为节能建筑 该办公建筑的相关参数符合 标 准 规 定 I 该办公建筑位于夏热冬冷地区的长沙 共5层 层高 为 3 sm 标准层建筑面积为 4犯 耐 总建筑面积 为2 160 m Z 典型办公建筑标 准层平面图见 图 1 建筑为南北朝向 每层有会议室 办公室 卫生间 南北两侧窗墙比为0 20 3 西侧每层走廊窗户面积 为3 2m Z 东侧每层走廊窗户面积为1 2耐 外墙 及屋顶的传热系数分别为 0 99 8 0 69 9 w 耐 K 外窗采用双层透明中空普通玻璃 传热系数为 3 4 聊 矿 K 无内外遮阳 卫卫生间间间 日日 小小小小小小小刀刀 一一一一一一 几几司 司司 图 办公建筑标准层平面图 夏季室内设 计温度 为 2 6 室内相对湿度 续6 5 冬季室 内设计温度为2 0 室内相对湿度 30 空调区为会议室和办公室 其他区域不设 空调 根据 En er gyP lu s 软件模拟设计日的最大冷热 负荷 选取空调系统主机为水冷螺杆冷水机组 十 燃 油锅炉 冷水机组平均制冷性能系数为 4 1 锅炉效 率为0 8 考虑到目前普遍采用的运行模式 在模 拟中设定冷水泵和冷却水泵的运行模 式与主机一 A13 第2 8卷第1 1 期 煤气 与 热 力 ware rga sheat e om 致 运行时间保持相同 水泵都为定流量 采用 风机 盘管 十 新风系统 各空 调房间的新风量为 3 0 m h 人 空调末端采用定风量送风 根据文献 1 0 考虑夏热冬冷地区不同城市四季开始 时间 持续时 间以及对长沙公共建筑 能耗调查数据 设定供冷期 为5月 2 1 日一刁月 3 0 日 共计1 3 3d 供暖期为 1 1 月2 1一3月10日 共计 lr od 工作日 周一 至周 五 空调系统工作时间为 7 o o一18 0 0 节假日所有 设备停止运行 不同类型房间的照明功率密度 人 均 占有使用 面积 电器设备功率见 标准 附录 B 力 公建筑工作 日照明设备开关时间 房间人员逐时 在室率 电器设备逐时使用率见 标准 附录 B 考 虑到 标准 对房间气密性的要求 空气渗透折算的 换气次数为 0 5 次 h 按 标准 确定的能效基准是比较高的 考虑既 有建筑大部分是2 0世纪8 0年代建造的 民能耗水 平代表了市场上大部分建筑 为了便于 比较以及确 定能效级别 选取某2 0 世纪8 0年代建筑物作为基 准建筑 确定一般能效基准 外墙 屋 顶的传热系数 分别取 2 0 1 4w 衬 K 外窗为单层3 m m 厚 透明玻璃 传热系数为 5 sw 扩 K 空气渗透 折算换气次数定 为 1 5 次 h 照明功率密度取2 5 聊m Z 选取冷水机组平均制冷系数为 3 6 燃煤 锅炉效率为0 5 空调系统设置方式同节能建筑 4 能效水平评价结果 采用 En e r g y P lu s软件模拟建筑全年能耗 节能 建筑 与基 准建 筑的年单位建筑面积能 耗见表 1 2 由表 1 2 可知 节能建筑的照明能耗比基准 建筑减少了22 3 9 MJ 厅 a 空调系统能耗相比 也减少了 19 4 3 MJ 耐 a 计算发现空调系统 与照明设备的节能率距节能率 5 0 还有一定差距 对于这两种建筑 由于对电器设备功率设定没有改 变 因此整体上的节能率相对降低 表1节能建筑 年单位建筑面积能耗 表2 基准建筑年单位建筑面积能耗 设设备备年单位建筑面积能耗 比例 MJ m 一 a 一 照照 明设备 备 470 9 9 936 2 2 2 电电器设备 备 322 6 6 6 24 8 8 8 风风机和水泵 泵 87 5 5 56 8 8 8 冷冷水机组 组 170 6 6 613 1 1 1 燃燃煤锅炉炉 24 8 4 4 4 19 1 1 1 我们用 E 表示节能建筑能耗 用 E 表示基准 建筑能耗 再根据这两个参数对建筑能效进行分级 我们可以参考英国公共建筑的能效评估方法 用实 际建筑的计算能耗E E E 反映建筑能效水平 这里用 C表示能效等级参数 C 的判定标准为 判定标准 1 若 E 蕊 E 则 c E E s 表示实 际建筑的能效水平高于节能建筑 判定标准 2 若 E E 则 C 1 E Eb 表 示实际建筑的能效水平低于基准建筑 判定标准3 若 E s E E 则 C 1 E E E 一 E 表示实际建筑能效水平在节能建筑 与基准建筑之间 建筑能效测评与标志技术导则 征求意见 稿 将建筑能效标志划分为 5 个等级 最低一 级是 节能率50 一 6 5 但这未考虑既有建筑能效水平 为了逐步有效地推动建筑节能的发展 人 门级别的 基准应该是成本最低而且又最容易被接受的 这样 有利于建筑能效证书制度的启动 随着市场机制推 动 再逐步采用更高级别的基准 综合考虑后定义 能效级别见表3 能效等级参数越小表示建筑能效 水平越高 表3 能效级别 设设备备年单位建筑面积能耗耗 比例 MJ m 一 a 一 照照明设备 备 247 0 0 0 28 0 0 0 电电器设备备 322 6 6 636 6 6 6 风风机和水泵泵 72 4 4 4 8 2 2 2 冷冷水机组组 150 5 5 517 1 1 1 燃燃油锅炉炉 89 3 3 310 1 1 1 能能效级别别 C C C l l l l l C 0 4 4 4 2 2 2 2 20 4 落 C 0 7 7 7 3 3 3 3 30 7城C 1 1 1 4 4 4 4 4l蕊C 1 5 5 5 5 5 5 5 51 5共C 2 0 0 0 6 6 6 6 62 0蕊C 2 5 5 5 7 7 7 7 72 5 簇C C C 这里选定建筑 A 其外墙传热系数为 1 96 2W m K 屋顶的传热系数为 1 257 聊 m K 外窗玻璃选取单层 6mm 普通透明玻璃 传热 系数 为5 6W m Z K 照明功率密度为2 0w 扩 空 A14 watergashe at eom 文精卫 等 公共建筑能效基准及能效评价 第 28 卷第n期 气渗透折算换气次数为 1 次 h 冷水机组制冷系数 为3 9 燃油锅炉效率为0 8 采用 En e rg y P lu s 软件 模拟全年能耗 得出建筑 A 年单位建筑面积能耗为 lo94 4 MJ m a 由判定标准 3 计 算得 C 二 1 5 1 因此建筑 A 的能效级别为5级 当把节能建筑 基准建筑 建筑 A 放到其他夏 热冬冷城市 各城市空 调系统运行 时间见表 4 通 过模拟 3 种建筑的年单位建筑面积能耗及能效级 别见表5 由于建筑 A 所处城市不同 最 大年单位 建筑面积能耗 为 2 z26 sMJ m a 最小 为 7 9 9 2MJ 衬 a 能效等级参数 c 的平均值为 1 51 其 中合肥 重 庆的能效等级参数相差最大 为 0 07 若采用年单位建筑面积能耗反映夏热冬冷地 区建筑能耗高低不妥 这是 由于年单位建筑面积能 耗与气候条件及空调系统运行时间密切相关 不利 于评估的公平 而采用能效等级参数C反映建筑 能效级别是非常可靠的 除了合肥 建筑 A 的能效 级别在其他城市都评为 5 级 基本上保证了同一建 筑在整个夏热冬冷地区具有相同的能效级别 有利 于评估的公平 表4各城市空调系统运行时间 1 1 城城市市供冷期期供暖期期 开开开始日期 期持续时间 d d d 开始日期 期持续时间 d d d 上上海 海 6月12日 日 10 7 7 711 月26日日 126 6 6 南南昌 昌 5月18日 日 133 3 311月2 3 日日 12 0 0 0 武武汉汉 5 月 18 日日 128 8 8 11 月 18 日日 120 0 0 合合肥肥 5月23日 日 12 3 3 311 月1SF I I I 130 0 0 成成都都 5月25日 日 113 3 3 11月2 5日 日 95 5 5 重重庆庆 5 月25日日 128 8 812月15日 日 67 7 7 表5 3种建筑的年单位建筑面积能耗及能效级别 城城市市上 海海成都都武汉 汉 合月巴 巴 南昌 昌重庆 庆 年年单位建筑面积能耗耗节能建筑筑 84 2 4 4 4795 6 6 690 3 6 6 69 00 0 0 09 00 0 0 0986 4 4 4 MJ m 一 a 一 基基基准建筑筑 1267 2 2 2 1173 6 6 6 1 3 50 0 0 0 1 3 75 2 2 2 13 24 8 8 8 1141 2 2 2 建建建筑 A A A1058 4 4 4 9 90 0 0 0 1 126 8 8 8 1126 8 8 8 1 116 0 0 07 99 2 2 2 能能效等级参数 C C C1 5 1 1 1 1 51 1 1 1 5 0 0 01 4 8 8 8 1 51 1 11 55 5 5 能能效级别别 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 45 5 55 5 5 参考文献 仁1 刘刚 欧盟建筑能效证书制定方法 A 第2届中国 勘察设计协会建筑环境与设备专业委员会大会文集 c 长沙 中国勘察设计协会 200 7 7 0 一 7 4 2 方 舟 吴泽玲 工凡 等 美国商用建筑 物 能耗调研 J 暖通空调 200 6 36 9 91 一94 3 S H ARpT E ne r盯 be nehm a rking in e om m ereial一o f f i ee building s A ACE EE 19 96 su mm erstu dy onener 邵 e f f i eien ey inbuil ding s C W ashing to n D C 5 n 1996 32 1 一329 仁4 K I NNE YS p IETTEMA D e velopment o f a ea lif or nia e om m er c ial 一buil din g ene 卿 be n ehm a rking d ataba se A ACEEE2002 su m m erstudyonene r盯ef f ieieney inbuildin邵 C W ashin g t o n D C 仁 5 n 2以 2 10 9 一12 0 仁 5 二 H E RNANDEZp BURK EK LEWI sJ0 D e velop me nt o f e n e r群 Per f o r m