DIN EN ISO 52016-3-2026 建筑能源性能 供暖和制冷能源需求、室内温度及显热和潜热负荷 第3部分：自适应建筑围护结构元素计算程序 标准立项发展报告

DINENISO52016-3-2026建筑能源性能供暖和制冷能源需求、室内温度及显热和潜热负荷第3部分：自适应建筑围护结构元素计算程序标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Energyperformanceofbuildings-Energyneedsforheatingandcooling,internaltemperaturesandsensibleandlatentheatloads-Part3:Calculationproceduresregardingadaptivebuildingenvelopeelements(ISO52016-3:2023+Amd1:2025)(includesAmendmentA1:2025)摘要随着全球碳中和进程加速推进，建筑领域作为能源消耗和碳排放的重要来源，其节能降碳技术路径正经历深刻变革。自适应建筑围护结构（如动态遮阳系统、相变材料、可控通风元件、智能玻璃等）能够根据外部气候条件和建筑内部需求动态调节热湿性能，是提升建筑能源效率和室内环境质量的关键技术之一。然而，如何准确量化评估此类构件对建筑供暖制冷能耗及室内热环境的影响，长期以来缺乏统一、可比的国际计算标准。在此背景下，DINENISO52016-3-2026《建筑能源性能供暖和制冷能源需求、室内温度及显热和潜热负荷第3部分：自适应建筑围护结构元素计算程序》正式发布，该标准作为ISO52016系列标准的重要组成部分，纳入了ISO52016-3:2023及2025年修正案（A1:2025）的全部技术内容，为自适应建筑构件的动态热特性计算提供了规范性方法。本报告围绕该标准的立项背景、核心内容、关键技术路径及其行业影响展开系统分析。报告指出，该标准的发布填补了国际标准化组织在自适应围护结构逐时计算程序领域的空白，构建了与建筑能耗模拟引擎ISO52016-1无缝衔接的计算框架，为我国建筑节能标准体系的国际化对接和新型围护结构技术应用提供了重要参考。关键词建筑能源性能；自适应围护结构；动态热特性；ISO52016；标准化；能耗计算；室内热环境；建筑节能Keywords:Buildingenergyperformance;adaptivebuildingenvelope;dynamicthermalcharacteristics;ISO52016;standardization;energycalculation;indoorthermalenvironment;buildingenergyefficiency一、引言全球建筑部门占最终能源消耗的30%-40%，占能源相关二氧化碳排放的约37%。积极发展超低能耗、近零能耗乃至零能耗建筑，已成为世界各国应对气候变化、实现《巴黎协定》温控目标的共同行动纲领。在这一转型进程中，建筑围护结构作为内外环境交互的物理界面，其性能优劣直接决定建筑的冷热负荷水平与室内舒适度。传统的建筑围护结构（如固定保温层、普通玻璃幕墙）在设计年限内性能相对恒定。而自适应建筑围护结构（AdaptiveBuildingEnvelope,ABE）则集成了传感器、执行器与智能材料，能够根据日照强度、室外温度、室内人员负荷及用户偏好实时调整其热阻、太阳得热系数（SHGC）、透光率、气密性等关键参数。典型产品包括：电致变色玻璃、热致变色涂层、含相变材料（PCM）的复合墙体、动态百叶外遮阳、夜间通风风阀等。此类结构可有效削减峰值冷负荷达20%-50%，显著缩短机械制冷运行时间，在提升室内环境品质的同时降低运行能耗。然而，从标准化视角审视，长期缺乏公认的自适应构件动态热性能计算程序，是制约该类技术从示范走向规模化应用的关键瓶颈。传统稳态或准稳态计算方法（如度日法、温频法）无法捕获构件参数的时变特征，而各国自有的动态模拟软件（如EnergyPlus、TRNSYS）在构件模型定义、边界条件设置及结果输出口径上存在差异，导致不同国家间相关产品的能效认证结果不可比，也给国际绿色建筑评价和近零能耗建筑考核带来困难。在此背景下，国际标准化组织ISO/TC163（建筑环境热性能与能源利用技术委员会）于2023年正式发布了ISO52016-3:2023《Energyperformanceofbuildings—Energyneedsforheatingandcooling,internaltemperaturesandsensibleandlatentheatloads—Part3:Calculationproceduresregardingadaptivebuildingenvelopeelements》，随后于2025年发布修正案A1:2025，对部分条款和附录进行了技术修订。作为ISO成员国，德国标准化协会（DIN）通过欧盟标准化体系（CEN）将上述国际标准采纳为欧洲标准，并于2026年正式发布德国版DINENISO52016-3-2026，实施日期为2026年5月1日。本报告旨在系统梳理该标准的技术框架与实施要点，分析其对于我国建筑节能标准体系（如GB50189《公共建筑节能设计标准》、JGJ/T229《民用建筑绿色性能计算标准》等）的借鉴意义，为行业管理人员、科研人员及工程技术人员提供参考。二、标准立项背景与技术需求分析（一）国际建筑节能标准体系的演进ISO52016系列标准隶属于第一代建筑能源性能综合标准包（EPBStandards），由ISO/TC163和CEN/TC371联合制定。该系列标准的核心目标是支持欧盟《建筑能源性能指令》（EPBD,2010/31/EU，后经2018/844/EU修订）和各成员国建筑能耗计算法规的实施。其中，ISO52016-1:2017规定了建筑供暖制冷能源需求及室内温度等基本量（按月或逐时计算）的计算方法；ISO52016-2则给出了相关计算辅助说明。而本文所涉的ISO52016-3:2023则开创性地将计算对象拓展至具有可控/自适应性能的围护结构元件。该标准的立项动因可以归纳为三个层面：其一，技术层面。当前高性能围护结构技术迭代加快，光伏建筑一体化（BIPV）组件、PCM蓄能墙体、气流幕墙等新产品不断涌现，这些组件的共同特性是热物性参数显著依赖于环境状态和时间历程，传统查表式设计方法不再适用。以PCM墙体为例，其相变过程涉及潜热蓄放，采用等效热容法或焓法需要专门的求解算法；再如新型智能玻璃，其可见光透过率和红外发射率可随电压周期性变化，计算其年度能耗影响亦须引入动态光学数据。其二，政策层面。欧盟2024年修订的EPBD进一步要求自2028年起所有新建公共建筑、2030年起所有新建建筑实现零排放建筑（ZEB）目标。零排放建筑概念下，建筑自身须具备高度的气候适应性，通过被动式措施和智能调控实现能耗与碳排放的平衡。对此，能准确评价自适应构件的节能贡献，成为各国计算方法和能耗认证体系的共性需要。其三，市场层面。国际大型建筑咨询公司和设备供应商反映，不同软件平台对同一自适应构件可能得到差异显著的能耗评估结果，这一不确定性阻碍了绿色金融投资和技术保险服务对该类产品的支持。因此，建立一套精确、透明且可复现的计算参考程序和报告格式，对于促进自适应围护结构国际贸易和公平竞争具有重要意义。（二）与现有标准体系的关系DINENISO52016-3-2026并非孤立文件，它与以下标准构成完整的标准簇：-ISO52016-1:2017（建筑能源性能—供暖制冷能源需求和室内温度—第1部分：计算方法和指标），提供了基本的热平衡模型框架；-ISO52017-1:2017（建筑能源性能—室内温度和无供暖或制冷条件下的显热和潜热负荷—第1部分：通用计算程序），处理自由运行工况；-ISO13790:2008（建筑能耗计算用室内温度、得热量和冷负荷的简化计算方法），为ISO52016的前身，现已被替代；-ISO52010-1:2017（建筑能源性能—外部气候条件—第1部分：用于能耗计算的降水数据）；-ISO52000-1:2017（建筑能源性能—整体评估—第1部分：通用框架）。需要特别指出，DINENISO52016-3-2026可同时支持两种工作模式：一是作为独立工具，供设计人员对某特定自适应构件的逐时性能进行比较分析；二是作为ISO52016-1逐时计算引擎（hourlycalculationengine）的扩展插件，在整体建筑能耗模拟框架内嵌入对自适应构件的精细描述。两种模式通过统一的数据模板进行衔接。三、标准主要内容与关键技术方法（一）标准的适用范围DINENISO52016-3-2026适用于各类建筑（住宅、公共建筑、工业建筑）的自适应围护结构元素的计算，具体包括但不限于：1.光伏/光热一体化围护结构（BIPV/T）——需同时计算发电量/集热量对室内负荷的抵消作用；2.含相变材料（PCM）的墙体和吊顶——需处理非线性比焓-温度关系；3.可切换透明度/发射率的智能窗（电致变色、气致变色、热致变色元件）；4.可动态调节的气流幕墙/双层皮幕墙（DSF）——涉及通风腔体内的气流和热交换；5.可调节外遮阳装置（可收放百叶、织物卷帘等）；6.夜间通风与自然通风耦合的墙体通风元件。标准明确规定了其计算边界：计算对象为建筑热区的围护结构元件层面，不涉及暖通空调系统设备层面的动态模拟。（二）方法论框架标准建立了一个三层次的计算架构：第一层次为输入数据定义层。标准定义了自适应元件输入数据的分类体系，包括：强制输入、可选输入、由制造商声明的参数、由标准查表得到的参数。所有输入参数统一采用XMLSchema数据格式描述，以实现不同软件间的信息无损交换。第二层次为动态热性能计算层。本层是该标准的核心创新，具体包括以下关键计算模型：-等效热容模型（EffectiveHeatCapacityModel）：针对PCM材料，提供分段线性比焓曲线近似方法，将相变温度区间划分为多个子区间，在每个子区间内采用等效热容进行瞬态计算。标准规定了最小时间步长（建议不超过3600秒）及收敛判据（前后两次迭代温差不大于0.01K）。-开关函数模型（SwitchingFunctionModel）：针对可切换智能玻璃和遮阳装置，定义了带滞回特性（Hysteresis）的开关逻辑函数。滞回环宽度、触发阈值、响应延迟时间等均作为可配置参数输入，避免了数值振荡。-气流网络模型（AirflowNetworkModel）：针对双层皮幕墙和通风墙体，标准给出了简化的腔体气流质量守恒和能量守恒方程，允许用户选用伯努利方程或幂律模型进行压差-流量关系求解。-耦合光伏模型（IntegratedPVModel）：建立了光伏层吸收太阳辐射比例、热损失系数与光伏输出功率之间的数学关联，可输出电功率、透过热流及进入室内的热流三项结果。第三层次为输出与对标层。标准统一规定了三种时间粒度的输出格式：小时值、日值、月值。其核心输出指标包括：-总供暖能源需求（kWh/m²·a）-总制冷能源需求（kWh/m²·a）-供暖/制冷峰值负荷（W/m²）-室内过热温度超限小时数（按ISO17772-1:2017中的类别I、II、III限值）-显热和潜热负荷分解值在验证与对标方面，标准附录C给出了标准案例（BenchmarkCase）——一个面积为16m²的南向测试房间，含一组PCM内隔墙和电致变色外窗——为软件开发者提供了比对基准。若某软件的计算结果与标准参考值的偏差在供暖/制冷能耗不超过±5%的范围内，则可视为通过验证。（三）主要技术修订（AmendmentA1:2025）2025年修正案A1对原ISO52016-3:2023版本作了以下关键修订：1.修正了PCM计算中关于过冷效应的处理逻辑——引入了过冷度参数（ΔT_sc），以更准确模拟实际PCM材料的结晶滞后现象，并给出了推荐取值建议（范围内0K至15K）；2.完善了智能窗光电性能（光谱透过率τ_e和太阳直接透射率g）随电压切换的加权平均算法，给出了基于控制策略（最大化利用日光、最大化减少眩光、最大化减少能耗）的切换时间表生成规则；3.拓展了气候边界条件——适应高温热浪情景下（室外温度连续72小时高于当地阈值）的逐时计算要求；4.明确了与ISO52016-1中供热/制冷控制器模型的交互逻辑，修正了控制器比例带（ProportionalBand）的默认参数，避免因为过窄的比例带造成的计算抖动。（四）与我国相关标准的对标分析当前我国建筑节能设计中涉及动态围护结构的内容，主要见于《民用建筑热工设计规范》（GB50176-2016）和《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350-2019）。其中，GB/T51350对PCM墙体、可变遮阳装置的节能设计具有原则性要求，但其计算依据仍为静态等效近似方法——如将PCM的作用等效为一个附加的当量热阻或当量热容，未充分反映其逐时特性。相比之下，DINENISO52016-3-2026的精细化程度更高，能够输出完整的逐时热流曲线，可为我国智能围护结构的能耗检测认证提供更严谨的数学工具。考虑到欧盟标准体系的有效性以及我国参与国际标准建设的"走出去"战略，该标准可以作为我国编制相应国家标准和行业标准的重要参照蓝本。四、标准的主要创新点本标准的发布可以在以下维度总结其创新价值：1.统一术语体系与信息交换格式：首次在国际标准层面给出了"自适应建筑围护结构元素"（adaptivebuildingenvelopeelement）的严格定义，定义了构件状态下可理解性变换所需的统一数据字典（DataDictionary）。这使得不同国家和地区、不同软件平台之间的数据交换和结果互认成为可能。2.解决动态-静态耦合难题：在ISO52016-1的逐时框架内，将自适应构件的动态参数变化嵌入到热平衡方程组中，形成了完整的耦合求解路径。对于非线性PCM材料问题，该标准引入了增量迭代（增量-迭代求解器），有效地在计算稳定性和收敛效率之间取得平衡。3.兼顾精度与工程适用性：用户在计算模型中可以选择三个精度等级：简化法（基于构件的日平均等效热特性）、详细法（基于小时数据）和高级法（基于子小时时间步长及CFD预计算结果的外部导入）。这使得该标准既能满足认证计算的需求，又可适用于概念设计阶段的快速评估。4.前向兼容性与模块化架构：标准对自适应构件进一步细分为自响应型（self-responsive）和受控型（controlled），前者如热致变色材料和PCM，后者如电致变色玻璃和电动百叶。针对受控型构件，还定义了控制策略输入参数（如辐照度阈值、室内温度设定值、时间表），这为与楼宇自控系统（BACS）的标准接口（ISO52120-1）预留了衔接空间。五、主要参与单位介绍在本标准的引进、采纳和本地化过程中，德国联邦建筑与空间规划局（BBSR,BundesinstitutfürBau-,Stadt-undRaumforschung）发挥了关键作用。该机构隶属于德国联邦住房、城市发展与建设部（BMWSB），是德国在ISO/TC163和CEN/TC371中的全国对口技术归口单位。BBSR的核心职责包括：协调德国建筑领域标准化利益，组织国内利益相关方（研究机构、工业界、检测机构、工程师协会）形成统一的德国立场文件（GermanPositionPaper），在国际标准制定过程中代表德国投票。在ISO52016-3的编制期间，BBSR联合弗劳恩霍夫建筑物理研究所（FraunhoferIBP）组建了专项工作组，贡献了PCM墙体动态热特性实验数据集和智能窗热工参数的验证成果。同时，BBSR还负责组织全德范围内DIN标准的意见征求和形式审查，确保DINENISO52016-3-2026与德国《建筑能源法》（GEG,Gebäudeenergiegesetz）的能耗计算规则协调一致。此外，在标准转化过程中，德国工程师协会（VDI）和德国标准化协会（DIN）建筑与土木工程标准委员会（NABau）的专家亦深度参与，解决了标准文本从英语向德语翻译时的术语一致性问题（如"adaptivebuildingenvelopeelement"统一译为"adaptiveGebäudehüllenelemente"），并对A1:2025修正案的技术内容进行了逐条核对。上述机构的工作保障了该标准在德国的顺利实施。六、影响与展望从国际视野来看，DINENISO52016-3-2026的发布具有深远的政策含义和市场效应。对德国而言，该标准的实施将直接服务于GEG对智能建筑技术和可再生能源与建筑一体化的补贴项目——联邦经济事务和气候保护部（BMWK）的"气