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兩種住宅建筑節(jié)能評(píng)估方法的比較

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]


    摘要： 隨著夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，住宅的節(jié)能評(píng)估對(duì)節(jié)能工作的實(shí)施和推廣起到了至關(guān)重要的作用，本文分別探討了節(jié)能評(píng)估中常用的兩種方法??節(jié)能綜合指標(biāo)限值法和對(duì)比評(píng)定法，并使用建筑能耗動(dòng)態(tài)模擬軟件DeST，計(jì)算了三種不同類(lèi)型住宅建筑的全年采暖空調(diào)能耗，采用這兩種節(jié)能評(píng)估方法分別分析了節(jié)能效果，結(jié)果表明對(duì)比評(píng)定法比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的限值法更符合實(shí)際情況，更有利于住宅節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞： 節(jié)能評(píng)估 對(duì)比評(píng)定法 參照建筑 動(dòng)態(tài)模擬

    1 前言
    居住建筑采用節(jié)能措施是改善室內(nèi)熱舒適環(huán)境和降低建筑能源消耗的重要手段，近年來(lái)隨著我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，大量的新型住宅節(jié)能技術(shù)得到了廣泛的推廣及應(yīng)用，一系列與節(jié)能相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也相繼出臺(tái)，對(duì)居住建筑提出了節(jié)能要求及節(jié)能措施。而評(píng)價(jià)住宅是否達(dá)到了節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)就必然涉及到具體的節(jié)能評(píng)估方法，正確的節(jié)能評(píng)估方法有利于合理適用的節(jié)能技術(shù)及措施的推廣，是促進(jìn)住宅節(jié)能事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

    按照《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）的規(guī)定，評(píng)估節(jié)能建筑應(yīng)首先校和該建筑各個(gè)朝向的窗墻比和外窗以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能等各項(xiàng)參數(shù)是否都滿(mǎn)足《標(biāo)準(zhǔn)》的要求，即優(yōu)先采用“規(guī)定性指標(biāo)”來(lái)評(píng)價(jià)居住建筑的節(jié)能效果。然而，住宅產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化進(jìn)程促使住宅建筑的設(shè)計(jì)日趨多樣化和個(gè)性化，越來(lái)越多的住宅建筑不能完全滿(mǎn)足《標(biāo)準(zhǔn)》中“規(guī)定性指標(biāo)”的要求，例如南向外墻采用大面積玻璃窗導(dǎo)致南向窗墻比超標(biāo)，建筑體形復(fù)雜多變導(dǎo)致體形系數(shù)過(guò)大，此時(shí)需采用《標(biāo)準(zhǔn)》中的“性能性指標(biāo)”，即動(dòng)態(tài)模擬分析方法，計(jì)算建筑物全年的采暖空調(diào)能耗，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    采用動(dòng)態(tài)方法計(jì)算住宅建筑能耗，一般又包括兩種節(jié)能評(píng)價(jià)方法：“節(jié)能綜合指標(biāo)限值法”和“對(duì)比評(píng)定法”。下面對(duì)這兩種方法分別加以闡述并進(jìn)行對(duì)比分析。

    2 節(jié)能綜合指標(biāo)限值法
    采用“節(jié)能綜合指標(biāo)限值法”評(píng)價(jià)建筑物的節(jié)能效果是指在《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的計(jì)算條件下，計(jì)算建筑物的節(jié)能綜合指標(biāo)，即采暖年耗電量和空調(diào)年耗電量之和，并與該建筑所在城市的節(jié)能綜合指標(biāo)限值相比較，如果計(jì)算值不高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，就認(rèn)為該建筑達(dá)到了節(jié)能要求，如果計(jì)算值高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，則認(rèn)為該建筑未達(dá)到節(jié)能要求，此時(shí)需調(diào)整該建筑物的熱工性能，直到計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足限值要求。

    夏熱冬冷地區(qū)范圍內(nèi)的不同城市由于氣象條件的差異，節(jié)能綜合指標(biāo)限值也有所不同，其具體數(shù)值是在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算工況下，通過(guò)對(duì)兩棟典型六層建筑的全年采暖空調(diào)耗電量進(jìn)行模擬計(jì)算來(lái)確定的。這兩棟建筑的建筑面積各2200 m2左右，體形系數(shù)0.31和0.35，南北朝向，每層兩個(gè)單元四戶(hù)，每戶(hù)建筑面積稍小于100 m2，分為2~3個(gè)臥室，1個(gè)起居室，1個(gè)廚房，1~2個(gè)衛(wèi)生間。臥室和起居室控制溫度和換氣次數(shù)，衛(wèi)生間和廚房不控溫。東西山墻不開(kāi)窗，南北墻上的窗戶(hù)都有水平遮陽(yáng)。外墻的傳熱系數(shù)為1.54W/（m2?K），屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)為0.93 W/（m2?K），窗戶(hù)的傳熱系數(shù)為3.1 W/（m2?K）。將這兩棟典型建筑放到夏熱冬冷地區(qū)的合肥、南京、上海、杭州、武漢、長(zhǎng)沙、南昌、成都、重慶9個(gè)大城市的逐時(shí)氣象條件下計(jì)算，把計(jì)算出來(lái)的一些結(jié)果按采暖度日數(shù)HDD18和空調(diào)度日數(shù)CDD26回歸，得到與HDD18（CDD26）相對(duì)應(yīng)的建筑耗熱量（耗冷量）指標(biāo)和采暖（空調(diào)）年耗電量關(guān)系。根據(jù)回歸得到的關(guān)系式計(jì)算并繪制出對(duì)應(yīng)不同采暖度日數(shù)HDD18和空調(diào)度日數(shù)CDD26下的建筑物節(jié)能綜合指標(biāo)限值的數(shù)據(jù)表格，然后根據(jù)具體建筑所在城市對(duì)應(yīng)的采暖和空調(diào)度日數(shù)，采用線(xiàn)性?xún)?nèi)插法確定該市的全年采暖及空調(diào)耗電量限值，例如通過(guò)這種方法可以確定上海地區(qū)住宅建筑的節(jié)能綜合指標(biāo)限值為55.1 kW?h/ m2。由此可見(jiàn)，限值法中的“限值”實(shí)質(zhì)上是典型多層標(biāo)準(zhǔn)建筑的全年采暖空調(diào)耗電量值。

    3 對(duì)比評(píng)定法
    采用“對(duì)比評(píng)定法”評(píng)價(jià)建筑物的節(jié)能效果是指將評(píng)估建筑物的采暖空調(diào)能耗和相應(yīng)的參照建筑物的采暖空調(diào)能耗作對(duì)比，根據(jù)對(duì)比的結(jié)果來(lái)判定所設(shè)計(jì)的建筑物是否符合節(jié)能要求。其中參照建筑是對(duì)比評(píng)定法中一個(gè)非常重要的概念，參照建筑是一個(gè)假想建筑，它與評(píng)估對(duì)象在大小、形狀等方面完全一致，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能滿(mǎn)足《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定性指標(biāo)的要求，因此參照建筑是符合節(jié)能要求的建筑。將評(píng)估建筑與參照建筑進(jìn)行能耗的計(jì)算對(duì)比，如果評(píng)估建筑的能耗不高于參照建筑的能耗，則認(rèn)為它滿(mǎn)足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求；如果評(píng)估建筑的能耗高于參照建筑的能耗，則認(rèn)為該建筑達(dá)不到節(jié)能要求，必須調(diào)整該建筑的熱工性能，然后再進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，直到不高于參照建筑的能耗。

    采用對(duì)比評(píng)定法評(píng)價(jià)住宅建筑的節(jié)能效果關(guān)鍵在于參照建筑熱工參數(shù)的正確選取。參照建筑應(yīng)按以下規(guī)定來(lái)確定：（1）參照建筑的建筑外形、朝向、建筑面積、外墻表面面積、屋面面積均應(yīng)與評(píng)估建筑相同；（2）參照建筑各朝向的開(kāi)窗面積應(yīng)與評(píng)估建筑相同，但當(dāng)評(píng)估建筑某朝向外窗面積超過(guò)《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，參照建筑該朝向的外窗面積應(yīng)減小到使該朝向窗墻比達(dá)到規(guī)定的上限值；（3）參照建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)熱工性能指標(biāo)均取《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的相應(yīng)限值。

    “對(duì)比評(píng)定法”是一種靈活、切實(shí)的方法，已被《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、上海市《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及國(guó)外許多建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)所廣泛采用。

    4 兩種方法的對(duì)比分析
    通過(guò)以上介紹，可以發(fā)現(xiàn)“節(jié)能綜合指標(biāo)限值法”和“對(duì)比評(píng)定法”的主要區(qū)別在于選取的建筑能耗比較基準(zhǔn)上有所不同，前者以固定數(shù)值作為比較基準(zhǔn)，后者則以參照建筑的模擬計(jì)算數(shù)值作為比較基準(zhǔn)。限值法操作方便，采用固定數(shù)值來(lái)評(píng)估所有類(lèi)型建筑的節(jié)能效果。然而相關(guān)的理論研究和大量的工程實(shí)踐表明，不同類(lèi)型的建筑要達(dá)到相同的能耗指標(biāo)所采用的節(jié)能措施有很大差別。一般而言，高層建筑比較容易滿(mǎn)足節(jié)能要求，而低層建筑則較難達(dá)標(biāo)，即使對(duì)同類(lèi)型建筑，由于體型系數(shù)等參數(shù)不同，建筑能耗也相差很大。另外，計(jì)算建筑面積和空調(diào)面積稍有誤差也會(huì)導(dǎo)致最終評(píng)估結(jié)論大相徑庭。而“對(duì)比評(píng)定法”比較靈活，參照建筑的能耗是變化的數(shù)值，即不同的建筑采用不同的對(duì)比基準(zhǔn)，因而更加切合實(shí)際。下面選取了位于上海地區(qū)的三棟住宅建筑，通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，并采用兩種評(píng)估方法進(jìn)行節(jié)能評(píng)估和節(jié)能分析，具體模擬計(jì)算均采用清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系研發(fā)的DeST住宅建筑節(jié)能評(píng)估軟件，計(jì)算條件與《標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定一致。

    實(shí)例1東方金門(mén)花園（見(jiàn)圖1）

    該建筑有25層，建筑類(lèi)型為高層住宅，采用ZL膠粉聚苯顆粒保溫漿料作內(nèi)保溫。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)為：1－5層外墻平均傳熱系數(shù)Km＝1.48 W/（m2?K），6－25層外墻平均傳熱系數(shù)Km＝1.50 W/（m2?K），屋面平均傳熱系數(shù)Km＝1.00 W/（m2?K），外窗傳熱系數(shù)K＝3.70 W/（m2?K），計(jì)權(quán)窗墻比0.25。計(jì)算結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)論見(jiàn)表1：


    實(shí)例2漓江山水花園（見(jiàn)圖2


    該建筑屬于低層獨(dú)立建筑，采用擠塑聚苯板作外保溫。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)為：外墻平均傳熱系數(shù)Km＝0.84 W/（m2?K），屋面平均傳熱系數(shù)Km＝0.51 W/（m2?K），外窗傳熱系數(shù)K＝2.70 W/（m2?K），計(jì)權(quán)窗墻比0.19。在統(tǒng)計(jì)建筑面積時(shí)，未考慮地下室和車(chē)庫(kù)的面積。
    結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)論見(jiàn)表2：

    該建筑為典型的六層多層住宅，采用膨脹聚苯板作外墻外保溫，擠塑聚苯板作屋面保溫。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)為：外墻平均傳熱系數(shù)Km＝0.86 W/（m2?K）左右，屋面平均傳熱系數(shù)Km＝0.67 W/（m2?K），外窗傳熱系數(shù)K＝3.0 W/（m2?K），計(jì)權(quán)窗墻比0.25。計(jì)算結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)論見(jiàn)表3：


    以上三個(gè)實(shí)例的模擬計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)不同類(lèi)型的住宅建筑采用兩種方法得出的節(jié)能評(píng)估結(jié)論不盡相同：對(duì)高層住宅（東方金門(mén)花園），“綜合指標(biāo)限值法”評(píng)價(jià)較高，“對(duì)比評(píng)定法”則基本達(dá)標(biāo)；對(duì)獨(dú)立別墅（漓江山水花園），“綜合指標(biāo)限值法”評(píng)價(jià)是不節(jié)能，“對(duì)比評(píng)定法”則是節(jié)能效果明顯；對(duì)多層住宅（東方城市花園），兩種方法的評(píng)價(jià)都是達(dá)到節(jié)能要求。如果從建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能方面來(lái)評(píng)估以上三個(gè)建筑，它們基本都能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能要求，這與“對(duì)比評(píng)定法”的評(píng)估結(jié)論是一致的。另外按照對(duì)比評(píng)定法的定義，參照建筑符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，但若采用“限值法”來(lái)評(píng)估與低層建筑相對(duì)應(yīng)的參照建筑（漓江山水花園）時(shí)，卻得出不符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論，這顯然是自相矛盾的。究其原因，還是由于“限值法”中的限值對(duì)應(yīng)多層標(biāo)準(zhǔn)住宅建筑的能耗，不適用于其他的建筑類(lèi)型，所以評(píng)估多層住宅時(shí)兩種方法的結(jié)論一致，而評(píng)估高層建筑和低層建筑時(shí)卻不相同。城市高層住宅建筑的全年采暖空調(diào)能耗總量巨大，遠(yuǎn)大于其他建筑類(lèi)型的能耗，應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能方面的要求，而采用限值法評(píng)估，高層建筑很容易達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至出現(xiàn)對(duì)其不采用節(jié)能措施也能達(dá)標(biāo)的情況，這顯然違背了節(jié)能評(píng)估的最終目的。

    5 結(jié)論
    使用動(dòng)態(tài)模擬軟件DeST對(duì)不同類(lèi)型住宅建筑進(jìn)行能耗計(jì)算，并采用兩種節(jié)能評(píng)估方法進(jìn)行節(jié)能評(píng)估，通過(guò)結(jié)果的對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：

    （1）現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用的“節(jié)能綜合指標(biāo)限值法”僅適用于多層住宅的節(jié)能評(píng)估，不宜應(yīng)用于其他類(lèi)型，尤其是高層住宅的節(jié)能評(píng)估。

    （2）“對(duì)比評(píng)定法”是一種靈活、切實(shí)的節(jié)能評(píng)估方法，適用于不同建筑類(lèi)型的節(jié)能評(píng)估，因而比采用限值法更為科學(xué)合理，更有利于建筑節(jié)能事業(yè)發(fā)展，值得借鑒推廣。

    參考文獻(xiàn)
    1 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)??夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).JGJ134-2001.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001

    2 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)??夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn). JGJ75-2003.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003

    3 朗四維，林海燕.暖通空調(diào)，2001,4（31）：12～15

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