摘 要:總結了目前已有的各種
建筑能耗的評價方式,包括規定性指標,綜合性指以及建立在建筑能耗模擬上的年能耗評價等方法,并分析了各自的優缺點,最后闡明了完善建筑能耗評價標準工作的意義。
關鍵詞:建筑能耗 模擬分析 節能
1.前言
隨著經濟的發展,人民生活水平的提高和
采暖空調的越來越普及,建筑能耗占總建筑能耗的比例呈逐年上升趨勢,采暖空調能耗也越來越高。
建筑節能就是在這種環境下提出來的一項措施,建筑節能措施是改善室內熱舒適環境和減少建筑能源消耗的重要手段。近年來隨著全國建筑產業的蓬勃發展,大量的新型建筑
節能技術得到了廣泛的推廣及應用,一系列與節能相關的標準也相繼出臺對各種建筑提出了節能要求。正確評價建筑的節能效果,合理推廣適用的節能技術和措施已成為實現居住建筑節能的關鍵。
本文主要針對目前已有的建筑能耗評價方法分別加以闡述并進行了優缺點分析。
2. 建筑的能耗評價方式
在各種
建筑節能設計標準或規范中,對建筑能耗的定量分析可以分為以下幾種評價方法:
一是規定性指標(Compulsory Index),即對各能耗系統的最高能耗進行規定。該方法可以進一步細分為兩類。
一類是對建筑的各組成元素進行規定,如建筑
圍護結構(墻體、屋面、
門窗)的
傳熱系數、體形系數、
窗墻比、
遮陽,以及采暖、空調、照明
設備最小能效指標等規定一個限值。具體參數有建筑圍護結構各部位的傳熱系數K(U-&#118alue)或傳熱
熱阻R,
熱損失系數(規定每度室內外溫差單位時間每平方米建筑面積的熱損失不超過法定的指標,W/m2℃),空調系統的季節能效比SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio),供熱季節性能系數HSPF(Heating Season Performance Factor),綜合部分負荷IPLV(Integrated Part Load &#118alue),能效比EER(Energy Efficiency Ratio),能效系數COP 等。
然而,建筑的設計日趨多樣化和個性化,許多建筑往往不能完全滿足這些規定性指標的要求,例如南向外墻采用大面積
玻璃窗導致南向窗墻比超標,建筑體形復雜多變導致體形系數過大等。因此,這種分項指標由于過于具體,而且各指標評價相對獨立,缺乏有效的關聯,無法進行建筑各部分能耗綜合全面的分析;各個指標規定太死板,也限制了建筑師的設計自由和創造性。
另一類是對各能耗系統的總性能進行規定,即不具體規定建筑局部的
熱工性能,允許設計師在某個環節有一定的突破,但在整個綜合能耗上滿足規定,從而給設計師較大自由發揮的空間。如圍護結構的綜合指標:綜合傳熱值OTTV(Overall Thermal Transfer &#118alue),周邊全年負荷系數PAL(Perimeter Annual Load),空調系統的綜合評價指標:空調能量消耗系數CEC/AC(Co-efficient of energy consumption for air conditioning )等。該指標滿足了設計師、設備工程師自由設計和建筑節能規范控制兩方面的需求。
二是綜合性指標(Integrated Index),即綜合影響建筑能耗各個方面的因素,包括建筑圍護結構,空調系統,其他建筑設備等,通過建筑能耗的統計數據,以建筑實際的能耗數據(如耗電量、耗煤量、天然氣消耗等)作為表達建筑能耗現狀的指標。
以年能耗作為評價指標的一類方法其優點是顯著的:計算(統計)方法明確,客觀,能夠比較廣泛地從各個側面反映了建筑的綜合能耗性能,而且可以方便的轉化為經濟指標,直接與建筑運行的成本相關聯,比較容易被接受和運用。
然而這類數據并不能全面地評價現有建筑能耗狀況,建筑能耗與許多主觀、客觀因素相關,這種籠統地評價,并沒有考慮到影響建筑能耗的各個相互關聯的因素,給出的一個絕對指標不足以反映建筑節能的潛力(能耗數據高可能因為需求本身就高,也可能建筑設計不合理,設備維護管理不善等等原因)。
三是建立在建筑能耗模擬上的年能耗評價。據有代表意義的是ASHARE90.1 提出的能量費用預算法(能耗準則數)。
根據實際設計的建筑物構造標準建筑物,然后能耗模擬計算軟件分別計算設計建筑物的年能耗費用(DEC)和標準建筑物的年能耗費用(SEC),如果計算結果滿足DEC≤SEC 則認為達到了要求,否則就得采取一定的節能措施和節能設計方法按照設計建筑物的現場條件修改設計建筑物,直到上式成立。
由于標準建筑物隨著設計建筑物的不同而不同,標準建筑物的年能耗費用指標(SEC)將隨著建筑物的不同而不同,并不是事先規定好的某個值。這樣就無法對SEC 確定某一個具體的數值作為衡量建筑物是否達標的量度值,所以引入了一個新的指標E=DEC/SEC,使其成為一個無量綱的數,同時,根據標準中的“當DEC≤SEC 時為符合標準”,轉化成當“E≤1”時為符合標準,這樣對不同的建筑物就有一個具體的數值去規范,即E 不能超過1,否則認為不符合標準。
但是尺有所短,寸有所長,雖然對整棟建筑能耗的精確模擬已經成為可能,并且日益方便,計算更加快速,但也不是解決所有問題的萬靈丹,目前出現的問題如下:
(1)這種方法只不過是一種高級的近似和預測
目前,所有的模擬計算都是在設定的理想參數下(氣象條件,室內溫度等)進行計算,不能反映建筑實際運行狀態下的能耗狀況。一方面建筑模型本身就有一定的誤差,另一方面在實際計算的過程中,對一些無法實際測量的數據會取缺省值,這些模糊的缺省值也會給計算的結果增加不
可靠性。例如天氣條件的影響。精確模擬所依據的是近30 年氣象數據形成的典型氣象年數據,但實際的氣候條件卻是多變的。一些偶然極不利的天氣條件(極冷或極熱),會造成建筑能耗與模擬計算較大的差距。
除了輸入參數和計算模型本身的不足以外,還有一些無法量化的,對建筑能耗存在較大影響的因素也無法反映在模擬結果中。比如:工作人員的行為方式,也即工作人員的節能意識的高低,是否能在日常工作和生活中處處注意到主動的節能,或者造成大量無意識的能源浪費;設備的維護。建筑設備如空調系統也不可能按照設計進行維護和操作,這取決于能源管理人員的素質。對我國而言,能源管理只是物業管理中利潤并不豐厚的一部分(目前狀況),物業管理簡單體力勞動的模式也不可能形成良好的設施管理環境,可以想見,即使一些高能效的設備也不會得到充分的利用發揮出應有的節能效果。
以上任一個方面都會造成模擬能耗與實際能耗較大的差距,如果幾個因素同時起作用,與實際能耗的偏離就更大。既然建筑能耗的模擬本身與建筑,尤其是現有建筑的實際能耗存在著一定的差距,就可以認為建筑能耗模擬的目的并不在于獲得原型建筑的精確能耗數據,而是得到一個達到一定準確程度的近似。
(2)專業性過強
對建筑及其能耗系統進行模擬,雖然是建筑能耗系統效率評價和建筑節能標準規范一致性評估的一種有效方法,但以此為基礎的眾多評價工具(評價軟件),大多是針對專業人員—建筑師,暖通設備工程師——設計,建筑的實際使用者或者業主、物業管理等不具備建筑
能源系統相關專業知識的人員,則無法通過這種方式對自己的房屋能耗狀況有一個基本的了解。
3.建筑能耗評價標準的意義
3.1對已有建筑的評估方法
我國目前所有的節能標準均是針對設計建筑,即對節能設計進行規范的標準。這樣雖然遏制了源頭上浪費,為建筑日后的節能運行創造了較好的條件,但對于數量眾多的存量建筑而言卻沒有考慮過,也沒有一種建議性的標準或者規范鼓勵現有建筑的節能改造。
3.2在進行模擬分析之前做大概的估算,為模擬分析提供參照
動態模擬只是基于建筑理想狀態的能耗預測,建筑的定性分析則完全基于現有建筑運行現狀的評價。因而,定性評價的結果可以作為動態模擬評價的參考,對相關的參數作進一步修正和調整,或者采取其他近似的模型。
3.3建筑節能理念的宣傳
大眾對建筑能耗的不了解極大的影響了建筑節能相關政策和建筑節能服務的推廣。定性的評價方法有助于大眾了解自己所處環境的能耗現狀,尤其是通過這樣自我的評價,可以了解現有建筑是否具有節能潛力,以及那些方面具有改進的余地,從而主動的尋求相關的改進措施,達到主動節能的效果。
參考文獻
[1] 《夏熱冬冷地區
居住建筑節能設計標準JGJ134-2001》[S].北京:中國建筑工業出版社,2001。
[2] 關于
住宅建筑空調能耗評價方法的研究,張曉亮 清華大學
建筑技術科學系。
[3]
高層建筑節能評估方法研究,范宏武 卜震 曹毅然 陸善后 李德榮上海市建筑科學研究院。
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