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兩種住宅建筑節能評估方法的比較

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]


    摘要： 隨著夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準的頒布，住宅的節能評估對節能工作的實施和推廣起到了至關重要的作用，本文分別探討了節能評估中常用的兩種方法??節能綜合指標限值法和對比評定法，并使用建筑能耗動態模擬軟件DeST，計算了三種不同類型住宅建筑的全年采暖空調能耗，采用這兩種節能評估方法分別分析了節能效果，結果表明對比評定法比現有標準中的限值法更符合實際情況，更有利于住宅節能技術的推廣應用。

    關鍵詞： 節能評估 對比評定法 參照建筑 動態模擬

    1 前言
    居住建筑采用節能措施是改善室內熱舒適環境和降低建筑能源消耗的重要手段，近年來隨著我國住宅產業的蓬勃發展，大量的新型住宅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和規范也相繼出臺，對居住建筑提出了節能要求及節能措施。而評價住宅是否達到了節能標準就必然涉及到具體的節能評估方法，正確的節能評估方法有利于合理適用的節能技術及措施的推廣，是促進住宅節能事業發展的關鍵。

    按照《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（以下簡稱《標準》）的規定，評估節能建筑應首先校和該建筑各個朝向的窗墻比和外窗以及圍護結構熱工性能等各項參數是否都滿足《標準》的要求，即優先采用“規定性指標”來評價居住建筑的節能效果。然而，住宅產業的商業化進程促使住宅建筑的設計日趨多樣化和個性化，越來越多的住宅建筑不能完全滿足《標準》中“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，此時需采用《標準》中的“性能性指標”，即動態模擬分析方法，計算建筑物全年的采暖空調能耗，對節能效果進行評價。

    采用動態方法計算住宅建筑能耗，一般又包括兩種節能評價方法：“節能綜合指標限值法”和“對比評定法”。下面對這兩種方法分別加以闡述并進行對比分析。

    2 節能綜合指標限值法
    采用“節能綜合指標限值法”評價建筑物的節能效果是指在《標準》規定的計算條件下，計算建筑物的節能綜合指標，即采暖年耗電量和空調年耗電量之和，并與該建筑所在城市的節能綜合指標限值相比較，如果計算值不高于標準規定的限值，就認為該建筑達到了節能要求，如果計算值高于標準規定的限值，則認為該建筑未達到節能要求，此時需調整該建筑物的熱工性能，直到計算結果滿足限值要求。

    夏熱冬冷地區范圍內的不同城市由于氣象條件的差異，節能綜合指標限值也有所不同，其具體數值是在標準計算工況下，通過對兩棟典型六層建筑的全年采暖空調耗電量進行模擬計算來確定的。這兩棟建筑的建筑面積各2200 m2左右，體形系數0.31和0.35，南北朝向，每層兩個單元四戶，每戶建筑面積稍小于100 m2，分為2~3個臥室，1個起居室，1個廚房，1~2個衛生間。臥室和起居室控制溫度和換氣次數，衛生間和廚房不控溫。東西山墻不開窗，南北墻上的窗戶都有水平遮陽。外墻的傳熱系數為1.54W/（m2?K），屋頂的傳熱系數為0.93 W/（m2?K），窗戶的傳熱系數為3.1 W/（m2?K）。將這兩棟典型建筑放到夏熱冬冷地區的合肥、南京、上海、杭州、武漢、長沙、南昌、成都、重慶9個大城市的逐時氣象條件下計算，把計算出來的一些結果按采暖度日數HDD18和空調度日數CDD26回歸，得到與HDD18（CDD26）相對應的建筑耗熱量（耗冷量）指標和采暖（空調）年耗電量關系。根據回歸得到的關系式計算并繪制出對應不同采暖度日數HDD18和空調度日數CDD26下的建筑物節能綜合指標限值的數據表格，然后根據具體建筑所在城市對應的采暖和空調度日數，采用線性內插法確定該市的全年采暖及空調耗電量限值，例如通過這種方法可以確定上海地區住宅建筑的節能綜合指標限值為55.1 kW?h/ m2。由此可見，限值法中的“限值”實質上是典型多層標準建筑的全年采暖空調耗電量值。

    3 對比評定法
    采用“對比評定法”評價建筑物的節能效果是指將評估建筑物的采暖空調能耗和相應的參照建筑物的采暖空調能耗作對比，根據對比的結果來判定所設計的建筑物是否符合節能要求。其中參照建筑是對比評定法中一個非常重要的概念，參照建筑是一個假想建筑，它與評估對象在大小、形狀等方面完全一致，其圍護結構的熱工性能滿足《標準》中規定性指標的要求，因此參照建筑是符合節能要求的建筑。將評估建筑與參照建筑進行能耗的計算對比，如果評估建筑的能耗不高于參照建筑的能耗，則認為它滿足節能標準的要求；如果評估建筑的能耗高于參照建筑的能耗，則認為該建筑達不到節能要求，必須調整該建筑的熱工性能，然后再進行對比計算，直到不高于參照建筑的能耗。

    采用對比評定法評價住宅建筑的節能效果關鍵在于參照建筑熱工參數的正確選取。參照建筑應按以下規定來確定：（1）參照建筑的建筑外形、朝向、建筑面積、外墻表面面積、屋面面積均應與評估建筑相同；（2）參照建筑各朝向的開窗面積應與評估建筑相同，但當評估建筑某朝向外窗面積超過《標準》規定，參照建筑該朝向的外窗面積應減小到使該朝向窗墻比達到規定的上限值；（3）參照建筑圍護結構的各項熱工性能指標均取《標準》規定的相應限值。

    “對比評定法”是一種靈活、切實的方法，已被《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》、上海市《公共建筑節能設計標準》以及國外許多建筑節能標準所廣泛采用。

    4 兩種方法的對比分析
    通過以上介紹，可以發現“節能綜合指標限值法”和“對比評定法”的主要區別在于選取的建筑能耗比較基準上有所不同，前者以固定數值作為比較基準，后者則以參照建筑的模擬計算數值作為比較基準。限值法操作方便，采用固定數值來評估所有類型建筑的節能效果。然而相關的理論研究和大量的工程實踐表明，不同類型的建筑要達到相同的能耗指標所采用的節能措施有很大差別。一般而言，高層建筑比較容易滿足節能要求，而低層建筑則較難達標，即使對同類型建筑，由于體型系數等參數不同，建筑能耗也相差很大。另外，計算建筑面積和空調面積稍有誤差也會導致最終評估結論大相徑庭。而“對比評定法”比較靈活，參照建筑的能耗是變化的數值，即不同的建筑采用不同的對比基準，因而更加切合實際。下面選取了位于上海地區的三棟住宅建筑，通過動態模擬計算，并采用兩種評估方法進行節能評估和節能分析，具體模擬計算均采用清華大學建筑技術科學系研發的DeST住宅建筑節能評估軟件，計算條件與《標準》的規定一致。

    實例1東方金門花園（見圖1）

    該建筑有25層，建筑類型為高層住宅，采用ZL膠粉聚苯顆粒保溫漿料作內保溫。圍護結構熱工參數為：1－5層外墻平均傳熱系數Km＝1.48 W/（m2?K），6－25層外墻平均傳熱系數Km＝1.50 W/（m2?K），屋面平均傳熱系數Km＝1.00 W/（m2?K），外窗傳熱系數K＝3.70 W/（m2?K），計權窗墻比0.25。計算結果和評價結論見表1：


    實例2漓江山水花園（見圖2


    該建筑屬于低層獨立建筑，采用擠塑聚苯板作外保溫。圍護結構熱工參數為：外墻平均傳熱系數Km＝0.84 W/（m2?K），屋面平均傳熱系數Km＝0.51 W/（m2?K），外窗傳熱系數K＝2.70 W/（m2?K），計權窗墻比0.19。在統計建筑面積時，未考慮地下室和車庫的面積。
    結果和評價結論見表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。圍護結構熱工參數為：外墻平均傳熱系數Km＝0.86 W/（m2?K）左右，屋面平均傳熱系數Km＝0.67 W/（m2?K），外窗傳熱系數K＝3.0 W/（m2?K），計權窗墻比0.25。計算結果和評價結論見表3：


    以上三個實例的模擬計算結果表明，對不同類型的住宅建筑采用兩種方法得出的節能評估結論不盡相同：對高層住宅（東方金門花園），“綜合指標限值法”評價較高，“對比評定法”則基本達標；對獨立別墅（漓江山水花園），“綜合指標限值法”評價是不節能，“對比評定法”則是節能效果明顯；對多層住宅（東方城市花園），兩種方法的評價都是達到節能要求。如果從建筑物圍護結構熱工性能方面來評估以上三個建筑，它們基本都能滿足標準的節能要求，這與“對比評定法”的評估結論是一致的。另外按照對比評定法的定義，參照建筑符合節能標準，但若采用“限值法”來評估與低層建筑相對應的參照建筑（漓江山水花園）時，卻得出不符合節能標準的結論，這顯然是自相矛盾的。究其原因，還是由于“限值法”中的限值對應多層標準住宅建筑的能耗，不適用于其他的建筑類型，所以評估多層住宅時兩種方法的結論一致，而評估高層建筑和低層建筑時卻不相同。城市高層住宅建筑的全年采暖空調能耗總量巨大，遠大于其他建筑類型的能耗，應加強節能方面的要求，而采用限值法評估，高層建筑很容易達到節能標準要求，甚至出現對其不采用節能措施也能達標的情況，這顯然違背了節能評估的最終目的。

    5 結論
    使用動態模擬軟件DeST對不同類型住宅建筑進行能耗計算，并采用兩種節能評估方法進行節能評估，通過結果的對比分析，可以得出以下結論：

    （1）現行節能標準規定采用的“節能綜合指標限值法”僅適用于多層住宅的節能評估，不宜應用于其他類型，尤其是高層住宅的節能評估。

    （2）“對比評定法”是一種靈活、切實的節能評估方法，適用于不同建筑類型的節能評估，因而比采用限值法更為科學合理，更有利于建筑節能事業發展，值得借鑒推廣。

    參考文獻
    1 中華人民共和國行業標準??夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準.JGJ134-2001.北京:中國建筑工業出版社，2001

    2 中華人民共和國行業標準??夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準. JGJ75-2003.北京:中國建筑工業出版社，2003

    3 朗四維，林海燕.暖通空調，2001,4（31）：12～15

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