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GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》動(dòng)態(tài)節(jié)能率定量評(píng)估研究

2015-10-26

背景
  建筑節(jié)能是緩解我國(guó)能源緊缺矛盾,改善人民生活、工作條件,減輕環(huán)境污染,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑。我國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)完成了全過(guò)程、全氣候區(qū)、全類(lèi)型的覆蓋。
  GB  50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》)已經(jīng)完成修訂,準(zhǔn)確評(píng)估2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行后的全國(guó)公共建筑的降耗情況有助于跟蹤和衡量我國(guó)未來(lái)一段時(shí)間的建筑能耗水平,為國(guó)家建筑節(jié)能政策的落實(shí)和制定提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)也有助于根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)發(fā)展情況自下而上確定國(guó)家或地區(qū)的建筑節(jié)能發(fā)展目標(biāo);對(duì)于已經(jīng)確定宏觀節(jié)能減排量化目標(biāo)的地區(qū),可以利用建筑總體節(jié)能率自上而下進(jìn)行行業(yè)或技術(shù)類(lèi)別的節(jié)能減排量化目標(biāo),進(jìn)而明確相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑和應(yīng)采取的支持力度。
  不同于居住建筑,公共建筑種類(lèi)繁多、功能復(fù)雜,單一建筑內(nèi)存在多種功能,使其用能特征復(fù)雜,不同類(lèi)型、不同氣候區(qū)的公共建筑用能特點(diǎn)差異大,因此2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》提高不同氣候區(qū)公共建筑能效的重點(diǎn)存在較大區(qū)別。因此需要綜合考慮我國(guó)建筑特征、不同類(lèi)型公共建筑的能耗特點(diǎn)以及建筑的分布情況,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)修訂后的節(jié)能效果進(jìn)行全面準(zhǔn)確地評(píng)估。


  國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
  我國(guó)第一部建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頒布于1986年,之后按照先北方后南方、先居住建筑后公共建筑的發(fā)展順序,陸續(xù)出臺(tái)或更新了針對(duì)不同氣候區(qū)、不同建筑類(lèi)型的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表1。這些標(biāo)準(zhǔn)均以靜態(tài)基準(zhǔn)的節(jié)能率作為目標(biāo),靜態(tài)基準(zhǔn)是指我國(guó)1980—1981年通用設(shè)計(jì)建筑的能耗水平。

1 我國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能率情況

  GB  50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》)中公共建筑的100%能耗基準(zhǔn)值指的是以20世紀(jì)80年代建造的公共建筑作為比較能耗的基準(zhǔn)建筑,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、暖通空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)能效、照明設(shè)備相關(guān)參數(shù)都按照1980年代的情況選取。
  我國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估以特定時(shí)間的建筑能耗作為基準(zhǔn),不同氣候區(qū)、不同類(lèi)型的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)存在差異,在基準(zhǔn)上也存在差異。

 

  研究方法
  本文采用以上一版標(biāo)準(zhǔn)作為基準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn),采用能夠代表我國(guó)公共建筑用能特點(diǎn)、分布水平的典型公共建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)和建筑能耗模擬軟件作為工具,對(duì)2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》同2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行逐條比對(duì),定量分析對(duì)建筑能耗產(chǎn)生重要影響的條文的節(jié)能效果,以便更準(zhǔn)確反映建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)修訂后對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能的促進(jìn)作用和對(duì)建筑能耗降低的貢獻(xiàn)。

 

  《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》修編情況
  2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》較2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》有了較大的提升。主要技術(shù)內(nèi)容包括:更新了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值和冷熱源能效限值;圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值和冷源能效限值均按照建筑熱工分區(qū)分別作出規(guī)定——增加了窗墻面積比大于0.7時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值,增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行權(quán)衡判斷建筑物熱工性能所需達(dá)到的基本要求;補(bǔ)充細(xì)化了權(quán)衡計(jì)算的輸入輸出內(nèi)容和對(duì)權(quán)衡計(jì)算軟件的要求;增加了建筑分類(lèi)和建筑設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定;將原第3章室內(nèi)環(huán)境節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)移入附錄B圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的權(quán)衡計(jì)算;增加了不同氣候區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的電冷源綜合制冷性能系數(shù)限值,修訂了空調(diào)冷(熱)水系統(tǒng)耗電輸冷(熱)比、集中供暖系統(tǒng)耗電輸熱比、風(fēng)道系統(tǒng)單位風(fēng)量耗功率的計(jì)算方法及限值;新增了給水排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和可再生能源應(yīng)用的相關(guān)規(guī)定;增加了對(duì)超高、超大建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)復(fù)核的要求。
  通過(guò)對(duì)2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》和2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》的逐條比對(duì)可知,節(jié)能提升主要體現(xiàn)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值、暖通空調(diào)系統(tǒng)冷源和熱源的能效限制、輸送系統(tǒng)能效、過(guò)渡季免費(fèi)供冷、水力平衡、給水排水系統(tǒng)輸配能效、照明系統(tǒng)的能效提升以及可再生能源利用等方面。具體體現(xiàn)在第3.2.1,3.3.1,4.2.3,4.2.5,4.2.10,4.2.14,4.2.17,4.2.19共8條強(qiáng)制性條文。2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值和冷源能效限值進(jìn)行了分氣候區(qū)規(guī)定,分別見(jiàn)表2和表3,表2顯示了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值提升情況(以寒冷地區(qū)為例),表3顯示了冷水機(jī)組能效限值提升情況(以夏熱冬冷地區(qū)為例)。與此同時(shí),第3.2.2,3.2.5,3.2.10,3.2.11,3.2.12,3.3.5,3.4.1,4.2.4,4.2.6,4.2.11,4.2.12,4.2.15,4.2.18,4.2.20,4.3.3條等32條普通條文對(duì)建筑能耗有較大的影響。本文將通過(guò)建筑能耗模擬軟件對(duì)條文的變化進(jìn)行定量研究。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值提升情況(以寒冷地區(qū)為例)

注:2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》外窗遮陽(yáng)性能采用太陽(yáng)得熱系數(shù)SHGC表示,2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》則采用遮陽(yáng)系數(shù)Sc表示,對(duì)于玻璃而言,可以采用SHGC等于Sc乘以0.87計(jì)算。

 

  建筑能耗模型的建立
  我國(guó)公共建筑種類(lèi)繁多,為了研究公共建筑整體的、最具普適性的建筑性能指標(biāo)與建筑節(jié)能率的關(guān)系,開(kāi)發(fā)能夠用于分析研究代表我國(guó)公共建筑性能的工具,標(biāo)準(zhǔn)編制組建立了能夠代表我國(guó)公共建筑使用特點(diǎn)和分布特征的典型公共建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù),該數(shù)據(jù)庫(kù)包括2個(gè)部分:一是各類(lèi)公共建筑的物理參數(shù)和運(yùn)行特征;二是各類(lèi)公共建筑在各氣候區(qū)的分布特征。數(shù)據(jù)庫(kù)中典型建筑通過(guò)向國(guó)內(nèi)主要設(shè)計(jì)院、科研院所等單位征集確定,典型公共建筑基本情況見(jiàn)表4;其分布特征是在國(guó)家統(tǒng)計(jì)局提供數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上經(jīng)分析得到的。由公共建筑分布特征數(shù)據(jù)得到各類(lèi)公共建筑在各氣候區(qū)的分布權(quán)重及公共建筑整體在各個(gè)氣候區(qū)的分布權(quán)
重,氣候區(qū)典型城市見(jiàn)表5。

4 典型建筑模型情況


  2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》公共建筑模型是指完全按照2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》要求設(shè)置的典型公共建筑模型。主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法、冷熱源性能參數(shù)等信息,建筑模型完全滿(mǎn)足2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》和同時(shí)期的其他標(biāo)準(zhǔn)的要求。使用建筑能耗模擬軟件TRNSYS建立詳細(xì)的建筑能耗計(jì)算模型。逐一建立5個(gè)典型城市的7類(lèi)典型公共建筑的35個(gè)典型建筑模型,并統(tǒng)一采用典型氣象年數(shù)據(jù)。
  2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》公共建筑模型是指完全按照2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》要求設(shè)置的典型公共建筑模型,在2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》模型的基礎(chǔ)上,按照標(biāo)準(zhǔn)的提升,逐條對(duì)TRNSYS中的建筑能耗計(jì)算模型進(jìn)行修改,直至其完全滿(mǎn)足2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
  2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》公共建筑模型和2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》公共建筑模型均包括5個(gè)氣候區(qū)5個(gè)典型城市的7類(lèi)典型公共建筑,共計(jì)70個(gè)建筑能耗模擬計(jì)算模型。能耗計(jì)算范圍包括暖通空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng),所有能耗數(shù)據(jù)均統(tǒng)一換算為一次能源。

 

  定量節(jié)能率的計(jì)算
  根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的分類(lèi)公共建筑的分布數(shù)據(jù),將按各類(lèi)型建筑模型計(jì)算得到的能耗值加權(quán)計(jì)算至公共建筑整體能耗中。按照式(1)計(jì)算公共建筑整體節(jié)能率:


  該方法使用加權(quán)的方法將單體模型的節(jié)能率有效地統(tǒng)一到公共建筑的整體中,是一種將單體建筑研究規(guī)律擴(kuò)展至公共建筑整體規(guī)律的方法。通過(guò)各氣候區(qū)不同類(lèi)別公共建筑的面積分布特征取權(quán)重,對(duì)各類(lèi)公共建筑的性能參數(shù)計(jì)算結(jié)果加權(quán),得到不同氣候區(qū)公共建筑整體的節(jié)能率。以2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》的節(jié)能水平為基準(zhǔn),結(jié)合不同氣候區(qū)、不同類(lèi)型建筑的分布情況,明確了本次修訂后我國(guó)公共建筑整體節(jié)能量的提升水平。體現(xiàn)了2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行后我國(guó)公共建筑能耗較執(zhí)行2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》的減少情況。這種基于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)的節(jié)能率評(píng)價(jià)方法是目前建筑節(jié)能率評(píng)估的主流方法。
  基于典型公共建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算和分析,2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》與2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》相比,由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的改善和供暖空調(diào)設(shè)備和照明設(shè)備能效的提高,不同地區(qū)不同類(lèi)型公共建筑全年供暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明的總能耗減少5.3%~35.7%。從北方至南方,不同氣候區(qū)全年供暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明的總能耗減少約20%~23%,其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)分擔(dān)節(jié)能率約4%~6%,供暖空調(diào)系統(tǒng)分擔(dān)節(jié)能率約7%~10%,照明設(shè)備分擔(dān)節(jié)能率約7%~9%。通過(guò)典型公共建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的分布數(shù)據(jù)加權(quán)計(jì)算確定本次標(biāo)準(zhǔn)修訂后由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供暖空調(diào)設(shè)備和照明設(shè)備能效的提升,全國(guó)公共建筑能耗整體降低21.6%,考慮到標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)可再生能源應(yīng)用、給水排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及全新風(fēng)供冷、冷卻塔免費(fèi)供冷等節(jié)能措施的要求,本次標(biāo)準(zhǔn)修訂后全國(guó)公共建筑總能耗降低約30%,相對(duì)于上世紀(jì)80年代建筑,節(jié)能65%以上。

 

  結(jié)論
  引入動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)的節(jié)能率計(jì)算方法,更加準(zhǔn)確地對(duì)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)估,避免了行業(yè)中存在的單體建筑節(jié)能率與全國(guó)總體建筑節(jié)能率的概念混淆問(wèn)題。
  通過(guò)逐條比對(duì)2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》與2005年版《標(biāo)準(zhǔn)》,采用典型公共建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)和TRNSYS計(jì)算確定,2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施后全國(guó)公共建筑能耗降低約30%,該節(jié)能率是綜合考慮不同氣候區(qū)、不同建筑類(lèi)型加權(quán)后的計(jì)算值,反映的是本標(biāo)準(zhǔn)修訂并執(zhí)行后全國(guó)公共建筑的整體節(jié)能水平,并不代表某單體建筑的節(jié)能率。該節(jié)能率是對(duì)2015年版《標(biāo)準(zhǔn)》節(jié)能效果的全面科學(xué)評(píng)價(jià),使政府對(duì)全國(guó)建筑的總體情況有真實(shí)全面的了解,對(duì)于政策的制定、與能源有關(guān)的各種活動(dòng)的開(kāi)展都不無(wú)裨益,為跟蹤我國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能工作的進(jìn)展提供了依據(jù)。

本刊摘自《暖通空調(diào)》

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