李永安, 牛慧, 董修珍, 刘学来, 楚广明, 王强

(山东建筑大学 热能工程学院,山东 济南 250101)



基于总量控制的公共建筑能耗定额方法研究

李永安, 牛慧, 董修珍, 刘学来, 楚广明, 王强

(山东建筑大学 热能工程学院,山东 济南 250101)

随着社会的发展和人民生活水平的提高，建筑能耗的比重也随之增加, 能源紧缺和环境污染的问题日益严峻。基于公共建筑能耗定额方法的研究对实现建筑用能量化管理，推进节能减排具有重要促进作用。文章依据总量控制的原理和目标对建筑能耗进行统计分析,得到了统计定额，并通过与DeST建筑能耗模拟软件模拟出的技术定额相印证的方法确定了最终的公共建筑能耗定额值，探索了确定建筑能耗定额的方法路线。

公共建筑；统计定额； DeST； 技术定额

0　引言

能源紧缺和环境污染是当前世界各国面临的重大问题，日益受到关注。而建筑节能是我国能源政策的重要组成部分之一[1]。工业、交通和建筑等三类构成了社会能源消耗主体。随着社会的发展，建筑能耗尤其是公共建筑能耗比重已呈现出快速增长态势[2-3]。2008年，住建部与财政部在《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》中指出，将对用能标准、能耗定额和超加价、节能服务等制度进行研究制定，并在国内逐步推行开来[4-5]。国家“十二五规划”对建筑节能提出了更高的要求，而实现该要求的根本在于政府首先应该制定一套完整、系统的节能标准体系。即确定建筑能耗定额值作为约束值以实现建筑能耗总量控制的目标，对建筑节能的导向由过程管理转变为效果管理。

确定建筑能耗定额的前提是掌握建筑能耗水平，既对建筑进行能耗调查。早在1976年，英国就率先开展了NDBS(Non-Domestic Building Stock)项目，对其国家境内已有的和新建的工业建筑及商业建筑进行了全面的统计调查工作，建立了详细的数据库，在此时期，美国也开始对建筑进行能源审计，同时日本、印度、韩国也进行建筑能耗统计[6-8]。随后每个国家都根据已经进行的能耗调查统计工作研究出了适合自己国家经济发展和气候条件的节能规范和绿色建筑评价体系，其中较为成熟的有美国的ASHRAE90.1—2001、德国新建筑节能规范EnEV、美国的LEED、加拿大等国的GBTool和日本的CASBEE等[9-11]。

2007年颁布的DB 37/935—2007《公共建筑采暖空调能耗定额》[12]标准是基于总量控制目标而制定的。但近年来，随着国内经济的发展，照明、电梯、炊事等消耗的能量占建筑能耗的比例逐渐增大，该标准的局限性也愈加明显，为进一步完善山东省的节能标准体系，为我省完成节能减排目标提供技术保障，对原标准进行修订，将照明、电梯等的能耗考虑进去，同时纳入了新的技术和方法，制定了能耗新标准。新的标准可以制定出能耗数量明确、能耗基准线清晰的重点公共建筑能耗定额，实现建筑用能量化管理，激励业主采取各种措施进行建筑节能设计、建筑节能改造，推进行为节能。因此，从总量控制的角度规范公共建筑实际运行能耗、制定能耗定额标准对于减少建筑能耗、促进建筑节能改造、实现节能减排目标具有重要的意义。

1　能耗定额制定的原则

建筑能耗定额的制定是我国建筑节能发展的必由之路，能够保障对建筑能源使用进行有效的监管。建筑能耗定额标准的制定是一种社会公共性的政策，它不单纯是技术性问题，更多的涉及到社会性问题，所以，在制定指标的过程中必须要遵循下列原则[13]。

1.1合理性原则

指标的制定必须要合理，要基于实际的能耗数据，与实际情况相结合确定水平，不至于使指标过高或过低，能贴切现实，更能反映真实情况，这才体现合理性。

1.2公平性原则

公共建筑的类别很多,不同功能、不同规模的建筑其建筑能耗均有差别，按照建筑的规模、用途以及用能情况进行分类并分别制定不同的指标更能体现公平性。另外，建筑能耗定额制度是借助政府对建筑的能源使用进行管理和分配的一种手段，所以，公平性是能耗定额制定必不可少的原则。

1.3时效性原则

能耗定额指标要根据某时期和某地区的经济发展水平来制定。生活水平的不断提高，大型公共建筑的崛起，均会导致公共建筑能耗的大幅度提升。但随着节能新技术和新产品在建筑中的应用及管理措施的实施，都会使公共建筑具有更佳的节能效果。因此，随着社会经济技术水平的发展，公共建筑的能耗定额指标也要不断完善，真正体现能耗定额指标的制定意义。

1.4可行性原则

可行性原则是任何标准制定的前提条件。如果对所有公共建筑制定同一水平能耗定额，则其对于不同功能类型的公共建筑，在执行此标准时难易程度不同，因为它们之间的能耗差别巨大，则这样制定的标准就是不可行的。而针对不同功能类型的公共建筑进行分类再分别制定相对应的能耗定额，这样制定出来的标准在实施的过程中才是可行的。

2　确立公共建筑能耗定额方法

制定公共建筑能耗定额标准的目的是为了通过该标准的约束采用较高水平的建筑节能技术来降低建筑能耗，节约建筑能源，提高建筑用能效率。所以，建筑能耗定额标准的制定必须兼顾技术先进性和可行性。而技术具有技术先进性优点，统计则更具现实可行性。在研究过程中，应采用统计与技术进行对比参照的方法，来确定公共建筑能耗定额，编制方法如图 1所示。

2.1统计定额的确定

统计定额是采用一定的数理统计方法，对通过建筑调查得到的数据进行分析而确定的建筑定额值。其中调查是确定统计定额的基础。

2.1.1调查方法

抽样调查作为最基本的统计调查方法之一，不仅能节省人力、物力、财力，提高资料的时效性，又能推断出比较准确的、全面的资料。还因其原理和方法以数学理论为依据，有着较高的科学性与广泛的应用。故选用抽样调查的方法来进行公共建筑能耗的统计调查工作较为合理。

由于不同功能的建筑，其能耗差别巨大，即使是同一类型建筑能耗也可能相差很多。抽样方法分为很多种类，通常采用的主要有简单随机抽样、分类抽样、等距抽样、整群抽样和多阶段抽样等。分类抽样是先将总体各单位按主要标志加以分类，然后再从各类中按随机的原则抽取若干个样本单位，由各类的样本单位组成一个总的样本。由于不同的建筑类型其建筑能耗差别巨大，即使是同一类型建筑能耗也可能相差数倍。所以此处采用分类抽样的方法进行统计调查[14]。分类抽样根据样本在各类中分配是否与总体单位在各类的比例相等，分为等比例分类抽样和不等比例分类抽样两种。各类建筑的数量差别较大，文章采用不等比例分类抽样来进行调查。文章将所调查的公共建筑按照功能和特点分为8类，其主要建筑能耗分类指标和构成见表1。表中Ⅰ代表供暖/空调能耗,Ⅱ代表照明能耗,Ⅲ代表电器能耗,Ⅳ代表电梯能耗，Ⅴ代表二次给水水泵能耗,Ⅵ代表热水供应能耗,Ⅶ代表炊事能耗。

在能耗调查过程中，样本量的多少是一个关键因素。研究过程中发现，样本量的多少取决于所允许调研误差的大小、要求推断的置信程度、能耗定额的变化程度等。样本量的多少可按式(1)[13]确定为

(1)

式中: M为样本量；N为总体单位数；t为检验统计量；P为总体成数；V为抽样极限误差。

表1　公共建筑的主要分类和能耗构成

2.1.2指标形式

建筑能耗定额指标形式对建筑能耗的分配方式有着直接影响，其具体体现了能耗定额标准价值取向。为了使公共建筑能耗情况描述的更佳，单位面积能耗定额指标、人均能耗定额指标、单位税收能耗定额指标等说法在指标体系形式上被更多而广泛的采用。

单位面积能耗定额指标是能耗分配的一种方式，其根据建筑规模进行，它的取值前提条件是要满足建筑使用功能，建筑在一定使用对象数量下确定的取值是单位建筑面积的能源消耗值。计算方式如(2)表示为

(2)式中：EA为单位面积能耗定额指标值，kWh/(m2·a)；E为完成参考建筑使用功能所必须的能耗，kWh；A为参考建筑面积，m2。

由于建筑规模是可以有效获取的建筑基本信息，因此单位面积能耗定额指标的可操作性强，适用范围广。采用单位面积能耗定额指标，可以在满足建筑使用功能的前提下，合理限制建筑用能水平，对超出定额的部分实施超额加价，这有利于我国建筑节能事业的发展。因此，文章对描述各类公共建筑能耗定额的指标形式采用单位面积能耗定额指标。

2.1.3确定统计定额的方法

目前，根据调查数据，确定统计的方法有很多，主要有经验法、平均值法、回归分析法、二次平均法、水平法、统计趋势分析法[15-16]。文章选取水平法来编制建筑能耗统计定额。

表2　统计定额水平样表

研究发现，以当前的技术、经济水平，公共建筑能耗定额水平选取的合理范围在0.15～0.30之间，即保证社会公共建筑用能水平的通过率在70%～85%之间。

2.2公共建筑能耗技术定额的确定

对技术的编制可以分为三个阶段：标准建筑建立、标准建筑分项能耗计算和建筑能耗技术定额确定。

2.2.1标准建筑的建立

技术编制的前提是建立与当前建筑接近的建筑模型作为标准建筑，标准建筑是以当前建筑发展现状为基础，合理界定建筑技术和使用条件而建立的。对于标准建筑来说，标准建筑具有合理性的重要条件是对影响建筑能耗的因素(诸如建筑规模、建筑设计与围护结构、建筑服务对象的数量、建筑环境与设备系统、运行管理的操作、建筑室内环境控制要求等)进行合理的设定。

2.2.2建筑能耗计算方法

建筑能耗是以逐时变化的室外气象数据、室内人员活动状况、室内热源等信息而变化的 ，故宜采用动态能耗计算方法。动态能耗计算方法是动态能耗模拟的核心，它使能耗计算准确度提高，但前提是建立复杂的传热方程。建筑可看作是一个热力学系统，其由室内空气等流体和围护结构等固体元素组成。围护结构受到室内各种热扰和室外气象条件的相互作用，围护结构又影响室内空气，因此围护结构和室内空气的传热计算模型共同构成建筑能耗计算模型[17]。

通过计算室内空气和围护结构的传热，室内房间空气以及围护结构各内表面的热平衡方程式得以建立，对该方程组进行求解即可得到房间的冷热负荷。采用状态空间法来求解这些复杂的方程组，据此，清华大学江亿院士带领的课题组开发了建筑环境模拟软件DeST，对标准建筑的分项能耗宜采用DeST软件进行模拟计算。

2.2.3标准建筑分项能耗模拟

文章以商业建筑专用版本DeST-c为例，进行模拟计算建筑各分项能耗。其步骤如下：

(1) 建立模型

建立模型是建筑图的简化，其操作与AutoCAD基本一样。建立模型主要包括以下几个步骤：建筑建立、楼层建立、分隔墙体绘画、房间识别、门窗添加、房间标注。最后通过建筑计算预处理，即确定建筑构图形式。

(2) 设定参数

计算结果的准确性取决于两个方面：一方面是在建模中正确地描述和简化建筑，另一方面是设定参数的正确与否。这部分主要分为对建筑围护结构(外墙、内墙、楼板、屋顶、地面、门、窗等)的定义，对房间功能的描述，通风设定以及对系统的描述。

(3) 模拟计算

模拟计算过程中，在菜单栏中选择模拟计算中的计算项目即可，如建筑阴影计算、建筑负荷计算、建筑能耗计算和经济性分析等。能耗的模拟要在描述围护结构、房间功能和通风后才能得以进行。最后的计算结果可以通过Excel报表的形式来显示。

3　结语

公共建筑分布广泛，能源消耗种类繁多，采用能耗总量控制的方法，抓大放小，是目前制定能耗定额的一种有效方法。公共建筑能耗定额的确定必须兼顾技术先进性和现实可行性。而建筑能耗技术定额具有技术先进性的优点，统计定额则更具有现实可行性。故能耗定额宜采用统计定额与技术定额相互印证的方法来确定。

文章明确了公共建筑能耗定额方法，制定出能耗数量明确、能耗基准线清晰的公共建筑能耗定额，可对建筑用能实行量化管理，激励业主采取多种措施进行建筑节能设计、建筑节能改造，推进行为节能，具有现实可行的意义。

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(学科责编：李雪蕾)

Research on method of energy consumption quota for public buildings based on total control

Li Yongan, Niu Hui, Dong Xiuzhen,etal.

(School of Thermal Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China)

With the development of society and the improvement of people’s living standard, the proportion of building energy consumption has increased, and energy shortage and environmental pollution problems have become increasingly severe. Based on the importance of public building energy consumption quota method, the energy consumption quota can realize energy management for buildings and encourage the owners to take all kinds of measures to carry out the construction of energy-efficient design or transformation and promote energy-saving behavior. In this paper, according to the principle of the total amount control, the statistical quota is obtained through sampling investigation and mathematical statistics of building energy consumption. The statistical quota and the technical quota with the DeST building energy consumption simulation software is compared, and the final building energy consumption quota is determined and the route of determining building energy consumption quota is explored.

public building; statistical quota; DeST; technical quota

2016-01-18

山东省墙体材料革新与建筑节能科研项目(2014QG012)

李永安(1961-)，男，教授，博士，主要从事暖通空调系统及建筑节能等方面的研究.E-mail:sdjglya@163.com

1673-7644(2016)03-0219-05

TU111.19+5

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