楊 光

（上海英泰格瑞低碳技術(shù)設(shè)計(jì)有限公司，上海 201108）

隨著節(jié)能要求的提高與節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的完善，設(shè)計(jì)師對(duì)于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)識(shí)日益提高，對(duì)影響建筑能耗因素的研究也更加細(xì)化。從 DB 23/1269—2008 《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)黑龍江省實(shí)施細(xì)則》到 GB 50189—2015 《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，再到現(xiàn)在的 GB/T 51350—2019 《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)對(duì)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能工作起到了重要指導(dǎo)作用。但此類標(biāo)準(zhǔn)在建筑設(shè)計(jì)中也存在一些問(wèn)題。針對(duì)采用不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的建筑，其節(jié)能效益依然缺乏數(shù)據(jù)量化，尤其是對(duì)于改造建筑而言，改造后的建筑具有多大的節(jié)能潛力是在改造前需要考慮的問(wèn)題。因此，本文通過(guò)能耗模擬的總結(jié)分析，研究了隨著節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展對(duì)建筑能耗的影響，為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 建筑概況

本工程位于哈爾濱市某開發(fā)區(qū)，總建筑面積 2.03 萬(wàn) m2，其中空調(diào)面積 1.20 萬(wàn) m2，空調(diào)房間率 59%。建筑層數(shù)為地下1F，地上3F，建筑總高度為 23.90 m。地下層為機(jī)械車庫(kù)和設(shè)備用房，地上為商業(yè)及文化科教體驗(yàn)。建筑模型效果圖如圖1所示。

圖1 建筑模型效果圖

2 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)的要求存在較大差異，主要差異集中在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)和冷熱源設(shè)備性能的要求。為了清楚的表示不同模型之間的差異，以下將選用 DB 23/1269—2008 計(jì)算參數(shù)的模型統(tǒng)稱為實(shí)際模型，選用 GB 50189—2015 計(jì)算參數(shù)的模型稱為參照建筑 1，選用GB/T 51350—2019 計(jì)算參數(shù)的模型稱為參照建筑 2。

2.1 不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括外墻、外窗等構(gòu)件。不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中熱工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。由表1可知，隨著節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的完善對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求也在逐步增加，參照建筑1的圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)較2008年降低 20%，而近零標(biāo)準(zhǔn)下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均傳熱系數(shù)較2008年降低 50% 以上。

表1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表 W/（m2·K）

由表1可知，隨著節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求也在逐步增加。參照建筑1的圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系數(shù)較2008年降低 20%，而近零標(biāo)準(zhǔn)下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均傳熱系數(shù)較2008年降低 50% 以上。各朝向的窗墻比如表2所示。

表2 建筑數(shù)據(jù)參數(shù)表

2.2 室外環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)

研究對(duì)象位于黑龍江省哈爾濱市某開發(fā)區(qū)，屬于寒冷地區(qū)。其室外設(shè)計(jì)參數(shù)按照 DeST 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)選取，源于《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》，具體如表3所示。

表3 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 室內(nèi)環(huán)境控制參數(shù)

溫濕度的控制高低直接影響建筑能耗的大小，但建筑的節(jié)能不應(yīng)以犧牲熱舒適性為代價(jià)，而應(yīng)是在保障熱舒適的基礎(chǔ)上杜絕不合理的浪費(fèi)。因此3個(gè)模型的室內(nèi)控制參數(shù)要求基本一致，室內(nèi)的熱舒適性要求如表4所示。人員、照明以及設(shè)備功率密度按實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置如表5所示。

表4 室內(nèi)熱舒適性要求

表5 人員、照明和設(shè)備功率密度表

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于能耗的影響頗大，選擇合理的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于以后的運(yùn)行節(jié)能至關(guān)重要。設(shè)計(jì)原則應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，兼顧節(jié)能減排，避免過(guò)度選型和運(yùn)行浪費(fèi)。

2.4 設(shè)備性能

設(shè)備的性能會(huì)直接影響建筑能耗。在相同的負(fù)荷下，設(shè)備的性能越好，其節(jié)能效益也越明顯。不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于設(shè)備性能有明確的限定。本文采用冷水機(jī)組和燃?xì)鉄崴仩t作為冷熱源設(shè)備，不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)于設(shè)備的要求如表6所示。

表6 空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組能效表

2.5 運(yùn)行時(shí)間控制

模擬運(yùn)行時(shí)間為全年8760 h，按照哈爾濱市2019年實(shí)際市政供暖時(shí)間和供冷時(shí)間確定供暖期和制冷期。

（1）供暖時(shí)間設(shè)置。供暖運(yùn)行時(shí)間為從10月20號(hào)起至次年4月20日。運(yùn)行期間室內(nèi)需滿足室內(nèi)熱舒適性要求。全年總累計(jì)供暖天數(shù)為184d，采用間歇采暖方式，運(yùn)行時(shí)間為 8:00～21:00。

（2）供冷時(shí)間設(shè)置。供冷運(yùn)行時(shí)間為從7月1號(hào)至8月31日。運(yùn)行期間室內(nèi)需滿足室內(nèi)熱舒適性要求。全年總累計(jì)制冷天數(shù)為61d，同樣采用間歇供冷的方式，運(yùn)行時(shí)間為 8:00～21:00。

3 負(fù)荷及能耗模擬

本文負(fù)荷計(jì)算和系統(tǒng)能耗模擬均基于 DeST 軟件進(jìn)行。在合理劃分分區(qū)后先進(jìn)行圖形建模，再輸入相應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性、室內(nèi)外計(jì)算參數(shù)、模擬時(shí)間等邊界條件。通過(guò)建筑的三維模型模擬建筑室內(nèi)環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行和建筑系統(tǒng)，得到的建筑系統(tǒng)能耗模擬數(shù)據(jù)。

在不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的約束設(shè)計(jì)參數(shù)條件下，3個(gè)建筑系統(tǒng)模型夏季均采用電驅(qū)動(dòng)的冷水機(jī)組，冬季采暖采用燃?xì)忮仩t，設(shè)備性能（如空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組）用能效表所示。因此涉及兩種能源，本文根據(jù) GB/T—51161—2016《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)寒地區(qū)供暖能源消耗折算，全國(guó)平均火力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)耗煤 0.32 kg=1 kWh，全國(guó)平均火力供電標(biāo)準(zhǔn)耗氣 0.2 m3=1 kWh，將所有的能源消耗轉(zhuǎn)化成耗電量。則不同模型之間的總體能耗數(shù)據(jù)如表7所示。值得注意的是，本次模擬僅選取了節(jié)能規(guī)范中的設(shè)計(jì)參數(shù)推薦數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，并未對(duì)近零耗建筑的加強(qiáng)熱回收技術(shù)、強(qiáng)化通風(fēng)、使用光導(dǎo)管等節(jié)能技術(shù)進(jìn)行模擬分析。

表7 全年能耗統(tǒng)計(jì)表

如表7所示，嚴(yán)寒地區(qū)的能耗以采暖為主，僅兼顧空調(diào)制冷，空調(diào)能耗不足供暖能耗的 10%。其中，作為基準(zhǔn)的實(shí)際模型年制冷需求為 4.21 kWh/m2，而采用更高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的參照建筑1和參照建筑2年制冷需求比基準(zhǔn)的實(shí)際模型低 6.43% 和 10.70%；實(shí)際模型年供暖需求為 55.37 kWh/m2，參照建筑1和參照建筑2分別降低了 2.85% 和 14.27% 的供暖能耗；在綜合能耗方面，參照建筑1和參照建筑2分別能節(jié)約 1.69% 和 7.65% 的能耗。這說(shuō)明高要求節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具有更高的節(jié)能效益，而對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)而言，其節(jié)能效益更多地體現(xiàn)在供暖能耗上。

圖2 顯示了分項(xiàng)能耗占總能耗的百分比，供暖和空調(diào)占總能耗的 53% 左右，其中供暖能耗占 50%。

圖2 分項(xiàng)能耗對(duì)比

圖3 為不同跨度綜合性能提升節(jié)能效益變化圖。如圖3所示，若對(duì)實(shí)際建筑按 GB 50189—2015 進(jìn)行節(jié)能改造，則供暖能耗會(huì)降低 2.9%，制冷能耗降低 6.4%，綜合能耗降低 1.7%。這說(shuō)明若只是按照規(guī)范推薦值對(duì)建筑進(jìn)行改造，改造后節(jié)能效益較小。若實(shí)際建筑改造后能達(dá)到 GB/T 51350—2019 要求，則能耗會(huì)大幅度降低，供暖和制冷能耗分別節(jié)省 14.3% 和 10.7%，綜合能耗降低 7.7%，節(jié)能效益可觀。若將滿足 GB 50189—2015 的參考建筑1改造成滿足 GB/T 51350—2019 的參考建筑 2，則供暖能耗能也降低 11.75%，制冷能耗能降低 4.58%，綜合能耗的節(jié)能效應(yīng)達(dá)到 6.1%，節(jié)能效應(yīng)也較為可觀。這也說(shuō)明近零耗建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下節(jié)能效益要遠(yuǎn)超其他標(biāo)準(zhǔn)，能最大幅度降低能耗。

圖3 不同跨度綜合性能提升節(jié)能效益

4 結(jié)語(yǔ)

本文借助 DeST 能耗模擬軟件對(duì)哈爾濱某公共建筑進(jìn)行能耗模擬，并針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，可得結(jié)論如下。

（1）由模擬結(jié)果可知，嚴(yán)寒地區(qū)夏季的能耗相較于冬季能耗而言，明顯較小。在實(shí)際建筑中單位面積年累計(jì)耗冷量?jī)H為耗熱熱量的 7.6%，而供暖能耗則占據(jù)了總能耗的 47.0%。因此，圍繞降低供暖能耗開發(fā)更多的節(jié)能技術(shù)十分重要。

（2）對(duì)于不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的設(shè)計(jì)參數(shù)而言，隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性和設(shè)備性能的增加，耗熱量和耗冷量有明顯的下降。這說(shuō)明，對(duì)老建筑進(jìn)行節(jié)能改造，無(wú)論供暖還是制冷都有明顯的節(jié)能效益，其中零能耗標(biāo)準(zhǔn)的改造效益最可觀，綜合能耗降低 7.7%。但暖通空調(diào)占總能耗比例較高，加強(qiáng)對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)對(duì)建筑節(jié)能的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的意義。

（3）建筑節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展推進(jìn)社會(huì)向綠色低碳型轉(zhuǎn)變。通過(guò)不同年份節(jié)能規(guī)范的對(duì)比，計(jì)算了不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下建筑節(jié)能效益，驗(yàn)證了節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的完善對(duì)建筑節(jié)能工作的重要指導(dǎo)作用。