楊 光

（上海英泰格瑞低碳技術設計有限公司，上海 201108）

隨著節(jié)能要求的提高與節(jié)能設計標準的完善，設計師對于建筑節(jié)能設計重要性的認識日益提高，對影響建筑能耗因素的研究也更加細化。從 DB 23/1269—2008 《公共建筑節(jié)能設計標準黑龍江省實施細則》到 GB 50189—2015 《公共建筑節(jié)能設計標準》，再到現(xiàn)在的 GB/T 51350—2019 《近零能耗建筑技術標準》，節(jié)能設計標準的改進對嚴寒和寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能工作起到了重要指導作用。但此類標準在建筑設計中也存在一些問題。針對采用不同節(jié)能設計標準下的建筑，其節(jié)能效益依然缺乏數(shù)據(jù)量化，尤其是對于改造建筑而言，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題。因此，本文通過能耗模擬的總結分析，研究了隨著節(jié)能設計標準的發(fā)展對建筑能耗的影響，為建筑節(jié)能設計提供參考依據(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 m2，其中空調面積 1.20 萬 m2，空調房間率 59%。建筑層數(shù)為地下1F，地上3F，建筑總高度為 23.90 m。地下層為機械車庫和設備用房，地上為商業(yè)及文化科教體驗。建筑模型效果圖如圖1所示。

圖1 建筑模型效果圖

2 設計計算參數(shù)

不同節(jié)能設計標準對于設計計算參數(shù)的要求存在較大差異，主要差異集中在建筑圍護結構熱工參數(shù)和冷熱源設備性能的要求。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 計算參數(shù)的模型統(tǒng)稱為實際模型，選用 GB 50189—2015 計算參數(shù)的模型稱為參照建筑 1，選用GB/T 51350—2019 計算參數(shù)的模型稱為參照建筑 2。

2.1 不同節(jié)能設計標準下的建筑圍護結構

建筑圍護結構主要包括外墻、外窗等構件。不同節(jié)能設計標準中熱工標準規(guī)定圍護結構參數(shù)如表1所示。由表1可知，隨著節(jié)能設計標準的完善對于圍護結構的要求也在逐步增加，參照建筑1的圍護結構平均傳熱系數(shù)較2008年降低 20%，而近零標準下的圍護結構的平均傳熱系數(shù)較2008年降低 50% 以上。

表1 建筑圍護結構參數(shù)表 W/（m2·K）

由表1可知，隨著節(jié)能設計標準不斷完善，對于圍護結構的要求也在逐步增加。參照建筑1的圍護結構平均傳熱系數(shù)較2008年降低 20%，而近零標準下的圍護結構的平均傳熱系數(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)境設計參數(shù)

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

表3 室外設計參數(shù)

2.3 室內環(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)能不應以犧牲熱舒適性為代價，而應是在保障熱舒適的基礎上杜絕不合理的浪費。因此3個模型的室內控制參數(shù)要求基本一致，室內的熱舒適性要求如表4所示。人員、照明以及設備功率密度按實際情況進行設置如表5所示。

表4 室內熱舒適性要求

表5 人員、照明和設備功率密度表

室內設計參數(shù)對于能耗的影響頗大，選擇合理的室內設計參數(shù)對于以后的運行節(jié)能至關重要。設計原則應從實際出發(fā)，兼顧節(jié)能減排，避免過度選型和運行浪費。

2.4 設備性能

設備的性能會直接影響建筑能耗。在相同的負荷下，設備的性能越好，其節(jié)能效益也越明顯。不同節(jié)能設計標準對于設備性能有明確的限定。本文采用冷水機組和燃氣熱水鍋爐作為冷熱源設備，不同節(jié)能設計標準下對于設備的要求如表6所示。

表6 空調系統(tǒng)機組能效表

2.5 運行時間控制

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

（1）供暖時間設置。供暖運行時間為從10月20號起至次年4月20日。運行期間室內需滿足室內熱舒適性要求。全年總累計供暖天數(shù)為184d，采用間歇采暖方式，運行時間為 8:00～21:00。

（2）供冷時間設置。供冷運行時間為從7月1號至8月31日。運行期間室內需滿足室內熱舒適性要求。全年總累計制冷天數(shù)為61d，同樣采用間歇供冷的方式，運行時間為 8:00～21:00。

3 負荷及能耗模擬

本文負荷計算和系統(tǒng)能耗模擬均基于 DeST 軟件進行。在合理劃分分區(qū)后先進行圖形建模，再輸入相應的圍護結構熱工特性、室內外計算參數(shù)、模擬時間等邊界條件。通過建筑的三維模型模擬建筑室內環(huán)境、設備運行和建筑系統(tǒng)，得到的建筑系統(tǒng)能耗模擬數(shù)據(jù)。

在不同節(jié)能設計標準的約束設計參數(shù)條件下，3個建筑系統(tǒng)模型夏季均采用電驅動的冷水機組，冬季采暖采用燃氣鍋爐，設備性能（如空調系統(tǒng)機組）用能效表所示。因此涉及兩種能源，本文根據(jù) GB/T—51161—2016《民用建筑能耗標準》嚴寒地區(qū)供暖能源消耗折算，全國平均火力發(fā)電標準耗煤 0.32 kg=1 kWh，全國平均火力供電標準耗氣 0.2 m3=1 kWh，將所有的能源消耗轉化成耗電量。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)范中的設計參數(shù)推薦數(shù)值進行對比，并未對近零耗建筑的加強熱回收技術、強化通風、使用光導管等節(jié)能技術進行模擬分析。

表7 全年能耗統(tǒng)計表

如表7所示，嚴寒地區(qū)的能耗以采暖為主，僅兼顧空調制冷，空調能耗不足供暖能耗的 10%。其中，作為基準的實際模型年制冷需求為 4.21 kWh/m2，而采用更高節(jié)能標準的參照建筑1和參照建筑2年制冷需求比基準的實際模型低 6.43% 和 10.70%；實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。這說明高要求節(jié)能設計標準具有更高的節(jié)能效益，而對于嚴寒地區(qū)而言，其節(jié)能效益更多地體現(xiàn)在供暖能耗上。

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

圖2 分項能耗對比

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，若對實際建筑按 GB 50189—2015 進行節(jié)能改造，則供暖能耗會降低 2.9%，制冷能耗降低 6.4%，綜合能耗降低 1.7%。這說明若只是按照規(guī)范推薦值對建筑進行改造，改造后節(jié)能效益較小。若實際建筑改造后能達到 GB/T 51350—2019 要求，則能耗會大幅度降低，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)能效應達到 6.1%，節(jié)能效應也較為可觀。這也說明近零耗建筑的設計標準下節(jié)能效益要遠超其他標準，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 結語

本文借助 DeST 能耗模擬軟件對哈爾濱某公共建筑進行能耗模擬，并針對模擬結果進行分析，可得結論如下。

（1）由模擬結果可知，嚴寒地區(qū)夏季的能耗相較于冬季能耗而言，明顯較小。在實際建筑中單位面積年累計耗冷量僅為耗熱熱量的 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)能技術十分重要。

（2）對于不同節(jié)能設計標準下的設計參數(shù)而言，隨著圍護結構的熱工特性和設備性能的增加，耗熱量和耗冷量有明顯的下降。這說明，對老建筑進行節(jié)能改造，無論供暖還是制冷都有明顯的節(jié)能效益，其中零能耗標準的改造效益最可觀，綜合能耗降低 7.7%。但暖通空調占總能耗比例較高，加強對暖通空調系統(tǒng)的優(yōu)化改進對建筑節(jié)能的進一步發(fā)展具有重要的意義。

（3）建筑節(jié)能技術的不斷發(fā)展推進社會向綠色低碳型轉變。通過不同年份節(jié)能規(guī)范的對比，計算了不同節(jié)能設計標準下建筑節(jié)能效益，驗證了節(jié)能設計標準的完善對建筑節(jié)能工作的重要指導作用。