牟宇 林敏敏

1 浙江大學建筑設計研究院有限公司

2 浙江省建設工程造價管理總站

0 引言

近年，建筑在建造及運營維護中消耗的能源持續(xù)增長。截至2017 年，我國建筑面積總保有量達591 億m2。根據(jù)估算，2 017 年我國建筑業(yè)建造相關的碳排放總量高達43.8 億tCO2，接近我國碳排放總量的1/2。而建筑運營方面，2 017 年建筑運行總商品能耗為 9.63 億tce，約占全國能源消費總量的21%[1]。建筑運行能耗在社會能源消耗中占比巨大，我國2005 年才實施了第一版 《公共建筑節(jié)能設計標準》，此前我國公共建筑沒有相應節(jié)能標準來指導建筑設計?，F(xiàn)今仍有大量“非節(jié)能”建筑在社會中運行，對此類建筑進行既有建筑節(jié)能改造勢在必行，將為社會節(jié)省大量能源消耗。

2017 年，住房城鄉(xiāng)建設部辦公廳、銀監(jiān)會辦公廳聯(lián)合發(fā)文“關于批復2017 年公共建筑能效提升重點城市建設方案的通知”，浙江省的杭州市和溫州市被列為重點城市。同年，建設部發(fā)布兩本有關于既有建筑節(jié)能改造的技術導則，分別為 《公共建筑能源審計導則》 及 《公共建筑節(jié)能改造節(jié)能量核定導則》。國家層面既有建筑節(jié)能改造的體系構建完成。杭州市城鄉(xiāng)建設委員會于2018 年編制發(fā)布了 《杭州市公共建筑節(jié)能改造示范項目能源審計導則》（以下簡稱“能源審計導則”）及《杭州市公共建筑節(jié)能改造節(jié)能量核定導則》（以下簡稱“核定導則”），用于指導杭州市既有公共建筑節(jié)能改造工作。“核定導則”4.1.3 條規(guī)定節(jié)能量核定方法可采用賬單分析法和測量計算法，優(yōu)先采用賬單分析法。4.1.4 條中又規(guī)定：由于相關原因，無法獲得節(jié)能改造前后至少1 個完整循環(huán)運行工況下的計量賬單數(shù)據(jù)，或對某一設備（系統(tǒng)）進行改造需要核定節(jié)能量，該設備（系統(tǒng)）與其他設備（系統(tǒng)）沒有分開計量時才能采用測量計算法[2]。而“核定導則”并未明確規(guī)定測量計算法的詳細實施方法及其適用的條件，尤其在建筑圍護結構改造和暖通系統(tǒng)改造這類涉及需要動態(tài)能耗計算方面。

為探索利用測量計算法來進行節(jié)能改造的節(jié)能量分析，本文選取一棟典型醫(yī)院建筑，應用了 eQuest軟件進行全年逐時動態(tài)能耗模擬計算，分別得出改造項目基準期和核定期的能耗數(shù)據(jù)，從而計算出節(jié)能量。為某些無法取得計量賬單的改造項目提供了另一種評估途徑。

1 既有建筑節(jié)能改造節(jié)能量判定方法

國際節(jié)能測量和認證規(guī)程第一卷（International Performance Measurement and Verification Protocol Volume I）中針對節(jié)能改造詳細規(guī)定4 種核定選項（前2 種可以視為一種方法，一下合并介紹），及其適用條件，可供實施改造的項目參考應用[3]：

1）單獨測量改造部位能耗（或部分測量），這種方法適用于某一用能系統(tǒng)相對獨立，對其他用能系統(tǒng)不產(chǎn)生影響或影響可忽略不計。如照明系統(tǒng)改造，可在基準期和核定期分別測量全部或部分燈光系統(tǒng)的能耗，基準期和核定期選取保持一致，節(jié)能量為二者差值。此類辦法不適用于復雜的系統(tǒng)，如暖通空調系統(tǒng)，系統(tǒng)過于復雜，對測量條件較為苛刻。且空調系統(tǒng)受室外環(huán)境參數(shù)影響，不能簡單對基準期和核定期做差值核定節(jié)能量。

2）測量整個建筑能耗，這種方法適用于較為復雜的節(jié)能系統(tǒng)改造，對基準期和核定期的能耗賬單進行對比，做差值，并做一定修正。如空調系統(tǒng)或者圍護結構保溫系統(tǒng)改造，此類系統(tǒng)改造通常在冷熱源、輸配系統(tǒng)、末端系統(tǒng)能耗消耗上都會產(chǎn)生變化，記錄改造前后整個建筑能耗可有效計算出節(jié)能量，值得注意的是，計算節(jié)能量時需要針對改造前后的天氣參數(shù)、使用率等不同參數(shù)做一定修正，才能得出較為精確的節(jié)能量。如下式：

式中：E為節(jié)能量，t ce；Eb為基準期能耗，k gce；Er為核定期能耗，kgce；△E為能耗修正量，kgce。

本方法存在兩個難點，一是修正量不好確定，如基準期和核定期影響建筑能耗的變量太多，如室外天氣參數(shù)、建筑使用率、行為用能等。二是如過建筑整體或局部功能改變，導致基準期的能耗賬單無法參考，節(jié)能量也就無法核算。

3）利用建筑動態(tài)能耗模擬的方法計算節(jié)能量，這種方法可將基準期和核定期的室外天氣參數(shù)、建筑使用率、非改造部位的設備參數(shù)等均設為一致，然后計算改造部位的節(jié)能量?？捎行П苊夥椒? 中的弊端。能耗模擬方法可分別讀取不同系統(tǒng)的分項節(jié)能量，方便統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在建筑功能改變時，此類方法也可假定改造前后的使用功能一致，從而將計算出節(jié)能量。但這種方法對操作軟件的人員要求較高，一旦某一參數(shù)輸入錯誤，就會導致節(jié)能量計算錯誤。

以上幾種方法，應為互補關系，不同的測量和計算方式應適用于不同的改造模式，并無孰先孰后的論斷。本文選取的項目由于建筑功能改變，且改造了較難評估節(jié)能量的空調系統(tǒng)，因此，動態(tài)能耗模擬的方法來進行節(jié)能量計算。

2 案例分析

2.1 工程簡介

實施節(jié)能改造項目為杭州某醫(yī)院項目，建筑面積19000 m2左右，分為A、B、C 三棟建筑。項目性質原為酒店功能，2018 年實施改造，項目變?yōu)獒t(yī)院 +養(yǎng)老院的性質。項目針對窗系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，空調系統(tǒng)及熱水系統(tǒng)進行了節(jié)能改造，主要實施改造的系統(tǒng)如表1：

表1 改造內(nèi)容清單

改造后項目布局為：A 樓一層二層為門診及各類檢查室，三層至九層為病房。B 樓一層為食堂，二層為辦公室，三層至四層為養(yǎng)老病房。C 樓一層為活動室，二層至三層為養(yǎng)老病房。

2.2 方法論

依據(jù) 《杭州市公共建筑節(jié)能改造節(jié)能量核定導則》3.0.1 條：“ 公共建筑節(jié)能改造后，應對項目邊界內(nèi)建筑或相關用能設備（系統(tǒng)）運行情況進行檢查，并對節(jié)能效果進行核定?！?.0.2 條：公共建筑節(jié)能改造前，應參照相應的標準和導則開展能源審計，審計結果作為節(jié)能量核定的數(shù)據(jù)基礎。這意味著，改造前，改造后均應對建筑進行實地檢測，再進行節(jié)能量核算。

由于本項目的特殊情況，改造前為酒店，改造后為醫(yī)院性質，兩種建筑類型及運行時間，能耗組成均存在較大偏差，無法進行改造前和改造后的能耗比較。因此本次節(jié)能量核定擬采用能耗模擬驗證的方法（選用的軟件為 eQuest），假定改造前也為醫(yī)院性質，改造前建筑設定為基準建筑，改造后設定為核定建筑。模型為保證節(jié)能量核定的準確性，做了如下約定：

1）基準建筑及核定建筑采用統(tǒng)一的氣象參數(shù)，消除天氣參數(shù)對節(jié)能率的影響。

2）模型計算全年8760 h 能耗，用以判定節(jié)能率。

3）模型中室內(nèi)人員密度、設備功率兩種模型保持一致。

4）空調系統(tǒng)設置中，室內(nèi)設定溫度、新風量、送風溫度等參數(shù)保持一致。

5）室內(nèi)人員在室率。照明開關時間表、電氣設備逐時使用率，供暖通風和空氣調節(jié)系統(tǒng)運行時間保持一致。

6）僅對改造內(nèi)容（窗系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)）進行節(jié)能量分析。

7）改造前后節(jié)能率按照式（1）確定，由于除改造內(nèi)容外，其它輸入?yún)?shù)均保持一致，因此公式中△E（能耗修正量）為0。

2.3 模型建立

依據(jù)建筑設計圖紙資料采用 eQUEST 軟件建立能耗模擬模型，如下：

圖1 eQUEST 分析模型

2.4 改造前后主要用能措施對比

1）圍護結構

改造前建筑為 20 世紀 90 年代老建筑，圍護結構未設置保溫?？紤]實用性，該項目僅針對窗系統(tǒng)進行了更新，具體如表2、3 ：

表2 改造前后主要圍護結構構造

表3 改造前后窗系統(tǒng)熱工參數(shù)對比

2）人員密度

改造前后各房間人員密度保持一致，按照 《民用建筑綠色性能計算標準》 附表 C.0.5-1 設置，如表4 所示。

表4 人員密度值

3）照明功率密度

由于改造前建筑為假定的20 世紀90 年代醫(yī)院建筑，照明功率密度無法實際獲取，依據(jù)當時的科技水平，按照最不利情況考慮，基準建筑參照 《建筑照明設計標準》 GB 50034-2013 現(xiàn)行值設置（表 5）；改造后建筑依據(jù)實際參數(shù)進行模擬。

表5 照明功率密度值

4）電氣設備功率

本項目改造前后各房間電器設備功率密度值和逐時使用率參考 《民用建筑綠色性能計算標準》 設置（表6），另門診還有一些與檢測相關的大型設備，具體如表7。

表6 電器設備功率密度值

表7 醫(yī)療設備功率

5）建筑使用時間及溫度設定

基準建筑與核定建筑各房間運行時間表保持一致。本項目為醫(yī)院建筑，門診辦公時間為周一至周五上午7:30am 到下午8:00pm（6:00am 后人數(shù)減少），周六周日休息，病房全年無休。人員逐時在室率，照明開關時間表及電器設備逐時使用率參考 《民用建筑綠色性能計算標準》 表C.0.5.2～C.0.5.3 設置。

該醫(yī)院空調制冷季為5 月1 日～9 月 31 日，采暖季為12 月1 日～2 月28 日。基準建筑與核定建筑各房間空調設定逐時溫度保持一致，室內(nèi)空調逐時設定溫度參考 《民用建筑綠色性能計算標準》 表 C.0.5.2～C.0.5.3 設置。

6）空調系統(tǒng)

本項目改造后建筑參考“暖通設計說明”及“主要設備材料表”設置，改造前建筑按項目改造前冷熱源進行設置，改造前水泵及風系統(tǒng)參數(shù)不明確，按照核定建筑賦予相應參數(shù)，冷熱源改造前應用溴化鋰制冷機組，效率按照 《公共建筑節(jié)能設計標準》 進行模擬，具體如表8 所示。

表8 冷熱源機組性能參數(shù)設置

表9 冷熱源機組性能參數(shù)設置

表10 空調新風系統(tǒng)性能參數(shù)設置

7）生活熱水系統(tǒng)

本項目核定建筑參考設計參數(shù)設置，基準建筑按項目改造前熱水系統(tǒng)進行設置，熱水住院部用量較大，452 張床位，人均每天消耗70 L 熱水。具體設備參數(shù)如表11 所示。

表11 冷熱源機組性能參數(shù)設置

2.5 節(jié)能改造節(jié)能量分析

經(jīng)計算，本項目基準期建筑能耗為 1029.7tce，核定期建筑能耗為786.3tce，節(jié)能率為23.6%。且基準建筑在建模中大量引用了現(xiàn)行節(jié)能設計標準中的推薦值，實際改造前建筑的用能系統(tǒng)無論從設備的先進性，老化程度均比現(xiàn)行標準要求要差很多，如冷熱源的效率，燈具的選型和效率等，因此實際節(jié)能量要高于計算值。具體結果如圖2 及表12：

圖2 基準建筑與核定建筑逐月分項能耗統(tǒng)計圖（tce）

表12 基準建筑與核定建筑分項年能耗對比（tce）

本項目節(jié)能源于以下四點：

1）圍護結構中窗系統(tǒng)更換為更高效雙層窗系統(tǒng)，冷熱負荷均有所降低，從而空調系統(tǒng)能耗大幅降低。

2）空調冷熱源選用了更高效的風冷熱泵。同時由于取消了原系統(tǒng)中的冷卻塔及冷卻水泵，因此亦獲得較大的節(jié)能量。

3）生活熱水有燃氣提供，改為高效的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。

4）照明系統(tǒng)均更換為LED 光源，更為節(jié)能。

3 結論

本文總結不同的既有建筑節(jié)能改造節(jié)能量判定方法，分析了不同方法的適用場景。并以杭州某醫(yī)院改造為例，利用全年動態(tài)能耗模擬的方法對基準期和核定期進行能耗分析，得出節(jié)能量。文中案例中項目改造前后使用功能發(fā)生了變化，同時針對窗系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，暖通空調系統(tǒng)及生活熱水系統(tǒng)進行了節(jié)能改造，傳統(tǒng)計量方式無法準確獲得改造前后的節(jié)能量，本文利用全年動態(tài)能耗模擬的方法有效解決了上述矛盾點，證明該方法的可行性。