2015年版《公共建筑节能设计标准》的不足与修订

　　0引言

　　GB 50189《公共建筑节能设计标准》（以下简称《标准》）是我国第一部针对公共建筑的节能专项标准，建立了从建筑室内热环境到建筑热工性能，再到暖通空调等用能系统的一套相对完整的公共建筑节能设计指标体系，对我国公共建筑节能工作起到了关键的指引作用。该《标准》自2005年实施以来，我国建筑节能工作持续深入，新的建筑材料、新技术、新产品不断涌现，以及我国面临的能源形势，都对《标准》提出了新的要求。

　　全面提升公共建筑的节能设计标准是本次修订的基本要求，实现节能目标的同时还应满足室内环境质量及人们对室内舒适度日益提高的要求。

　　此外，对公共建筑能效的提升还需要充分考虑我国不同气候区的建筑特点、不同类型公共建筑的能耗特征、建筑节能技术的适宜性和经济性以及相关产业的支撑能力。因此，如何兼顾上述要求合理确定修订原则，全面提升公共建筑的节能水平，在经济合理、技术可行的前提下，优化、确定标准修订的节能目标，是本次修订的核心工作内容，对推动公共建筑节能工作及新型城镇化建设的可持续发展具有重要意义。
　　
　　1 2005年版《标准》存在的主要问题为了解
　　
　　2005年版《标准》实施以来的问题和设计人员的需要及确定本次修订工作的方向，在准备阶段，修订组分别于广州、上海和北京召开了3次《标准》修订调查研讨会，来自全国各地设计院、研究所、大专院校和生产企业的80余名业内专家结合各自工作体会，对2005年版《标准》实施以来的情况和出现的问题进行了充分探讨。对于本次修订，专家集中提出了以下几点建议。

　　1.1重点条款分气候区、分建筑规模进行规定

　　我国地域辽阔，气候多样，经济发展不平衡。

　　作为一部可操作的国家标准，应该充分考虑气候差异性和经济发展程度差异性。从北到南供暖能耗在公共建筑全年能耗中所占比例逐渐减小，而公共建筑空调能耗逐渐增加。因此，在不同气候区，围护结构热工性能对于全年建筑能耗的贡献比例不同，空调系统对于全年建筑能耗的贡献比例也有很大差异。

　　2005年版《标准》在围护结构热工性能参数的规定中，分气候区给出差异性规定，很好地诠释了"气候设计"的原则。本次修订应该继续坚持这一思路，在空调系统能源系统性能的要求中同样分气候区进行规定。

　　另一方面，大型公共建筑通常功能复杂，能耗结构复杂，单位面积能耗强度大，能耗总量大；而单体建筑面积较小的公共建筑往往功能单一、用能系统及能耗构成相对简单。对不同体量的公共建筑规定相同的设计方法和设计资料，往往给单体面积小的公共建筑的设计带来大量烦琐的计算。单体面积小的公共建筑总面积比例很小，在全国范围公共建筑总能耗中占比低，因此，对其要求与大型公共建筑相同的设计计算过程意义不大，且影响设计效率；对于临时性建筑更是如此。本次修订应该吸纳"抓大放小"的思想，对公共建筑中的用能大户增加要求，对单体面积小的公共建筑简化要求。增加《标准》的合理性和可操作性。

　　1.2 2005年版《标准》的后台计算模型需改进

　　公共建筑种类繁多、功能复杂，单一建筑内存在多种功能，用能特征复杂。

　　2005年版《标准》编制中后台能耗计算的模型主要根据办公建筑模型计算出各限值，应用于办公建筑，准确性和科学性较好，但对于在公共建筑中同样占比大的酒店、商场类建筑，应用中偏差较大。本次修订需要对2005年版《标准》编制的后台计算模型加以改进，一是需要丰富模型中公共建筑的种类，使得《标准》的各项技术指标能够代表更广泛的建筑类别；二是需要通过统计调研明确各类型公共建筑在全国范围内的面积占比情况，使得《标准》的计算模型可以真实反映我国公共建筑的整体情况。

　　1.3减少围护结构热工性能权衡判断规定的漏洞

　　2005年版《标准》中允许当围护结构热工性能参数不能达到限值规定时，通过权衡判断的计算方法判别建筑整体热工性能是否符合标准的要求。

　　这是一种性能化的评价方法，相对于核查围护结构各部位热工性能限值的规定方式，权衡判断通道更加灵活，允许性能薄弱的部位被性能好于标准要求的部位弥补，总体达到要求即算合规，为设计的多样性打开了一条通道。但由于2005年版《标准》条文的规定不够细致，在实施过程中暴露了一些问题，有时甚至成为钻空子的渠道。这些问题集中体现在以下几方面。

　　1）对方法本身和计算参数的理解存在差异

　　围护结构性能化评价方法对建筑模型各参数的规定不够具体，参数及运行策略如何设置也不明确，导致不同设计人员对建筑参数的理解不同，造成计算结果的差异。同时，2005年版《标准》未对实施围护结构权衡判断的设计项目提出热工性能限值要求的"门槛值",也就是说任何不满足标准围护结构限值要求的建筑均可能通过权衡判断的计算调整到合规，这显然不合理。

　　2）计算软件之间存在差异

　　2005年版《标准》规定权衡判断以建筑能耗模拟软件为计算工具，但未对软件的具体功能和类型进行明确要求。软件内置参数和用户输入的参数没有规范、统一，造成同一设计项目使用不同软件得到的计算结果不一致；甚至同一设计项目使用相同计算软件，不同设计人员也可能计算得到不同结果，很大程度上影响了权衡判断的可靠性。

　　3）最终比较的物理量不够明确

　　2005年版《标准》规定围护结构热工性能的权衡判断最终比较的是参照建筑和实际建筑的供暖和空调能耗，但《标准》中未给出设备效率值，因此实际应用中往往比较的是建筑耗热量和除热量。这种情况下，将建筑冷热负荷的绝对值相加作为比较依据，物理意义不明确，也不合理。

　　1.4 2005年版《标准》的覆盖面需完善
　　
　　2005年版《标准》中规定供暖、空调和照明计入建筑能耗的计算范围。但事实上，建筑给排水系统和电气系统的设置也会在很大程度上影响公共建筑的能耗。近年来随着各级政府对可再生能源建筑应用政策引导力度的加大，其对公共建筑节能的作用也应在《标准》中有所体现。

　　另外，2005年版《标准》中分气候区的规定没有将温和地区纳入，近年来公共建筑中多联机应用越来越多，因此在修订过程中需要增补和完善相应条文。

　　1.5强制性指标的确定方法需改进

　　我国建筑节能标准中对重要建筑部品和设备的量化节能性能要求，现有方法主要依靠行业专家经验和已实施工程的数据，由于没有科学系统的分析方法，得出的定量指标缺乏具有说服力的计算依据。因此需要建立一种科学的优化分析方法，作为节能设计标准基本的分析工具，用于节能目标的确定及分解，以提高标准的科学性。

　　2国外建筑节能标准编制的方法及特点

　　2005年版《标准》受ASHRAE 90.1影响较大。修订工作中，编制组进一步研究了美国建筑节能标准编制的体制、方法、执行监督等方面的情况，为提升我国标准编制的科学性产生了积极影响。

　　2.1美国建筑节能标准体系设置

　　美国的国家建筑节能领域的目标（节能率）虽然是由能源部（DOE）制定，但是实际每一版建筑节能标准相对上一版本的节能量，都是通过美国能源部支持国家实验室的专门研究课题计算得到的，其结果往往与预设不一致。这并不妨碍美国的建筑节能目标层层提高，反而由于高透明度，增加了民众对政府的信任。此外，国家经费支持的研究项目成果必须无条件向社会公布，无论研究者、政府决策层还是业主都可以在网站上免费下载这些基础研究成果。这种自上而下与自下而上相结合的体系，充分调动了建筑节能领域中各环节每个角色的积极性，无论对于建筑节能法规、标准的实际执行，还是对相关产业的刺激，都是健康而有利的。

　　美国主要建筑节能标准编制的程序均最大限度地保证了全社会利益相关方有平等的话语权。

　　由于网络信息工具较完善，3年1次的修订期间产生的极大的协调和通讯的工作量所需人力成本并不多，多数编委（committee）只需要保持随时查收及发送邮件的习惯，大量的提交、汇总、公示任务都可以在网站数据库的框架下通过用户在线提交的方式自动完成。少数需要亲自到场的研讨或投票会议（例如ASHRAE年会），由于是常态化的，每年都在年初做好计划，便于编委及投票专家提前安排好时间，保证了出席率。

　　美国的联邦政府层面并不存在行政强制的国家强制标准，一个民间学术组织编写的标准（standard）是否具有建筑法规（code）的法律效力，取决于州政府（或市政府）是否采用。由于依托市场的思想贯穿全社会，美国联邦政府支持的建筑节能的技术一般都经过科学论证和市场检验，是能够为市场接受，可以"自行存活"的。这就保证了国家的研究经费和执行奖励经费能够最大限度地发挥作用。

　　2.2美国建筑节能标准编制的基础性研究

　　美国政府高度重视建筑节能，美国能源部通过长期、持续的资金和政策支持大力推进建筑节能。建筑节能标准被美国能源部作为开展建筑节能最重要的顶层核心，通过对国家实验室的持续的资金支持开展建筑节能标准的基础性和公益性研究。

　　为建筑节能标准的编写提供核心技术支持。美国能源部作为建筑节能的负责单位，2010年在建筑技术方面的投入约为2.2亿美元，2012年在建筑技术方面的财政预算约为4.7亿美元。DOE通过长期而持续的资金支持推动美国建筑节能标准编制的基础性研究，对美国建筑节能工作的开展产生了强大的推动和引导作用，提高了美国建筑节能技术的核心竞争力。

　　最重要的基础研究工作之一是建立美国典型商业建筑模型数据库。DOE联合西北太平洋国家实验室（PNNL）、国家可再生能源实验室（NREL）、劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）3家国家实验室开展典型商业建筑模型的研究。典型商业建筑模型在对整个国家建筑能耗的分析、节能标准的研发以及建筑能耗模拟软件进行建筑能耗模拟分析等方面具有至关重要的作用。在美国能源部大量、长期、持续的资金支持下，西北太平洋国家实验室在典型商业建筑模型及相关研究方面开展了大量研究工作。

　　典型商业建筑模型研究的目的是制定最常用商业建筑的标准或参考建筑能源模型，作为相关能源效率分析研究的基准点，是一项长期、持续的研究。其研究始于1991年，历经20多年的发展，逐步完善成熟，最终形成目前使用的典型商业建筑模型数据库。目前整个典型商业建筑模型数据库主要包含两部分内容，一是典型商业建筑模型的确定，二是不同建筑模型在不同地区的分布特征。典型建筑商业模型通过美国商业建筑能耗调查数据库（CBECS）确定。不同建筑模型在不同地区的分布特征通过MacGraw-Hill数据库确定，该数据库覆盖了美国254 158栋商业建筑，建筑面积超过9亿m2.最后数据库中包含了16个建筑类型在16个气候区的3个时期的建筑信息，共计768栋建筑模型。可以直接代表美国60%以上的商业建筑的特点，并且同其他商业建筑类似。这些模型最终完全以电子表格的形式保存，并且包含可以直接供EnergyPlus使用的输入文件。美国能源部的建筑节能标准项目和西北太平洋国家实验室使用这些模型进行技术分析，支持新版本ASHRAE 90.1和IECC标准的研发并确定最新版本标准的实际节能率，为美国联邦政府和州政府采纳最新版本的建筑节能标准提供技术依据。

　　建筑节能标准的基础性研究是开展建筑节能工作、制定建筑节能标准的基础。大量的基础性研究为标准的制定提供强有力的技术支撑，使得标准的制定更加科学、合理，更加易于实施，操作性更强。这些正是我国建筑节能标准制定工作中相对欠缺之处。美国从国家层面上提供资金支持开展建筑节能标准的基础性和公益性研究是非常值得借鉴和学习的。

　　3修订原则及主要内容

　　3.1修订原则

　　本次《标准》修订的出发点是满足国家对建筑节能的要求，全面提升公共建筑节能设计各项性能指标。《标准》的修编过程中，通过定量计算确定各项量化参数指标。扩展《标准》的覆盖范围，专业技术领域在原有供暖空调、照明能耗规定的基础上，增加对给排水系统和电气系统的用能要求；补充温和地区相关规定，实现《标准》对我国气候区的全面覆盖。对围护结构热工性能权衡判断等操作过程较复杂的技术点，加强操作细节规定，减少由于操作者理解不同带来的结果差异。

　　3.2修订的主要内容
　　
　　1）实现建筑节能专业领域和我国气候区的全覆盖。专业领域涵盖建筑与建筑热工、供暖通风与空气调节、给水排水、电气、可再生能源应用，实现了建筑节能专业领域的全覆盖。增加了对温和地区建筑围护结构热工性能的规定。

　　2）建立典型公共建筑模型及数据库。通过收集筛选86个信息完整的典型公共建筑项目信息，经过归纳、抽象，建立了涵盖8种主要公共建筑类型及系统形式的典型公共建筑模型及数据库，为节能指标的分析计算提供了基础。根据建筑业企业房屋建筑竣工面积数据（2009-2011年），整理得到8种类型建筑在我国不同气候区的分布权重。2005年版《标准》修订中对公共建筑围护结构热工性能和冷热源的能效等定量规定的计算均基于以上公共建筑不同类别、不同气候区分布的二维权重因子加权得出，更加科学合理，符合我国目前公共建筑的实际需求。

　　3）以动态基准评价法衡量节能量提升。以2005年版《标准》的节能水平为基准，结合不同气候区、不同类型建筑的分布情况，明确了本次修订后我国公共建筑整体节能量的提升水平。这种基于动态基准的节能率评价方法也符合目前国际习惯做法。

　　4）采用年收益投资比SIR（saving toinvestment ratio,SIR为使用某项建筑节能措施后产生的年节能量（折合成标准煤，单位为kg/a）与采用该项节能措施所增加的初投资的比值，SIR值即单位投资所获得的年节能量（单位为kg/（元·a）））组合优化筛选法（简称SIR优选法）确定了本次修订的节能目标。SIR优选法是基于单项节能措施的优劣排序，构建最优建筑节能方案的系统性分析方法。本次修订首次采用SIR优选法对节能目标进行了计算和分解，提高了指标的科学性。

　　5）全面提升围护结构热工性能强制性指标要求。与2005年版《标准》相比，由于围护结构性能提升，供暖、通风及空调能耗将降低4%~6%.对温和地区，增加了围护结构的限值要求。本次修订补充了窗墙面积比大于0.7情况下的围护结构热工性能限值，减少了因窗墙面积比超限而进行围护结构热工性能权衡判断的情况。

　　6）全面提高冷源设备及系统的能效强制性要求且分气候区进行规定。本次修订与2005年版《标准》相比，由于供暖、通风空调和照明等用能设备能效的提高可带来14%~19%的节能量。首次分气候区规定了冷源设备及系统的能效限值，增强了《标准》的地区适应性，提高了节能设计的可操作性。

　　7）改进冷水机组IPLV计算公式。为更好地反映我国冷水机组的实际使用条件，在大量调查和数据分析基础上，对冷水机组IPLV公式进行了更新。

　　8）增加建筑分类规定，抓大放小。将建筑分为甲、乙两类，简化单体建筑面积小的乙类建筑的设计程序，提高可操作性。对建筑高度超过150m或单栋建筑地上建筑面积大于200 000m2的大型公共建筑，增加专家论证的要求。

　　9）完善了围护结构热工性能权衡判断的相关规定。针对围护结构热工性能权衡判断在2005年版《标准》实施中暴露的问题，本次修订从2个方面入手：一是扩大限值规定覆盖的范围，补充了窗墙面积比大于0.7的情况，同时乙类建筑不再允许采用权衡判断；二是完善了权衡计算所需基础参数，统一了输入、输出参数格式，明确了权衡计算软件的功能要求，明确以全年供暖和空调能耗之和作为判断标准并给出简化计算方法。此外，增设了权衡判断的"门槛",即规定了各项参数必须达到的最低要求，保证了使用权衡判断的建筑的热工设计不至于存在太差的"短板".

　　10）引入太阳得热系数SHGC替代原遮阳系数Sc作为衡量透光围护结构的性能参数，并给出了SHGC的限值。太阳得热系数和遮阳系数2个物理量存在线性换算关系。

　　4《标准》节能目标的确定和分解

　　在经济合理、技术可行的前提下，优化确定《标准》的节能目标，合理提升公共建筑的节能要求。本次修订参考了发达国家建筑节能标准编制的经验，建立了代表我国公共建筑使用特点和分布特征的典型公共建筑模型数据库，并在此基础上开发了建筑能耗分析模型及节能技术经济分析模型；根据各项节能措施的技术可行性，以单一节能措施的年收益投资比SIR为分析指标，确定不同节能措施选用的优先级，将不同节能措施组合成多种节能方案；以节能方案的全寿命周期净现值NPV大于零为指标对节能方案进行筛选分析，进而确定各类公共建筑模型在既定条件下的最优投资与收益关系曲线，在此基础上，确定最优节能方案。根据最优节能方案中各项节能措施的SIR值，确定《标准》对围护结构、供暖空调系统以及照明系统各相关指标的要求。图1为节能目标及分解技术路线图。

　　【1】

　　本次修订采用SIR优选法，根据我国实际情况，通过技术经济综合分析，确定了我国不同气候区典型城市不同类型公共建筑的最优建筑节能设计方案，进而确定了我国现有条件下公共建筑技术经济合理的节能目标，并将节能目标逐项分解到建筑围护结构、供暖空调等系统，最终确定了本次《标准》修订的相关节能指标要求。

　　SIR优选法的引入使得《标准》的制定迈入科学分析阶段，使《标准》对技术经济性的考量更充分，提升目标更加科学合理。

　　5结语

　　用最少的代价实现更低的能耗和更好的室内环境，是建筑节能工作持续追求的目标。世界各国的建筑节能标准不断更新提升，建筑能耗限值指标相应持续降低。一些国家政府陆续将实现近零能耗建筑、零能耗建筑纳入本国建筑节能目标的时间表。这无疑也是我国建筑节能发展和建筑节能标准的必然方向。

　　一个成功的节能建筑需要建筑、结构、设备、水、电等专业的密切配合、通力合作，对所有相关专业提出设计要求是保证建筑能效最优化的必要条件，也是对建筑节能标准的要求。节能设计标准应逐渐完善给水排水、电气、可再生能源的节能量定量算法，带动更多相关产业进一步提高用能效率。

　　《标准》的修订工作于2012年初开始，2015年发布并实施，历时3余年。自2005年版《标准》颁布实施，2015年版《标准》的实际修订周期为10a.

　　因此，应缩短节能标准的修订周期，才能适应我国建筑节能飞速发展的现状以及建筑业节能减排任务的要求。同时，需要借鉴国外标准编制的成功经验，加强我国标准编制基础性研究工作，使其制度化并持续予以支持，如建筑模型数据库的更新、建筑部品和设备的行业调研、新增能耗项目的量化研究、计算软件的标准化等，提高技术标准的科学性，促进技术标准的健康可持续发展。

　　参考文献：
　　[1] 郎四维，等。公共建筑节能设计标准宣贯辅导教材[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
　　[2] 中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业委员会。GB 50189-2005公共建筑节能设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.