我国围护结构性能化评价方法存在的问题及措施

　　0引言

　　随着能源问题日益突出，人们对节能工作的关注度不断提高。建筑是当今社会的用能大户，第一次石油危机后，建筑节能工作逐渐在各国开展。建筑节能标准是约束建筑能耗的主要手段，最早始于欧美发达国家。

　　1961年丹麦第一次在（DEN）BR1961《建筑条例》中对建筑节能性能作出了规定，对建筑围护结构的性能提出了要求。美国自20世纪70年代以来形成了以 《Energy standard forbuildings except low-rise residential buildings》（简称ASHRAE Standard 90.1标准）[1]和IECC标准[2]为基础的美国建筑节能标准体系。建筑节能标准一般通过对建筑中围护结构、暖通空调系统等组成部件提出指标要求，从而约束建筑能耗水平。

　　然而随着多样化建筑和个性化建筑的逐渐增多，传统的指标方法难以适用于这些建筑，不拘泥于单项指标的性能化评价方法得到了越来越多的应用。性能化评价方法从建筑整体性能出发对其节能性进行评价，具有较高的灵活性，目前我国建筑节能标准中使用的围护结构热工性能权衡判断方法就是一种性能化评价方法。

　　围护结构热工性能权衡判断方法在GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》[3]（以下简称2005年版《标准》）被推荐应用，然而由于方法相对复杂、难度较高等原因在实际使用中存在较多问题，因此对围护结构性能化评价方法进行研究十分必要。

　　1性能化评价方法的应用现状

　　1.1国内外性能化评价方法在标准中的应用现状

　　不同国家和地区的性能化评价方法存在较大差异。以美国ASHRAE Standard 90.1标准和我国香港地区标准[4]为代表的大部分性能化评价方法考虑包含围护结构、暖通空调系统、生活热水系统、照明系统在内的建筑整体能耗，对建筑整体节能性进行评价，但不同国家和地区的方法采用的参照建筑基准系统、建筑模型参数配置原则和计算结果对比基准均不相同。美国ASHRAE Standard90.1标准提供了11种参照建筑基准系统，根据设计建筑的冷热源形式和建筑类型进行匹配选取，我国香港地区以风机盘管系统作为唯一的基准系统。

　　美国使用的方法对建筑模型参数配置规定较详细，提供了冷热源、输配系统等设备的参数选取原则和运行配置方案，而我国香港地区使用的方法仅对设备效率限值提出了要求。美国以建筑全年能耗费用作为性能化评价结果的对比基准，而我国香港地区以建筑全年耗电量作为对比基准。

　　由于我国性能化评价方法研究起步较晚，研究成果较少，难以确定适用于我国的暖通空调基准系统和参数配置原则，同时考虑暖通空调系统能耗计算的复杂性及可操作性，避免影响围护结构的节能性能要求，2005年版《标准》中的性能化评价方法仅限于围护结构热工性能权衡判断。建筑围护结构热工性能的权衡判断方法规定建筑的外墙、屋面、外窗等围护结构的热工性能可相互补偿。该方法以建筑能耗模拟软件为计算工具，建立和设计建筑相对应的参照建筑作为对比建筑，规定参照建筑模型的围护结构热工性能参数均取标准规定的限值，参照建筑的其他信息和设计建筑完全相同，该方法未考虑暖通空调系统的性能，模拟计算中统一将建筑模型的暖通空调系统设为风机盘管加新风系统，仅为得到相同条件下设计建筑和参照建筑的能耗。该方法提供了模拟计算所需的建筑运行时间表、人员在室率、照明时间表和空调运行时间表等信息。

　　我国各地区居住建筑节能标准中也提供了围护结构热工性能权衡判断方法的内容。围护结构热工性能的权衡判断方法是我国建筑节能标准发展、完善的重要尝试。

　　1.2 2005年版《标准》围护结构性能化评价方法存在的主要问题

　　1.2.1建筑能耗模拟软件问题

　　2005年版《标准》中围护结构性能化评价方法仅规定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要求，导致软件类型不统一，不同地区和不同设计人员采用不同软件得到的计算结果往往不一致。

　　国际上认可度较高的能耗模拟软件主要有美国 的eQUEST,BLAST,DOE-2,EnergyPlus,TRNSYS和英国的ESP-r等，但很多软件尚不完善，不具备计算各类系统的能力，现有方法未对软件提出准入标准的要求。且不同的能耗模拟软件的功能有差异，设定参数难以统一，导致使用不同软件计算结果差异较大，难以保证评价结果的一致性[5].

　　1.2.2方法使用及建筑模型参数问题

　　原有围护结构性能化评价方法未对围护结构热工性能提出最低限值要求，任何不满足标准围护结构限值要求的建筑均可使用性能化评价方法，造成建筑设计存在过弱环节和方法上的漏洞。

　　围护结构性能化评价方法对建筑模型各参数的规定不具体，参数及运行策略如何设置目前尚不明确，导致不同设计人员对建筑参数的理解不同，计算结果有差异。例如现有方法按照全年供冷供热进行计算，与实际情况不符，导致计算结果不准确，同时实际使用中存在参数设置未规范化的情况，影响了性能化评价方法的应用。

　　1.2.3计算结果比较基准问题

　　围护结构性能化评价方法规定比较参照建筑和实际建筑的供暖和空调能耗，字面上理解是比较建筑能耗，但标准中未给出设备效率值，实际上比较的是建筑耗热量和需冷量，将建筑冷热负荷的绝对值相加作为比较依据，会导致不同理解下的结果存在误差。

　　2围护结构权衡判断方法的改进与完善

　　围护结构性能化评价方法经过几年来的大规模应用，暴露出一些不完善之处，主要体现在计算参数要求不明确、方法使用不规范和设计人员理解不透彻几方面，造成方法使用上存在漏洞。

　　为解决上述问题，提高方法的使用效率和一致性，在GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》（以下简称2015年版《标准》）修订过程中，对方法的计算软件、使用准入条件、参数配置详细规定、计算结果对比基准等内容进行了研究，并在标准中予以体现。改进与完善的主要内容如下。

　　2.1方法计算准入条件

　　为防止建筑围护结构热工性能存在过弱环节，设定进行建筑围护结构热工性能权衡判断计算的准入条件，规定建筑首先应符合相应的性能限制要求，不符合时，必须采取措施提高相应热工设计参数，使其达到准入条件后方可进行性能化评价。

　　2.2软件功能基本要求

　　针对方法原本规定不完善的地方进行了补充和完善，对围护结构性能化计算采用的软件提出了功能要求，规定软件全年逐时负荷计算、对建筑模拟的精度和计算方法必须满足相应的功能需求，从而使方法使用的计算软件必须达到一定的技术条件，避免了软件功能差异过大导致的计算结果不准确。标准修订明确了建筑围护结构热工性能权衡判断应使用权衡判断计算软件，并对权衡判断计算软件进行了要求。

　　建筑围护结构热工性能权衡判断计算应采用能按照本标准要求自动生成参照建筑计算模型的专用计算软件，避免人为改动的可能。软件应具有以下功能：1）每年8 760h逐时负荷计算；2）分别定义工作日和节假日室内人员数量、照明功率、设备功率、室内温度、供暖和空调系统运行时间；3）考虑建筑围护结构的蓄热性能；4）计算10个以上建筑分区；5）直接生成建筑围护结构热工性能权衡判断计算报告。

　　2.3条文规定及参数设置

　　2015年版《标准》修订工作中扩大了标准条文中性能指标的规定范围，即性能指标规定可以覆盖更多建筑，减少设计中作权衡判断的机会，同时对性能化评价方法各计算参数的设置提供了更明确的要求，统一了参数，有利于方法的规范化应用，减少技术上的不明确之处，同时也就减少了作弊的空间。

　　建筑围护结构热工性能权衡判断计算报告应该包含设计建筑和参照建筑的基本信息：建筑面积、层数、层高、地点以及窗墙面积比，外墙传热系数、外窗传热系数、太阳得热系数等详细参数和构造，照明功率密度、设备功率密度、人员密度、建筑运行时间表、房间供暖设定温度、房间供冷设定温度等室内计算参数等初始信息，建筑累计热负荷、累计冷负荷、全年供热能耗量、空调能耗量、供热和空调总耗电量、权衡判断结论等。

　　为了保证计算结果的准确性，对权衡判断计算涉及到的软件固化参数、基础参数等信息进行了研究，并对方法中使用的参数进行了完善。主要包括典型气象参数、空间划分和建筑基础参数，并对参照建筑提出了更明确的规定要求。

　　2.4计算结果对比基准

　　规定方法性能化评价应以参照建筑和设计建筑的供暖和空调总耗电量作为判断的依据，建筑供暖耗煤量和耗气量应折算为等效耗电量。同时提供完整的全年供暖和空调耗电量的计算方法和计算公式，明确计算结果对比单位，使计算结果更符合常规统计习惯，同时以建筑节能性作为评价目标。最后给出建筑围护结构热工性能判断表这一规范化的结果输出形式。

　　计算设计建筑和参照建筑全年供暖和空调总耗电量时，空调系统冷源应采用电驱动冷水机组；严寒地区、寒冷地区供暖系统热源应采用燃煤锅炉；夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区供暖系统热源应采用燃气锅炉，并按下式计算：

　　

　　式（1）~（4）中E为建筑物供暖和供冷总耗电量，kW·h/m2;EH为建筑物供热耗电量，kW·h/m2;EC为建筑物供冷耗电量，kW·h/m2;QC为全年累计耗冷量（通过动态模拟软件计算得到），kW·h;A为总建筑面积，m2;COPST为供冷系统综合性能系数，取2.50;QH为全年累计耗热量（通过动态模拟软件计算得到），kW·h;η1为热源为燃煤锅炉的供暖系统综合效率，取0.60;q1为标准煤热值，取8.14kW·h/kg;q2为上年度国家统计局发布的发电煤耗，kg/（kW·h）;η2为热源为燃气锅炉的供暖系统综合效率，取0.75;q3为天然气热值，取9.87kW·h/m3;φ为天然气的折标系数，取1.21kg/m3.

　　2015年版《标准》对现有方法存在的漏洞进行了研究和完善，解决了方法研究和使用中的问题，对方法计算软件、方法计算准入条件、计算参数配置说明和计算结果对比基准都给予了明确规定。通过对围护结构热工性能权衡判断方法的进一步研究，明确了方法使用的规定，减少了因规定不明确导致的计算错误和方法使用中的漏洞。

　　建筑的性能化评价方法是当前全球建筑节能领域中的焦点，是建筑节能标准不断提高和完善的重要工具，使得建筑节能标准更人性化和更加可执行。将暖通空调系统纳入建筑性能化评价方法中是未来的方向，但基准系统、比较标准、评价工具等问题还需要进行更为深入的探讨和研究。性能化评价方法是我国建筑节能技术的创新和突破，在今后的研究和应用中，应不断发现问题、解决问题，在实践中发现问题，在研究中解决问题，二者相辅相成，不断推进方法的应用和发展，力争在标准的下一次修订中纳入包含暖通空调系统的建筑性能化评价方法。

　　3结论

　　2015年版《标准》对原有围护结构热工性能权衡判断方法进行了完善和改进，主要改进内容为：

　　1）改进方法学。明确以全年供暖和空调能耗之和作为判断标准，体现供冷供热消耗能源的品位差别，提供由累计耗热（冷）量计算能耗的简化方法。

　　2）完善基础参数，提高计算结果的一致性。提供计算所需更为完善的基础数据，对软件默认参数进行统一。对输入和输出参数进行检查，明确要求应使用权衡判断计算软件，提高计算的透明度和计算结果的一致性。

　　3）减少权衡判断的使用。提供完整的不同窗墙面积比下的规定性指标，禁止对体形系数不达标情况和乙类建筑使用权衡判断。

　　4）保证围护结构性能的最低要求。设置进行权衡判断围护结构的最低要求，防止围护结构出现过弱环节。通过对权衡判断方法的完善和改进，提高了建筑围护结构热工性能权衡判断计算的科学性、合理性、准确性和透明度，提高了标准的技术水平，更有利于应用和推广。