建筑节能计算常见通病_百度文库
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建筑节能计算常见通病
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&&针对PKPM节能计算中经常出现的问题做了总结。
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　　1 新常态、新形势
　　1.1 经济新常态
　　我国经济进入新常态，即经济发展进入高效率、低成本、优结构、可持续的中高速增长阶段。2015年，我国GDP增长率降低至6.9％。重化工业产能严重过剩，我国经济正经受转型期的阵痛。
　　经济转型，首先体现在发展方式的转变，特别是产业结构的调整。我国的主要中心城市，其产值的主要贡献者正在从第二产业（制造业）转向第三产业（服务业），其中北京市的第三产业比重已经接近80％，向国际大都市的水平（纽约88.4％，伦敦88.2％，东京84.8％，巴黎79.8％）靠拢。这意味着，我国经济发展的主力，正逐渐从以工艺能耗为主的制造业（钢铁、水泥、化工、有色）转为以建筑环境为依托的服务业和轻制造业。我国经济发展的动力，正逐渐从投资和出口拉动转为以内需和消费驱动。
　　1.2 能源供给侧新形势
　　由于经济发展增速放缓、需求疲软，2015年煤、电等主要能源产品已经供过于求。
　　1.2.1 煤炭
　　2016年2月，国务院明确提出，从2016年开始，用3～5年时间“再退出煤炭产能5亿吨、减量重组5亿吨左右”。包括“长期亏损、资不抵债的煤矿；长期停产、停建的煤矿；资源枯竭、资源赋存条件差的煤矿；不承担社会责任、长期欠缴税款和社会保障费用的煤矿；其他资源退出的煤矿”。在去产能的同时，煤炭消费量遭遇连续2年的下降，2014年下降幅度为2.9％，2015年达到3.7％。
　　1.2.2 电力
　　2015年我国用电量同比增长仅为0.5％，其中第二产业用电量同比下降1.4％，而发电设备装机容量已达15.06亿kW，较上年增长10.4％，同样面临产能过剩问题。全国6 MW及以上容量电厂发电设备累计平均利用时间为3 969 h，同比减少349 h。而在2015年电力消费中，第三产业用电量同比增长7.5％；城乡居民生活用电量同比增长5.0％。
　　1.2.3 可再生能源
　　2015年，我国可再生能源发电总装机容量达到4.8亿kW，非化石能源占能源供应总量的13％。
　　1.3 能源需求侧新动向
　　1.3.1 能耗强度和碳排放
　　2015年我国能源消费总量43亿t标准煤，仅比上年增长0.9％。全国万元国内生产总值能耗下降5.6％。连续2年CO2排放量下降，提前实现了我国到2030年碳排放达到顶峰的承诺。
　　1.3.2 上海居民用电量下降
　　2014年上海居民生活耗电（住宅电耗，人均718.43 kW?h）比2013年下降15.2％，居民生活总能耗下降6.7％；2015年上海居民用电量尽管同比上升了6.7％，但还是低于2011年水平。对此有以下解释：
　　1）2014年夏季气温没有2013年高。2013年上海供冷度日数DDC26为303 ℃?d，2014年为101 ℃?d，相差悬殊；但2个年份供暖季供暖度日数DDH18却相差不大。说明夏季空调的应用是影响居民用电量的主要因素。
　　2）实施阶梯电价旨在促进节能，但实际上阶梯电价对高收入高耗电家庭并没有太大影响，而多收的电费也没有按照国际上的惯例用来补贴“能源贫困”家庭，其实际效果是原来不敢用电的家庭更不敢用电。
　　3）部分家庭一户多房，住一套，余下住房要么空置，要么出租，要么“钟摆式”自住，实际上大大降低了用能强度。
　　4）一部分家庭冬季用了天然气壁挂炉带地板供暖，减少了冬季空调耗电（2014年人均生活天然气消耗比2013年增加了5.2％）。
　　5）在经济高增长期，消费性能耗会随着经济增长而增长，但当经济发展到较高水平时，能耗增长会保持相对平稳的增速甚至负增长。年，上海的人均生活电力消耗的平均增长率为7.4％，其间上海人均GDP年均增长9.4％。生活电力消费弹性系数（即年均生活电力增长率与年均GDP增长率之比）为0.78。而同期间，香港的人均生活电力消耗的平均增长率为1.1％，有几年还出现了负增长，而人均GDP平均增长率为3.2％。香港的生活电力消费弹性系数是0.34，低于上海；纽约市的人均生活耗电也呈现出与香港相同的趋势。这是因为住宅能耗有个“度”，尤其是室内环境的需求，会受到舒适度和生活习惯的自然限制，不可能无限增长。
　　上海是不是进入了这个阶段？这个解释十分牵强。2015年，上海人均GDP为15 851美元，只有纽约的13.2％、香港的42％，在国际上还算不上发达城市。
　　6）建筑节能初见成效。大量新建居住建筑都符合建筑节能设计标准的要求。但居住建筑的主要节能措施都体现在围护结构上。保温隔热良好的围护结构只是降低建筑能耗的必要条件，建筑设备的效率和运行方式才是降低能耗的充分条件。一幢“纸糊”的保温隔热很差的建筑，如果空置无人居住，那就是“零能耗”建筑；而一幢设计精良、围护结构热工性能上佳的建筑，如果用能浪费、运行失调，同样可能变成高能耗建筑。
　　2013年，国内水泥熟料每吨能耗平均达到112 kg标准煤，而国外先进企业能耗为95 kg标准煤；2014年，全国平均吨钢综合能耗折合标准煤为584.7 kg/t，已经优于国外平均水平。我国2014年平均供电能耗水平为318 g/（kW?h），而上海外高桥第三发电厂能耗水平达到270 g/（kW?h），是世界最先进水平。所以，要再把我国高能耗的原因归咎于能源利用率低恐怕就不确切了。我国工业能耗高的主要原因是规模过大、产能过剩。2013年全国粗钢产能已达10.4亿4，产能利用率仅72％，产能严重过剩。与产能过剩相伴的是钢铁库存量大、钢材品种附加值低、各钢铁企业间主要靠低价竞争、利润大幅下滑，甚至钢材卖出“白菜价”。所以，我国供给侧改革的一项重要任务就是压产能、控规模、提效益。由于压产能而使第二产业电力消耗下降。
　　1.3.3 再生能源丢弃（弃水弃风弃光）严重
　　近年来，我国可再生能源发电呈爆炸式增长。但由于追求规模，所以大量投资大装机量的设施，主要的可再生能源装机在我国资源丰富的三北地区和西部省份。但这些地区经济发展相对滞后，电力需求不足，而通往东部发达地区的输电通道也严重不足，因此很大部分的可再生能源发电设施“停摆”。也有一些西部城市为了保自己的产值和税收，尽管本省水电装机占90％，但城市90％的供电还是依靠自有的煤电厂。
　　2014年，我国弃水弃风弃光损失电量超过300亿kW?h。一方面以煤为主的火力发电是各城市空气污染和碳排放的主要贡献者，各地都面临很大环境压力；另一方面却又将花费大量投资的可再生能源弃之不用，令人扼腕叹息。
　　1.3.4 民用建筑室内环境质量堪忧
　　近期，清华大学建筑环境检测中心等单位抽检了北京、上海等9个重点城市近千户居民家庭的室内环境质量，发现甲醛超标最严重，北京、广州、济南、西安4个城市的超标率高达80％；PM2.5浓度超标仅次于甲醛，其中西安市PM2.5超标率高达100％。
　　公共建筑中的室内污染情况同样十分严重。尤其是人员密集的中小学校、三甲医院、车站等场合。例如北京市在调查的10家医院的78个监测点中，有17个监测点PM2.5的平均质量浓度均在100 μg/m3以上。北京市16所医院病房调查结果显示，空气中病原菌检出率为12.5％，在空调冷却水中嗜肺军团菌检出率为14.89％，医院空气已成为病原菌的重要传播途径。上海市中小学校教室检测结果表明，大部分时间被测试教室内CO2体积分数超过了国家环境标准规定的限值1 000&10－6，有的甚至高达3 200&10－6以上。
　　关于地铁站，多个城市开展的对多项常规空气质量指标的检测情况较好，符合国家标准的测点在90％以上。但上海一项对地铁站PM2.5的检测发现，在有屏蔽门的站点PM2.5平均质量浓度夏季为74.1 μg/m3，冬季为81.1 μg/m3；而只有半高安全门系统的站台，PM2.5平均质量浓度夏季为214.3 μg/m3，冬季为221.4 μg/m3。这些都表明，公共建筑环境负荷很大，超过了环境系统的能力。
　　建筑的基本要义是安全和健康，公共建筑首先要满足其公共服务的功能。因此，讲建筑节能，不仅要重视节约资源、降低排放的国计，更要重视居住者和使用者健康和安居这样重大的民生。
　　上海居民电力消费的大幅度下降，很可能是上述多个因素的综合作用。但这种状态在全国是否有普遍意义还有待观察。作为对比的是，北京市2014年人均生活电耗比2013年增长了5.7％，生活电力消费弹性系数为0.78，而居民人均总能耗的增长为2.6％。北京的人均GDP要高于上海，但生活能耗仍处于正常增长状态。
　　1.3.5 生产性能耗的效益差
　　我国有220多种工业品产量居世界第一位，制造业净出口居世界第一位，制造业增加值在世界占比达到20.8％。制造业贡献了我国GDP的40％以上。2014年中国粗钢产量达8.23亿t，约为全球产量的49.5％，是排名第二的日本粗钢产量的7.43倍。2014年中国水泥产量达24.76亿t，中国的水泥产量和消耗量均占全球的60％左右。年，中国消耗了66亿t水泥，超过美国在整个20世纪的消耗量。
　　2 建筑节能2.0――建筑能效提升工程
　　2.1 建筑节能1.0中需要改进的地方
　　建筑节能30年的发展取得了许多成绩，其中最重要的是建立健全了系列的建筑节能标准，并使建筑节能变得家喻户晓，成为政府部门的日常工作。同时，社会对建筑节能工作的理解也越来越深入。但建筑节能工作仍存在一些误区。
　　2.1.1 只讲计算节能率不讲实际节能量
　　节能标准中的50％，65％，75％节能率，是设计时的计算依据。即设计时采取必要的节能措施，使能耗计算值比20世纪80年代条件（围护结构保温隔热水平、锅炉供暖系统效率）下的能耗计算值低50％。因此，这只是虚拟节能量或计算节能量，相对80年代能耗而言，实际能耗肯定是增加的，由于采取了节能措施，实际能耗只是“少增加”。在经济新常态下，国家实行能耗和强度的“双控”，要求建筑能耗在过去某一时间节点上（当然不可能是20世纪80年代）的实际能耗（实测和计量得出）的基准上降低某个百分数，或者要求建筑能耗低于当地同类建筑能耗限额。建筑节能不要再沿用50％和65％之类的虚拟目标值。
　　2.1.2 以降低建筑能耗占总能耗的比例作为建筑节能的目标
　　很多报告、讲话、文件都在夸大我国建筑能耗占总能耗的比例，最极端的甚至认为这一比例达40％左右，并以此证明我国建筑节能形势严峻、我国建筑能耗是发达国家的数倍。我国的能耗是按照7个行业统计的，即：1）农、林、牧、渔、水利业；2）工业；3）建筑业；4）交通运输、仓储及邮电通讯业；5）批发和零售、贸易、餐饮业；6）其他；7）生活消费。如果第4项中1/2的能耗算作建筑能耗的话，那么2013年我国建筑能耗比例只有22.4％。
　　在城市层面，第三产业产值占比高的城市，其建筑能耗占比也高。我国只有北京市的第三产业产值占比与发达国家相仿，加之北京的集中供暖普及率75.7％，因此其建筑能耗比例超过了30％，人均生活能耗也超过东京。
　　建筑能耗比例是经济发展阶段的标志。可以把经济发展分为前工业化、工业化和后工业化3个阶段。在前工业化阶段，因为没有制造业，能耗总量不高，所以住宅能耗比例较突出，而且住宅能耗局限于炊事和照明等低水平用能。例如，作为欠发达国家的尼日利亚，住宅能耗占总能耗的比例高达77.9％，但该国能耗总量只有1.63亿t标准煤，是中国的3.8％。在工业化中期，经济基础是制造业，尤其是投资拉动的重化工业，人民生活水平基本实现了简单温饱型（吃饱饭、有衣穿），正向小康型过渡（有舒适的住房、有安全健康的食品），此阶段的能耗以工业能耗为主。中国正处于这个阶段，工业能耗占比最大，金砖国家南非和巴西也有类似情况。在后工业化时期，经济基础是服务业，尤其是高端金融服务业和高附加值的技术服务业，人民生活普遍富裕，此阶段以建筑能耗为主。发达国家的发展基本都服从这一规律，欧美发达国家建筑能耗占比都在40％左右。只有日本，因为还保留了一些制造业，其国民日常生活较节俭，其建筑能耗只占33％。
　　我国正处于向后工业化过渡的转型期，建筑能耗比例的增加是经济规律，也是必然的趋势。建筑节能是控制总量，不是控制比例。
　　2.1.3 单位面积能耗指标作为唯一衡量标准
　　评价建筑能耗强度，国际上通用的是单位面积能耗指标EUI（energy use index），我国各地建成的公共建筑能耗监测平台，积累了海量能耗实测数据，对建筑节能尤其是政府办公机构的节能起到很好的推动作用，同时也促进了既有建筑节能改造工作的开展。但因主要由政府投资建设，预算有限，实际应用中存在如下问题：
　　1）只有电力消耗数据，没有燃气计量和（北方城市）集中供热计量。由于北方城市供暖分户计量的推进举步维艰，一直沿用按面积收费的制度，因此即使末端有计量，数据也不敢向用户公开。缺少集中供暖能耗的监测结果，不能反映建筑的用能状态，也不能作为建筑节能的评价依据。诚然，燃气和集中供暖数据的缺失并非技术原因，而是体制上的积弊所致。但用这种“瘸腿”数据作为能耗基准，就失去了推动建筑节能的意义。希望通过供给侧改革能够有所改变。
　　2）基础资料不完全，导致按建筑面积计算的EUI不准确。例如，有大型地下停车库的建筑，其EUI值会小于没有车库的建筑。
　　3）大部分公共建筑的电路设计中，照明和插座是共线的，因此，会把照明、室内业务设备、空调末端（风机盘管或室内机）的耗电混为一谈。近年来建筑中安装充电桩，把交通能耗也计入插座能耗中。因此实测数据中的空调能耗实际只是冷热源的能耗，甚至出现建筑照明插座能耗大于空调能耗的反常现象。
　　4）现代服务业的发展导致公共建筑的用能状态变得十分复杂和多变。例如，酒店宾馆附设的餐饮类型和规模差别很大，中餐和西餐、咖啡厅和酒吧，在用能和营业时间上都不相同；大型商场受电商冲击，改为餐饮和美食城，其空调和新风的要求有很大的改变；执法部门的办公楼，部分空间需要昼夜24 h使用；金融机构和IT公司，需要一人多台计算机、安装四季供冷的服务器；大多数三甲医院天天人满为患，超负荷运行。这些因素，导致不同建筑之间无法进行能耗比较，也导致仅用EUI指标难以进行能耗对标和能耗公示。
　　5）国内建设的大部分建筑能耗监测平台都是由政府投资，但一些非政府部门的大楼业主，并不欢迎、也不配合能耗监测；而一些政府部门业主，并不愿意能耗数据的公开和公示，甚至将能耗数据上升到“国家机密”的层次。
　　上述现象说明，能耗指标需要与多种影响因素脱钩（decoupling）。
　　2.1.4 只讲设计不讲运行
　　前面说过，“节能50％”等指标主要是设计计算的依据，也是制订建筑节能设计标准的基础。因此，相比运行，建筑节能的设计具有更完善的程序和方法论。设计只需要对照标准，按标准的做法选符合标准的设备材料，就可以满足节能要求，即计算节能量。但计算值要变成实际的节能量，必须靠运行来实现。运行是建筑节能中的薄弱环节：第一，缺少贯穿设计和运行全过程的调适（commissioning）环节；第二，运行管理缺乏具备可操作性的标准和导则；第三，运行环节不受重视，如果通过运行管理取得节能成果，很少对运行管理人员有激励措施；第四，运行管理主要靠经验，暖通专业毕业的学生很少愿意到运行管理岗位上就业，即使进入运行管理企业，也很难长久工作。笔者曾多次兴办与设施管理相关的本科专业，试图培养建筑能源环境的管理人才，但都受到教育体制机制的障碍而无法持续，感到深深的遗憾。
　　抓设计节能，就像治理一条大河先治理源头，这是没有疑义的，但光治理源头而忽略对整个河道的治理，以及对河道在不同季节、不同水文条件下的管理，很可能会使治理源头的努力白费。要保证系统在部分负荷下高效率运行，要求运行管理人员具有节能意识和技术素质。
　　2.1.5 只讲技术不讲效果
　　在绿色建筑评价中，因为绿色建筑的效果无法量化计算，所以只能按照“用多少绿色技术，得多少分数”的办法，加之绿色建筑评价结果一度又与财政补贴挂钩，因此在绿色建筑实施过程中，多数开发商采取“踩底线、凑分数”的策略，造成堆砌了各种节能技术的星级建筑并不比普通建筑节能、某些先进技术在建成以后便弃置不用、某些技术令用户在使用时反而要多掏腰包的现象。甚至有个别奸商用阴阳图纸骗补。截止到日，全国共评出3 979项绿色建筑评价标识项目，总建筑面积达到4.6亿m2，其中，设计标识项目3 775项，占总数的94.9％；运行标识项目却只有204项，只占总数的5.1％。绿色建筑的用户也没有什么“获得感”。
　　节能技术必须符合当地的实情，它的节能效果是在某一特定工况下实现的，不要高估，更不能无限放大。某些决策者往往头脑发热，喜欢用行政干预的手段和财政补贴的引导强行推广某一项技术，把单项技术的推广和夸大计算出来的相对节能率当作政绩，最终没有任何实质性节能。
　　2.1.6 只讲节能不讲性能
　　所谓建筑性能分析，是对建筑建成环境（build environment）的潜在问题进行预防设计、分析、识别和整改的综合性方法。建筑的安全、室内环境对人的健康影响、自然生态的保护、资源的综合利用、历史文化遗产的传承，以及建筑主营业务和主体功能的改善，是比建筑能耗更重要的事项。比如，大部分三级甲等医院的门急诊量逐年上升，2014年上海各级各类医疗机构的就诊人次已经突破2.4亿，三甲医院日门急诊量破万已成常态。医院各项设施和医院规模是按照当地常住人口的比例设置的，像上海，就诊人次是常住人口的10倍，而且越是病患人多，陪护人员和家属就越多（因为到处要排队，包括上厕所）。所以，医院的电梯、空调、通风等建筑设备系统长期超负荷运转仍无法满足需要。因此，对三甲医院而言，当务之急不是如何节能，而是如何发挥功能、提高效率、更新设备、增加供给。再者，某些节能技术的应用必须考虑当地条件和技术对环境和生态的影响。例如，在某些极度干旱地区和缺水地区，不宜采用蒸发冷却技术，将花了很大代价（南水北调）得来的宝贵水资源轻易挥霍掉。再如，长期采用地下水地源热泵也会对地下水资源造成破坏。在我国118个城市中，约有64％的城市地下水遭受严重污染，66％的城市地下水受到轻度污染，基本清洁的城市地下水只有3％。还有，对室内空气的处理，要少用或不用化学添加剂，因为人长期在低浓度化学制剂环境中呼吸，谁也不能保证“预后”。
　　因此，建筑节能的前提是满足使用需求，发挥它应有的功能。建筑节能技术也不是可以到处贴的标签，要不断在满足需求、保护环境和节约能源之间进行权衡。建筑节能更不是节能技术的简单堆砌，它是各项节能技术的综合应用，保证建筑整体性能的提升和节能的实效
　　2.2 建筑能效提升的主要途径
　　建筑能效（building energy performance）是指建筑物在实现功能、符合安全和健康标准、适应气候、满足需求的前提下减少实际消耗的能源量，包括建筑供暖、供冷、供热水、通风和照明所消耗的一次能源量。提升建筑能效，就是要强调建筑用能的科学性和合理性，最终要看节能的绩效。
　　2014年住房和城乡建设部主持起草了我国2030建筑能效提升工程路线图。2030的目标是新建建筑在满足国家健康卫生和环境标准的前提下供暖空调能耗强度低于15 kW&h/（m2&a）（按未来的热电转换效率计算，折合标准煤约为4.5 kg/（m2&a））。这对建筑节能技术提出严峻的挑战。以上海地区普通办公楼为例，如果用热泵供冷供暖，热泵系统COP＝4.0，则要求负荷在40 W/m2以下，建筑屋顶和围护结构的热工指标要达到德国节能标准。
　　2.2.1 以人为本是建筑能效提升的根本
　　“坚持以人为本，推动科学发展”是党的十八大提出的重大战略思想。建筑能效提升要遵循这一思想，要建立以下几个理念：
　　1）将城市居民改善住房环境品质的需求视为合理的消费，加以引导和鼓励。在经济新常态下，应该鼓励城市居民投资住宅供暖、投资现代化家电、投资舒适健康。这种消费要远远优于烟酒和奢侈品的消费，甚至优于汽车消费。一段时间内，对居住建筑只考核总量，不考核强度。
　　2）关注特殊人群和弱势群体的室内环境。比如对高龄或独居老人，应该给予能源费补贴和用能指导，并通过围护结构改造等措施改善室内热环境；新建养老社区应设置集中供暖设施，作为标配；改善城市务工农民工的居住和工作环境，这也是我国在国际贸易特别是服务贸易中的短板。
　　3）人员密集的公共建筑，将改善室内环境、开展绿色化改造作为关注的重点。近年来室外环境的全面污染尤其是雾霾天气频发，使人们更加关心室内环境对健康影响，特别希望减少对下一代的侵害。而三甲医院等场所，人流涌动，环境品质日趋恶化，医患双方都深受其害。国际上正在积极推行健康建筑的理念，我国也正在编制相应的标准。健康建筑是一个很大的概念，它涉及居住者的身心健康，并不仅仅是室内空气品质。美国绿色建筑协会（USGBC）于2016年2月发布新版WELL标准，包含空气、水、营养、光、健身、舒适和心理等7大项，共102项性能指标。在人的健康面前，节能理所当然地退居其次。
　　4）关注贫困家庭和农村建筑的用能。2012年，英国将“燃料贫困”家庭定义为：“当一个家庭所付出的燃料费用在所有家庭统计数据的中位数以上，且这个家庭在支付了能源费以后的剩余收入落到官方制订的贫困线以下”。这一定义也被称为LIHC（low income high costs）。我国城市已经进入老龄化、少子化时期，外来人口大量涌入，形成棚户区、城中村等低品质社区，城市能源贫困事实上已经存在。解决城市能源贫困问题，就要在建筑节能中将“以人为本”的指导思想贯彻始终。
　　2.2.2 制订建筑能耗定额和基准线
　　国家标准GB/T 5《民用建筑能耗标准》将于日起实施。我国各地城市也制订了各类建筑的能耗限额或能效指南。行业标准JGJ/T 288―2012《建筑能效标识技术标准》也已于日实施。这就为我国建筑能耗总量控制提供了支撑。要使标准落地，必须重视几个关键因素：
　　1）将建筑节能要素融入新建城区的控制性详细规划之中，在控规中建立各类公共建筑的能耗基准。
　　2）在设计任务书中提出能耗基准线的要求，设计完成后，设计单位必须提供用统一的模型和经校准的软件计算得到的能耗强度值，证明设计能够满足能耗基准线。
　　3）开展能效对标，对能耗超过基准线的公共建筑必须实施整改，整改包括节能改造或建筑调适。并同时开展节能量交易或碳交易。
　　4）对集合式住宅能耗标识应该到户。国外的能效标识或能源护照都是以户为单位，并且作为住宅销售或转让时的重要依据。诚然，我国多为集合式住宅，标识到户有一定工作量，而且房产商也极度抵触。但非如此，能耗标识就没有任何意义。住宅像冰箱空调一样也是商品，理所当然地应该像冰箱空调一样按能效等级论价。只有这样才能逐步推动房价回归理性。
　　5）总量和强度的双控，要求设计单位必须提高节能意识，熟练运用能耗模拟工具，稍具规模的建筑，都要经过能耗模拟。那么这是否会增加设计院的负担？其实目前设计人员利用BIM技术进行设计的同时完全可以进行负荷和能耗的模拟。对暖通专业而言，如果仅用BIM设计管线，未免大材小用了。
　　6）对公共建筑，可以用能耗强度EUI指标评价，但要求EUI指标与公共建筑内的功能设备、业务设备能耗脱钩，即EUI反映的是“纯”的建筑能耗。这样的EUI指标可以是约束性指标。而对居住建筑，建议用“人均建筑能耗占用空间”评价建筑能耗水平，或用人均日常生活能耗指标（包括居住建筑能耗和日常通勤交通能耗）来评价，这些指标应当是引导性指标。
　　2.2.3 建筑能耗与插座能耗解耦
　　现代服务业中的金融、咨询、信息服务、设计以及传媒行业，都是以办公楼为生产基地的。这些产业的正常经营依靠大量的电子信息设备，因此，其办公场所单位面积的设备负荷（插座负荷）高达50 W/m2，每一工作站的电源密度达65 W/m2，设备的同时使用系数为0.9。以全年工作220 d、每天工作10 h计算（有些行业甚至全年无休息日），这些电子设备的全年电耗就高达100 kW&h/（m2&a）。尽管办公设备的能效在不断提高，但工作站办公设备的台数也在不断增加。
　　近年来电动汽车普及，其充电设施逐渐成为新建建筑中的标配。电动车的常规充电（即用普通电源插座和车载或外置充电机充电）和充电桩模式（用交流或直流充电桩为电动汽车充电）多附属于建筑物，成为插座电耗的一部分。
　　另外由于酒店提供的餐饮服务不同，也会导致建筑能耗的差异。因此，建筑的插座能耗理应与“纯”建筑能耗（即维持建筑环境的能耗，如建筑照明、空调、通风、供暖、供热水和电梯）区分开来。但事实上，由于电路设计的不同，很多大楼的空调末端（如风机盘管、多联机的室内机）是联接在插座供电回路中的，很多大楼的照明和插座的电路是不分的，这给建筑环境能耗与插座能耗的解耦带来困难，也是现在的分项计量能耗监测系统无法解决的。
　　可以用简单的能耗分拆方法来解决。在图1某办公楼全年能耗曲线上，有2个最低点，分别出现在4月和11月。在上海地区，一般在这2个月建筑物既不需要供暖，也不需要供冷。取这2个月能耗量的平均值，在曲线图上划１条水平线，可以认为，这条水平线以上由曲线所围成的面积就是建筑供暖空调的能耗（包括了末端能耗）。如果是办公楼，则照明的使用是有规律的，基本从上班用到下班。所以，以建筑照明配电功率，乘以全年运行时间，再乘上0.8～0.9的同时使用系数，便可以把照明能耗剥离出来。同理，将动力电耗（主要是电梯）也分离开，则余下的就应该是插座能耗。动力、照明和供暖空调能耗，可以认为是建筑的“本底”能耗，在同类建筑之间具有可比性，也可以进行对标。
　　图1 能耗分拆示意图
　　国内外研究者提出了多种建筑能耗与影响因素解耦的办法。如，用单位面积度日数能耗指标使能耗与气候因素脱钩。总之，建筑能耗的监测、分析、评价需要更加精细化。多地城市已经建成公共建筑能耗监测平台，有上万幢建筑接入平台。当务之急是对数据进行处理和分析，对平台功能进行完善和提高，而不是进一步扩大规模。
　　2.2.4 提高建筑环境设备能效（主机与终端）
　　1）提高主机效率。磁悬浮离心式制冷压缩机的发展只有20多年的历史。市场上通行的磁悬浮离心机产品采用了磁悬浮轴承、两级离心压缩、变速永磁电动机和智能化电子控制系统。磁悬浮变频离心式冷水机组的额定工况实测性能系数已达6.19，远超过一级能效的要求。磁悬浮离心机在冬季供暖时的特性和工况值得关注。磁悬浮离心机作热泵使用时性能也很出色。蒸发器进口水温降低到0 ℃，在供热温度50 ℃情况下，COP为4.6，这高于用其他形式压缩机的热泵，更高于空气源热泵的制热性能。这也使得全国各气候区使用地埋管换热器和利用城市污水作为水源热泵热源有了可行性。这种磁悬浮离心机的出现，为园区区域能源系统中采用分布式热泵提供了最好的选择。它是小冷量模块化机组，整体式安装，可与冷却塔等设备集成，可以安装在露天场所。
　　2）寻找可靠的热泵冷热源。冬季用热泵替代锅炉，可以提高能源利用率，减少当地的污染物排放。但在我国大部分地区，冬季要找到适用的热泵热源并不是一件容易的事。如在夏热冬冷地区，冬季有相当长的时间，由于气温和水温偏低，使得空气源热泵和地表水地源热泵的效率降得极低。北方地区这一时间段更长。解决办法一是用喷液增焓技术，二是用多级压缩。这些办法可以适应更低的温度，但解决不了蒸发器除霜问题。当然也可以采用更稳定的热源，如土壤源、污水源。这需要一定的条件和较大的投资。燃气热电联产也是很好的解决方案，但如果只考虑热电联产的余热供暖而不考虑电力的用途的话，其综合热效率只有70％～80％，还比不上1台燃气锅炉。如果在利用余热的同时用热电联产发的电力驱动热泵，则可以得到很高的综合热效率（甚至到200％以上）。有许多研究者提出用热源塔、空气源＋水源耦合热泵、干热岩深层地热等方法，都各有优缺点及一定适用范围。笔者曾经提出“能源总线”方案，即能源总线系统中冷热源热量集成来自于地表水、地下水、或与土壤的换热热量，也可利用热源塔和太阳能作为补充。比较适合于有一定规模的综合体、大型公共建筑、建筑群和住宅区。在住宅区应用时，能源总线可以供水到户，每户使用自己的水源热泵机组，适应住宅部分时间、部分空间和分户计量的使用需求。
　　3）改进终端特性。终端采用所谓“低”方式供冷供热，例如地板供暖、辐射吊顶、冷梁、毛细管楼板等都是被广泛应用的技术，可以适应冬季较低温度的热媒和夏季较高温度的冷媒，从而提高主机效率。但这些技术需要“全空间全时”的供冷供热，同时需要新风独立热湿处理，否则会降低室内环境品质。
　　2.2.5 建筑调适和设备系统的协调控制
　　调适（commissioning）一词来源于造船工业，原来是指竣工后的设备装置（例如航母）的试运行、调试、验收和交工。在建筑领域，调适包括建筑材料、围护结构、垂直和水平运输系统、景观和机电系统等。而在建筑机电系统中，主要包括暖通空调系统、电气系统、给水排水系统、消防系统、建筑智能系统等。调适就是“调整到适用”，使建筑满足功能需求和节能目标。整个调适过程要求文件化，细致到每一个环节，为建筑建立“健康档案”和运行数据库。建筑调适是一个技术含量很高的管理过程，目的是确保建筑性能（performance）和内在质量。也有专业性的调适，如绿色建筑调适，它与安装公司在项目竣工前的调试（test）有联系但有本质的不同。就我国目前情况看，几乎所有工程项目都没有做过很好的调适，甚至部分建筑连调试都是走过场。能从事复杂系统和跨系统、跨品牌调适的技术人才也十分缺乏。调适过程涉及设计、施工、业主、运管、供应商等多个利益相关方，应由专业的第三方公司来实施。调适单位为业主负责，作为业主的专家级代理，在国外已形成产业。国内只有少数单位和团队在从事调适，有的已积累相当多的经验。但国内多数业主并没有接受这一概念，尤其不愿意为此付钱。因此，期待在“十三五”期间，建筑调适能成为建设流程的一个重要环节，并形成制度，就像建筑节能的审图制度一样。
　　在“互联网＋”时代，建筑调适当然离不开网络、检测、控制系统和管理平台。我国大型公共建筑很多都配置了楼宇自控系统（BA），但大部分没有开通或没有发挥功能。而建筑调适则需要更多的检测、计量、分析、管理和系统协调控制功能。所谓协调控制，就是要在建筑的各系统间，以节能和改善环境品质为目标，实现跨平台、跨系统的智能控制。例如，遮阳、照明和空调之间统一的协调控制。
　　2.2.6 被动式建筑、主动式建筑和超低能耗建筑
　　超低能耗建筑（low energy building）或高能效建筑（high energy performance building），是国际建筑节能发展的热点，并且有20多种不同的称谓，定义大同小异。2015年11月，我国发布了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）》，其中规定寒冷地区供暖能耗低于15 kW&h/（m2&a）（严寒地区18 kW&h/（m2&a），其余气候分区为5 kW&h/（m2&a））；供冷能耗低于3.5＋2.0WDH20＋2.2DDH28（其中，WDH20是一年中室外湿球温度高于20 ℃时刻的湿球温度与20 ℃差值的累计值，即湿球度时数，单位为℃?h；DDH28是一年中室外干球温度高于28 ℃时刻的干球温度与28 ℃差值的累计值，即干球度时数，单位为℃?h）；供暖供冷和照明总能耗要求小于60 kW&h/（m2&a）（或折合成标准煤7.4 kg/（m2&a））；在室内外压差50 Pa条件下，换气次数小于0.6 h－1。
　　被动房（passive house）技术1988年在德国出现，后来推广到欧洲德语系国家和斯堪的纳维亚国家，目前在北美、澳洲都有发展。德国的被动房标准是全年供暖供冷能耗不超过15 kW&h/（m2&a），设计最大供暖负荷不超过10 W/m2，全年总一次能源消耗（包括供暖、生活热水、电力）不超过120 kW&h/（m2&a）（14.74 kg/（m2&a）），在50 Pa压差测试条件下空气渗漏换气次数小于0.6 h－1。在欧洲，力主被动房技术的主要是建筑师。主要技术措施包括减小建筑体形系数、最大限度获得日射得热、温带地区需要有遮阳隔热设施、围护结构超保温和隔断冷桥、先进的窗户技术（传热系数低至0.70～0.85 W/（m2&K），3层窗，良好的日射得热系数、严格的气密性、自然通风＋机械通风、高效室内设备（LED照明等）。在建筑能耗以供暖能耗为主的欧洲住宅建筑中，确实可以做到冬季无须供暖、夏季靠自然通风。
　　我国气候比欧洲复杂得多，被动式建筑在我国严寒地区和温和地区应该是相当有效的节能技术。但在中部和南部地区（包括一部分寒冷地区、夏热冬冷和夏热冬暖地区）有着技术上的挑战。其一，被动式建筑在欧美主要在独立式住宅建筑中实现，建筑面积和体量都不大，而我国居住建筑是集合住宅，高层乃至超高层，很多技术的采用有困难。其二，门窗气密性和住户开窗习惯的矛盾。其三，我国大部分地区（包括严寒地区）冬季比欧洲更高纬度的城市冷，夏季更热。其四，有内区的公共建筑，夏季的主要问题不仅仅是阻止室外热量进入室内，更重要的是将室内热量散发到温度更高的室外。其五，同济大学、清华大学和美国麻省理工学院（MIT）联合开展的“中国可持续住宅研究”课题表明，按照上海市的气象条件，夏季气温日较差小，低温高，自然通风不具有降温的可利用性。其六，公共建筑中很难平衡冬季日照采光与夏季空调负荷之间的矛盾，我国有多个高铁车站如上海南站、北京南站都存在这样的问题，透明顶棚造成夏季室内环境劣化。当然，如果不考虑室内环境要求，夏季允许超过舒适标准的室温和相对湿度，则另当别论。
　　在欧洲，也有以暖通空调专业人士为主的专家（如欧洲暖通空调学会REHVA）提出主动式建筑（active house）的概念。与被动式建筑相同之处是主动式建筑也应该是超低能耗建筑。不同之处则是：1）主动式建筑以环境、舒适性和节能三者协调为原则。2）主动式建筑设定舒适性指标（包括夏季、冬季和过渡季的室内作用温度，以及室内日照、噪声等）和室内空气品质指标。3）主动式建筑设定了终端年能耗需求指标，其中1级为40 kg/（m2&a），4级为120 kg/（m2&a）；设定了现场产能的比例，1级为100％，4级为25％；规定一次能源的消耗量，1级为0（净零能耗），4级为30 kg/（m2&a）以上。4）主动式建筑还对建筑的环境负荷、水资源消耗和材料消耗提出指标，使得主动式建筑的标准更像绿色建筑的标准。
　　主动式建筑的特点是：1）并非完全被动应用自然资源（如天然采光和阳光房），而是通过光伏、集热器等转换成电能或热能，并以净零能耗为目标。所以，主动式建筑又被称为energy plus building。2）并非只讲节能罔顾其他，更能体现以人为本这一建筑的要义。3）主动式建筑的标准，涵盖了除“选址”以外绿色建筑的其他“三节一环保”理念。4）主动式建筑有完整的量化的指标体系，它需要靠技术，但更看重效果，需要结合条件综合应用技术。5）与被动式建筑相仿，主动式建筑主要还是针对欧美独立式住宅而量身定制。在我国集合住宅和大规模公共建筑中应用会受到很多限制。
　　建筑节能技术是适合当地的技术，不同的气候条件、建筑形态和生活习惯就不存在放之四海而皆准的建筑节能技术。因此，引进别国技术，要吸收其精华，不能全盘照搬，甚至用搞运动的方式来推动某一技术。笔者认为，被动式技术更适合我国严寒、寒冷地区的居住建筑，而主动式技术则更适合所有地区的居住建筑。对公共建筑节能，应该是主动式与被动式的结合，特别要在自然资源和可再生能源利用，以及高效建筑设备应用方面努力。
　　2.2.7 结合大数据实现运行管理的标准化和规范化
　　美国计算机科学家詹姆斯?格雷（James Gray）于2007年提出科学研究“第四范式（the fourth paradigm of science）”的概念。科学研究的第一范式从远古发展至今，通过实验观测自然现象并总结规律，在暖通空调专业中最典型的当属范格教授的热舒适方程。第二范式源自17世纪牛顿力学出现之后，用理论分析和数学方法来诠释自然现象，在暖通空调专业中典型的是负荷计算中通过解传热偏微分方程生成反应系数。第三范式则是在20世纪70年代计算机运算速度不断提高之后，用模拟仿真的数字化方法来分析复杂问题，在暖通空调专业中的能耗分析软件、CFD等都是其案例。而第四范式是在“互联网＋”背景下，人们有可能通过物联网收集到世界任何一个角落的信息，这些信息以数据的形式通过网络传输，存储在数据中心的云服务器中。而科研工作则是利用数据处理、统计分析、数据挖掘、模型预测、可视化等技术，从海量的大数据中得出有价值的成果。所以，第四范式又被称为“数据密集型研究”。
　　在建筑节能领域和暖通空调专业中，大数据有很多用武之地。以热舒适研究为例，范格教授通过实验，将人的热感受与6个因素联系起来。范格教授坚称，热舒适方程与种族、性别、年龄等个人因素无关。但此后也有研究认为，中国人，甚至南方人、北方人的热舒适感是不一样的，这些研究都是基于小样本的实验。可以考虑通过大数据方法开展研究，特别要研究各种社会因素（心理、经济）对热舒适的影响。这是建筑节能的基础工作。
　　同样，在运行管理中，制冷机的蒸发侧和冷凝侧是非线性的分布参数问题。它无法用简单的数学关系描述，很难实现动态控制。也可以通过实际运行中积累大数据，建立自学习的控制模型，从而优化制冷机的运行。
　　大数据研究的关键是数据的可获得性。这一点是国内做相关研究者的最大困惑。国家投巨资建起的公共建筑能耗监测平台，数据是不公开的（而美国纽约市则有专门网站公示全市1 000多幢公共建筑的分项计量能耗）；各地气象参数、水文资料也很难获得；研究者只能靠“外转内销”（比如国外有很好的提供世界各地度日数的网站，也有中国学者在海外办的气象网站）。但有时访问国外专业网站也十分困难。
　　2.2.8 结合城市设计，调整城市形态，实现建筑节能
　　城市的控制性详细规划侧重于土地利用，它是二维的平面规划。而城市设计则是在三维空间坐标中解决城市建设中的各种问题。城市设计涉及建筑节能的主要有三方面：第一，城市气候设计是城市设计中的重要环节，也是实现被动式建筑的基础；第二，城市形态影响建筑冷热电负荷，间接影响建筑能耗；第三，通过规划区域的能耗总量控制，将单体建筑的节能量集成为整个区域的能源资源。根据国外研究，与常规城市规划相比，结合节能考量的城区规划最高有20％的节能潜力。
　　有关城市设计和规划节能问题，国内外基本上是同步开展研究的，国外主要针对既有城市，通过大数据进行实证研究，因为国外很少有大规模的城区开发项目；而国内因为拿不到实际数据，还仅限于模拟研究。另外，规划师、建筑师和工程师缺乏节能方面的共同语言，规划建筑专业缺乏节能技术和建筑物理方面的知识储备，工程师提出的节能措施往往没有考虑规划师和建筑师的专业特点和实际需求，某些节能技术在宣传中夸大其词背离科学常识，这些都会引起沟通的不畅，最终影响节能方案的落地。而现在的BIM技术的应用，也没有将节能融入其中，更造成专业之间的脱节。同济大学在节能专家与建筑师之间开展多次对话，在某些共同关心的问题上力求达成共识，同时正在研究将某些节能指标融入城区控制性详规之中的可行性。总之，通过规划和城市设计实现建筑节能是一个有待深化的研究领域，还有很多工作要做。
　　本文刊登于《暖通空调》2016年第8期
　　作者：
　　同济大学 龙惟定
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