1、北京市公共建筑节能评审标准应用清华大学 刘烨 燕达 薛志峰 江亿摘 要 公共建筑不节能的原因之一是设计方案本身存在问题。 公共建筑节能评审标准从室内环境标准、建筑物本身节能、机电设备高效节能三个方面对建筑设计方案的整体用能状况进行评价。具体评价指标分为围护结构热工性能、自然采光性能要求、空气处理用能的合理性、空调冷热源、生活热水热源、风机水泵、照明、其他用电、可再生能源利用等 9 项。节能评审不仅可对设计方案进行整体定量评估，更重要的是可以对设计方案九大环节的节能效果分别给出清晰的定量描述和评价，从而可以有针对性的给建设单位和设计单位提供合理化的改进意见。关键词 公共建筑节能评审标准 室内环境
2、标准 建筑物本身节能 机电设备高效节能- 刘烨，女，1978 年 7 月生，大学，在读硕士研究生100084 北京清华大学建筑学院建筑技术科学系（010）62789761 E-mail: 0 引言近年来对北京市部分商场、写字楼和星级酒店的调查和现场测试表明，其单位建筑面积的全年耗电量高达 100350kWh/（m2.a） ，是普通居民住宅的 1015 倍。同时相同功能和使用情况的大型公共建筑，能耗消耗水平可相差两倍以上，究其原因有运行管理水平的差异，但更多的是由于设计方案的差异。例如有的建筑采用大面积高透过率的玻璃幕墙或保温效果差的墙体，通过围护结构的负荷可比同类建筑高 3 倍以上；有的建筑进
3、深大内部发热量大，却不能有效的利用室外新风作为免费冷源，3 月初即开启冷冻机；有的建筑风机水泵电耗达到了冷机电耗的两倍以上，相比于其他二者相当的建筑，空调电耗要大 30以上。诸如此类问题都可以从建筑和系统设计中找到原因，因此，严格设计方案审查，减少和避免由于设计不当导致的高能耗是大型公共建筑节能的首要环节。基于上述原因，受北京市建委及发改委的委托，由清华大学建筑技术科学系联合北京市城建技术开发中心、北京市可持续发展科技促进中心、北京节能环保服务中心等单位共同制定的北京市公共建筑节能评审标准于 2003 年 5 月 23 日作为北京市工程建设标准由北京市建委正式发布（DBJ /T01100 20
4、05） ，并于 2003 年 7 月 1 日开始执行。该节能评审标准的评估目的不是简单地回答建筑是否节能这一“黑/ 白”问题，而是根据建筑物能耗所涉及的 a）要求维持的室内环境设计标准 b）建筑物本身的节能性 c）机电设备系统是否高效节能这三个方面（见图 1）对建筑的整体用能状况进行评价。其中室内环境标准包括要求的人工照明照度，要求的温湿度和新风换气量及生活热水使用量等。环境控制标准越高，能源消耗量相对就高。所以对于室内环境标准，应该是满足各种国家规范技术要求，严格控制各种盲目提高标准的做法。而建筑物本身的节能性评审的目的是要降低为实现所需的环境标准所需要的负荷。不同的建筑形式与建筑构造，使自
5、然通风、自然采光状态有很大差异。这就导致要获得同样的室内环境要求，所需要投入的冷量、热量、人工照明量、机械通风量都不相同。改善建筑设计，采用良好的外围护结构，减少负荷是建筑节能的基础，这应该是审查和评价建筑节能的主要内容。该部分评审是采用与规定的标准做法即“参考建筑”相比较的方法，确定建筑是否满足节能要求和满足的程度。此外空调系统中新风的合理利用，比如过渡季以新风作为免费冷源以及新风热回收技术能减少空调系统的冷热量消耗，因此空气处理用能是否合理是审查和评价建筑节能的另一主要内容。至于第三方面机电系统转换效率，则可以直接分析计算出其实际的转换效率，进而对其进行评价，主要是约束各机电设备的优化配置
6、和合理选型。 与 与 与 空 气 处 理 合 理 用 能 与与与与 与与与与与与 与与 与与与与 与 与 与 与 与 建 筑 物 的 自 然 采 光 性 能 与与 与与 与与 与与 与与 可 再 生 能 源 技 术 城 市 电 力 与与与与与与 生 活 热 水 系 统 合 理 用 能 城 市 燃 气 城 市 热 力 围 护 结 构 的 热 工 性 能 要 求 与 与 与 与 与 与 与与与 与与与与 与与与与 建 筑 物 本 身 的 节 能 性与 用 能 需 求 的 合 理 性 与与与与 与与与与与 能 源 消 耗 图 1 公共建筑用能过程具体地，上述三个方面可以进一步拓展为“围护结构热工性能
7、、自然采光性能要求、空气处理用能的合理性、空调冷热源、生活热水热源、风机水泵、照明、其他用电、可再生能源利用”等 9 项指标，详见表 1。评审分别对该九个环节进行分析评价，评审的总体结论是综合上述九个指标，按照百分制具体打出 0100 分。这样一来，评审不仅可对设计方案进行整体的定量评估，更重要的是可以分别对上述各个环节的节能效果给出清晰的描述和评价，从而可以有针对性的给建设单位和设计单位提供合理化的改进意见。此外评审标准也鼓励各种新的、先进的节能措施的采用。文献 1详细介绍了北京市公共建筑节能评审标准制定的主要思路、标准的重点考察内容、指标制定依据及计分方法等。本文将简要介绍这一标准的应用情
8、况。表 1 评估的各项指标评估内容围护结构热工性能自然采光性能用能需求的合理性及建筑物本身的节能 空气处理合理用能空调冷热源生活热水热源机电设备系统的节能 风机水泵照明其他用电可再生能源利用综上，节能评审的重点考察内容包括以下几项：围护结构热工节能效果、自然采光性能、空气处理合理用能效果、冷热源转换效率（空调冷热源和生活热水冷热源） 、输配系统节能效果（风机水泵） 、照明系统的节能、其他用能系统和可再生能源利用效果。下面将分别举例介绍各个环节的评审目标、评审方法，以及在依据相应评审结论的基础上，给建设单位和设计单位提供的合理改进意见。1 围护结构热工节能效果公共建筑的外形设计体现了一定的艺术和
9、美学价值，往往具有窗墙比范围大、形状不定，主朝向不定，功能多样等特点。所以为适应公共建筑的外观造型和功能要求，围护结构的热工性能评估不对单个部件（如体形系数、窗墙比、外墙传热系数、幕墙遮阳系数、遮阳方式等）进行强制性规定，仅考察被评建筑的整体热工性能。评审的具体办法是采用“参考建筑”的节能评价方法。 “参考建筑”即外形设计和几何尺寸与被评建筑完全一致，而围护结构满足建筑节能要求的建筑。这样分别计算被评建筑和参考建筑在参考工况下全年8760h 逐时需要的热量和冷量，并统计出全年累计值。当被评建筑的全年累计耗冷耗热量比参考建筑的小，则被评建筑的外围护结构设计方案是满足节能基本要求的。下面通过一个具
10、体评审实例来介绍围护结构节能效果的考核。该建筑为一栋位于北京市的综合办公楼，建筑面积约 18000m2，共 5 层，建筑立体的 DeST 模型如图 2 所示，建筑功能房间的使用情况及空调设计参数略。该被评建筑与参考建筑的主要围护结构热工参数对比表见表 2、表 3。图 2 建 筑 立 体 示 意 图表 2 被评建筑与参考建筑围护结构传热系数（W/m 2K）类别 被评建筑设计做法 被评建筑传热系数 参考建筑传热系数外墙 300厚陶粒混凝土空心砌块 1.00 0.70屋顶 屋面保温选用30mm厚聚苯板 0.80 0.60外窗 中空玻璃窗 4.40（遮阳系数SC0.83）2.80（遮阳系数SC0.80
11、）表 3 被评建筑与参考建筑窗墙比及遮阳形式参数设置项目南向 北向 东向 西向窗墙比 0.34 0.17 0.30 0.24被评建筑外窗遮阳形式无 无 无 无窗墙比 0.45 0.25 0.35 0.35参考建筑外窗遮阳形式水平固定遮阳板(遮阳板宽为窗高的1/3)外卷帘遮阳(考虑遮阳面积调节，综合遮阳系数0.7)，遮阳作息时间：4月 15 日 10 月 15 日，7:0010:00外卷帘遮阳(考虑遮阳面积调节，综合遮阳系数0.7)，遮阳作息时间：4月 15 日 10 月 15 日，16:0019:00根据上述原则确定参考建筑，并分别对被评建筑、参考建筑进行全年逐时的建筑热环境模拟分析，计算被评
12、建筑和参考建筑在参考工况下全年 8760h 逐时需要的热量和冷量，并统计出全年累计值。本文所采用的建筑热环境模拟计算工具为清华大学建筑技术科学系自主研发的 DeST2模拟分析软件，以下同，不再赘述。图 3、4 显示的是被评建筑和参考建筑的全年逐时负荷的计算结果。统计得到参考建筑和被评建筑的全年累计耗冷量耗热量如表 4。图 3. 被评建筑的全年逐时负荷图 4. 参考建筑全年逐时负荷表 4 参考建筑与被评建筑全年累计冷热量消耗对比参考建筑 被评建筑累计耗热量（GJ） 2611.16 3269.84累计耗冷量（GJ） 2080.88 2172.63累计冷热量消耗（GJ） 4692.04 5442.4
13、7被评建筑与参考建筑累计冷热量消耗之比1.16被评建筑和参考建筑全年累计耗热(冷) 量的直方图比较结果如图 5 所示。图 5 被评建筑和参考建筑全年累计耗热(冷)量被评建筑与参考建筑的累计冷热量消耗之比为 1.16，即该综合业务楼实际采用的围护结构方案比参考建筑的冷热量消耗大 16%。尤其是累计耗热量的差异很大，被评建筑与参考建筑的累计耗热量之比为 1.25。造成这种情况的主要原因是被评建筑的围护结构的热工参数较差，其外墙、外窗和屋顶的传热系数分别为 1.0、4.4 和 0.8( W/m2K)，而参考建筑的传热系数分别 0.7、2.8 和 0.6。被评建筑围护结构的整体热工性能劣于参考建筑。表
14、 5 显示的是被评建筑的围护结构热工性能得分。具体的计分办法可参考文献 3，以下同，不再赘述。通过节能评估的基本要求为被评建筑的建筑物全年累计耗冷耗热量不得高于参考建筑，所以被评建筑的围护热工性能评审不满足要求。表 5 被评建筑的围护结构热工性能得分围护结构的热工性能要求建筑物耗冷量（GJ）建筑物耗热量（GJ） 评审得分 节能基准分参考建筑 2080.88 2611.16被评建筑 2172.63 3269.84 4.6 6针对该建筑围护结构热工性能较差的现状，为了使被评建筑的外围护结构的设计方案满足节能要求，建议建设单位和设计单位提高外墙、外窗和屋顶等围护结构的热工性能，以降低建筑的冷热负荷，
15、达到节能要求。根据节能评审意见，设计院更改了原设计方案，最终采纳了如表 6 所示的设计方案。表 6 被评建筑的最终围护设计方案类别 被评建筑设计做法 被评建筑传热系数外墙 300厚陶粒混凝土空心砌块+外保温50mm挤塑聚苯板0.60屋顶 屋面保温选用60mm厚挤塑聚苯板 0.55外窗 中空双玻璃、断桥铝合金窗 2.53（遮阳系数SC0.70）2 自然采光性能公共建筑应尽可能地防止周围建筑对其的遮挡，合理确定开窗面积，利用自然采光来满足室内照度要求。评价建筑外围护结构的自然采光效果是考核其自然采光满足的小时数，通过对实际建筑和“参考建筑 ”分别建立模型，根据当地的阴晴天气的气象参数，利用模拟软件
16、对参照点进行逐时室内自然采光照度计算，并对自然采光满足照度要求的小时数进行统计，比较后可从直观上分析实际建筑围护结构相比参考建筑在自然采光方面的优劣。当被评建筑全年利用自然采光的小时数超过参考建筑，则可认为其满足节能评估的基本要求。具体实例略。3 空气处理合理用能效果空调系统的功能是满足建筑内人员冷热及通风换气的需要，合理的空调系统应避免采用超过节能标准规定的室内温湿度和人员新风量，同时采用正确的空调系统分区避免房间温度出现过冷或过热，空气处理过程应避免冷热抵消现象，并尽可能在过渡季利用新风作免费冷源，在冬夏季采用排风热回收措施。上述内容是空气处理合理用能效果考核部分所主要反映和约束的内容。评
17、审的具体方法是分别计算并比较被评建筑的建筑物全年累计耗冷耗热量与其空调系统全年累计耗冷耗热量的相对关系。如果被评建筑的空调系统全年累计耗冷耗热量比其建筑物的全年累计耗冷耗热量小，则被评建筑的新风利用与空调系统方式的设计方案是满足节能基本要求的。其中建筑物耗冷耗热量是指满足最小新风量要求，围护结构及内扰导致的负荷与新风负荷相加得到，同时计算各种产湿源造成的除湿负荷及冬季新风加湿所需要的加湿负荷。而空调系统耗冷耗热量是按照设计方案中实际的室内温湿度设定参数、实际采用的空调（分区）运行方式来计算，考虑空气处理过程，同时按照设计者选用的实际新风量并考虑新风利用、排风热回收等措施。下面通过一个具体评审实
18、例来介绍空气处理合理用能效果的考核。某建筑为一栋位于北京市的二类甲级档案馆，建筑面积约 2500m2，地上 3 层。建筑立体的 DeST 模型如图 6所示。图 6 建 筑 立 体 示 意 图被评建筑办公用房采用风机盘管加新风系统，报告厅、大厅采用吊装式空调机处理机。各空调系统的设备清单略。利用模拟分析软件 DeST 逐时 计算得到建筑物全年累计耗冷耗热量和空调系统全年累计耗冷耗热量如表 7 所示。表 7. 建筑物与空调系统全年累计耗冷耗热量建筑物 空调系统耗冷量(GJ) 707.65 775.15耗热量(GJ) 824.12 1184.11累计耗冷热量 (GJ) 1531.77 1959.26
19、表 8 显示的是被评建筑空气处理用能合理性指标的得分。表 8 被评建筑的空气处理用能合理性指标得分空气处理用能的合理性 冷量（GJ ） 热量（GJ ）空气处理合理用能指标 AHC 评审得分 节能基准分建筑物能耗 707.65 824.12空调系统能耗 775.15 1184.11 0.78 3.8 6从表 7、8 可以看出，被评建筑的空调系统全年累计耗冷耗热量比其建筑物的全年累计耗冷耗热量大，该设计方案的空气处理用能合理性指标的得分为 3.8 分，所以不能满足基本的节能要求。进一步分析可知，造成该空调系统设计方案不节能的原因是部分新风机选型偏大，大大超过房间人员所需的新风量要求，个别房间人均新
20、风量达到了 80150m3/h。这样会造成新风处理能耗过高，和风机能耗过大等问题。因此需要核实一下新风机组设计选型计算中的房间人员密度设定以及有无其他特殊考虑，否则需重新选型。4 冷热源转换效率冷热源装置提供空调系统需要的冷热量，设计方案应选用合理的冷热源形式，按照“高质高用”的原则完成能源转换，消耗同样品位和数量的能源条件下尽可能多输出冷量和热量，同时应采用高效冷机及锅炉或其他冷热源设备，并且不单纯考虑设计工况下的设备效率，而是综合各种工况，包括部分负荷条件下设备全年运行能耗来判断设备是否节能，并注意设备的优化配置和合理选型。具体的评审办法是比较被评建筑的冷热源输出空调用冷量、热量及生活热水
21、用热量与消耗的电、天然气、煤及蒸汽和热水的能量的相对关系。即冷热源的产出与输入的相对关系。产出具体是指为满足建筑空调系统的需求，冷源全年输出的累计冷量、累计热量以及为满足建筑生活热水的需求，热源全年输出的累计热量。输入是指为满足建筑空调系统的需求，冷热源全年消耗的电、天然气、城市热力等各类能源。具体数值一般是通过模拟计算得到。当然各种不同的能源形式从能源品位的角度来说，它们之间并不等价，不能通过简单的叠加计算，而是需要引进各种能源的能质系数来表示其品位高低。能质系数是按照热力学第二定律的火用分析方法，用不同能源对外所能够做的功和其总能量的比值来表征各种能源的品位高低的。某建筑为三栋位于北京市的
22、办公楼，总建筑面积约 64000m2，地上 8 层，地下 2 层。其中一栋建筑立体的 DeST 模型如图 7 所示。图 7 建 筑 立 体 示 意 图对于配置多台冷机的系统方案设计，如何确定所选用冷机的容量、台数和搭配的方案是业主和设计者需要慎重考虑的问题。因为通过合理的考虑部分负荷的情况，适宜的选择冷机搭配的方案，可以使得冷机在实际运行中大部分时刻处于较高 COP 的工况下工作，能够大大的降低系统运行能耗。本工程在对空调系统逐时所需冷量分布情况进行分析的基础上，提出两种了两种初步方案：方案一为选用 2 台 2813kW 冷机1 台 1231 kW 冷机，总制冷量 6857kW；方案二为选用
23、3 台 2285 kW 冷机，总制冷量 6855kW。通过冷热源转换效率的考核就可以分别对这两种方案进行分析判断，以选择合适的冷热源容量及其搭配方案。空调系统热源来自于市政热力，采用水-水板式换热器，提供 50/60空调用热水。由于随着末端冷量需求的变化，冷机大部分时间是在部分负荷状况下工作，因而不同的方案中冷机在部分工况下的 COP 是不同的，那么不同的冷机搭配其运行能耗就会有所差别，其差别大小与用户末端的冷热量需求的全年分布情况密切相关。此外不同的冷机搭配方案对其对应的冷却塔、冷却水泵选型、搭配及其运行能耗也有所影响。经过详细的模拟计算后得到空调系统的全年累计耗冷耗热量，见表 9，以及两种
24、不同冷热源方案下的冷机、冷却水泵、冷却塔风机全年运行情况，见表 8。表 8. 冷源设备全年运行累计电耗累计电耗(GJ) 方案 1 方案 2冷机 2266.20 2603.89冷却塔风机 152.15 217.40冷却泵 728.65 1006.35两种不同方案冷源设备全年累计电耗的直方图比较结果如图 8 所示。图 8 不同方案冷源设备全年累计电耗累 计 电 耗 (GJ)0.00500.001000.001500.002000.002500.003000.003500.004000.004500.00方 案 1 方 案 2 冷 却 塔 风 机冷 却 水 泵冷 机通过计算结果可见，方案 1 的冷机
25、搭配方案下的冷源设备全年运行电耗较方案 2 有较明显的降低，方案 1 较方案 2 降低了约 18的运行电耗。表 9 显示的是两种方案下冷热源转换效率指标得分，分别为 7.0 和 6.3。通过对冷热源转换效率的考核，不仅可以定性的判断评估出不同冷机组合的方案差异，同时也可以这种差异量化到数值指标，提供给设计者最直观的判断依据，从而帮助业主和设计人员确定经济可行的冷热源设计方案。表 9 两种不同空调冷热源方案的转换效率指标得分空调系统冷热源空调冷热源的能源转换效率 HVACE附加得分 评审得分 节能基准分空调系统耗冷量（GJ）13887.58空调系统耗热量（GJ）5085.29电（GJ） 3147
26、.00（3827.64）0.24（0.21） 0 7.0（6.3） 6天然气（GJ） 煤（GJ） 蒸汽（GJ） 热水（GJ） 5085.29注：括号外为方案一的数据，括号内为方案二的数据。5 输配系统节能效果输配系统中的风机水泵电耗应在合理范围内，采用合理的送风温差和供回水温差以保证风机风量和水泵流量适当，同时要避免由于风机压头水泵扬程过大却缺乏根据负荷变化变频调节的手段而导致风机水泵能耗的增加。选择风机水泵应使其在大多数运行工况下工作在效率最高点附近。评审时计算在已知输配系统的形式、风机水泵选型及控制调节策略条件下，空调水系统和风系统单位耗电量下所能输送和分配的冷热量的数值。以该数值的高低来
27、判断输配系统的节能效果。具体以实例说明。某建筑为一栋位于北京市的办公楼，建筑面积约16000m2，地上 7 层，地下 2 层。建筑立体的 DeST 模型如图 9 所示。该建筑水系统采用二管制一次泵定水量系统，冷冻水循环泵、热水循环泵的设备相关参数如表 10。被评建筑采用集中空调系统，其中，一层门厅，展厅，多功能厅的系统为全空气定风量系统，其它房间为全空气变风量系统。图 9 建 筑 立 体 示 意 图表 10. 输配系统的水泵相关参数额定流量(m3/h)功率（kW）扬程(mH2O)冷冻水循环泵(2 台) 150 22 35.5热水循环泵(3 台) 45 5.5 32利用模拟分析软件 DeST 在已知输配系统的形式、风机水泵选型及控制调节策略条件
