国家标准《公共建筑节能设计标准》修订支撑课题研究

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已发布 2013-11-25 00:00, 上次修改时间: 2016-04-11 20:59

主编单位组织全国有影响力的建筑节能设计单位,召开国家标准《公共建筑节能设计 标准》05 版执行情况调研及修编内容系列研讨会。研讨会分别在华南地区(4 月 16 日广 州)、华东地区(5 月 7 日上海)、北方地区(6 月 6 日北京)组织召开,参会者涵盖来自 全国 11 个省、直辖市和自治区的 80 余位建筑节能领域专家,他们提出了七年来该标准执 行中的主要问题,以及对修编的宝贵建议(参见附件 1:标准执行情况调研会议纪要)。 在此工作基础上,主编单位明确了修订的主要技术内容、拟定了编制大纲、确定了支撑修 订工作的重点研究课题、初步组建编制组并制定了修编工作的分工建议。

由于目前中国公共建筑设计中大、特、异情况的普遍存在,围护结构热工性能权衡判 断作为指标判断的补充手段是不可缺少的。但由于技术规定及操作过程的不严谨,往往成 为“钻空子”的渠道。为改善这一问题,针对围护结构权衡判断的执行情况和主要问题, 主编单位进行了小范围问卷调研。并根据调查结果和前期研究初步确定了对于围护结构权 衡判断内容的修订思路和主要工作内容(参见附件 2:围护结构权衡判断调研及总结报 告)。

1.2 标准修订工作启动会

国家标准《公共建筑节能设计标准》(GB50189)修订编制组成立暨第一次工作会议 于 2012 年 6 月 26 日在北京召开。住房和城乡建设部标准定额司田国民副司长、梁锋副处 长,住房和城乡建设部标准定额研究所雷丽英处长、主编单位中国建筑科学研究院黄强副 院长、程志军处长,以及编制组全体成员、专家组成员、特邀美国建筑节能专家共 54 人出 席了会议。经过编写组认真细致的讨论,确定了《公共建筑节能设计标准》修订的编制大 纲与分工、标准重点研究的课题,通过了标准编制进度计划。主编单位和各参编单位均表 示将集中精力投入编写,以确保本标准按计划、保质保量地完成。

1.3 建筑节能标准中美交流

2012 年 7 月 29 日至 8 月 9 日,同济大学龙惟定教授、中国建筑科学研究院徐伟研究 员、邹瑜教授级高工等编制组部分专家赴美参加了美国建筑节能标准学习活动。住建部标 准定额司专门委派标准规范处梁锋副处长参加。能源基金会中国可持续能源项目建筑节能 项目主任莫争春博士全程陪同。建筑节能政策学习方面,代表团访问了位于首都华盛顿的美国能源部和美国国务院;

美国具体负责建筑节能标准编制后台基础研究的是国家实验室等研究机构。为了深入 了解编制组在前期研究中一些感兴趣的问题,代表团分别访问了位于马里兰州的美国西北 太平洋实验室马里兰大学园、位于佛罗里达州可可市的佛罗里达太阳能研究中心、和位于 华盛顿州里士满美国西北太平洋实验室总部;最后,代表团和 ASHRAE 90.1 的主要研究专 家、以及劳伦斯伯克利实验室的建筑能耗模拟软件研发专家在旧金山举行了圆桌会议。代 表团就此行学习内容中尚不明晰的具体问题与美国专家进行了细致探讨,主要围绕建筑能耗模拟软件的比较和发展趋势、标准中的权衡判断规定方式及软件工具、关于美国建筑节 能和 ASHREA 90.1 的其他问题等等。

我国公共建筑节能标准的制定受美国 ASHRAE 90.1 的影响非常大, 2005 版的标准编 制中,有来自美国的建筑节能专家全程参与标准的编制及相关研究工作。2005 年至今的 7 年里, 世界建筑节能无论从理念、技术、市场都发生了巨大的变化。本次赴美学习解决了 很多研习 ASHRAE 90.1 中的困惑, 对标准编制、标准执行中的一些问题解决的方法也有了 一定启发。

1.4 建立建筑模型数据库

课题主要由两部分构成,一为典型公共建筑模型的确立,二为不同类型公共建筑的分 布特征。课题通过全国范围内的调查、征集、以及利用已有的数据, 经归纳和提炼、经系 统的研究后,建立涵盖不同类型的全国公共建筑模型数据库,基本能够代表我国绝大多数 公共建筑,充分体现我国现有公共建筑的使用现状和基本信息。并将确定后的建筑信息通 过计算机模拟技术进行仿真, 搭建典型公共建筑的能耗模拟模型, 并能够反映实际建筑物 的使用方式和用能特点。通过研究确立能够代表不同公共建筑类型在不同城市或气候区的分布情况的权重因子, 最终建立一个能够代表我国绝大多数公共建筑的典型公共建筑模型数据库。

作为建筑模型数据库的第一阶段工作,目前已完成全部研究内容的 50%,并攻克了主要技术难点。第一是典型建筑模型的征集, 通过向国内各大设计院征集典型建筑模型信息 并筛选,确定了七个典型建筑模型的基本信息, 即: 大型办公建筑、小型办公建筑、大型酒店建筑、小型酒店建筑、医院建筑、学校建筑、商场建筑。模型的信息包括建筑功能、 建筑外形、功能分区、暖通空调系统形式。并完成了基于《公共建筑节能设计标准》 (GB50189-2005)的覆盖严寒 A 区、严寒 B 区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地 区典型代表城市的典型大型办公建筑模型、典型小型办公建筑模型、典型大型酒店建筑模 型、典型小型酒店建筑模型四个高精度建筑能耗模拟模型的搭建。第二是不同类型公共建 筑在我国各个气候区的分布特征,该信息通过我单位和住建部的协调,获得了国家统计局 专项整理的高精度建筑业企业房屋建筑竣工面积的权威数据(2009-2011 年) , 并以此数 据作为基础确定了不同类型公共建筑在我国各个气候区的分布特征。

1.5 系统冷热源评价方法改进

目前,对于中央空调系统冷源主要用能设备的评价方法及指标,国际上普遍采用 EER/COP 和 IPLV 指标来评价冷水机组(热泵)满负荷和部分负荷条件下的性能。我国现 行规范主要是对其满负荷工况下的性能做出了强制性要求, 而实际上冷水机组绝大部分时间处于部分负荷工况下运行, 只选用一个单一的满负荷性能指标来评价冷水机组的性能水 平并不能完整地体现出冷机的真实能效水平, 必须考虑冷机在部分负荷运行时的能效情况。 同时,公共建筑空调系统冷源多采用多台机组并联运行, 但 IPLV 方法只适用于评价单台 机组的部分负荷性能。对于多台机组的冷源系统,因机组配置极其运行策略的多样性,当 前国内外多采用针对具体的情况进行详细模拟计算分析其能效情况, 并没有比较简洁通用 的评价方法。如何更合理地评价单台机组以及多台机组的性能水平是本课题将要研究的主要问题。

而对于用能产品的限值要求, 现行标准直接引用于产品标准,是基于单个产品的市场整体能效水平来确定的, 未与系统直接联系, 难以体现其在实际工程应用中的节能性。因此, 针对不同气候区, 不同类型的建筑, 根据其实际使用情况及节能目标, 确定不同的限值要求将更经济合理。

为解决以上问题,将分别针对单台、多台机组以及冷源系统进行分析。基于公共建筑 模型数据库进行分析,重新建立适用于当前公共建筑运行情况的冷水机组 IPLV 公式。并 基于公共建筑节能目标,综合考虑冷水机组的实行能效水平以及其经济成本,在保证达到 相同的投资收益比(SIR)值的前提下,确定不同气候区不同类型冷水机组的满负荷和部 分负荷能效限值。

目前,已经完成了单台和多台机组其部分负荷分布特性以及节能潜力在办公和酒店类 建筑的计算和分析,验证了整个课题技术路线的合理性及可行性,并初步确定了这两类建 筑的限值范围。通过对 58 栋公共建筑的空调系统配置情况以及实测能耗数据进行分析,总 结了当前 SCOP 指标的局限性,机组装机容量 SCOP 可以有效控制冷水机组和水泵的匹配 性;但是对于整个冷源系统而言,只在一定范围内有效,过高或过低都会导致整个系统的 能效偏低。

1.6 节能目标的确定及分解

建筑工程作为一项社会经济活动,不论是既有建筑的节能改造,还是新建节能建筑, 都需要兼顾节能效果和投资成本。本课题通过对多种节能措施进行节能量和投资增量研究, 确定了在既定模型条件下节能率与最小投资增长率的对应关系,并通过对节能方案进行全 寿命周期成本分析,确定了在既定的模型条件下增量成本最优的节能目标,为确定《公共 建筑节能设计标准》下一步的节能目标提供方法支持。技术路线:A)拟定普适的建筑节 能措施方案,并通过单一方案投资收益比计算分析,确定节能方案实施顺序;B)以投资收 益比较大者优先执行为优化依据,逐个执行节能措施,得到投资增量与节能量变化曲线, 并由节能措施执行完后,模型全年能耗费用净现值(NPV)判断节能措施是否有效,确定中央空调冷源评价方法及指标研究该措施最终是否执行;C) 对当前国内建筑节能投资进行分析,以更节能的设计投资(如 绿色建筑)的一般水平为依据,确定围护结构和暖通空调设备性能的提升幅度,并确定节 能率。

难点:1)投资增量和节能量的一致性保证, 特别是透明围护结构的透光率、热性能的 投资效率分析; 2)建立不同类型公共建筑的能耗分析模型; 3)节能措施的成本分析及全 寿命周期能源费用净现值分析。目前已完成: 大办公, 小办公, 小酒店的计算分析,得出投资增量与节能率的对照关系表和图; 给出以上三种类型公共建筑的模型条件下(某一体形系数和窗墙面积比条件下) 的围护结构限值, 并给出冷水机组的限值建议值。

2 调查分析的基本结论

1、《标准》实施的七年来来,通过对公共建筑的节能设计进行系统化的规范和约束, 积极促进了我国建筑节能事业的健康稳定发展。

2、围护结构热共性能权衡判断问题进一步的改善需要标准研究人员、设计者和软件编 制者协同工作完成。

3、在现有数据条件下,建筑模型数据库的建立从无到有,为分析我国公共建筑整体能 耗水平和相关研究开展提供了定量依据。模型的准确性的提升要依赖于国家层面统计数据 的细化和建筑用能专项调研工作的完善。

4、在现有冷机评价方法基础上,改进了 IPLV 指标评价方法,并提出多台冷机的性能 评价指标提高了评价指标系统的科学性。根据实际数据和公建模型分析了目前 SCOP 指标 的局限性,提出改进的思路。

5、根据投资效率分析即节能措施的经济型分析,得出典型模型建筑的投资增量与节能 率关系,并基于此为系统的能效限制提出建议。

3 取得主要成果和提交的书面报告

1、《国家标准<公共建筑节能设计标准>修订调研报告》 2、《围护结构权衡判断调研及总结报告》 3、《<公共建筑节能设计标准>修订工作启动会会议纪要》 4、《公共建筑节能设计标准编制组赴美学习报告》 5、《中国典型公共建筑模型数据库研究》 6、《建筑用能设备和产品能效评价方法及限值研究研究报告》 7、《收益投资比(SIR)组合优化筛选法在公共建筑节能标准研究中的应用》

4 新政策选择面临的挑战

1、时间紧任务重。

此次标准修订的任务完成时限是 2013 年底。本课题作为标准修订的支撑研究,受时间 和人力的双重制约。此外,部分与标准执行相关的问题需要行政层面的支持,需要更多协 调与审批的工作。

2、基础性数据缺乏。

本课题中建立建筑基础信息数据库等工作都需要一定量国家层面统计数据做基础。我 国这方面工作的欠缺,造成了数据在时间和空间上的缺失,从而一定程度上影响课题成果的准确性。这个问题相信随着我国统计制度的不断完善和建筑从业者整体素质的提升会有 所改善。

3、执行群体的工作量大幅增加。

自从中国开始实施建筑节能设计标准以来,设计者针对符合节能标准的工作量大大增 加。而且随着中国政府对建筑节能的日趋重视,这部分工作量将持续有增无减。据从业者 反映,这部分工作量主要由暖通专业的设计者完成,建筑专业有一定配合。但普遍来讲, 设计费的分配比例并没有由于工作量比例的变化而发生改变。这在一定程度上影响了建筑 节能设计实施者的积极性,从而间接影响了节能设计标准的执行效果和质量。

5 政策建议的主要内容

1、围护结构热工性能权衡判断更深层次的规范化,例如软件的市场准入、或标准出台 配套的指定软件等,都需要更多的时间、人力、以及相关政府部门的工作来配合完成。

2、为提升建筑节能工作的层次,建筑基础数据的统计工作应专业化、常态化。我国目 前保有建筑信息的不完备,给本课题及其他国家层面建筑节能研究工作带来很大障碍。由 于国家层面研究课题的经费和时间限制,向全国建筑进行点对点调研是不可能的,这就需 要既有的统计数据提供支撑。但目前的建筑统计数据设定的项目还没有和建筑节能工作密 切联系起来,或者由于数据录入者专业知识的缺乏使得进入数据库的数据质量不高。

3、节能率的确定,既关乎全局,又涉及到行业发展方向,应从宏观和技术层面两条线 并行考虑。 

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