浅论建筑能效理论值测评的影响因素
发稿时间：2019-05-12
吕润平 王 伦 李 苑
[摘 要] 影响建筑能效理论值测评结果相对节能率的因素主要有建筑构造方面因素和建筑设备方面因素，建筑构造方面需要考虑使用了哪些材料构造及其保温性能，建筑设备需要考虑冷热源性能系数、风机耗功率、冷热水循环输送水泵输送效率等因素。由于进行建筑能效理论值测评需要收集的工程文件资料比较多，本文将对建筑能效理论值测评的影响因素作一个研究，可以为收集文件资料提供基本依据，并为展开相关研究提供一点便利。
[关键词] 能效测评 相对节能率 传热系数 建筑设备
1 引言
建筑能效测评，是指对建筑物能源消耗量及建筑物用能系统效率等性能指标进行检测、计算、评估，并给出其所处水平的活动[1]。建筑能效测评可分为理论值测评和实测值测评两个阶段，建筑能效理论值测评应在项目竣工验收之前进行，是根据设计资料、施工文件对建筑围护结构和设备系统进行功能检查和性能检测，同时结合新技术应用情况综合评价建筑物建成状态下的节能水平。建筑能效理论值标识有效期为1年。建筑能效实测值测评是在建筑能效理论值标识完成且建筑用能设备正常运转后，根据不少于1年的建筑能耗现场连续实测结果，对建筑能效理论值标识等级进行的修正活动，其标示有效期为5年。理论值测评的结果是相对节能率及能效标示等级。
相对节能率是指测评标识建筑与比对建筑相比，其节能量与比对建筑全年能耗量之比。其中，测评标示建筑就是所要进行能效测评的设计建筑，比对建筑是指一栋符合节能标准要求的假想建筑，其形状、大小、朝向、内部的空间划分和使用功能与所测评标识建筑完全一致，围护结构热工性能指标及供暖空调系统节能性能满足现行节能设计标准。本文想要讨论的就是影响建筑能效理论值测评相对节能率的几个影响因素。
本文将采用单因素分析法的研究方法，即每次只变动一个因素而其他因素保持不变，运用斯维尔能效测评软件BEEC2019版进行能效测评建模、计算，综合多个能效测评案例，得出影响建筑能效理论值测评相对节能率计算的主要因素，以供进一步研究探讨。
2 建筑构造对建筑能效理论值测评的影响
建筑构造对建筑能效理论值测评的影响主要来自于不同工程构造的传热系数，传热系数是指在稳态条件下，围护结构两侧空气温差为1K，在单位内通过1m2围护结构的传热量，单位为W/(m2·K)，传热阻是其倒数[2]。民用建筑构造主要包括外围护结构部分的屋顶、外墙、冷热桥、挑空楼板等，内围护结构部分的内分隔墙体及楼板，以及门、窗部分。一般来说，建筑构造的传热系数越低，传热阻越大，其节能保温效果越好，相对节能率也就相对高一些。
由于一定的建筑构造是由多种建筑材料组合而成的，建筑材料的导热特性也就会影响建筑构造的传热系数。在建筑构造中，采用不同的保温材料其保温效果不一样，不同的构造尺寸（厚度），节能效果也不一样。比如在保温材料中，导热系数低的聚氨酯保温板保温节能效果要比挤塑聚苯板（XPS）好得多，中空玻璃构造比八十年代采用的普通透明玻璃节能效果也要好。
南京大学本部3#宿舍楼是建于二十世纪六七十年代的六层砖混结构老房子，其外墙是由350厚的青砖建造，由保温砂浆砌筑，没有保温材料构造，屋顶是钢筋混凝土结构，窗户现采用断热钢框low-e 6+12+6中空玻璃。经输入其他建造构造及材料计算得，该建筑的节能率为50.91%，相对节能率为1.82%（设计节能率为50%）。
现在假设该建筑采用目前大部分建筑常见的240厚砖墙，以及加上挤塑聚苯板（XPS）保温材料，同样用断热钢框low-e 6+12+6中空玻璃窗户及木夹门等建筑材料，输入软件计算得节能率为57.31%，相对节能率为14.61%（设计节能率为50%）。由此可见，给建筑物加上保温材料后，相对节能率有显著地改善。
由于门窗部位是建筑物保温的薄弱之处，因此建筑物选用门窗材料性能的不同对该建筑物能效理论值测评的影响还是很大的。门的保温性能主要体现在其传热系数上，而窗户的保温性能体现在窗户的传热系数和窗遮阳系数[3]上。
中博咨询大厦地上层数有24层，总高97.2米，各楼层设置外窗较多，东向有149个，南向有371个，西向160个，北向388个，东向窗墙比为0.33，西向窗墙比为0.25，南向窗墙比为0.36，北向窗墙比为0.28。该测评建筑外窗构造的设计是东西南面窗户采用断热铝合金较低透光LOW-E中空玻璃窗，经检查相关文件得该玻璃窗户传热系数是2.60W/（m2·K），遮阳系数为0.40，可见光透射比为0.44。北面窗户采用断热铝合金镀膜中空玻璃窗，传热系数为3.0 W/（m2·K），窗遮阳系数为0.70，可见光透射比为0.60，同时该建筑还在西面和南面采用了外遮阳（遮阳板），西向外遮阳系数为0.76，南向为0.77。经计算其相对节能率是5.32%（设计节能率为65%）。现假设北面窗户也采用东西南面窗户的设计，即将北面窗户传热系数改为2.60W/（m2·K），遮阳系数改为0.40，可见光透射比为0.44，同时所有窗户都采用了外遮阳措施，外遮阳系数为0.76，则计算其相对节能率为9.51%（设计节能率为65%），变化比较明显。
将窗户传热系数保持不变，即保持东西南面窗户传热系数2.60 W/（m2·K），窗户北面传热系数3.0 W/（m2·K）不变，而将东西南北所有的窗户遮阳系数上调为0.80，计算得相对节能率为12.77%，即可知在中博咨询大厦中，窗遮阳系数越大，相对节能率才越大。
但是经过计算也发现，窗遮阳系数与相对节能率之间并没有简单的线性关系。在滨江公寓壹号楼(地上44层，建模高度141.8米，见图3）能效测评模型中，设计使用的窗户材料是隔热金属窗框6+12A+6中空玻璃，传热系数3.40 W/（m2·K），窗遮阳系数是0.69，无外遮阳，计算得其相对节能率是11.53%（设计节能率为50%），
如将窗遮阳系数下调为0.59，其他数值保持不变，计算得相对节能率为15.34%，由此可知，在滨江公寓壹号楼能效测评模型中，窗遮阳系数越小，其相对节能率越大。
不同的能效测评建筑窗遮阳系数对于相对节能率的影响不一样，原因在于窗遮阳系数对于夏季供冷期来讲当然是越小越好，但是在冬季采暖期，窗遮阳系数小的耗能就要更大了，而建筑能效测评是对包括夏季供冷期和冬季采暖期在内的整个建筑物节能效果的一个评价，因此相对节能率要对窗遮阳系数进行综合权衡。相对节能率与窗户遮阳系数之间的关系还需要进一步研究。
3 建筑设备因素对建筑能效理论值测评的影响
在现代建筑物中，由于大量的采用了空调采暖设备及电气照明等用能设备系统而使得建筑设备因素也是能效理论值测评需要考虑的一个重要方面。
交通银行江苏省分行新营业办公大楼，设计空调建筑面积有56000 m2，空调逐时冷负荷为7020 kW，热负荷为5500 kW。该建筑在施工中采用了如下暖通设备：空调冷源由YORK牌的2台离心式冷水机组、1台螺杆式冷水机组提供，热源采用3台德国威索公司产的油气两用燃气热水锅炉。螺杆式冷水机组制冷量1241kW，耗电总功率为211 kW，机组COP为5.88；离心式冷水机组制冷量2637 kW，耗电总功率为459 kW，机组COP为5.74。由此计算出机组综合COP为5.77。油气两用燃气热水锅炉制热量为1950 kW，额定热效率为0.85。空调风系统为粗中效二级过滤，使用的风机全静压为896Pa，包括风机、电机及传动效率在内的总效率是0.58。根据DGJ32TJ135-2019标准，风机耗功率 =896/（3600*0.58）=0.43；输送水泵扬程为28米，水泵在设计工作点的效率为0.87，热水系统供回水温差为12℃，冷水系统供回水温差为6℃。则热水系统输送能效比=0.002342*28/(12*0.87)=0.0063，冷水系统输送能效比=0.002342*28/(6*0.87)= 0.01256。
代入已设置好的计算模型中，得出该测评建筑的节能率为51.29%（设计节能率为50%），相对节能率为2.58%。
现假设该能效测评建筑空调热源设备由3台油气两用燃气热水锅炉改为由8台克莱门特生产的型号为CSRAN2202-B的风冷热泵机组（屋面安装）提供，同时冷源改由上述风冷热泵机组和2台螺杆式冷水机组提供。已知该型号风冷热泵机组单台制冷量为709.8kW，制热量791.8kW，机组COP是3.91，螺杆式冷水机组单台制冷量为1241kW，机组COP为5.88。风机及输送冷热水泵等设备未改变。代入软件计算得出该测评建筑的节能率为53.16%，相对节能率为6.32%（设计节能率为50%）。
从上述案例可知，能效测评建筑空调采暖设备尤其是冷热源、冷热水循环输送水泵、空调风机系统等设备的选择对建筑能效测评相对节能率的影响比较大。
4 小结
建筑材料（保温材料）的导热性能会影响建筑构造的传热系数，进而影响设计建筑能效测评的相对节能率，尤其是门窗等保温构造薄弱部位。窗户的传热系数不同对相对节能率的影响比较明显，但窗户的遮阳系数与相对节能率的关系则需要进一步研究。本文既提供了相对节能率随窗遮阳系数增加而增大的案例，也有相对节能率随窗遮阳系数减小而增大的案例。在建筑设备影响方面，本文首先提供了较为传统的热水锅炉和冷水机组提供空调冷热源的情况，然后将空调冷热源设备改为由风冷热泵机组和冷水机组提供，从而得出相对节能率变化的比较。并说明了建筑空调采暖设备，包括冷热源、冷热水循环输送水泵、空调风机系统等设备的选择对建筑能效测评相对节能率具有重要影响。
参考文献
[1]民用建筑能效测评标识标准，DGJ32/J135-2019.
[2]江苏省居住建筑热环境和节能设计标准，DGJ32/J71-2019.
[3]江苏省公共建筑设计标准，DGJ32/J96-2019.