生态城建设中建筑能耗评估的探讨

祝捷1

(天津大学建筑设计规划研究总院，天津 300073)

生态城建设中建筑能耗评估的探讨

祝捷1

(天津大学建筑设计规划研究总院，天津 300073)

以某生态建筑为例，对耗能情况进行综合分析，介绍各系统的整合应用，并用模拟软件计算建筑能耗，模拟结果达到生态城绿色公共建筑的能耗控制性指标要求，并实现打造“零能耗建筑”的目的。建议业主后期运行时，追加设置能耗数据采集和能源管理等策略。

生态城市、绿色建筑、能耗指标、测算评估

引言

生态城市的发展目标是要建设人与自然和谐共处并可持续发展的城市，近年来中国的生态城建设在发展低碳经济、加强环境保护、节约能源资源、构建和谐社会等方面做出的努力和探索，对未来的城市建设和创造美好人居环境具有重要意义。生态城的建设中要求建筑单体应为绿色建筑，经过几年来的绿色建筑工程实践，我们对绿色建筑的认识不断加深。在研究过程中发现，目前我国的生态城建设和绿色建筑发展存在如下问题：

建筑的实际能耗与整个城市区域的节能减排目标缺少关联。随着节能减排工作的不断推进，许多生态城都制定了节能减排的目标，并作为城市发展的重要指标。但是在建设过程中，并没有将这一指标分解到建筑能耗、交通能耗、产业能耗、市政能耗等诸方面。因此，绿色建筑的标准制订中没有确定建筑物的综合能耗指标标准，并且在设计时没有要求对建筑物的能耗指标进行计算，从而使生态城的整体节能指标无法测算和检验。

现有绿色建筑评价标准重技术措施，轻量化指标要求。目前的国家标准和地方标准，多根据建筑所采用的技术措施进行打分，标准中没有明确对于建筑能耗、水耗等指标的要求。按照这类评价标准评定的绿色建筑，往往存在获得绿色建筑评价等级，而实际的能耗指标并不低等问题。

生态城市能耗指标探讨的意义

生态城的能耗指标是衡量一座生态城市的建设成功与否、建筑物是否低碳节能的重要内容。有些专家一直在呼吁建立我国的建筑能耗统计平台，测算出建筑物所消耗能源的具体数据，定量描述建筑的能耗，我们对此深表赞同。本文想就生态城建设中建筑物的能耗评估做些探讨。

以中新天津生态城为例，希望建立以能源、水资源能耗指标为核心要求、以被动式节能技术为主要措施的绿色建筑评价体系。按照中新天津生态城指标体系和总体规划要求，生态城内绿色建筑的比例为100%，目前在建建筑规模已超过 300 万 m2。

我们选取了公建项目案例，对单体建设物设计中的能耗指标进行测算，并判定是否符合天津生态城的能耗指标要求，并希望对完善绿色建筑评价体系的量化指标奠定科学依据和实践基础。

单体建筑案例能耗测算

项目概况

本工程位于天津中新生态城内，建筑面积为3467m2，地上两层，地下一层，建筑的主要功能为展示及办公。

本工程的设计目标为零能耗的绿色公共建筑。通过被动式设计使建筑物耗能达到合理的极限，通过主动式设计提高设备能源使用效率，利用太阳能和地热能等可再生能源满足建筑能耗需求，打造现场零能耗的可持续型示范建筑。应用清洁技术、物质循环技术和生态产业技术等已有技术，实现对天然资源的完全循环利用，而不给大气、水和土壤遗留任何废弃物。

实例工程能耗模拟计算分析

建筑用能分析

建筑各用能系统按照各自在建筑物总能耗中所占的比重，可以分为以下几部分构成：照明系统、暖通空调系统、室内设备、其他系统（电梯、给排水、通风等设备）。

照明能耗包括房间照明、应急照明、立面照明、安全和疏散诱导照明等。其安装功率主要取决于建筑类型和房间功能，各设备耗电使用性能主要与使用的照明设备性能相关，作息时间由功能房间所决定。

影响空调采暖系统能耗的因素很多，主要包括：室外气象条件、室内的产热、产湿、房间的通风状况、围护结构的热工性能、系统形式、设备的性能及启停控制策略。

室内设备能耗指各功能房间内所使用的电器设备，对应不同的功能房间，按照图纸说明，确定各设备的安装功率，同时使用的时间。

其他系统和设备能耗取决于系统形式，设备运行功率以及控制方式。

建筑图形信息

为确定本工程是否能够满足打造零能耗建筑的目的，根据施工图设计资料，采用建筑环境与系统动态模拟分析软件Energyplus，对建筑负荷及各系统全年能耗进行模拟计算。边界条件设置

室外气象参数采用天津市典型气象年气象数据。

采暖期：11月15日至3月15日，空调期：6月15日至9月15日。

使用时间：档案存储、普通办公部分、外窗口办公按照全年260天工作日计，公屋展示、银行按照全年242天工作日计。

设备开启时间：工作日早上8:00至下午18:00，办公设备开启时间按照业主提供的各设备使用时间来确定。

暖通能耗模拟计算结果

以采暖空调系统为例，简要说明能耗模拟计算过程。本工程的空调冷热源形式为地源热泵耦合太阳能光热＋溶液除湿系统。对部分需24小时供冷热的电气房间及室内要求“无水患”房间采用VRF机组全年供冷热。

冷热负荷的模拟计算

该建筑年房间耗热量（新风负荷除外）为54932.8kWh，合18.3kWh/m2·a；年新风耗热量为83176.99kWh，折合27.7 kWh/m2·a。13144.31kWh，水泵（包括冷冻水泵和冷却水泵）耗电量6440kWh，溶液除湿机组耗电量为23680.8kWh，总计为43265.1kWh。

空调季系统效率=空调季耗冷量/空调季系 能耗=88885.8/43265.1=2.05

采暖季系统能耗：

采暖季高温热泵冷水机组耗电量为30828.1kWh，水泵（包括用户侧和原水侧）耗电量为9317.0kWh，溶液冷水机组耗电量为31145.4kWh，总计为71290.5kWh。

采暖季系统能效=采暖季耗热量/采暖季系统能耗=138109.7/71290.5=1.94

单位建筑面积采暖能耗指标为23.76 kwh/m2.a

单位建筑面积空调能耗指标为14.4 kwh/m2.a

单位建筑面积采暖空调能耗指标为38.1 kwh/m2.a

建筑物单体能耗统计汇总

通过计算模拟，建筑分项各类能耗数值统计如下：

系统分类 空调、采暖系统给排水系统 通风系统年能耗量（kwh/m2.a） 38.1电力系统4.51.11.98单位能耗指标（kwh/m2.a） 45.7

该建筑年房间耗冷量（新风负荷除外）为27722.31kWh，单位建筑面积合 8.0kWh/m2·a；年新风耗冷量为61163.5kWh，单位建筑面积折合 20.4 kWh/m2·a。

注：系列3为新风耗冷量，系列2为房间耗冷量

暖通系统效率

空调季系统能耗：

该系统空调季高温冷水热泵机组年耗电量为

依据中新天津生态城绿色公共建筑的能耗控制性指标，其认证级能耗限值为≤110KWh/m2。该项目能耗指标小于≤110KWh/m2，优于控制性指标要求。

本建筑年总耗能量约为160MWh，采用太阳能光伏发电系统提供建筑电力要求，光伏发电总装机容量293kWP，全年发电量295MWh。

天津属华北地区季节差异较大，夏、春秋季，光伏发电量大于负荷用电量。冬季，光伏发电量小于负荷用电量。通过光伏发电与风力发电系统的并网技术措施，即可实现从电网取电，也可向电网馈电的并网形式。即：夏季及春秋季多余的电量馈向电网，冬季从电网取电，从而真正实现零能耗建筑。

低耗高效性的设计

建筑节能是指在居住建筑和公共建筑的规划、设计、建造和使用过程中，通过执行现行建筑节能标准，提高建筑围护结构热工性能，采用节能型用能系统和可再生能源利用系统，切实降低建筑能源消耗的活动。节能不能简单地认为只是少用能。节能的核心是提高能源效率。本工程对建筑的体形、朝向、窗墙比、遮阳措施等不仅影响外在质量，而且同时也影响通风、采光、节能等方面的内在因素，进行了精心设计。

建筑物采用竖向条形窗为主，20%的开窗率，在满足自然通风和采光的同时，降低了建筑物维护结构的能耗。依据清华大学研究成果，当窗墙比在0.2时，即可满足自然采光又可以最大程度的降低能耗。在降低体形系数到合理区间的前提下，选择围护结构的合理窗墙比是实现被动节能的重要前提。建筑体型系数为0.21。

通过应用与建筑结合良好的坑道风、设置屋顶自然通风窗井及大厅地面送风口，强化自然通风，缩短入口大厅空调制冷时间约20%，减少入口大厅空调制冷能耗约30%。

屋顶设置光导筒，解决空间内区的自然采光，降低照明能耗。光伏发电和储能，为建筑物提供电能。地源热泵为建筑物提供冷热源。屋面雨水通过虹吸收集系统收集全部地下蓄水池，水池中的水用于绿地灌溉和道路浇洒。

能耗的检测与维护运行

除了为此项目做了能耗测算，我们还为建筑后期使用能达到预想效果对业主提出了两个建议。

首先，建议业主采用能耗监测平台，对实际运行中的总体建筑用电点进行实时的监控。建筑能耗监测系统一般由数据采集子系统、数据中转站和数据中心组成。数据采集子系统由监测建筑中的各计量装置、数据采集器和数据采集软件系统组成。

设计初期，为了能打造“零能耗”的绿色节能建筑，设计师对整体建筑进行优化配置及设计整合，但是实际运行中，是否能按照我们的设想达成目标，还是未知数。对用能点进行实时监测，掌握建筑用能状况，发现用能问题，用数据“说话”，才是我们降低建筑能源消耗，提高能源利用效率，实施建筑节能的最终目的。

其次，我们建议业主与能源管理公司建立长期合作关系，即“合同能源管理”。由能源管理公司与用户签订能源管理合同、约定节能目标，为客户提供设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务，以节能效益分享方式回收投资和获得合理利润。

建筑能耗评估建议

我们认为生态城的建设中，在控制总体能耗目标的前提下，应对单体建筑的能耗指标提出限定要求，并在单体设计阶段建立能耗计算模型，计算建筑的总能耗和单位能耗指标，结合被动式与主动式设计策略，使其达到限定要求。

同时，我们通过对某些建筑围护结构耗热量指标的计算，发现：建筑围护结构设计仅仅满足《天津市公共（居住）建筑节能设计标准》的最低标准，其建筑物的总能耗指标不一定能够符合天津生态城提出的“公共（居住）建筑绿色建筑等级的控制项限值”。要使项目的能耗指标都符合“限值”要求，就要进行采暖系统、空调系统以及其它系统的整体能耗测算，从而在设计中对建筑围护结构耗热量指标提出要求。

为保证天津生态城总体能耗指标控制限值，建议提高区域内建筑围护结构传热系数标准，而不仅仅是符合天津市节能建筑的基本标准，从而使每幢建筑都为控制生态城的总体能耗指标做出贡献。

结语

国务院关于发布的“十二五”节能减排综合性工作方案中，确定的主要目标：到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算）；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨；全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨。

生态城市总体能耗指标的控制，取决于每个建筑单体的控制。希望通过我们的计算分析，提高大家对建筑能耗指标的控制引起重视，生态城和绿色建筑不仅仅是采用一些技术措施，而是“要拿数据说话”，真正实现建设资源节约、环境友好型社会的目标。