大連理工大學      舒海文   孫星維   吳思琦   張    琦   宋    波

摘   要：隨著建筑節能理念的深入，各國對近零能耗建筑的發展越來越重視，而根據我國現有國情，合理地制定近零能耗居住建筑標準對促進建筑節能及相關技術發展具有重要意義。目前，我國現有標準尚不夠成熟，在一些關鍵技術指標的規定或限制等方面還需要進一步明確。為促進我國相關標準的完善，作者提出一種近零能耗居住建筑設計標準的評價體系框架，同時對現有的《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（居住建筑）中的設計部分闡述了自己的看法，并就負荷、能耗、冷熱源效率等指標的設定問題提出建議，以便使其更具科學性和可操作性。

關鍵詞：近零能耗；居住建筑；評價體系；能耗；負荷

基金項目：國家重點研發計劃項目（2017YFC0702600）。

       0   引言

       建筑節能是建設生態文明社會的重要舉措，近年來，歐美等許多發達國家都在研究與嘗試建設更低能耗的建筑，很多國家結合本國國情提出了相應的建筑及標準^[1]，如低能耗建筑、超低能耗建筑、近零能耗建筑^[2][3]、凈零能耗建筑^[4][5]、可持續性建筑及被動房^[6]等。雖然名稱不盡相同，但是目的是一致的，即通過對建筑進行被動式和（或）主動式設計，加上高性能能源系統及可再生能源的應用，以達到最大幅度地減少化石能源消耗的目的。

       近零能耗建筑對于建筑節能降耗,提升可再生能源的利用效率等方面顯示出不可替代的優勢^[7]。近零能耗建筑的設計技術路線為強調通過建筑自身的被動式、主動式設計，大幅度降低建筑供熱供冷的用能需求，并達到能耗控制目標絕對值的降低^[1]。為了促進近零能耗建筑及相關技術的發展，許多國家都在積極制定相關的建筑發展目標及相應的技術體系。我國地域廣闊，各地區氣候差異大，經濟發展水平和室內環境標準還不均衡，建筑技術和產業水平以及人們的生活習慣與德國、丹麥、美國等歐美國家相比存在很大不同。因此，我們需要結合中國的實際國情建立自己的標準體系，指導我國近零能耗建筑的推廣^[8]。

       基于現有研究成果和國內實際情況，住建部建筑節能與科技司委托中國建筑科學研究院編制了《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（居住建筑）（以下簡稱導則）^[8]，作者認為該導則中對于負荷和能耗等方面的規定尚不夠具體和明確，也未針對不同的冷熱源在其能效限值方面做出具體的細化規定。為了進一步完善現有《導則》的技術內容，使其能夠對近零能耗居住建筑的設計與評價起到切實有效的指導，本文首先根據近零能耗建筑的內在要求并綜合現有技術標準，提出一種超低能耗居住建筑設計評價體系框架，然后結合該評價體系，對現有《導則》中的一些具體規定提出自己的看法，為近零能耗居住建筑標準的發展和完善提供參考。

       1   一種近零能耗居住建筑設計評價體系框架的提出

       本文在現有《導則》的基礎上，針對近零能耗居住建筑的設計提出一種評價體系框架，其主要組成如圖1所示。對近零能耗居住建筑設計的評價，應結合建筑的具體情況，從與建筑能耗相關的多角度進行評價，這里對本評價體系的總體思路簡要介紹如下：

圖1   近零能耗居住建筑設計評價體系框架

       在該近零能耗居住建筑的設計評價體系中，主要評價指標分為室內設計參數、建筑圍護結構與氣密性、負荷指標、建筑供暖空調系統、能耗指標五個方面，其所遵循的內在規律為：為保證建筑室內健康、舒適的空氣環境，需要對室內設計參數進行規定，這是基礎，也是“以人為本”的理念在建筑中的具體體現。近零能耗居住建筑的最終評價標準應該落實到建筑的總能耗指標上。其余部分則是為了保證能耗指標的實現，而對與之相關的各方面進行規定。

        首先，圍護結構對建筑能耗具有非常重要的影響，室外氣象變化正是通過建筑圍護結構產生冷、熱、濕量傳遞以及室內外空氣的交換，從而對室內環境產生影響，其中縫隙滲透由圍護結構的氣密性決定，屬于難以控制的無組織空氣交換，一般要求越小越好，具體限值需要結合具體的技術經濟評估而定；為保證室內人員健康所需的室外新鮮空氣則應通過專門的新風換氣系統有組織的送入，這樣一方面便于根據具體需求量進行調節，另一方面也便于對排出的空氣進行集中熱回收，實現節能。

       其次，對近零能耗建筑供暖空調負荷指標的限制對于實現其最終的能耗控制指標至關重要。毫無疑問，近零能耗居住建筑應大幅降低建筑的累計冷熱負荷指標（即：建筑的年供暖供冷需求），而降低累計冷熱負荷指標，除了做好建筑圍護結構的保溫隔熱和增強其氣密性外，還應特別考慮下面兩個方面：一是關于室內熱源的規定，因為近零能耗建筑的單位面積熱負荷指標已經很低，因此內熱源的變化通常會對建筑的實際負荷指標產生比較大的影響。二是各種節能技術對近零能耗居住建筑負荷的具體影響。比如，帶相變材料的蓄熱墻體技術或夜間通風技術等，使用得當可以有效降低建筑的冷熱負荷。

       最后，就是對建筑供暖空調系統的規定。經過多年的發展，我國供暖空調系統方案種類繁多，各具特點。雖然對于近零能耗居住建筑所應采用的具體供暖空調系統方案不應進行刻板的限制，但仍然需要對各種方案在能效方面進行必要的規定，以避免由于設計者主管因素而出現建筑能耗不達標（參加2.2節）。
綜上，為了保證近零能耗居住建筑能耗指標的最終實現，在保證良好的室內空氣參數前提下，需要從建筑的圍護結構熱工性能與氣密性、建筑全年累計冷熱負荷指標和供暖空調系統的能效方面進行適當規定，既要讓設計者充分發揮其創造力，又要使各項技術的應用得到必要的規范或限制，為近零能耗建筑最終目標達成提供系統的技術保證。

       2   對近零能耗居住建筑的幾個關鍵指標的建議

       對比現有《導則》，本文提出的近零能耗居住建筑設計評價體系在室內環境參數、建筑圍護結構的熱工性能與氣密性等方面是一致的，下面主要針對與《導則》的不同之處進行討論，提出建議并說明原因。

       2.1   負荷指標的計算標準與評價

     （1） 建議制定利用專業軟件進行建筑全年負荷模擬計算的標準或細則。前已提及，對建筑累計冷熱負荷需求的限制至關重要。德國被動房標準和我國《導則》中對都對該負荷需求進行了規定，不再贅述。由于在設計階段，建筑累計冷熱負荷需要通過專業軟件進行模擬計算，但《導則》中沒有對如何利用軟件進行模擬計算提出具體的要求，而這一點實際上非常關鍵，作者在關于這方面的研究實踐中已經發現，對于同一棟建筑，不同的研究者利用相同的軟件，卻時常得到不同的負荷計算結果，甚至是同一個研究者，利用不同的專業軟件對同一棟建筑進行模擬計算，也會得到不同的結果。本來近零能耗居住建筑的單位建筑面積負荷指標就不大，模擬結果較小的差異也會導致負荷指標的大比例波動，甚至導致誤判。其中的主要原因是缺乏統一的軟件模擬計算標準或細則，導致軟件使用者會根據自己的一些習慣或經驗，對建筑室內人員作息時間、人員數量、家電等內熱源變化以及用戶自主開窗通風等自行設定，而這些設置對建筑負荷計算有重要影響，因此對同一棟建筑可能會產生不同的評價結果，這顯然是不科學的。
     （2）對于建筑內熱源（包括人員、照明及家用電器等）的設計計算，建議給出具體規定。前已述及，即使這部分內熱源的絕對值并不算大，但其對供暖空調負荷（特別是熱負荷）的計算結果影響顯著。
       由于電視、電腦、電冰箱等各種家用電器的有無及其使用情況會受到用戶經濟水平、生活習慣、家庭人口構成等諸多因素的影響，不宜一概而論，因此，建議可分級進行規定，同時這樣也便于根據這部分的能耗數值相應地規定可再生能源的利用比例要求（參見2.3節）。

     （3）建議制定可降低供暖空調負荷的節能技術措施在減小負荷方面的具體量化評價方法，或推薦可供參考的這方面的技術標準。
       根據建筑的具體情況，適當采用夜間通風、蓄熱墻^[9]或遮陽^[10] 、綠化^[11]等技術措施通?？梢越档头块g的空調負荷，同時這也應是近零能耗建筑發展中提倡和鼓勵的做法，然而，《導則》中并沒有給出（或推薦可供參考的）這些技術對減小空調負荷的具體評價方法。

       2.2   建筑供暖空調系統的設計標準與評價

       冷熱源系統是建筑供暖空調系統的能耗主體，故建議對供暖空調系統冷熱源的能效比作出規定。

       近零能耗居住建筑供暖空調系統冷熱源的選擇與設計無疑對建筑總的能耗指標具有決定性意義，而冷熱源的能效高低往往能夠決定冷熱源系統方案的取舍。在同樣滿足建筑室內冷熱需求的條件下，不同的冷熱源方案最終的能耗通常也是不同的，但相同的冷熱源方案，也可能由于設計者的主觀因素造成最終的能耗也相差較大，比如，采用過大型號的設備會由于部分負荷時的調節能力差而導致實際的冷熱源效率降低^[12]，這樣即使運行中滿足了建筑的負荷要求，也會導致總能耗指標增大甚至達不到近零能耗建筑的標準，但實際上如果選取的冷熱源系統能效能夠提升至其應有的水平，就可以達到近零能耗建筑的標準，所以，從這個角度看，對冷熱源的能效進行適當規定是十分必要的。

       現有建筑供暖空調系統的冷熱源包括鍋爐房、熱電廠、燃氣（油）爐、蓄熱電鍋爐、空氣源熱泵、地源熱泵（包括地埋管式、地表水式和地下水式）、蓄冷空調、各種吸收式熱泵、太陽能吸附式熱泵、太陽能熱水（熱風）等等。目前國內已有一些頒布的標準，對其中一些冷熱源的能效做了規定，例如：《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GBT 50801–2013）^[13]對太陽能熱利用系統、太陽能光伏系統、地源熱泵系統的能效比做了規定，《水（地）源熱泵機組能效限定值及能效等級》（GB 30721–2014）^[14]對各形式的水（地）源熱泵的全年綜合性能系數（ACOP）進行了規定。不難看出，對冷熱源系統的能效進行適當規定，能夠排除那些看似“節能”的冷熱源方案在不合適場合下的濫用。

       2.3   能耗指標及其評價

     （1）近零能耗居住建筑的最終控制指標要落實到能耗上，為了便于不同種類能耗之間的比較，一般需要將不同種類的能耗統一轉換為一次能源消耗。對于近零能耗居住建筑能耗統計范圍的規定，這里提供兩種方法，各自的特點如下：

       一種是現有《導則》中的做法，建筑的能耗指標是包含供暖、供冷及照明在內的單位面積一次能源消耗量（轉換為標準煤），具體的指標限值為折算后的標準煤消耗量不超過 60kWh/m²·a。這種規定方法將家用電器的能耗排除在外，但是家用電器作為一種內熱源，在前面的負荷計算中已經加以考慮（參見2.1節），而且其有利于冬季熱負荷的減少，所以這種規定顯得前后不一致。

       另外一種做法，是將所有的家用電器也包括在內的全部能耗，再轉換成一次能源消耗量指標。德國被動房標準采用的即是這種方法，該標準規定包括所有家用設備（供暖、熱水及家庭用電）在內的總能源需求≤120kW·h/m²·a^[15]。這種做法能夠做到對家用電器的處理前后一致，并且家用電器的使用也是室內人員的一種基本需求，而近零能耗建筑的本意并不是通過限制或壓抑人員的正常需求而達到節能目標的。但是由于家用電器的實際能耗大小和建筑本身熱工性能無關，所以這種做法顯得對近零能耗建筑本身的節能要求有些弱化。如果采用這種方法，這里進一步建議根據家用電器的總功率大小進行分級規定，這樣可以為可再生能源的利用比例進行限定提供部分依據。

     （2）建議對近零能耗居住建筑中的可再生能源利用比例進行限定。

       現有《導則》中并未給出可再生能源利用比例方面的要求，可再生能源的節能環保性顯而易見，并且隨著太陽能、地熱能和風能等利用技術的提高，越來越多的建筑具備了可再生能源利用的技術與經濟方面可行性。因此，可根據建筑的具體條件適當規定可再生能源利用的下限。比如德國被動房標準給出的可再生能源利用標準如表1[15] 所示。當然，對可再生能源的利用，既要因地制宜，充分利用，又要避免盲目地增大其利用總量[16]。很多研究者已經注意到，過多的技術與設備堆砌或為了達標而過度使用可再生能源反而不利于節能，因為各種設備（如光伏板、地源熱泵等）的制造同樣需要耗能并增加成本，從建筑的全生命周期角度考慮，過多使用可再生能源設備反而會導致能源的浪費，所以必要時還需要規定可再生能源利用的上限。

表1   德國被動房標準對于可再生能源占比的規定

   

注1：PER-需求，即（折算的）一次能源需求，所包含的是供暖，制冷，除濕，熱水，照明，設備輔助用電和用電設備的能源需求。該限值適用于住宅建筑以及典型教育和辦公建筑。

       此外，建議根據內熱源（或家用電器總功率）的大小對可再生能源的利用比例進行分級規定，當一個家庭使用的家用電器較多時，說明經濟狀況較好，可要求其適當增加使用可再生能源的比例，具體的量化規定，需進一步研究。

       3   結語

       為了促進近零能耗居住建筑在國內的健康發展，國內現有的相關設計標準需要進一步的細化與完善。本文根據近零能耗居住建筑的內在要求，并結合國內外的相關標準，提出一種近零能耗居住建筑設計標準評價體系框架，主要分為室內設計參數、建筑圍護結構熱工性能與氣密性、負荷指標、建筑供暖空調系統和能耗指標五個方面，并闡述了該評價體系的內在規律。

       同時，本文結合所提出的近零能耗居住建筑設計標準評價體系，對《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（居住建筑）提出了進一步完善的建議，主要包括：制定利用專業軟件進行建筑全年累計負荷模擬計算的細則；對建筑內熱源做出具體規定，并建議按照經濟水平等因素分級進行規定；制定常見建筑節能技術措施（如夜間通風、蓄熱墻等）在減小負荷方面的具體量化評估方法；對供暖空調系統冷熱源的能效比作出規定，避免由于設計者的主觀因素而使本應是近零能耗的居住建筑不達標，并杜絕那些看似“節能”的冷熱源技術的濫用；在建筑總能耗方面建議適當規定可再生能源利用的比例，并對建筑總能耗的核算范圍給出合理界定。

       總之，一個完善的近零能耗居住建筑設計標準對于此類建筑的健康發展具有基礎性的作用，可以有效避免一些設計階段就存在的“先天不足”的隱患，本文關于近零能耗居住建筑設計標準及其評價方面的建議希望與更多同行進行更深入的探討。

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       備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2019年6月刊總第22期。
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