大连理工大学      舒海文   孙星维   吴思琦   张    琦   宋    波

摘   要：随着建筑节能理念的深入，各国对近零能耗建筑的发展越来越重视，而根据我国现有国情，合理地制定近零能耗居住建筑标准对促进建筑节能及相关技术发展具有重要意义。目前，我国现有标准尚不够成熟，在一些关键技术指标的规定或限制等方面还需要进一步明确。为促进我国相关标准的完善，作者提出一种近零能耗居住建筑设计标准的评价体系框架，同时对现有的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（居住建筑）中的设计部分阐述了自己的看法，并就负荷、能耗、冷热源效率等指标的设定问题提出建议，以便使其更具科学性和可操作性。

关键词：近零能耗；居住建筑；评价体系；能耗；负荷

基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC0702600）。

       0   引言

       建筑节能是建设生态文明社会的重要举措，近年来，欧美等许多发达国家都在研究与尝试建设更低能耗的建筑，很多国家结合本国国情提出了相应的建筑及标准^[1]，如低能耗建筑、超低能耗建筑、近零能耗建筑^[2][3]、净零能耗建筑^[4][5]、可持续性建筑及被动房^[6]等。虽然名称不尽相同，但是目的是一致的，即通过对建筑进行被动式和（或）主动式设计，加上高性能能源系统及可再生能源的应用，以达到最大幅度地减少化石能源消耗的目的。

       近零能耗建筑对于建筑节能降耗,提升可再生能源的利用效率等方面显示出不可替代的优势^[7]。近零能耗建筑的设计技术路线为强调通过建筑自身的被动式、主动式设计，大幅度降低建筑供热供冷的用能需求，并达到能耗控制目标绝对值的降低^[1]。为了促进近零能耗建筑及相关技术的发展，许多国家都在积极制定相关的建筑发展目标及相应的技术体系。我国地域广阔，各地区气候差异大，经济发展水平和室内环境标准还不均衡，建筑技术和产业水平以及人们的生活习惯与德国、丹麦、美国等欧美国家相比存在很大不同。因此，我们需要结合中国的实际国情建立自己的标准体系，指导我国近零能耗建筑的推广^[8]。

       基于现有研究成果和国内实际情况，住建部建筑节能与科技司委托中国建筑科学研究院编制了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（居住建筑）（以下简称导则）^[8]，作者认为该导则中对于负荷和能耗等方面的规定尚不够具体和明确，也未针对不同的冷热源在其能效限值方面做出具体的细化规定。为了进一步完善现有《导则》的技术内容，使其能够对近零能耗居住建筑的设计与评价起到切实有效的指导，本文首先根据近零能耗建筑的内在要求并综合现有技术标准，提出一种超低能耗居住建筑设计评价体系框架，然后结合该评价体系，对现有《导则》中的一些具体规定提出自己的看法，为近零能耗居住建筑标准的发展和完善提供参考。

       1   一种近零能耗居住建筑设计评价体系框架的提出

       本文在现有《导则》的基础上，针对近零能耗居住建筑的设计提出一种评价体系框架，其主要组成如图1所示。对近零能耗居住建筑设计的评价，应结合建筑的具体情况，从与建筑能耗相关的多角度进行评价，这里对本评价体系的总体思路简要介绍如下：

图1   近零能耗居住建筑设计评价体系框架

       在该近零能耗居住建筑的设计评价体系中，主要评价指标分为室内设计参数、建筑围护结构与气密性、负荷指标、建筑供暖空调系统、能耗指标五个方面，其所遵循的内在规律为：为保证建筑室内健康、舒适的空气环境，需要对室内设计参数进行规定，这是基础，也是“以人为本”的理念在建筑中的具体体现。近零能耗居住建筑的最终评价标准应该落实到建筑的总能耗指标上。其余部分则是为了保证能耗指标的实现，而对与之相关的各方面进行规定。

        首先，围护结构对建筑能耗具有非常重要的影响，室外气象变化正是通过建筑围护结构产生冷、热、湿量传递以及室内外空气的交换，从而对室内环境产生影响，其中缝隙渗透由围护结构的气密性决定，属于难以控制的无组织空气交换，一般要求越小越好，具体限值需要结合具体的技术经济评估而定；为保证室内人员健康所需的室外新鲜空气则应通过专门的新风换气系统有组织的送入，这样一方面便于根据具体需求量进行调节，另一方面也便于对排出的空气进行集中热回收，实现节能。

       其次，对近零能耗建筑供暖空调负荷指标的限制对于实现其最终的能耗控制指标至关重要。毫无疑问，近零能耗居住建筑应大幅降低建筑的累计冷热负荷指标（即：建筑的年供暖供冷需求），而降低累计冷热负荷指标，除了做好建筑围护结构的保温隔热和增强其气密性外，还应特别考虑下面两个方面：一是关于室内热源的规定，因为近零能耗建筑的单位面积热负荷指标已经很低，因此内热源的变化通常会对建筑的实际负荷指标产生比较大的影响。二是各种节能技术对近零能耗居住建筑负荷的具体影响。比如，带相变材料的蓄热墙体技术或夜间通风技术等，使用得当可以有效降低建筑的冷热负荷。

       最后，就是对建筑供暖空调系统的规定。经过多年的发展，我国供暖空调系统方案种类繁多，各具特点。虽然对于近零能耗居住建筑所应采用的具体供暖空调系统方案不应进行刻板的限制，但仍然需要对各种方案在能效方面进行必要的规定，以避免由于设计者主管因素而出现建筑能耗不达标（参加2.2节）。
综上，为了保证近零能耗居住建筑能耗指标的最终实现，在保证良好的室内空气参数前提下，需要从建筑的围护结构热工性能与气密性、建筑全年累计冷热负荷指标和供暖空调系统的能效方面进行适当规定，既要让设计者充分发挥其创造力，又要使各项技术的应用得到必要的规范或限制，为近零能耗建筑最终目标达成提供系统的技术保证。

       2   对近零能耗居住建筑的几个关键指标的建议

       对比现有《导则》，本文提出的近零能耗居住建筑设计评价体系在室内环境参数、建筑围护结构的热工性能与气密性等方面是一致的，下面主要针对与《导则》的不同之处进行讨论，提出建议并说明原因。

       2.1   负荷指标的计算标准与评价

     （1） 建议制定利用专业软件进行建筑全年负荷模拟计算的标准或细则。前已提及，对建筑累计冷热负荷需求的限制至关重要。德国被动房标准和我国《导则》中对都对该负荷需求进行了规定，不再赘述。由于在设计阶段，建筑累计冷热负荷需要通过专业软件进行模拟计算，但《导则》中没有对如何利用软件进行模拟计算提出具体的要求，而这一点实际上非常关键，作者在关于这方面的研究实践中已经发现，对于同一栋建筑，不同的研究者利用相同的软件，却时常得到不同的负荷计算结果，甚至是同一个研究者，利用不同的专业软件对同一栋建筑进行模拟计算，也会得到不同的结果。本来近零能耗居住建筑的单位建筑面积负荷指标就不大，模拟结果较小的差异也会导致负荷指标的大比例波动，甚至导致误判。其中的主要原因是缺乏统一的软件模拟计算标准或细则，导致软件使用者会根据自己的一些习惯或经验，对建筑室内人员作息时间、人员数量、家电等内热源变化以及用户自主开窗通风等自行设定，而这些设置对建筑负荷计算有重要影响，因此对同一栋建筑可能会产生不同的评价结果，这显然是不科学的。
     （2）对于建筑内热源（包括人员、照明及家用电器等）的设计计算，建议给出具体规定。前已述及，即使这部分内热源的绝对值并不算大，但其对供暖空调负荷（特别是热负荷）的计算结果影响显著。
       由于电视、电脑、电冰箱等各种家用电器的有无及其使用情况会受到用户经济水平、生活习惯、家庭人口构成等诸多因素的影响，不宜一概而论，因此，建议可分级进行规定，同时这样也便于根据这部分的能耗数值相应地规定可再生能源的利用比例要求（参见2.3节）。

     （3）建议制定可降低供暖空调负荷的节能技术措施在减小负荷方面的具体量化评价方法，或推荐可供参考的这方面的技术标准。
       根据建筑的具体情况，适当采用夜间通风、蓄热墙^[9]或遮阳^[10] 、绿化^[11]等技术措施通常可以降低房间的空调负荷，同时这也应是近零能耗建筑发展中提倡和鼓励的做法，然而，《导则》中并没有给出（或推荐可供参考的）这些技术对减小空调负荷的具体评价方法。

       2.2   建筑供暖空调系统的设计标准与评价

       冷热源系统是建筑供暖空调系统的能耗主体，故建议对供暖空调系统冷热源的能效比作出规定。

       近零能耗居住建筑供暖空调系统冷热源的选择与设计无疑对建筑总的能耗指标具有决定性意义，而冷热源的能效高低往往能够决定冷热源系统方案的取舍。在同样满足建筑室内冷热需求的条件下，不同的冷热源方案最终的能耗通常也是不同的，但相同的冷热源方案，也可能由于设计者的主观因素造成最终的能耗也相差较大，比如，采用过大型号的设备会由于部分负荷时的调节能力差而导致实际的冷热源效率降低^[12]，这样即使运行中满足了建筑的负荷要求，也会导致总能耗指标增大甚至达不到近零能耗建筑的标准，但实际上如果选取的冷热源系统能效能够提升至其应有的水平，就可以达到近零能耗建筑的标准，所以，从这个角度看，对冷热源的能效进行适当规定是十分必要的。

       现有建筑供暖空调系统的冷热源包括锅炉房、热电厂、燃气（油）炉、蓄热电锅炉、空气源热泵、地源热泵（包括地埋管式、地表水式和地下水式）、蓄冷空调、各种吸收式热泵、太阳能吸附式热泵、太阳能热水（热风）等等。目前国内已有一些颁布的标准，对其中一些冷热源的能效做了规定，例如：《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GBT 50801–2013）^[13]对太阳能热利用系统、太阳能光伏系统、地源热泵系统的能效比做了规定，《水（地）源热泵机组能效限定值及能效等级》（GB 30721–2014）^[14]对各形式的水（地）源热泵的全年综合性能系数（ACOP）进行了规定。不难看出，对冷热源系统的能效进行适当规定，能够排除那些看似“节能”的冷热源方案在不合适场合下的滥用。

       2.3   能耗指标及其评价

     （1）近零能耗居住建筑的最终控制指标要落实到能耗上，为了便于不同种类能耗之间的比较，一般需要将不同种类的能耗统一转换为一次能源消耗。对于近零能耗居住建筑能耗统计范围的规定，这里提供两种方法，各自的特点如下：

       一种是现有《导则》中的做法，建筑的能耗指标是包含供暖、供冷及照明在内的单位面积一次能源消耗量（转换为标准煤），具体的指标限值为折算后的标准煤消耗量不超过 60kWh/m²·a。这种规定方法将家用电器的能耗排除在外，但是家用电器作为一种内热源，在前面的负荷计算中已经加以考虑（参见2.1节），而且其有利于冬季热负荷的减少，所以这种规定显得前后不一致。

       另外一种做法，是将所有的家用电器也包括在内的全部能耗，再转换成一次能源消耗量指标。德国被动房标准采用的即是这种方法，该标准规定包括所有家用设备（供暖、热水及家庭用电）在内的总能源需求≤120kW·h/m²·a^[15]。这种做法能够做到对家用电器的处理前后一致，并且家用电器的使用也是室内人员的一种基本需求，而近零能耗建筑的本意并不是通过限制或压抑人员的正常需求而达到节能目标的。但是由于家用电器的实际能耗大小和建筑本身热工性能无关，所以这种做法显得对近零能耗建筑本身的节能要求有些弱化。如果采用这种方法，这里进一步建议根据家用电器的总功率大小进行分级规定，这样可以为可再生能源的利用比例进行限定提供部分依据。

     （2）建议对近零能耗居住建筑中的可再生能源利用比例进行限定。

       现有《导则》中并未给出可再生能源利用比例方面的要求，可再生能源的节能环保性显而易见，并且随着太阳能、地热能和风能等利用技术的提高，越来越多的建筑具备了可再生能源利用的技术与经济方面可行性。因此，可根据建筑的具体条件适当规定可再生能源利用的下限。比如德国被动房标准给出的可再生能源利用标准如表1[15] 所示。当然，对可再生能源的利用，既要因地制宜，充分利用，又要避免盲目地增大其利用总量[16]。很多研究者已经注意到，过多的技术与设备堆砌或为了达标而过度使用可再生能源反而不利于节能，因为各种设备（如光伏板、地源热泵等）的制造同样需要耗能并增加成本，从建筑的全生命周期角度考虑，过多使用可再生能源设备反而会导致能源的浪费，所以必要时还需要规定可再生能源利用的上限。

表1   德国被动房标准对于可再生能源占比的规定

   

注1：PER-需求，即（折算的）一次能源需求，所包含的是供暖，制冷，除湿，热水，照明，设备辅助用电和用电设备的能源需求。该限值适用于住宅建筑以及典型教育和办公建筑。

       此外，建议根据内热源（或家用电器总功率）的大小对可再生能源的利用比例进行分级规定，当一个家庭使用的家用电器较多时，说明经济状况较好，可要求其适当增加使用可再生能源的比例，具体的量化规定，需进一步研究。

       3   结语

       为了促进近零能耗居住建筑在国内的健康发展，国内现有的相关设计标准需要进一步的细化与完善。本文根据近零能耗居住建筑的内在要求，并结合国内外的相关标准，提出一种近零能耗居住建筑设计标准评价体系框架，主要分为室内设计参数、建筑围护结构热工性能与气密性、负荷指标、建筑供暖空调系统和能耗指标五个方面，并阐述了该评价体系的内在规律。

       同时，本文结合所提出的近零能耗居住建筑设计标准评价体系，对《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（居住建筑）提出了进一步完善的建议，主要包括：制定利用专业软件进行建筑全年累计负荷模拟计算的细则；对建筑内热源做出具体规定，并建议按照经济水平等因素分级进行规定；制定常见建筑节能技术措施（如夜间通风、蓄热墙等）在减小负荷方面的具体量化评估方法；对供暖空调系统冷热源的能效比作出规定，避免由于设计者的主观因素而使本应是近零能耗的居住建筑不达标，并杜绝那些看似“节能”的冷热源技术的滥用；在建筑总能耗方面建议适当规定可再生能源利用的比例，并对建筑总能耗的核算范围给出合理界定。

       总之，一个完善的近零能耗居住建筑设计标准对于此类建筑的健康发展具有基础性的作用，可以有效避免一些设计阶段就存在的“先天不足”的隐患，本文关于近零能耗居住建筑设计标准及其评价方面的建议希望与更多同行进行更深入的探讨。

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       备注：本文收录于《建筑环境与能源》2019年6月刊总第22期。
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