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天津市办公建筑能效评估研究Research on Energy PerformanceValuation of Office Buildings in Tianjin学科专业：热能工程天津大学环境科学与工程学院 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名:签字日期:导师签名:签字日期:年 月 日年 月 日摘要建筑能效标识是一种有效的建筑节能管理方式，近些年，这种管理方式在发 达国家应用比较广泛。建筑能效标识解决了建筑节能领域存在的信息不对称现象,能够使建筑节能领域的信息趋于公开，有利于培养现代人建筑节能的意识，带动 节能建筑发展，对于促进建筑节能有重大意义。制定建筑能效标识的核心内容是建筑能效的评估，而建筑能效评估的前提则 是如何确定建筑能效基准。本文利用实际调研的能耗数据，分别用发电煤耗法与 电热当量法计算了建筑的能耗，并对计算结果进行了比较。从建筑主动节能与被 动节能两方面考虑，分析了目前建筑能效评价的不足，并提出了用“建筑基准”和“运营基准”两个基准来评价建筑的能效水平。本文按照公共建筑节能设计 标准GB50189-2005中各个要素的限值建立了参考建筑。通过模拟软件计算出 天津地区办公建筑的“建筑基准”为115.7 kWh/m2o采用正交试验方法设计了 16种模拟工况，并利用能耗模拟软件对各工况进 行模拟计算，通过模拟结果的分析，确定了 3个“运营基准”的影响因子：人员 密度、办公设备功率密度及建筑运营时间。最后利用预测分析软件S PS S对模拟 结果进行多元线性回归分析，得出了建筑“运行基准”的修正系数及预测方程。对于参考建筑的“运营基准”，本文设定了三种情景下的能耗基准线，即上 四分之一位数能耗值，能耗平均值及下四分之一能耗值，采用电热当量法计算结 果分别为104.4 kWh/m 120.1 kWh/n?和141.4 kWh/m2；采用发电煤耗法计算 结果分别为：242.8 kWh/m 323.1 kWh/n?和383.1 kWh/n?。最后，本文还利用 两个基准提出了建筑能效等级的评定方法。关键词：建筑节能建筑基准运营基准能效评估eQUES TABSTRACTEnergy effic ienc y label whic h is now widely used in developed c ountries is one of the most important effec tive energy effic ienc y management methods.I t c an not only solve the problem of information asymmetry,but also help to develop our energy effic ienc y c onsc iousness.I n this paper,we make use of the ac tual researc h data on energy c onsumption and c ompare the results of the different c alc ulation methods of building energy c onsumption.The methods are c oal c onsumption of power generation method and elec tric equivalent method.The shortage of building energy effic ienc y evaluation is analyzed from two aspec ts,building positive energy-effic ienc y and passive energy-effic ienc y,and two benc hmarks of building baseline and operation baseline are raised to evaluate the building energy effic ienc y.Ac c ording to the limit values for eac h element written in Design S tandard for Energy Effic ienc y of Public Buildings GB50189-2005 we establish a referenc e building.The building baseline in Tianjin area is 115.7 kWh/m2 c alc ulated by buildings simulation software.We design 16 simulated c onditions with the method of orthogonal experimental method.Through the analysis of simulation results,we identify 3 impac t fac tor of operation baseline:people density,power density of offic e equipment,and operation hours.At last,we use predic tive analysis software S PS S for multiple linear regression analysis of simulation results and c onc lude the c orrec tion fac tors and predic tion equations of building operation baseline.As for the operation baseline of referenc e building,we set different energy c onsumption baselines under three c onditions.They are one-fourth-front energy c onsumption values,average energy c onsumption values and one-fourth-last energy c onsumption values.The c alc ulation results are 104.4,120.1,141.4kWh/m2 and 242.8,323.1,383.1kWh/m and with the method of c oal c onsumption of power generation.Finally,the two baselines are used to put forward evaluation method for building energy ratings.KEY WORDS:Building Energy Effic ienc y,Arc hitec ture Benc hmarking,RuntimeBenc hmarking,Energy Performanc e,EQUES T目录第一章绪论.11.1 研究背景.11.2 国外建筑能耗基准研究现状.21.2.1 欧盟建筑能效指令(EPBD).31.2.2 美国能源之星(Energy S tar).41.3 国内建筑能耗基准研究现状.61.3.1 采用能耗模拟软件计算能耗基准.61.3.2 采用多元拟合回归技术建立建筑能耗基准模型.61.3.3 采用统计学方法研究建筑能耗基准.71.4 研究意义及研究内容.71.4.1 研究意义.71.4.2 研究内容.8第二章建筑能耗数据及能耗基准分类.92.1 建筑能耗分类.92.2 能耗数据的表述方法.10221能耗数据表述方法分类.102.2.2建筑能耗数据换算系数.112.3 办公建筑能耗调研.142.3.1 调研对象.142.3.2 调研内容.142.3.3 调研结果与分析.152.4 能耗基准分类.152.4.1 能耗数据表述方法的确定.152.4.2 能效基准分类.162.4 建筑能耗基准影响因素分析.182.5 本章小结.21第三章办公建筑能效基准的确定.223.1 eQUES T模拟软件介绍.223.2 天津地区某办公建筑能耗模拟分析.233.2.1 建筑边界条件输入.233.2.2 建筑模型的建立.263.2.3 模型验证.283.3 参考建筑的建立及其边界条件的输入.313.3.1 参考建筑的建立.323.3.2 边界条件的输入.323.3.3 模拟结果.343.4 办公建筑能耗基准确定.353.5 本章小结.35第四章办公建筑能效等级评定.364.1 办公建筑能耗影响因素分析.364.1.1 人员密度对建筑耗能的影响.364.1.2 照明密度对建筑耗能的影响.374.1.3 设备功率密度对建筑耗能的影响.384.1.4 运行时间对建筑耗能的影响.384.2 办公建筑能效基准修正.394.2.1 模拟试验设计.394.2.2 多元线性回归.424.2.3 统计学软件S PS S的介绍.424.2.4 多元线性回归分析模型.424.2.5 运营基准线的修正.434.2.6 建筑运营能耗的预测.464.3 确定能效级别.484.4 本章小结.49第五章结论与展望.505.1 结论.505.2 展望.51参考文献.52发表论文和科研情况说明.55附录一 B01建筑冷负荷计算表.56附录二B0I建筑热负荷计算表.59致谢.62第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景随着我国城市化进程的推进以及大规模的城市建设，我国城镇建筑总面积在 13年内从62亿n?猛增到204亿n?,各类城镇建筑面积都有大幅度的增加，而 人均建筑面积也同步增长。另一方面，随着室内环境的改善，建筑服务水平的提 高，以及建筑内用能设备的增加，除供暖外，各类建筑单位面积能耗不断攀升。然而，如果将我国建筑能耗与发达国家进行比较，无论是单位面积能耗还是人均 能耗，我国目前均大大低于发达国家。近年来，我国的建筑能耗随着城市化率的提高。经济发展。人民收入和生活 水平的不断改善而持续增长，从1996-2006年，建筑总商品能源消耗从2.43亿 tc e-5.63亿te e,增加了 1.3倍。目前，高耗能的大型公共建筑在公建中的比例迅 速增加，由于大型公共建筑往往与“三十年不落后”、“与国际接轨”等发展理念 相挂钩。这就导致公建能耗的增长速度大幅度升高，因此，公共建筑的节能必须 高度重视。在我国，每年新建的建筑约1620亿m2,超过了所有发达国家 每年建成面积的总和。全国新增建筑面积到2020年将达到300亿m2f21o在每年 新建的建筑中，大部分是高能耗建筑；目前国内既有的建筑面积约为430亿n?,其中只有一小部分采用了节能措施。目前，国内的单位面积建筑能耗水平美国上世纪50年代、日本上世纪60年 代基本相同，与现在的美、日相比则只有40%。根据他们走过的路程，如无切实 有效的行动，15-20年后很自然就会达到他们的水平（韩国就是从20世纪80年 代初期起，经过15年左右的时间，单位建筑面积能耗与人均GDP同步增长，经 过了这一飞速发展期后，目前建筑能耗与日本处于完全相同的水平）。中国的城 市建设在飞速发展，如果20年后城镇建筑存有量增加一倍，单位建筑面积能耗 增加一倍，那是侯我们的建筑运行总能耗就将与目前的全国商品能源消耗总量相 同。无论从能源的来源，能源的运输还是能源转换后的碳排放，我国都不可能承 担这样大的能源消耗量,这是因为我们的人口总量太大，国土面积和资源量有限,并且由于发展期的不同，现在已经不可能再像美国、日本那样大规模借助于国外 的自然资源了。我们要实现的任务就是满足社会、经济发展与人民生活水平提高 的需求下，使单位建筑面积实际运行能耗基本上控制在目前水平，或者努力在目 1第一章绪论前的基础上进一步降低。这是一项史无前例的任务，是对人类社会发展模式的挑 战。不迈过这一步，城市建设就会受到能源与环境的严重制约，城市建设发展的 制约又会进一步约束城市和社会发展。因此，明确建筑能耗指标，量化建筑的节 能量是一项急迫而又长期的任务。1.2 国外建筑能耗基准研究现状S antamouris在希腊收集了 320所学校的能耗数据，提出了基于智能集群技 术(intelligent c lustering tec hnique)的能效评估方法，采用了能效分级的方式对学校 的能效水平进行了研究；S tefano Paolo Corgnat产等调查了意大利120所学校的 能耗，提出了对目前建筑供暖能耗的评价方法，用此指标建立供热能源合同中的 基准值，并用这个基准对供热能耗进行预测；Bart Poel对既有居住建筑的能效 评估方法进行了研究(EPA-ED,Energy Performanc e Assessment for Existing Dwe llings),该方法不仅能够进行能源审计，计算能耗需求量和节约量，还能为 既有建筑颁发能效等级证书和为用户提供具体的节能建议。文献在执行EPBD 框架下发展起来的评估方法一BEA(Building Energy Analysis),包括供冷、供热 负荷，能量需求，能源消耗以及CO2排放量的计算，最后对建筑能效进行分级。Radu Zmeureanu对既有建筑能效等级评估进行了深入的研究，讨论了单位面积 年能耗指标与气候分区、建造年代以及建筑使用和能源形式的关系；文献提出 了 HELP(House Energy Labeling Proc edure)方法，针对单个办公建筑，对气象 参数进行标准化处理以及计算了建筑标准运行模式下的建筑的全年能耗，然后进 行评估。文献提出为了能反映能源管理效率，需要设定一个基准能耗值，作者 首先利用多元线性回归方法对建筑的预测EUI进行计算，然后利用测量EUI和 预测EUL采用DEA(Data Envelopment Analysis,数据包络分析)方法来计算 建筑总效率(环境因素和能源管理对能耗的影响)、等级效率(反映环境因素对 能耗影响)、纯技术效率(能源管理对能耗影响)。文献”3提出要想使建筑能效评 估进一步发展和推动非居住建筑能效基准，首要的任务就是进行能耗数据统计，通过实例说明了测量评估和计算评估在爱尔兰学校的应用，并讨论了这两种方法 优缺点。文献口1指出实验室建筑形式和功能都比较独特，为了能够对此类型建筑 进行能效评估，建立各种系统能耗和设备能耗的数学模型，以此计算的建筑能效 基准值，这个基准代表了在满足建筑需求下的最小能耗值，最后用此方法确定的 建筑能效基准。并将计算结果与EUI和S harp方法确定的建筑能效基准进行 比较，发现基于模型得到的建筑能效基准更有利于不同建筑类型能耗状况比较。发达国家对于基准能耗的研究已有很长的时间，已经建立了完善的管理制度。2第一章绪论采用网络方式的在线评估工具，更有利于能效评价的进行。用户只需要输入建筑 本身的信息数据，便可以迅速计算出能效等级。能耗基准评价工具，北美地区的 有17种、亚太地区有4种和欧洲地区有3种。这些评价工具，包括澳大利亚政 府制定的NABERS评价体系”引和奥地利能源署制定公司级别能源基准工具。比 较有代表性的便是欧盟建筑能效指令和美国能源之星制度。1.2.1 欧盟建筑能效指令(EPBD)欧盟建筑能效指令(EPBD)于2003年1月开始实施，并于2006年1月在25 个欧盟成员国立法。多个国家的建筑科研机构、公司等对能效证书颁布过程中 的技术问题进行了专题研究，旨在确定建筑能耗基准和建立能效证书的制定方法。一般在证书的制定过程前必须完成的以下三个步骤”叫(1)收集相应建筑能耗数据，计算建筑能效指标；(2)确定适当的建筑能效基准，与实际的建筑能效指标进行比较；(3)通过建筑能效指标与能效基准的比较，进行建筑能效分级。建筑能效评估的核心就是建筑能耗基准线的确定。很明显，不同类型的建筑 能耗基准是不同的，确定建筑能耗基准线的方法有两种。第一种方法以建筑实测 数据为依据，但要采集建筑的历史数据比较困难：首先，对于建筑类型，不能得 到所有建筑的完善信息；其次利用实际测量的数据对模型进行校验，这对于所有 的建筑类型来说都是一项艰巨的任务。第二种方法就是对于不同类型的建筑建立 不同的标准建筑，基于各种类型的标准建筑产生一个计算值，但是就目前的状况 来看，还没建立所有类型的标准建筑。英国目前就是通过建立标准建筑来计算不 同类型建筑的能效基准，即通过模拟计算方法来计算建筑能耗目标且用CO2排 放量表示。为此提出了参考建筑(Notional Building)概念，类似于我国公共 建筑节能设计标准提出的参考建筑。实基于参考建筑模型，利用能耗模拟软件 计算实际建筑的能耗基准，但是在确定实际建筑能耗目标的过程中还有另个非常 重要的问题，就是需要考虑建筑所采用不同的采暖空调系统，如果建筑采用先进 的系统时，改进系数可采用面积权重法。同时还需要对可再生能源影响予以考虑，定义系数为LZC基准，见表1-1,对参考建筑的计算能耗基准进行修正，最后得 出实际建筑的能耗基准”叫能耗基准;C notionalX(1-改进系数)X(1-LCZ基准)，如果对于设有空调 系统的建筑，如果还使用了可再生能源系统，其实际建筑能耗基准应为cnotional X(1-20%)X(1-10%)=0.72 Cnotional，其中Qotional表示参考建筑计算能耗基 准。3第一章绪论表1-1 TER方程中的改进系数和LCZ基准实际建筑服务策略改进系数LCZ基准采暖和自然通风0.150.10采暖和机械通风0.200.10空调0.200.101.2.2 美国能源之星(Energy S tar)美国能源之星(Energy S tar)中建筑能耗评估的方法是采用建筑能耗基准评 价。建筑能耗基准评价是通过某栋建筑与相同类型、相同功能的建筑的能耗特性 来对其能耗状况进行评价“力。美国目前有两种能耗基准工具一the U.S.Environmental Protec tion Agenc y s Energy S tar National Energy Performanc e Rating S ystem regression-based model,简 称“Energy S tar。另一个为Cai-Arc h分布模型，简称“Cal-Arc h”。它们的基本 特征如表1-2所示。表 1-2 Energy S tar 和 Cai-Arc h 基本特征Cai-Arc hEnergy S tar模型数据来源加利福尼亚州商业建筑能耗 调查(CEUS)(1992)商业建筑能耗调查(CBECS)(1999)酒店行业数据库，美国 电力行业能耗基准调查覆盖范围美国加利福尼亚州美国调查形势现场调查电话调查、计算机辅助调查范围建筑和使用特征，能耗数据数据质量问题某些建筑的面积及能耗数据可能是估计的统计模型形式分布(柱状图)回归模型输入数据地区位置，建筑类型，面积及地区位置，建筑类型，建筑和能耗数据使用特征，能耗数据能耗的天气标准化无是基于网络的工具，包括输入界基于网络的工具输入界面，包输出图形面，分布图形，累计百分率和括多功能建筑的建筑能效结统计结果果输出结果能耗密度(EUI-kBtu/(ft2 year)能耗密度的建筑百分比(EUI s)基于国家数据库的1-100分 级(当满足室内环境标准，75 以上将获得能源之星标识)4第一章绪论Cai-Arc hEnergy S tar出台匕湎和中标台匕循输入实际能源消耗获得实际输入实际能源消耗能源或一次能源消耗评估计算采用一次能源消耗Cai-Arc h模型，用户可以根据分布基准来确定多少的建筑比他们的建筑更 节能。Cai-Arc h数据库中建筑的能耗密度(Energy Use I ntensities,EUI s)分布如图1-1所示。若A建筑能耗值是16kWh/n?a即箭头所指点，在 曲线上对应60%,意味着A建筑比60%的建筑更节能。图上所显示的能耗值为 实际测量值，没有进行任何因素修正。图1-1 Cai-Arc h数据库中建筑能耗密度分布图美国能源之星早期模型也类似与此种方法，这种做法是有弊端的，即使某建 筑的评估等级非常低，但并不意味着就有很高的节能潜力，因为该建筑较长的运 行时间，较高的人员密度，或者较大的电器功率密度等，这些都会能效评估等级 变低。因此，为了使能效评估更具公平性，不能单单用建筑单位面积年能耗指标对 建筑能效进行评价，需要考虑建筑实际运行要素对能耗的影响。美国能源之星所 选用的模型就是这样，从众多建筑能耗影响因素中选取相关性较大的因素，通过 实际调研获取建筑的能耗数据，利用多元线性回归方法建立不同类型的建筑的能 耗模型，来确定相应类型建筑的能效基准。这个基准是根据不同建筑实际的使用 情况，而确定的各自不同的基准，既不是能耗平均值，也不是以中间值作为基准。5第一章绪论1.3 国内建筑能耗基准研究现状建筑能耗基准就是为了衡量不同类型建筑能耗指标的标识，对于目前的能效 管理来说具有较强的代表性，通过这个基准可以评价不同类型建筑是节能建筑还 是高耗能建筑，对建筑节能工作起到了很大的推动作用。能耗基准在目前能效水 平评价中占有首要的位置。既包括新建建筑在设计施工阶段能耗评价也包括现有 建筑在运营阶段的能耗评价。目前国内对于能耗基准模型的研究主要有以下几种 方法：利用能耗模拟软件计算能耗基准；采用多元线性回归分析技术建立能耗基 准模型；采用统计的方法研究建筑能耗基准模型。下面从这三方面对国内学者的 研究进行叙述。1.3.1 采用能耗模拟软件计算能耗基准国内学者在利用能耗模拟软件计算建筑能耗基准已经有初步的研究。文精卫 等按照公共建筑节能设计标准建立了参考建筑，利用EnergyPlus能耗模拟软 件对参考建筑的能耗进行了模拟，并以二十世纪八十年代的建筑能效水平为能耗 基准，对夏热冬冷地区的建筑能效水平进行了划分口叫 张旭等采用BI N法计算 了上海地区典型居住全年能耗，不仅对影响建筑能耗的因素（外墙、外窗的传热 系数）做了定量的计算，还分析了室内参数以及空调COP等对建筑能耗的影响，结果表明外墙的传热系数对建筑能耗影响最大，还通过实际测试等方法对室内参 数进行了测量，结果表明围护结构保温可增大墙体的热惰性，还能减小室外温度 对室内温度的影响“支1.3.2 采用多元拟合回归技术建立建筑能耗基准模型为了建立建筑运行阶段的能耗基准，许多学者利用多元线性回归方法进行了 研究。谢艳群通过问卷调查，在长沙地区获得了 57个住宅样本，利用应用统 计学软件S PS S对样本建筑能耗进行了分析，首先对能耗影响因素进行了偏相关 分析，然后利用多元线性回归分析方法对建筑能耗预测进行拟合，最终得出年总 能耗、单位面积能耗以及家庭收入、采暖形式显著相关，与家庭人口数、建筑面 积等因素不相关。韩连华利用逐步回归法建立回归方程，并提出了 Apriori-rule的建筑能耗 基准评价模型，还利用分类挖掘中的I D3算法建立决策树形式额基准评价模型。采用“投票”的方法，提出了 S ALVoting的建筑能耗基准评价模型。6第一章绪论郑晓卫a等人介绍了建筑能耗基准评价方法和国外两个著名的能效基准评 价工具，并通过这两个数据库，总结归纳了 90栋建筑的能耗数据，计划利用多 元回归分析方法建立能耗预测模型。严智勇囱根据福州地区的建筑能耗统计数据，对该地区大型公共建筑的能耗 影响因素进行了偏相关分析，并建立了建筑能耗的多元线性回归模型，并通过检 验，证明该模型是显著的。1.3.3 采用统计学方法研究建筑能耗基准国内政府部门为了监督既有建筑的能效水平，提出了应用建筑能效基准来评 价建筑能效水平。许多学者利用统计学原理，提出了一些计算能耗基准的方法。周智勇取等通过比较能耗单位建筑面积能耗指标与人均年能耗指标,选用人 均能耗作为公共建筑能耗定额的基础。基于实际数据编制了建筑能耗定额的方法。明雷25等把公共建筑能耗进行了划分，分为空调通风能耗、照明能耗、办公 设备能耗、电梯能耗和供水能耗等，并建立了标杆建筑，对公共建筑能耗的影响 因素进行分析，并推导出了建筑能耗定额的计算公式。徐强26等通过对调查分析上海地区的大型公共建筑的能耗，结合统计学方法,确定了大型公建的用能指标，研究得到，办公类建筑对应的能耗定额为60.3 kgc e/(m2-a)，宾馆酒店类按照星级分类，二星级67.5 kgc e/(m2-a),三星级81.8 kgc e/(m2-a),四星级 96.1 kgc e/(n?a),商场的能耗定额为 406.6 kgc e/lnFa)。徐强如利用概率统计分布的方法，确定了上海地区公共建筑能耗定额，采用 第一个四分之一分位数、第三个四分之一分位数和平均值加标准偏差的方法确定 能耗定额。刘刚阈等基于深圳市的建筑能耗统计、能源统计、监测和公共建筑能耗基准 研究工作，提出了深圳市公共建筑能耗定额的编制思路，为编制能耗定额提供指 导。1.4 研究意义及研究内容1.4.1 研究意义国外关于建筑能耗基准的研究时间较长、配套制度体系比较健全，基本形成 了完善的建筑能耗数据调查制度和包含大量数据的建筑能耗数据库。我国众多学 7第一章绪论者的研究主要集中在国外技术路线在中国的适用性问题，提出的能效评价指标也 不能更好的评价建筑物能效水平，且在能耗统计过程中使用的数据表述方法较为 混乱。准确的设定建筑能耗基准是建筑能效评价的核心内容，因为气象参数、建筑 本身特性，地域、结构和功能不同的建筑，其总能耗也不相同；即使相同建筑特 性、相同的气象参数、相同的运行管理模式，但由于运行时间不同，建筑的总能 耗也会不同。因此对办公建筑能效评价更深层次的研究，具有重要的意义。1.4.2 研究内容发展建筑节能，应从两方面入手，第一，增加围护结构的节能效果，第二，增加能源利用效率，尽量采用高效的空调采暖系统。但是，现有的建筑能效评价 体系均未考虑建筑围护结构性能(传热系数)的好与坏，只采用建筑的能耗指标 作为建筑能效评定的标准。这样的能效评价体系不利于建筑节能的发展。本文正式基于这样的考虑，从建筑本身特性及建筑的运营能耗两方面考虑,对建筑能效水平进行评定。主要研究内容主要有以下几个方面：(1)利用电热当量法和发电煤耗法对实际调研的能耗数据进行分析；(2)提出利用“建筑基准”和“运营基准”两个基准来评价建筑能效水平；(3)利用能耗模拟软件对天津地区办公建筑的“建筑基准”进行计算，并 进行了验证；(4)分析影响“运营基准”因素，对影响因子进行正交试验设计，然后利 用eQue st能耗模拟软件对各个工况进行模拟，最后利用多元线性回归 的方法，得到建筑“运营基准”的修正模型和实际建筑的能耗预测模 型；(5)提出新的评价指标对建筑的能效进行等级评定。8第二章建筑能耗数据及能耗基准分类第二章建筑能耗数据及能耗基准分类对于办公建筑的能效评估，如果单独用建筑的单位面积年能耗来反映能效高 低显然是不合理，因为建筑本身的性能及其运行状况与能耗指标相关，且造成的 差别较大。参照英国公共建筑能效评估采用的方法，用实际建筑在标准活动时间 表下的计算能耗与参考建筑能耗相比，最后用比值来反映建筑能效水平。我国的 建筑能效测评与标识技术导则（征求意见稿）也对建筑能效标识进行了规定。本课题提出了采用“建筑基准”和“运营基准”双标准来对建筑能效进行评估。2.1 建筑能耗分类建筑所使用的能源形式中，不同的能源所提供的能量是不同的，建筑能耗也 会因采用不同的能源而不同；能源的利用均存在转换效率的问题，定义不同的用 能边界也会导致建筑能耗不同。建筑能耗按用途分为供暖、供冷和生活热水用能以及除供暖、供冷和生活热 水用能外的其他用能。供暖、供冷用能按具体用能边界分类，可分为建筑实际获 得的热/冷量、建筑供热/供冷系统用能以及与建筑主体结合的主动式可再生能源 系统提供的能量，如图2-1所示。Er图2-1供暖、供冷系统用能分类图中Eb表示建筑实际获得的热/冷量，即建筑供暖、供冷系统实际提供给建 筑空间或人员活动的热量或冷量，与建筑使用的能源种类和系统形式无关。Et表示建筑供热/供冷系统用能，即建筑内供暖、供冷系统使用的电力、燃 9第二章建筑能耗数据及能耗基准分类料（如燃煤、燃油、燃气等）和热/冷媒（如热水、蒸汽、冷冻水等）等能量，包括热 源/冷源设备、建筑内循环水泵和热源/冷源侧需要的辅助设备（如冷却塔、冷却水 泵、冷却风机）等的用能。Er表示与建筑主体结合的主动式可再生能源系统提供的能量，即与建筑主 体结合的主动式可再生能源系统利用太阳能、风能、生物质能等可再生能源为建 筑用能系统提供的能量，不包括太阳能被动采暖、自然采光等被动方式进入建筑 的能量。对于一栋己经建好的建筑来说，建筑本体的特性（围护结构传热系数、体形 系数、窗墙比等）已经确定，在相同的气象参数及同样的运行条件下，建筑的实 际需冷量与需热量已经确定，即建筑本身所需能量Eb是固定的，而建筑供热/冷 系统用能（Et）则会因采暖空调系统的不同而不同，因为不同的系统形式的能量 转换效率是不同的。因此本课题将从建筑实际需冷/热量（Eb）与建筑供冷/供热系统用能（Et）两方 面对建筑能耗进行分析。2.2 能耗数据的表述方法办公类建筑消耗的能源形式多种多样，包括：电、天然气、煤、市政热水等，不同建筑的能源利用形式各有不同，在计算建筑能耗基准时必须选择一个合理的 能耗数据表述方法。2.2.1 能耗数据表述方法分类根据建筑能耗数据表述方法（报批稿）的表述，建筑能耗数据表示方法 分为电热当量法、发电煤耗法和等效电法。（1）电热当量法：基于各种能源的理论发热量（燃料能源为其低位发热量），将建筑使用的各种能源按照其热值统一转换为热量进行换算和分析的方法。采用 电热当量法换算建筑能耗时，以CV作为换算结果计量单位下角标，如kWhc v,kgc vo（2）发电煤耗法：将建筑使用的电力按照当地火力发电平均消耗的热值表 示的一次能源量、其他各种形式的能源按照其热值统一转换为热量进行换算和分 析的方法。采用发电煤耗法换算建筑能耗时，以CE作为换算结果计量单位下角 标，如kWhc E,kgCEo在利用发电煤耗法计算市政热网供热量时，需将热量折合 成一次能源进行计算，折算过程中需要考虑锅炉的效率及供热管网的输送效率,10第二章建筑能耗数据及能耗基准分类本课题中，热源效率按68%计算，管网效率按90%计算12叫(3)等效电法原理：不同的能源形式，在目前的技术条件下，转换为电力 时的最大转换能力，把各种形式的能源统一转换为等效电力，然后按照电力来统 计、核算能源的数量。由于电力是最高品位的能源，把各种形式的能源统一转换 为电力，便于结合能源数量和做功能力进行统计、分析。根据各种形式能源转化为功的能力，按式(2-1)将任一种形式的能源Q转换 为等效电Qe。(2-D式中：Q 任一种能源相应的热量；一一该种能源的等效电法换算系数，又称能质系数；Qe 该种能源的等效电量。电力的换算系数为1。其它形式的能源，根据其品位高低和做功能力大小 确定换算系数。按照热力学第二定律可得到该能源在一定条件下的最大热-功转 换效率，因此按式(2-2)计算换算系数。T。T.,7=1-I n-(2-2)3F T。式中：To-环境温度，单位为开尔文(K)；n 工作温度，即能源对外做功时的温度，单位为开尔文(K)。2.2.2 建筑能耗数据换算系数(1)化石能源的换算方法对于各种化石能源，取其实际做功过程中的上限温度为计算换算系数的工作 温度T,o对于燃煤，。取值为973.15K(700)；对于天然气和燃油，取值为 1773.15K(1500)；其它化石能源采用同样方法处理。化石能源的工作温度远高 于环境温度，因此环境温度T。取值一致为273.15K(0)o按式(2-2)得到各类化 石能源的等效电法换算系数，主要化石能源的换算系数见表2-1。(2)热水的换算方法11第二章建筑能耗数据及能耗基准分类对于热水，取其供水温度为计算换算系数的工作温度I。如果热水的全部热 量耗散进入环境，得到热水的等效电法换算系数。如果热水温度仅降到回水温度 T2,然后返回热源，则按式(2-3)计算热水的等效电法换算系数。T.T.=1-I n,(-7；T2(2-3)式中：T0环境温度，单位为开尔文(K)；热水供水温度，单位为开尔文(K)；八一一热水回水温度，单位为开尔文(K)；热水的工作温度与环境差别较小，需要根据热水使用的实际环境确定环境温 度T。一般取环境温度T0为273.15K(0)。按式(2-3)计算的供暖用热水的等效 电法换算系数见表2-1 o(3)蒸汽的换算方法对于蒸汽，一般做功过程为先等温地放出潜热做功，再降温至凝水温度返回 热源。因此可按式(2-4)计算蒸汽的等效电法换算系数。r Tq r 7二-a-U)+a 一 rr)a _ ln 才)Q-4)%-为 T hlh2 TlT0 K)式中：To-环境温度，单位为开尔文(K)；r供给蒸汽压力相应的饱和温度，单位为开尔文(K)；B返回热源的凝水温度，单位为开尔文(K)；r 蒸汽的汽化潜热，单位为千焦/千克(kJ/kg)；h.供给蒸汽的焰值，单位为千焦/千克(kJ/kg)；h2返回热源的凝水的焰值，单位为千焦/千克(kJ/kg)；考虑到潜热在蒸汽热功转化热量中占的比例很大，可把蒸汽作为理想热源，按式(2-5)计算蒸汽的等效电法换算系数。二号(2-5)蒸汽的工作温度与环境差别较小，需要根据蒸汽使用的实际环境确定环境温12第二章建筑能耗数据及能耗基准分类度T。一般取环境温度T。为273.15K(0)。计算的供热用蒸汽的等效电法换算 系数见表2-1 o(4)冷水的换算方法对于冷水，一般做功过程为从供水温度T i降到回水温度T2,然后返回冷源，则按式(2-6)计算冷水的等效电法换算系数。T。T.=(2-6),1 12 12式中：To环境温度，单位为开尔文(K)；T,冷水供水温度，单位为开尔文(K)；T2冷水回水温度，单位为开尔文(K)。冷水的工作温度与环境差别较小，需要根据冷水使用的实际环境确定环境温 度T。一般取环境温度T。为273.15K(30C)。主要能源的换算系数如表2-1所示。表2-1主要能源按电热当量法、发电煤耗法和等效电法的换算系数能源种类实物量电热当量法换算发电煤耗法换算等效电法换算kWhc vMJc vkgeec EMJcekWhEEMJee电力I kWh13.60.320/79.367b13.6天然气1m310.8138.931.3338.937.13125.67原油1kg11.6241.821.42941.827.65927.57汽油1kg11.9643.071.47143.077.88928.4柴油1kg11.8542.651.45742.657.81228.12原煤1kg5.80820.910.714320.912.92810.54洗精煤1kg7.31726.340.926.343.68913.28热水1MJ0.277810.0341610.064350.2317(95/70)热水