公共建筑節(jié)能評價指標(biāo)體系研究

姜新佩，郭肖娟，孟祥東

（河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038）

在工業(yè)、建筑、交通三大傳統(tǒng)高能耗領(lǐng)域，建筑能耗所占的比重正不斷上升，全面推進(jìn)建筑節(jié)能和推廣綠色建筑同步發(fā)展已成為國家“十二五”期間的重點(diǎn)課題．國內(nèi)外雖然對建筑節(jié)能措施及其評價方法做了大量的研究，也提出了一些建筑節(jié)能的評價指標(biāo)，并在一定范圍和程度上進(jìn)行了工程實(shí)施，但這些評價指標(biāo)和方法都還是比較初步、零散、片面的，對于整體建筑節(jié)能體系的思想尚未建立，關(guān)于建筑能耗與建筑能耗對環(huán)境影響的明確指導(dǎo)思想和完備的評價體系仍未形成［1］．目前，我國建筑節(jié)能水平低，缺乏對節(jié)能問題的深入研究，針對建筑節(jié)能評價體系的研究還處于起步階段．因此，針對我國建筑能耗狀況，構(gòu)建相應(yīng)的節(jié)能評價指標(biāo)體系是對建筑節(jié)能進(jìn)行科學(xué)評價的必要環(huán)節(jié)．

1 公共建筑能耗影響因素

我國建筑主要有民用建筑和工業(yè)建筑兩類．民用建筑是供人們居住和進(jìn)行公共活動的建筑的總稱．民用建筑按使用功能可以劃分為居住建筑和公共建筑．居住建筑主要指住宅建筑和宿舍建筑．公共建筑包括教育建筑、辦公建筑、科學(xué)研究建筑、商業(yè)服務(wù)建筑、文化娛樂建筑、醫(yī)療建筑、體育建筑、交通建筑、政法建筑、紀(jì)念建筑、園林景觀建筑和宗教建筑等．據(jù)清華大學(xué)和建設(shè)部的抽樣調(diào)查，大型公共建筑面積占城鎮(zhèn)建筑總面積的比例不到4%，但消耗的電量卻占全國城鎮(zhèn)的20%以上．統(tǒng)計結(jié)果顯示，在公共建筑的全年能耗中，采暖空調(diào)系統(tǒng)占50% ～60%，照明系統(tǒng)占20% ～30%．而在采暖空調(diào)系統(tǒng)這部分能耗中，由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗能就占了40% ～50%．繼開展了國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能工作后，高校建筑節(jié)能也成了當(dāng)前的一項重要任務(wù)［2］．因此，筆者著重對建筑設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等方面進(jìn)行評價．但隨著現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們逐漸對室內(nèi)環(huán)境的舒適度有了迫切要求，選取評價指標(biāo)時應(yīng)考慮到這一點(diǎn)．

2 公共建筑節(jié)能評價指標(biāo)體系

2．1 評價指標(biāo)體系

建筑節(jié)能綜合評價指標(biāo)體系研究的關(guān)鍵在于如何選取分項指標(biāo)以全面反映建筑能耗的情況、如何確定各分項指標(biāo)的權(quán)重以建立有機(jī)的指標(biāo)體系、如何確定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案作為判定原始設(shè)計草案是否節(jié)能的基準(zhǔn)［3］．綜合影響建筑能耗各個方面的因素，包括建筑設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、運(yùn)行管理等，通過逐層分析影響建筑能耗的各因素，建立一套評價建筑能耗的綜合評價體系，如圖1所示．

圖1 公共建筑節(jié)能評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

該建筑節(jié)能評價指標(biāo)體系分為3個層次，5個方面，20個指標(biāo)．其中關(guān)鍵設(shè)備評價包括冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、空調(diào)機(jī)組等設(shè)備的能效評價;管路評價包括水管路、風(fēng)管路評價;空調(diào)系統(tǒng)能效評價包括空調(diào)系統(tǒng)能效比、設(shè)計能效比、運(yùn)行能效比或空調(diào)能效等級評價等評價指標(biāo)［4］;室內(nèi)環(huán)境評價包括房間內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速、新風(fēng)量、照明、室內(nèi)背景噪聲、室內(nèi)空氣污染物濃度等評價指標(biāo)．

2．2 定性指標(biāo)定量化

建筑能耗評價中，由于缺乏具有一定規(guī)模數(shù)量的大型公共建筑的調(diào)研數(shù)據(jù)，所以對各定性指標(biāo)的定量化具有一定的主觀性．按照被評建筑的節(jié)能情況將各定性評價指標(biāo)的描述劃分為6個等級打分：0分（不合格）、1分（差）、2 分（較差）、3 分（一般）、4分（較好）、5分（好）．滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)以及政策法規(guī)的最低條件時，可以評為1分;如果連最低條件都達(dá)不到，則評為0分．

2．3 評價指標(biāo)權(quán)重分配

合理確定和適當(dāng)調(diào)整各因素的權(quán)重，體現(xiàn)出系統(tǒng)評價中各因素輕重有度、主次有別，更能增加評價因素的可比性［5］．這里主要采用了群體專家決策的方法，通過發(fā)放調(diào)查問卷的方式，對建筑節(jié)能各評價指標(biāo)之間的相對重要性進(jìn)行調(diào)查評判，再利用定性定量相結(jié)合的層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計算，確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)．該調(diào)查發(fā)放調(diào)查表15份，收回了9份，其中又有4份問卷的調(diào)查結(jié)果與其他問卷的調(diào)查結(jié)果有著明顯出入而被舍棄，所以有效問卷有5份．這在一定程度上顯示了建筑領(lǐng)域內(nèi)的教授、專家對于建筑能耗方面的認(rèn)識情況．層次分析法［6］一般包括以下4個步驟．

1）建立描述技術(shù)要素或者功能特征的內(nèi)部獨(dú)立的遞階層次結(jié)構(gòu)．

2）應(yīng)用專家調(diào)查得來的各層指標(biāo)間的相對重要性，即兩兩比較結(jié)構(gòu)要素，構(gòu)造出所有的判斷矩陣．

3）解判斷矩陣，得出特征值λmax和對應(yīng)的特征向量ω，并且檢驗(yàn)每個矩陣的一致性．如果不滿足一致性條件，則要修改判斷矩陣，直到滿足一致性檢驗(yàn)為止．

這里應(yīng)用MATLAB軟件中的［V，D］=eig（A）函數(shù)來計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量及衡量一致性的指標(biāo)．

一致性的指標(biāo)為

隨機(jī)一次性比率為式中：λmax為判斷矩陣對應(yīng)的最大特征值;n為矩陣階數(shù);RI為隨機(jī)一次性指標(biāo)，參考文獻(xiàn)［7］，其取值見表1．

如果CR＜0．1，則該判斷矩陣滿足一致性條件;若CR≥0．1，則應(yīng)對該判斷矩陣做適當(dāng)?shù)男拚?/p>

以一位專家調(diào)查結(jié)果的第1層級的指標(biāo)為例，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，見表2．

表1 隨機(jī)一次性指標(biāo)RI值

表2 公共建筑節(jié)能評價各組成要素的相對權(quán)重

以相同的步驟對其他調(diào)查結(jié)果進(jìn)行一次性調(diào)整和完善后，對各組調(diào)查結(jié)果做幾何平均處理．同樣以上述第一層級指標(biāo)為例，對全部的調(diào)查結(jié)果做幾何平均處理，見表3．

表3 公共建筑節(jié)能評價各組成要素的幾何平均值

將計算所得的幾何平均值代入判斷矩陣中，求出各層元素的指標(biāo)權(quán)重．第1層級指標(biāo)的最終相對權(quán)重計算見表4．

表4 公共建筑節(jié)能評價各組成要素的最終相對權(quán)重

4）計算各層元素的組合權(quán)重．通過逐層的相對權(quán)重傳遞，求出各分項指標(biāo)最終的權(quán)重．各指標(biāo)的權(quán)重計算結(jié)果見表5．

表5 指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

續(xù)表5

2．4 建筑能耗指標(biāo)

根據(jù)每項評價指標(biāo)的得分及權(quán)重，可以建立一個建筑能耗指標(biāo) M［5］．

式中：ωi為各影響因素的權(quán)重;Mi為各影響因素的評分分?jǐn)?shù);n為評價指標(biāo)項數(shù)（這里n=20）．

建筑能耗指標(biāo)表征建筑節(jié)能評價的最終得分．指標(biāo)值在一定程度上反映了建筑的能耗水平，指標(biāo)值越大，說明該建筑能耗水平越低，節(jié)能狀況越好，詳見表6．

表6 評價得分與建筑節(jié)能水平等級關(guān)系

3 某高校建筑能耗評價

3．1 建筑概況

某大學(xué)教學(xué)樓2010年建成并投入使用，總建筑面積12 639 m2，5層框架結(jié)構(gòu)．第1層有配電室、檔案室、圖書室、期刊室、辦公室等;第2層主要為辦公室;第3層及以上為教室．主體建筑高度20．95 m;體形系數(shù) 0．203;平均窗墻比 0．369．外墻體采用250 mm厚加氣混凝土砌體外加聚苯板保溫，傳熱系數(shù)Ki=0．57 W/（m2·K）;內(nèi)墻體采用200 mm厚加氣混凝土砌體．外門為不銹鋼框鋼化玻璃門;內(nèi)門為鑲板木門．窗為白色單框中空玻璃塑鋼窗．屋頂鋪60 mm厚擠塑聚苯板，Ki=0．48 W/（m2·K）;門窗的氣密性等級不低于《建筑外窗氣密性能分級及檢測方法》（GB/T 7107—2002）中規(guī)定的4級水平．

冬季采暖室外計算溫度－7．0℃，室外平均風(fēng)速2．3 m/s．采暖熱媒為65/40℃熱水，總熱負(fù)荷為261．65 kW，阻力損失 8．03 kPa．管材采用焊接鋼管，管徑DN40及以上焊接，DN40以下絲接．散熱器落地安裝，每組散熱器均加手動跑風(fēng)．采暖熱源為市政集中供熱，經(jīng)換熱站二次換熱后提供，系統(tǒng)補(bǔ)水采用補(bǔ)水定壓裝置自動補(bǔ)水．日光燈采用三基色T8管配電子鎮(zhèn)流器，吸頂燈、天棚座燈、樓梯間照明均采用節(jié)能燈作為光源，走廊處應(yīng)急疏散燈具采用自帶蓄電池型燈具．由于校園內(nèi)寒暑假校內(nèi)人員較少，同一建筑內(nèi)各房間的使用情況也有可能差別較大，所以該教學(xué)樓無集中式空調(diào)系統(tǒng)．空調(diào)設(shè)計采取了分單獨(dú)房間設(shè)置，既便于管理，也有利于提高空調(diào)使用的經(jīng)濟(jì)性．第1，2層的辦公室均采用分體式壁掛以及柜式空調(diào)機(jī)，2級能效，遙控控制．教室人數(shù)比較多，為了保證空氣的流通就沒有安裝空調(diào)，只裝電扇散熱．教學(xué)樓的管理制度、人員配備均較完善，人工技能比較熟練．

3．2 能耗評價結(jié)果與分析

該教學(xué)樓無中央空調(diào)，所以其關(guān)鍵設(shè)備與管路評價不參與檢測，空調(diào)能效評價可以根據(jù)空調(diào)的能效等級確定．對該教學(xué)樓進(jìn)行能耗評價，結(jié)果見表7．

表7 某教學(xué)樓節(jié)能評價結(jié)果

由表7可知，該教學(xué)樓建筑節(jié)能評價為3．5分，建筑節(jié)能水平等級屬于良好．

4 結(jié)語

1）我國既有建筑量大面廣，其中高耗能建筑占絕大部分．因此，在分析建筑能耗影響因素的基礎(chǔ)上，很有必要建立一套關(guān)于建筑節(jié)能的綜合評價指標(biāo)體系．

2）建筑節(jié)能評價指標(biāo)體系是一個多層次評價體系，對每一項指標(biāo)進(jìn)行評分，合理地進(jìn)行定性指標(biāo)的定量化與評價指標(biāo)的權(quán)重分配才有利于建立建筑能耗指標(biāo)，從而對建筑的節(jié)能情況進(jìn)行一系列的綜合評價．

3）所建立的指標(biāo)體系融合了建筑設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)、照明系統(tǒng)以及運(yùn)行管理等5個方面的評價指標(biāo)，通過某高校建筑驗(yàn)證了這一綜合評價指標(biāo)體系初步設(shè)計的合理性和科學(xué)性．

［1］楊紅霞．建筑節(jié)能評價體系的探討與研究［J］．暖通空調(diào)，2006（9）：42－44．

［2］張帆，許楗．西安市高校公共建筑的能耗調(diào)查與分析［J］．建筑節(jié)能，2012，40（7）：54．

［3］田穩(wěn)苓，王洪福，袁全．建筑節(jié)能評價體系的發(fā)展與研究方向［C］∥第16屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ冊）．北京，2007．

［4］李運(yùn)華，張吉禮．大型公共建筑運(yùn)行能耗評價指標(biāo)的探討［C］∥全國暖通空調(diào)制冷2006學(xué)術(shù)年會資料集．合肥，2006．

［5］郭瑞．公共建筑能耗評價指標(biāo)體系研究［D］．長沙：湖南大學(xué)，2007．

［6］杜棟，龐慶華，吳炎．現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2008．

［7］楊玉蘭．居住建筑節(jié)能評價與建筑能效標(biāo)識研究［D］．重慶：重慶大學(xué)，2009．