夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑的節(jié)能效益

何玥兒，丁勇，劉猛

(重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院；三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑的節(jié)能效益

何玥兒，丁勇，劉猛

(重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院；三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

針對(duì)目前常用綠色建筑節(jié)能技術(shù)及夏熱冬冷氣候特點(diǎn)，以案例形式分別對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能改善、能源綜合利用等技術(shù)應(yīng)用的效果進(jìn)行分析，量化了綠色建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效益。研究結(jié)果表明：在目前常用的綠色建筑節(jié)能技術(shù)中，集中空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)全熱回收技術(shù)節(jié)能效益最大，達(dá)到35%節(jié)能率，過(guò)渡季節(jié)充分利用新風(fēng)，會(huì)帶來(lái)10%的節(jié)能率；合理設(shè)置可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)和改變圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，可產(chǎn)生7%左右的節(jié)能率；采用光控措施控制照明系統(tǒng)，可形成12.3%的節(jié)能率；綠色建筑節(jié)能技術(shù)的選擇及其應(yīng)用效果受技術(shù)相互關(guān)聯(lián)性影響較大，節(jié)能方案需要整體綜合考量；節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可使建筑在現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)46.9%的節(jié)能率，達(dá)到建筑節(jié)能75%的要求。

綠色建筑；節(jié)能技術(shù)；夏熱冬冷；方案對(duì)比；效益分析

綠色建筑綜合了節(jié)能、資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，是緩解中國(guó)能源緊缺矛盾、改善人民生活條件、減輕環(huán)境污染、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[1]。在《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》中，明確提出要積極開展綠色建筑行動(dòng)：要求到2015年，新增綠色建筑面積10億m2以上，城鎮(zhèn)新建建筑中二星級(jí)及以上綠色建筑比例超過(guò)20%；建設(shè)綠色生態(tài)城(區(qū))[2]。在國(guó)家《綠色建筑行動(dòng)方案》中也要求實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排約束性目標(biāo)，提出在“十二五”期間，完成新建綠色建筑10億m2，完成夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造5 000萬(wàn)m2，公共建筑和公共機(jī)構(gòu)辦公建筑節(jié)能改造1.2億m2的目標(biāo)；到2015年末，20%城鎮(zhèn)新建建筑達(dá)到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。由此可見，國(guó)家層面,綠色建筑已成為建筑建筑節(jié)能減排的一項(xiàng)重要舉措。

在綠色建筑的建設(shè)過(guò)程中，突出了節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)能的資源節(jié)約型宗旨，這與中國(guó)現(xiàn)階段大范圍強(qiáng)制執(zhí)行的節(jié)能設(shè)計(jì)相比較，不僅注重了綜合節(jié)約，更進(jìn)一步突出了節(jié)能效益。當(dāng)前，對(duì)于建筑性能的分析，大多集中在各項(xiàng)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后的節(jié)能效益上[4-12]，對(duì)綠色建筑的研究，主要集中在對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的比較和成本效益的研究上[13-21]，而對(duì)于綠色建筑的實(shí)施所形成的建筑節(jié)能效益分析很少。

綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)要求建筑熱工設(shè)計(jì)和暖通空調(diào)設(shè)計(jì)符合國(guó)家和地方建筑節(jié)能規(guī)定，在此基礎(chǔ)上，本著減少能耗、提高能效的原則，要求進(jìn)一步對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備系統(tǒng)等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)及優(yōu)化，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能、設(shè)備用能性能、調(diào)節(jié)控制模式等方面提出了更高要求。由此可見，綠色建筑針對(duì)的建筑節(jié)能強(qiáng)調(diào)了技術(shù)的綜合應(yīng)用，不僅對(duì)現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定性指標(biāo)和性能要求做出了提升，而且更強(qiáng)調(diào)適宜的綜合效果。因此，對(duì)于綠色建筑的節(jié)能效益需要綜合應(yīng)用效果予以評(píng)判，本文以新建的公共建筑為研究對(duì)象，與現(xiàn)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)進(jìn)行對(duì)比，分析綠色建筑的節(jié)能效益，篩選適宜的綠色建筑節(jié)能技術(shù)。

1 綠色建筑節(jié)能技術(shù)應(yīng)用頻譜分析

綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，涉及到建筑優(yōu)化、設(shè)備系統(tǒng)、能源利用、管理控制等多方面，根據(jù)55個(gè)已獲得國(guó)家綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)的建筑項(xiàng)目申報(bào)資料，圖1整理了各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)在目前綠建項(xiàng)目中的應(yīng)用分別情況[22]。

圖1 綠色建筑“節(jié)能與能源利用”技術(shù)措施應(yīng)用列表Fig. 1 The application of energy-related technologies in green building

由圖1可以看出，在綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)方面，建筑本體優(yōu)化、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提升、高效照明、暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、建筑遮陽(yáng)等幾類技術(shù)應(yīng)用頻率極高；能量的綜合利用(如可再生能源、蓄冷蓄熱、熱電冷聯(lián)供技術(shù)等)，照明系統(tǒng)光控措施、感應(yīng)開關(guān)的設(shè)置則屬于應(yīng)用頻率較低的技術(shù)。從技術(shù)應(yīng)用的頻譜分析可以看出，應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)往往受客觀因素影響較少，這恰恰也反映了技術(shù)應(yīng)用的難易程度，也反映了綠色建筑的設(shè)計(jì)正在向適宜性邁進(jìn)。

本文結(jié)合技術(shù)頻譜分析，重點(diǎn)針對(duì)受客觀因素影響小的典型技術(shù)途徑，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提升、空氣系統(tǒng)變風(fēng)量控制、新風(fēng)比可調(diào)、排風(fēng)熱回收技術(shù)、建筑外遮陽(yáng)、光控措施、高效照明等技術(shù)，采用案例分析法量化技術(shù)應(yīng)用的節(jié)能效益。

2 綠色建筑技術(shù)途徑節(jié)能性能分析

2.1 研究方案

綠色建筑的設(shè)計(jì)首先要明確其定位，針對(duì)建筑的具體情況，因地制宜的使用綠色建筑技術(shù)，以滿足相應(yīng)等級(jí)的要求。對(duì)比《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)要求，為分析各類節(jié)能技術(shù)在綠色建筑“節(jié)能與能源利用”方面的節(jié)能效益，選取夏熱冬冷氣候區(qū)典型城市重慶的一棟典型辦公建筑作為分析對(duì)象，該建筑共6層，層高3.5 m，面積為8 405 m2，正南朝向，建筑平面布局如圖2所示。運(yùn)行時(shí)間為工作日7:00—20:00，無(wú)夜間供熱空調(diào)能耗。

圖2 示例建筑平面布局圖Fig.2 The plan of the case buildin

示例建筑節(jié)能方案按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)進(jìn)行設(shè)定，并作為后續(xù)分析比較的基準(zhǔn)。暖通空調(diào)部分采用集中式全空氣空調(diào)系統(tǒng)，冷熱源部分為壓縮式制冷機(jī)組與燃?xì)忮仩t，并根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)[23]和《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736—2012)[24]進(jìn)行設(shè)定。為分析所選取的典型綠色建筑技術(shù)的節(jié)能效果，利用Design Builder能耗模擬軟件，以基準(zhǔn)方案下示例建筑的全年能耗結(jié)果作為比較基礎(chǔ)，模擬計(jì)算使用單項(xiàng)技術(shù)后的建筑全年能耗值，并重點(diǎn)對(duì)相關(guān)技術(shù)的節(jié)能效益進(jìn)行分析。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

相比國(guó)家和行業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱工性能指標(biāo)，綠色建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能具有更高的要求，主要體現(xiàn)在外墻、屋頂、外窗、幕墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要部位的傳熱系數(shù)K值和遮陽(yáng)系數(shù)SC值的提升，以及減小窗墻面積比。

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能改善的節(jié)能效益分析

1)減小傳熱系數(shù) 示例建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)限值進(jìn)行設(shè)置，具體取值為：屋面K值為0.677 W/(m2·K)，外墻K值為0.951 W/(m2·K)；外窗K值為2.5 W/(m2·K)，遮陽(yáng)系數(shù)SC為0.4。根據(jù)綠色建筑要求，維持其他條件不變，進(jìn)一步降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K值。分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的變化對(duì)建筑全年能耗的影響，能耗變化如圖3所示。

由圖3可見，隨著外墻K值從0.951 W/(m2·K)減小到0.4 W/(m2·K)，屋面K值從0.677 W/(m2·K)減小到0.27 W/(m2·K)，外窗K值從2.5 W/(m2·K) 減小到1 W/(m2·K)，冬季熱負(fù)荷隨之減少，制熱能耗降低3.83%，但夏季空調(diào)能耗卻有1.03%的小幅增長(zhǎng)。這是由于傳熱系數(shù)的減小，對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)建筑而言，不利于圍護(hù)結(jié)構(gòu)夜間的散熱，室內(nèi)的蓄熱負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致第2天空調(diào)系統(tǒng)開啟時(shí)需提供的預(yù)冷負(fù)荷增大，制冷能耗增加。然而，從全年來(lái)看，在夏熱冬冷地區(qū)，冬季供熱能耗僅占夏季供冷能耗的40%左右，因此，減小傳熱系數(shù)帶來(lái)的能耗指標(biāo)的降低并不明顯，本案例中，全年能耗僅減小0.26%。根據(jù)分析，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，在滿足現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步降低，在夏熱冬冷地區(qū)所產(chǎn)生的節(jié)能效益不足1%，收效甚微。

由此也可得知，該地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工設(shè)計(jì)，不同于北方采暖建筑主要考慮單向的傳熱過(guò)程，不能一味的強(qiáng)調(diào)圍護(hù)結(jié)構(gòu)K值的降低，需要同時(shí)考慮冬季保溫和夏季隔熱的需求。

圖3 降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響Fig.3 Effects of lowering K-value of building envelop on building energy us

2)減小遮陽(yáng)系數(shù) 在夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱中，透過(guò)透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)輻射得熱占據(jù)主導(dǎo)地位，遮陽(yáng)系數(shù)的改變，將改變建筑通過(guò)窗戶的日射得熱，有效減少太陽(yáng)輻射形成的負(fù)荷值。本案例中，將窗戶遮陽(yáng)系數(shù)SC由標(biāo)準(zhǔn)限值0.4提升到0.278。分析結(jié)果如圖4所示，結(jié)果表明，遮陽(yáng)系數(shù)性能提升30%，建筑全年太陽(yáng)輻射得熱量降低約34%，這使得夏季空調(diào)能耗降低8.3%；但同時(shí)，也導(dǎo)致冬季制熱能耗增加2.16%，建筑全年運(yùn)行能耗減少3.8%。

圖4 提升外窗遮陽(yáng)系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響Fig.4 Effects of improving SC-value of windows

3)控制窗墻比 減小窗墻比可以有效減少夏季投過(guò)窗戶的得熱量，同時(shí)，也可以減少冬季窗戶的熱損失。通過(guò)分析，如圖5所示，隨著建筑各朝向窗墻比從0.7減小到0.4，建筑全年由于溫差傳熱引起的熱損失降低約76%、全年透過(guò)窗戶日射得熱降低73%。對(duì)比建筑全年運(yùn)行能耗結(jié)果，如圖6所示，其他條件不變，當(dāng)建筑綜合窗墻比由0.7優(yōu)化至0.4時(shí)，建筑全年運(yùn)行能耗可降低4.8%。其中，建筑制冷能耗增幅約為12%，制熱能耗降低幅度較小，約為1.4%。由此可見，夏熱冬冷地區(qū)，透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能改善可以產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果，對(duì)于夏季更為明顯。

圖5 不同窗墻面積比對(duì)外窗日射得熱/失熱的影響Fig.5 Effects of the window-wall ratio on solar heat gain through windows

圖6 窗墻面積比對(duì)建筑能耗的影響Fig.6 Effects of the window-wall ratio on building energy use

3.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能改善的整體方案及影響因素 對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的改善，需要綜合多方面因素。例如窗墻比的改變，雖然可提升外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，但同時(shí)，也降低了建筑的通透性，因此，對(duì)于窗墻比的確定，需要綜合考慮傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)，以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體熱工性能等。基于上述分析，在示例建筑基準(zhǔn)方案的基礎(chǔ)上，以窗墻比為變化源，分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能綜合提升方案帶來(lái)的效益，方案設(shè)置情況如表1所示。

表1 示例建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性Table 1 The thermal performance of the case building

圖7 單位建筑能耗量隨窗墻面積比的變化Fig.7 Energy intensity change due to the change

按照上述設(shè)置進(jìn)行分析，可分別得到圖7和圖8所示結(jié)果。由圖7可知，本案例中，僅改變窗墻比的大小，可節(jié)能4.8%。針對(duì)基準(zhǔn)方案，采取改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的措施后，全年可實(shí)現(xiàn)4.31%的節(jié)能量。若同時(shí)減小窗墻比，平均可再節(jié)能約4%。當(dāng)提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，并優(yōu)化窗墻比至0.4時(shí)，建筑全年運(yùn)行能耗減小7.6%。

根據(jù)圖7的計(jì)算結(jié)果，分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提升前后全年能耗、全年制熱/制冷能耗節(jié)能率隨窗墻比變化的規(guī)律，如圖8所示。建筑均采取改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的相同節(jié)能措施，對(duì)于窗墻比越大的建筑，實(shí)施節(jié)能措施的節(jié)能效益越明顯。分析表明，針對(duì)不同窗墻比建筑，與基準(zhǔn)方案相比，節(jié)能率由窗墻比0.4時(shí)的3.6%增加至窗墻比0.7時(shí)的4.3%，因此，窗墻比是改進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的重要措施，尤其對(duì)大窗墻比建筑，具有很大的節(jié)能潛力。同時(shí)，對(duì)于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能改善，不同的建筑形體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同的節(jié)能效果，在進(jìn)行優(yōu)化分析時(shí)，應(yīng)綜合考慮節(jié)能效益。

圖8 采取改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的措施后的節(jié)能率隨窗墻面積比的變化Fig.8 Energy savings due to the change of the window-wall ratio

3.3 建筑外遮陽(yáng)

示例建筑位于重慶地區(qū)，該地區(qū)太陽(yáng)能資源在3～10月份較充足，夏季太陽(yáng)輻射量最大，春季和秋季次之，冬季最小。圖9為計(jì)算得到的重慶地區(qū)夏至日一天的東、西向垂直面外窗接收到的直射輻射、天空散射、地面反射、總太陽(yáng)輻射分布情況，由圖可

見，該地區(qū)建筑夏季太陽(yáng)輻射照度大，東向最大達(dá)到710 W/m2，西向最大達(dá)到704 W/m2，這將帶來(lái)巨大的外窗太陽(yáng)輻射得熱量，由此可見阻擋太陽(yáng)輻射得熱，是減少空調(diào)能耗的關(guān)鍵因素。

圖9 東西向外窗接受的太陽(yáng)輻射照度Fig.9 Solar irradiance on the eastern and western window

采取適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)措施，減少窗和透明幕墻的輻射傳熱是建筑節(jié)能中降低窗口得熱的主要途徑。在本案例中，各朝向窗墻比均為70%時(shí)，針對(duì)每個(gè)朝向?qū)Ρ确治隽藥追N典型外遮陽(yáng)形式的節(jié)能效益，各遮陽(yáng)性能如表2。

表2 不同遮陽(yáng)方式設(shè)置情況Table 2 The settings of various shading devices

分析結(jié)果如圖10所示，圖中各遮陽(yáng)方案的對(duì)比清晰地表明，不同的遮陽(yáng)方式直接影響了建筑能耗的大小，同一種遮陽(yáng)方式在不同的建筑朝向所實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效益也有所差異。

圖10 建筑不同朝向設(shè)置外遮陽(yáng)設(shè)施的年運(yùn)行能耗Fig.10 The predicted annual energy consumption with different shading strategie

由于夏季不同朝向太陽(yáng)輻射日變化的存在，使得不同朝向日輻射和峰值出現(xiàn)的時(shí)間不同。就本案例所在的重慶地區(qū)而言，對(duì)不同朝向窗的夏季典型日的逐時(shí)熱流量分析表明，窗戶的熱流量峰值出現(xiàn)在東向7:00—10:00和西向14:00—18:00，且此峰值遠(yuǎn)高出南、北向的平均值及峰值，也就是說(shuō)，對(duì)于窗戶的遮陽(yáng)，東、西向設(shè)置遮陽(yáng)的節(jié)能效果將明顯。而各種遮陽(yáng)措施中，可調(diào)節(jié)百葉外遮陽(yáng)，可隨著太陽(yáng)高度角的變化，根據(jù)接受到的太陽(yáng)輻射照度的變化自行調(diào)節(jié)，有效的遮擋太陽(yáng)輻射，可獲取更優(yōu)的節(jié)能效益。通過(guò)本例的分析也表明，可調(diào)節(jié)百葉外遮陽(yáng)的節(jié)能性能最優(yōu)，而遮陽(yáng)系數(shù)最大的垂直遮陽(yáng)效果并未優(yōu)于其他幾種遮陽(yáng)方式。

圖11對(duì)比了建筑各朝向均設(shè)置同種外遮陽(yáng)設(shè)施后，建筑的年運(yùn)行能耗，以及各種遮陽(yáng)方式對(duì)太陽(yáng)輻射的阻擋效果。設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施后，建筑運(yùn)行能耗均有下降。其中，可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)節(jié)能效益最明顯，外窗全年日射得熱量減小約55%，可實(shí)現(xiàn)7.2%的節(jié)能效益。由此可見，可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)應(yīng)為該地區(qū)建筑首選的遮陽(yáng)方式。

圖11 建筑設(shè)置不同遮陽(yáng)設(shè)施的節(jié)能效益Fig. 11 Energy savings of building sunshad

3.4 能量綜合利用

3.4.1 排風(fēng)熱回收技術(shù) 排風(fēng)熱回收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能量綜合利用的主要技術(shù)手段，冬夏季的排風(fēng)熱回收，對(duì)于集中空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)耗能量的降低將有著明顯效果。在本案例中，對(duì)比了目前常用的顯熱回收、全熱回收方式，和不同熱回收效率60%與70%下該技術(shù)的節(jié)能性能差異，對(duì)比結(jié)果如圖12所示。

由分析結(jié)果可知，當(dāng)熱回收效率為60%時(shí)，顯熱回收技術(shù)將實(shí)現(xiàn)20%的節(jié)能效益，全熱回收技術(shù)的節(jié)能率可進(jìn)一步提高10%左右；而將熱回收效率由60%提升至70%后，顯熱回收技術(shù)的節(jié)能量由20%提高到23%，全熱回收技術(shù)節(jié)能率也由30%增至35%。由此可見，對(duì)于僅依靠溫差傳熱的顯熱回收，由于夏季排風(fēng)中提供的最大能量?jī)H占到全熱交換時(shí)所能提供的16.7%，冬季可達(dá)到67%，因此，全熱回收，尤其是夏季的節(jié)能效果更為顯著，通過(guò)本例分析也表明全熱回收可比顯熱回收節(jié)能率提高10%左右。而對(duì)于回收效率，提高10%，節(jié)能效果增加約為3%～5%，但由此可能帶來(lái)更大的投入。同時(shí)，對(duì)于熱回收技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于不同的季節(jié)，應(yīng)用效果明顯不同，在夏熱冬冷地區(qū)的夏季，室外空氣溫度高、濕度較大，室內(nèi)外空氣的溫差、焓差明顯，此時(shí)新風(fēng)焓值為排風(fēng)的2.53倍，熱回收效果明顯，而在冬季則僅占排風(fēng)能量的24%。因此，對(duì)于熱回收技術(shù)的選擇，需要結(jié)合到技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，合理選用。

圖12 熱回收技術(shù)的節(jié)能效益Fig.12 Energy savings of heat recovery technolog

3.4.2 新風(fēng)比可調(diào) 新風(fēng)比可調(diào)是集中空調(diào)系統(tǒng)全年多工況運(yùn)行的一種節(jié)能控制措施。全空氣空調(diào)系統(tǒng)采用可調(diào)新風(fēng)比，是為了在過(guò)渡季充分利用室外空氣的自然調(diào)節(jié)能力，盡可能做到不用或少用人工冷、熱量。

圖13為本案例采用的一次回風(fēng)定風(fēng)量空氣系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)圖，N區(qū)域?yàn)槭覂?nèi)狀態(tài)允許波動(dòng)區(qū)，全年以iW’、iW1、iL1、iL2、iN2和iW等焓線將i-d圖劃分為5個(gè)空調(diào)工況區(qū)進(jìn)行調(diào)節(jié)，C1、C2分別是冬夏季設(shè)計(jì)工況下滿足最小新風(fēng)比時(shí)新回風(fēng)空氣混合狀態(tài)點(diǎn)，Ⅱ、Ⅲ區(qū)域?yàn)榭照{(diào)專業(yè)中的“過(guò)渡季”。

圖13 一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)Fig. 13 The control strategies for the primary return air-conditioning syste

以室外空氣焓值處于第Ⅱ區(qū)域時(shí)為例，如仍按最小新風(fēng)比混合，則混合后的空氣狀態(tài)點(diǎn)將在Ⅲ區(qū)域，如果維持L1不變，就需啟動(dòng)制冷設(shè)備；如果改變新回風(fēng)混合比(增加新風(fēng)量，減少回風(fēng)量)，即可調(diào)節(jié)一次混合狀態(tài)點(diǎn)維持在iL1線上，避免開啟制冷設(shè)備。因此，新風(fēng)量的增加不僅改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)，而且,由于充分利用新風(fēng)冷量，可推遲啟動(dòng)制冷設(shè)備的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。根據(jù)這一調(diào)節(jié)思路，本案例中，當(dāng)最大可調(diào)新風(fēng)比為75%時(shí)，冬季制熱能耗減少約30%，夏季制冷能耗降低7.5%，全年可實(shí)現(xiàn)近10%的節(jié)能量。

3.5 其他節(jié)能技術(shù)效益

在本案例的基準(zhǔn)方案中，照明能耗占建筑全年運(yùn)行能耗的10%。現(xiàn)有節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定照明功率密度值不超過(guò)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)中“現(xiàn)行值”的要求，若通過(guò)高效照明將照明功率密度值提升到“目標(biāo)值”，建筑全年運(yùn)行能耗將減小2.95%。若采用光控照明措施，即根據(jù)光線的亮度自動(dòng)控制照明開關(guān)，經(jīng)計(jì)算分析，建筑全年運(yùn)行能耗將降低12.3%。

對(duì)于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，若采用空氣系統(tǒng)變風(fēng)量控制技術(shù)，通過(guò)分析表明，全年可實(shí)現(xiàn)2.93%的節(jié)能率。

3.6 綠色建筑整體節(jié)能效益

通過(guò)上述各項(xiàng)技術(shù)的分析，匯總各項(xiàng)綠色建筑技術(shù)節(jié)能效果的橫向?qū)Ρ冉Y(jié)果，如圖14所示。

圖14 各類綠色建筑節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效益Fig. 14 Energy efficiency of various green

由圖14可見，對(duì)于案例建筑所采用的綠色建筑節(jié)能技術(shù)，排風(fēng)熱回收節(jié)能效益最大，達(dá)到35%，依次分別是照明光控措施12.3%、新風(fēng)可調(diào)比10%、圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體性能改善7.6%，可調(diào)節(jié)百葉外遮陽(yáng)7.2%，降低照明功率密度值2.95%，空氣系統(tǒng)變風(fēng)量控制2.93%。綜合運(yùn)用上述綠色建筑節(jié)能技術(shù)，將使暖通空調(diào)系統(tǒng)年能耗節(jié)約60%、照明系統(tǒng)年節(jié)約近30%的能耗，相對(duì)于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)建筑整體節(jié)能率達(dá)到46.9%，接近75%節(jié)能率。

4 結(jié)論

為分析實(shí)現(xiàn)綠色建筑節(jié)能的典型技術(shù)途徑，以位于夏熱冬冷氣候區(qū)的辦公建筑為例，量化了各節(jié)能技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效益，分析了綠色建筑節(jié)能方案的影響因素，得到結(jié)論如下：

1)單純進(jìn)一步降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)節(jié)能效益不明顯，節(jié)能率不足1%。圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能需要進(jìn)行整體綜合考慮，提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體熱工性能，可使建筑全年運(yùn)行能耗減小7.6%。

2)對(duì)于夏季太陽(yáng)輻射照度大的地區(qū)，設(shè)置建筑外遮陽(yáng)阻擋太陽(yáng)輻射得熱，是減少空調(diào)能耗的關(guān)鍵因素，可調(diào)節(jié)百葉外遮陽(yáng)時(shí)節(jié)能效益最大，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能率約7.2%。

3)排風(fēng)熱回收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能量綜合利用的主要技術(shù)手段，節(jié)能貢獻(xiàn)率顯著。分析表明，熱回收效率為70%的全熱回收技術(shù)可實(shí)現(xiàn)35%的節(jié)能量。

4)對(duì)于全空氣空調(diào)系統(tǒng)，在過(guò)渡季采用全新風(fēng)或增大新風(fēng)比運(yùn)行可有效降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。在本案例中，最大可調(diào)新風(fēng)比為75%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)近10%的節(jié)能量。

5)采用照明光控措施，根據(jù)光線自動(dòng)控制照明系統(tǒng)開啟，節(jié)能效益約為12.3%；采用高效照明，實(shí)現(xiàn)照明功率密度值由“現(xiàn)行值”到“目標(biāo)值”的提升，全年可實(shí)現(xiàn)2.95%的節(jié)能量。

綠色建筑節(jié)能技術(shù)的選擇及其應(yīng)用效果受多因素的影響，各技術(shù)之間也相互關(guān)聯(lián)。綠色建筑節(jié)能方案需要整體綜合考量，在本案例中，相比按照現(xiàn)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)制定的節(jié)能方案，綠色建筑整體節(jié)能率達(dá)到46.9%，接近75%建筑節(jié)能率。

[1] 北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技促進(jìn)中心.綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50378—2006 [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

Beijing Municipal Promotion Center of Housing And Urban-Rural Development. Evaluation standard for green buildings:GB/T 50378-2006 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2006. (in Chinese)

[2] 中華人民共和國(guó)中央人民政府.國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見 [EB/OL].(2013-08-11)[2014-01-15].http://www.gov.cn/zwgk/2013-08/11/content_2464241.htm.

The Central People’S Government of The People’s Republic of China. Proposal on accelerated development of the energy conservation and environmental protection industries by the state council of China [EB/OL]. (2013-08-11)[2014-01-15].http://www.gov.cn/zwgk/2013-08/11/content_2464241.htm. (in Chinese)

[3] 中華人民共和國(guó)中央人民政府國(guó)務(wù)院辦公廳.關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委住房城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑行動(dòng)方案的通知[EB/OL].(2013-08-11)[2014-01-15]. http://www.gov.cn/zwgk/2013-01/06/content_2305793.htm.

The Central People’s Government of The People’s Republic of China. Green buildings action plan [EB/OL].(2013-08-11)[2014-01-15]. http://www.gov.cn/zwgk/2013-01/06/content_2305793.htm. (in Chinese)

[4] 江億.我國(guó)建筑能耗現(xiàn)狀及有效的節(jié)能途徑[J].暖通空調(diào),2005,35(5):30-40.

JIANG Y. Energy consumption in China and effective energy saving approaches [J]. Heating Ventilating & Air Conditioning, 2005, 35(5): 30-40. (in Chinese)

[5] 任俊，劉加平.基準(zhǔn)能耗指標(biāo)與節(jié)能設(shè)計(jì)[C]//全國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2005:88-93.

REN J, LIU J P. Basis energy consumption index and energy saving [C]//Proceedings of the Conference on the Building Energy Saving Techniques and Design, 2005:88-93. (in Chinese)

[6] JIM C Y. Air-conditioning energy consumption due to green roofs with different building thermal insulation [J]. Applied Energy, 2014, 128(1): 49-59.

[7] 馬素貞,龍惟定.節(jié)能效果的測(cè)量與評(píng)價(jià)[J].暖通空調(diào),2009,39(8):85-91.

MA S Z, LONG W D. Measure and evaluation on energy efficiency [J]. Heating Ventilating & Air Conditioning, 2009, 39(8):85-91. (in Chinese)

[8] 張旭,李魁山.幾個(gè)節(jié)能措施對(duì)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑能耗的敏感性分析[J].暖通空調(diào),2008,38(7):10-14.

ZHANG X, LI K S. Sensitivity analysis on energy consumption for residential buildings affected by several energy-saving measures [J]. Heating Ventilating & Air Conditioning, 2008, 38(7):10-14. (in Chinese)

[9] 余曉平,付祥釗,廖小烽.淺析夏熱冬冷地區(qū)低能耗住宅技術(shù)路線[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2008, 30(6):116-119.

YU X P, FU X Z, LIAO X F. Analysis on technology routes to residential buildings with low energy consumption in hot-summer and cold-winter zone [J]. Journal of Chongqing Jianzhu University, 2008, 30(6):116-119. (in Chinese)

[10] 林波榮,肖娟.我國(guó)綠色建筑常用節(jié)能技術(shù)后評(píng)估比較研究[J]. 暖通空調(diào),2012,42(10):20-25.

LIN B R, XIAO J. Post-evaluation on energy-saving techniques in green buildings in China [J]. Heating Ventilating & Air Conditioning, 2012, 42(10):20-25. (in Chinese)

[11] VAKILOROAYA V, SAMALI B, PISHGHADAM K. A comparative study on the effect of different strategies for energy saving of air-cooled vapor compression air conditioning systems [J]. Energy and Buildings, 2014, 74(7): 163-172.

[12] BALLARINI I, CORGNATI P S, CORRADO V. Use of reference buildings to assess the energy saving potentials of the residential building stock: The experience of TABULA project [J]. Energy Policy, 2014, 68: 273-284.

[13] 支家強(qiáng),趙靖,辛亞娟.國(guó)內(nèi)外綠色建筑評(píng)價(jià)體系及其理論分析[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2010, 23(2):43-47.

ZHI J Q, ZHAN J, XIN Y J. Theoretical analysis on evaluation systems on green buildings both in China and abroad [J]. Urban Environment & Urban Ecology, 2010, 23(2):43-47. (in Chinese)

[14] 秦佑國(guó),林波榮,朱穎心.中國(guó)綠色建筑評(píng)估體系研究[J].建筑學(xué)報(bào),2007(3):69.

QIN Y G, LIN B R, ZHU Y X. Analysis on the evaluation system for green buildings in China [J]. Architectural Journal, 2007(3):69. (in Chinese)

[15] 武涌,劉長(zhǎng)濱.中國(guó)建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策研究[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

WU Y, LIU C B. Analysis on economy prompting policy for building energy saving in China [M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2007. (in Chinese)

[16] GABAY H, MEIRI A, SCHWARTZ M, et al. Cost-benefit analysis of green buildings: An israeli office buildings case study [J]. Energy and Buildings, 2014, 76(2): 558-564.

[17] MI J K, OH M W, KIM J T. A method for evaluating the performance of green buildings with a focus on user experience [J]. Energy and Buildings, 2013, 66: 203-210.

[18] 孫大明,邵文晞,李菊.我國(guó)綠色建筑成本增量調(diào)查分析[J].建設(shè)科技,2009(6):34-37.

SUN D M, ZHAO W X, LI J. Investigation on cost increment of green buildings in China [J]. Construction Science and Technology, 2009(6): 34-37. (in Chinese)

[19] 葉祖達(dá).低碳綠色建筑：從政策到經(jīng)濟(jì)成本效益分析[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.

YE Z D. Low-carbon and green buildings: from policies to economic cost analysis [M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013. (in Chinese)

[20] ESPINOZA O, BUEHLMANN U, SMITH B. Forest certification and green building standards: overview and use in the U.S. hardwood industry [J]. Journal of Cleaner Production, 2012, 33(6): 30-41.

[21] DING G. Life cycle assessment (LCA) of sustainable building materials: an overview [J]. Eco-Efficient Construction and Building Materials, 2014, 38-62.

[22] 葉祖達(dá),李宏軍,宋凌.中國(guó)綠色建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本效益分析[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版,2013.

YE Z D, LI H J, SONG L. Cost-benefit analysis on green buildings techniques in China [M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013. (in Chinese)

[23] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):GB 50189—2005 [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

China Academic of Building Research. Design standard for energy efficiency of public buildings：GB 50189-2005 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2005. (in Chinese)

[24] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50736—2012 [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

China Academic of Building Research. Design code for heating ventilation and air conditioning of civil buildings:GB 50736-2012 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2005. (in Chinese)

2017-06-27

National Science and Technology Support Project (No. 2013BAL01B03-6)

AuthorbriefHe Yueer(1989-),PhD candidate, main research interests: energy savings in buildings and green building technologies,E-mail:heyueersurprise@163.com.

Analysisofenergyefficiencyofgreenbuildingsinhot-summerandcold-winterzonesinChina

HeYueer,DingYong,LiuMeng

(Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering; Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region’s Eco-environment Under MOE, Chongqing University, Chongqing 400045, P. R. China)

In terms of the common green buildings techniques obtained from statistics and climate features of hot-summer and cold-winter zone in China, a case study has been done. The effects of techniques, such as the enhancement of the performance of building envelope, energy comprehensive utilization, have been analyzed. The results show that the energy-saving benefit from total heat recovery of exhaust air which reaches 35% is the biggest in those common green buildings techniques; the utilization of fresh air in interim can save 10% energy; it could save as much as 7% energy by the means of setting adjustable exterior shading or improving the thermal performance of building envelop; the energy-saving rate of light control is 12.3%, etc. The study indicates that the energy efficiency of green buildings techniques interact with each other. Therefore, a comprehensive consideration of an energy conservation scheme of green buildings must be taken. The results show comparing with the requirements of current energy-saving standards, the whole energy efficiency of green buildings can achieve 46.9%, which can save energy by 75% compared with the reference building in the current energy-saving standards.

green buildings; energy-saving techniques; hot-summer and cold-winter zone; schemes comparison; benefits analysis

10.11835/j.issn.1674-4764.2018.01.016

TU111.19

A

1674-4764(2018)01-0113-09

2017-06-27

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2013BAL01B03—6).

何玥兒(1989-)，女，博士生，主要從事建筑節(jié)能與綠色建筑技術(shù)研究，E-mail:heyueersurprise@163.com。

(編輯 王秀玲)