大型公共建筑基于能耗数据指标的全过程节能管理研究

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清华大学建筑节能研究中心 刘烨 燕达 江亿
摘要： 大型公共建筑全过程节能管理是一项系统化的工程，涉及项目立项、设计、施工、运行等多个阶段。本文通过建立能耗数据指标体系，明确了大型公共建筑不同阶段统一的节能总目标，保证了节能管理目标的一致性，同时兼顾了不同阶段各自的特点，使得各阶段可以在不同层次上制定相应的指标和评测管理。最后基于此能耗数据指标体系，初步提出了大型公共建筑全过程节能管理的解决方案。
关键词： 大型公共建筑 能耗数据指标 全过程节能管理
1 必要性
建筑节能工作涉及项目立项、设计、施工、运行等多个阶段，目前在这些阶段采用了一系列的节能管理手段，如在项目立项阶段，编制独立的节能专篇；在设计阶段，设计单位执行相关的建筑节能设计标准；在施工阶段，施工单位按照建筑节能施工质量验收标准的要求进行施工；在项目运行阶段，出台了相应的能源统计和能源审计技术导则等；这些管理手段对我国建筑节能事业的发展都起到了一定的积极作用，但是也存在着如下问题：
1、这一系列的节能管理手段没有明确统一的节能控制目标，即严格按照以上程序的建造的建筑，其节能效果究竟如何？是否满足了节能的既定目标？
2、由于不同阶段的节能目标均不明确，所以不能保证项目不同阶段评测管理目标的一致性。即如果不同阶段规定的节能措施不一致，到底应该怎样评判？评判的准则是什么？
3、对于节能工作没有提出定量的任务目标，很容易使建筑节能成为大量节能技术的简单堆砌，而不去真正关注能源消耗量的降低。
同时由于以上节能管理手段的执行部门不同，对建筑节能的理解和具体操作不同，也在一定程度上使得建筑节能工作存在前后脱节问题，不能保持一致性和连贯性。
实际上在不同的建筑阶段，建筑节能的目标和本质都是一致的，都是要将建筑能耗控制在一定的合理水平上。比如不论哪个阶段，建筑空调系统都需要保证高效节能，并应将能耗控制在合理范围内。如可以用“单位面积的空调能耗指标”（可以分不同建筑功能给出）作为空调系统是否节能的总控制指标。在立项阶段，当建筑的具体设计还未确定时，对该指标进行承诺，只要承诺值低于同功能建筑的节能水平即可；在设计方案招标阶段，就应以此指标作为评标的定量依据，要求各投标方案定量说明实现这一能耗指标的依据；在设计阶段通过对空调系统设计方案进行模拟仿真，以保证设计方案能够落实这一能耗指标；在竣工验收阶段通过现场检验和估算获得指标数值，以检查空调系统调试合格；在运行阶段通过实时监测获得指标数值，以保证运行管理高效节能。因此可以提炼出一系列的“节能指标”作为建筑节能工作的控制目标，将建筑节能工作前后统一起来，避免脱节，使节能工作真正落在实处。
例如在设计方案的评标阶段，如果没有一系列定量的节能指标，就容易缺乏公正合理的评价标准，使得评标准则大多集中于建筑美观、以及是否采用了节能措施等问题上，而忽略了建筑能耗的真实水平。实际上在项目立项阶段，如果就承诺了“单位面积的空调能耗指标”不得大于某一合理数值等这样一些定量节能指标，那么业主在选择设计方案时就应考察设计方案是否兑现了当时承诺的节能指标，且是如何实现这些节能指标的，从而保证中标设计方案的节能效果。
    鉴于如上思路，本文试图研究和构建建筑能耗指标体系，并尝试以此实行大型公共建筑的全过程节能管理，仅供同行探讨。
2能耗指标体系的构建
能耗指标体系是一套统一的建筑节能控制目标，贯穿建筑的全过程，从项目立项、设计、施工、运行等多个阶段，每个阶段不再逐一详细规定应该怎样做，哪些技术和措施是节能的，而是直接以能耗指标作为节能控制目标，把最终的节能效果作为判断是否节能的唯一准则。在各个阶段通过不同的手段获得同一定义的节能指标，根据指标数值大小来判断定不同阶段建筑和用能系统的节能性能。只要本阶段能满足相应的节能指标数值，就认为本阶段符合节能要求。
同时由于建筑全过程是一个逐步明确、逐步实践的过程，可以获得的节能指标也越来越具体。因此建筑能耗指标体系不仅是一个贯穿全过程的总控制目标，也是一个多层次、系统化的体系。总控制目标随着建筑全过程的进行，可以层层往下分解，分解的指标也越来越具体，大体可以分为三个层次：能源消耗指标、系统性能指标、设备性能指标。能源消耗指标包括采暖/通风/空调系统能耗指标、照明系统能耗指标、电梯系统能耗指标等；系统性能指标包括空调采暖系统累计耗冷/耗热量指标、空调/采暖系统综合能效比等；设备性能指标包括冷机综合能效比、冷冻/冷却输送系数、空气输送系数等。
不同阶段对应着不同的能耗指标层次，在项目立项阶段，没有具体的设计方案，承诺第一个层次能源消耗指标；在方案投标与设计阶段，模拟计算第二个层次系统性能指标，因此此时已有具体的设计方案，而没有具体设备的性能参数，具体设备性能参数可按照满足产品标准的设备来考虑；在竣工验收阶段，测试设备的实际运行参数获得第三个层次的设备性能指标；在运行阶段，实时监测设备的功率和出力获得第三个层次的设备性能指标，从而上推获得第一、第二层次的指标。具体如图1所示（篇幅所限，能耗指标体系结构仅为示意图）：

图1：能耗指标体系的结构
这样一个层层分解的能耗指标体系结构使得能源消耗总控制目标与每个阶段具体面对的对象可以相互对话，而且不同层次指标的总控制目标是一致的。同时不同层次指标彼此相关，上一层是给出相关任务的目标，下一层则是把这一目标分解，给出要实现上一层的目标，对各项分系统的具体任务指标。这样，根据设计、施工和运行管理的不同阶段特点，可以分别在不同层次上制定指标、评测管理。同时由于不同层次间是相互吻合的，所以可以保证项目不同阶段评测管理目标的一致性。
由于不同阶段的特点差异，使得不同阶段对应不同的能耗指标层次，而且不同阶段获得能耗指标的手段也不相同。在项目立项阶段，此时对建筑的具体设计还未明确，采用承诺的方式对指标约定，承诺数值应低于同功能建筑的节能水平；在设计方案投标阶段，采用计算论证的方式定量说明实现能耗指标的依据；在设计阶段采用模拟仿真的方式得到指标数值，以保证设计方案能够落实这一能耗指标；在竣工验收阶段采用现场检验和估算的方式获得指标数值，以检查空调系统调试合格；在运行阶段采用实时监测获得指标数值，以保证运行管理高效节能。
各个阶段控制的具体节能指标如下所示，它们均是总控制目标在不同层次的具体表现：
项目立项阶段，承诺以下指标：1.空调/采暖/通风系统能耗指标；2.照明系统能耗指标；3.其他系统能耗指标等；
方案设计和施工图设计阶段，根据设计方案计算得到以下指标：1.建筑累计耗冷/耗热量指标；2.空调/采暖系统综合能效比；3.自然通风/自然采光利用率等；
工程验收阶段，通过现场测试相关设备的温度、流量、功率等，估算如下指标：1.冷机/冷却塔能效比；2.水泵/风机输送效率等；
运行管理阶段，通过实时监测各系统和设备的出力和功率等，估算如下指标：1.冷机/冷却塔能效比；2.水泵/风机输送效率等；
节能改造阶段，根据历史统计数据或实际测试数据，对节能指标从上至下进行层层分解测试或计算，逐步明确问题症结所在：1.哪个系统？2.哪个子系统？3.哪个具体设备？直至找到节能改造具体对象。
上述各节能指标都可以通过简单的加减乘除计算，相互推导。它们都是基于实际用能数据，真实反映建筑用能系统的能耗状况，只是在不同阶段的具体表现形式不同。
               
                 
                  
                  
                 
        

        
               
               



南海潮头月笼沙,雨季庭院落灯花.　
拈花一笑二郎殿,掐指三佛四经楼.

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3 基于能耗指标体系实行建筑全过程节能管理
基于如上贯穿建筑全过程的能耗指标体系，针对各阶段建筑节能工作重点，提出相应管理手段，实行建筑节能全过程管理。
3.1 项目立项阶段
在新建大型公共建筑立项时，此时对建筑的具体设计还未明确，因此不必审查项目用了哪些节能技术，而是由建设方对建筑投入使用后的各分项能耗作出承诺，审查其承诺数值是否低于同功能建筑的节能标准，通过节能审查后才能批准项目立项；
3.2 方案设计与方案投标阶段
在项目立项阶段承诺的指标数值接下来作为建筑方案设计与方案投标阶段的基本要求，也就是要求设计投标方案必须详细论证是否兑现了项目立项时承诺的节能指标以及如何实现这些节能指标的。论证的合理与否作为评比投标方案的主要审查内容之一，中标的设计方案必须从兑现了项目立项承诺的节能指标的设计方案中选取。
3.3 施工图设计阶段
在施工图设计阶段，建立新建建筑节能审查制度，通过模拟仿真计算等方法，得到设计方案的具体能源消耗量，审查其是否达到承诺的节能数值。通过对施工图设计方案的节能指标进行节能审查，保证设计方案可靠节能。节能审查合格后才能开工建设。这一过程在北京市建委和国务院机关事务管理局的支持下，已分别在北京新建奥运场馆建筑和国管局新建办公项目的节能审查中成功实施[1] [2]。
3.4 工程竣工验收阶段
在工程竣工验收阶段，建立工程验收节能审查制度，通过现场具体测试各相关设备与子系统的性能，进而估算全年能耗，考察是否能达到立项时的承诺要求，确保施工过程严格按照设计图纸的要求施工以及保证设备和系统已经调试合格。这项审查应增添到项目验收标准内容中，作为验收的必备条件。竣工节能审查合格后才能通过建筑验收。
3.5 运行管理阶段
在项目运行管理阶段，实行大型公共建筑“用电分项计量和数据集中采集系统[3]”对各分项系统的用能指标进行集中的动态监测与管理，时刻观察其各项用能状况的变化，并不断与承诺（或签订的）用能标准进行比较，杜绝各种由于管理运行的疏忽造成的能耗增加。同时对各相同功能的建筑进行运行分项能耗的横向比较，奖优罚劣，并对实际的用能数据实施能耗定额管理，来不断督促物业管理人员优化运行管理方法，保证系统节能运行。
3.6 节能改造阶段
对既有大型公共建筑的节能改造不能简单的“加保温，换热泵，安装太阳能”，而是应该根据建筑能耗历史统计数据和现场必要的测试参数，先发现高耗能环节，然后对节能指标（如图1所示）从上至下进行层层分解测试或计算，直至找到节能诊断和改造的具体对象，明确问题症结所在，再实施具体的节能改造措施。在节能改造后，也需通过节能指标的具体变化，对节能改造的成果给予合理评价。即将出台的《北京市地方标准－公共建筑节能检测评估标准》便是应用能耗指标体系对既有大型公共建筑节能改造进行指导和规范的具体实施。
以上各个不同阶段均以能耗指标体系为主线，但其所控制的具体节能指标、节能指标的获取途径、相应的管理手段和解决的问题均有所不同，具体如表1所示：
表1：各阶段控制的节能指标、相应管理手段和解决的问题
阶段        控制的节能指标        指标获取方法        相应管理手段        解决的问题
项目立项阶段        承诺以下指标：1.空调/采暖/通风系统能耗指标；2.照明系统能耗指标；3.其他系统能耗指标等；        承诺        建设方对建筑投入使用后的各分项能耗作出承诺，审查其承诺数值是否低于同功能建筑的节能标准；通过节能审查后才能批准项目立项；        促使业主对建筑今后运行时的能耗作出承诺；
方案设计与方案投标阶段        根据设计方案计算以下指标：1.建筑累计耗冷/耗热量指标；2.空调/采暖系统综合能效比；3.自然通风/自然采光利用率等；         计算
论证        设计投标方案必须详细论证是否兑现了项目立项时承诺的节能指标以及如何实现这些节能指标的；中标的设计方案必须从兑现了项目立项承诺的节能指标的设计方案中选取；        控制设计方在方案设计阶段兑现在项目立项时的承诺；

施工图设计阶段        根据设计方案计算以下指标：1.建筑累计耗冷/耗热量指标；2.空调/采暖系统综合能效比；3.自然通风/自然采光利用率等；        仿真
计算        建立新建建筑节能审查制度，通过模拟仿真计算等方法，得到设计方案的具体能源消耗量，审查其是否达到承诺的节能数值。节能审查合格后才能开工建设。        约束设计方对设计方案进行合理的节能设计；
工程竣工验收阶段        通过现场测试设备的温度、流量等，估算如下指标：1.冷机/冷却塔能效比；2.水泵/风机输送效率等；        现场检测和计算        建立工程验收节能审查制度，通过现场具体测试各相关设备与子系统的性能，进而估算全年能耗，考察是否能达到立项时的承诺要求；竣工节能审查合格后才能通过建筑验收。        约束施工方按照设计要求完成施工工作，以及保证设备和系统已经调试合格；
运行管理阶段        通过实时监测各系统和设备的出力和功率等，估算如下指标：1.冷机/冷却塔能效比；2.水泵/风机输送效率等；         监测        对各分项系统的用能指标进行集中的动态监测与管理，与承诺的用能指标进行比较，并配套实施能耗定额管理制度；         督促物业管理者优化运行管理方法，保证系统节能运行；
节能改造阶段        根据历史数据或实际测试数据，由上至下依次明确问题症结所在：1.哪个系统？2.哪个子系统？3.哪个具体设备？        历史统计数据和实际测试        对节能指标从上至下进行层层分解测试或计算，直至找到节能改造的具体对象。在节能改造后，需通过节能指标的具体变化，对节能改造的成果给予合理评价；        规范从事建筑节能改造的企业，督促其合理地对既有建筑进行节能改造；
4 总结
    大型公共建筑全过程节能管理是一项系统化的工程，涉及项目立项、设计、施工、运行等多个阶段。目前不同建筑阶段采用了不同的节能管理手段，但是存在节能总目标不明确、各阶段节能管理相互脱节等问题。本文初步构建了能耗指标体系，它既是不同阶段节能的总目标，也通过阶梯结构兼顾了不同阶段各自的节能工作特点。一方面保证了各阶段节能管理的一致性，另一方面也使得各阶段可以在不同层次上制定相应的指标和评测管理。最后基于此能耗指标体系，初步提出了大型公共建筑全过程节能管理的解决方案。但是由于这项工作的复杂性和系统性，还需要本研究在实践中不断的尝试和总结经验，本文只是从框架上提出相关思路，进一步的研究还有待深入。
参考文献
[1]        刘烨，燕达，江亿，奥运场馆节能评估小结. 2006年全国暖通空调制冷年会，2006年4月；
[2]        刘烨，燕达，薛志峰，等. 北京市《公共建筑节能评审标准》应用. 全国空调模拟分析学组学术交流会论文集，2005年12月；
[3]        清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能年度发展研究报告2008. 北京：中国建筑工业出版社，2008年3月；
[4]        李娥飞. 暖通空调设计与通病分析. 北京：中国建筑工业出版社，2005年8月；
[5]        薛志峰. 既有建筑节能诊断与改造. 北京：中国建筑工业出版社；
[6]        叶凌，姚杨，王清勤，节能建筑评价指标体系初探. 建筑科技，2006年12月；
[7]        戴雪芝，何维，狄彦强，建筑节能经济激励政策多指标综合评价体系研究. 建筑科技，2007年2月；
               
                 
        

        
               


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