公共建筑节能评价指标体系研究
姜新佩;郭肖娟;孟祥东
【摘 要】根据国内外建筑节能研究现状,分析了公共建筑能耗的影响因素,从建筑设计、围护结构、采暖空调、照明系统、运行管理等5个方面构建了公共建筑节能评价指标体系.应用层次分析法研究了所选取评价指标的权重分配问题,最后建立了建筑能耗指标,用以表征建筑能耗水平的高低和节能状况是否良好.以某校园建筑为例对该评价体系进行了检验和分析,验证了其合理性. 【期刊名称】《华北水利水电学院学报》 【年(卷),期】2013(034)002 【总页数】5页(P78-82)
【关键词】建筑能耗;节能;评价指标体系;权重 【作 者】姜新佩;郭肖娟;孟祥东
【作者单位】河北工程大学,河北邯郸056038 【正文语种】中 文 【中图分类】TU111.95
在工业、建筑、交通三大传统高能耗领域，建筑能耗所占的比重正不断上升，全面推进建筑节能和推广绿色建筑同步发展已成为国家“十二五”期间的重点课题．国内外虽然对建筑节能措施及其评价方法做了大量的研究，也提出了一些建筑节能的评价指标，并在一定范围和程度上进行了工程实施，但这些评价指标和方法都还是
比较初步、零散、片面的，对于整体建筑节能体系的思想尚未建立，关于建筑能耗与建筑能耗对环境影响的明确指导思想和完备的评价体系仍未形成［1］．目前，我国建筑节能水平低，缺乏对节能问题的深入研究，针对建筑节能评价体系的研究还处于起步阶段．因此，针对我国建筑能耗状况，构建相应的节能评价指标体系是对建筑节能进行科学评价的必要环节． 1 公共建筑能耗影响因素
我国建筑主要有民用建筑和工业建筑两类．民用建筑是供人们居住和进行公共活动的建筑的总称．民用建筑按使用功能可以划分为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、办公建筑、科学研究建筑、商业服务建筑、文化娱乐建筑、医疗建筑、体育建筑、交通建筑、建筑、纪念建筑、园林景观建筑和宗教建筑等．据清华大学和建设部的抽样调查，大型公共建筑面积占城镇建筑总面积的比例不到4%，但消耗的电量却占全国城镇的20%以上．统计结果显示，在公共建筑的全年能耗中，采暖空调系统占50% ～60%，照明系统占20% ～30%．而在采暖空调系统这部分能耗中，由围护结构传热耗能就占了40% ～50%．继开展了国家机关办公建筑和大型公共建筑节能工作后，高校建筑节能也成了当前的一项重要任务［2］．因此，笔者着重对建筑设计、围护结构、采暖空调系统、照明系统等方面进行评价．但随着现代化建设的飞速发展和人民生活水平的提高，人们逐渐对室内环境的舒适度有了迫切要求，选取评价指标时应考虑到这一点．
2 公共建筑节能评价指标体系 2．1 评价指标体系
建筑节能综合评价指标体系研究的关键在于如何选取分项指标以全面反映建筑能耗的情况、如何确定各分项指标的权重以建立有机的指标体系、如何确定标准设计方案作为判定原始设计草案是否节能的基准［3］．综合影响建筑能耗各个方面的因
素，包括建筑设计、围护结构、采暖空调系统、照明系统、运行管理等，通过逐层分析影响建筑能耗的各因素，建立一套评价建筑能耗的综合评价体系，如图1所示．
图1 公共建筑节能评价指标体系结构图
该建筑节能评价指标体系分为3个层次，5个方面，20个指标．其中关键设备评价包括冷水机组、水泵、冷却塔、空调机组等设备的能效评价;管路评价包括水管路、风管路评价;空调系统能效评价包括空调系统能效比、设计能效比、运行能效比或空调能效等级评价等评价指标［4］;室内环境评价包括房间内的温度、湿度、风速、新风量、照明、室内背景噪声、室内空气污染物浓度等评价指标． 2．2 定性指标定量化
建筑能耗评价中，由于缺乏具有一定规模数量的大型公共建筑的调研数据，所以对各定性指标的定量化具有一定的主观性．按照被评建筑的节能情况将各定性评价指标的描述划分为6个等级打分：0分（不合格）、1分（差）、2 分（较差）、3 分（一般）、4分（较好）、5分（好）．满足国家现行标准以及法规的最低条件时，可以评为1分;如果连最低条件都达不到，则评为0分． 2．3 评价指标权重分配
合理确定和适当调整各因素的权重，体现出系统评价中各因素轻重有度、主次有别，更能增加评价因素的可比性［5］．这里主要采用了群体专家决策的方法，通过发放调查问卷的方式，对建筑节能各评价指标之间的相对重要性进行调查评判，再利用定性定量相结合的层次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）进行指标权重的计算，确定各指标的权重系数．该调查发放调查表15份，收回了9份，其中又有4份问卷的调查结果与其他问卷的调查结果有着明显出入而被舍弃，所以有效问卷有5份．这在一定程度上显示了建筑领域内的教授、专家对于建筑能耗方面的认识情况．层次分析法［6］一般包括以下4个步骤．
1）建立描述技术要素或者功能特征的内部的递阶层次结构．
2）应用专家调查得来的各层指标间的相对重要性，即两两比较结构要素，构造出所有的判断矩阵．
3）解判断矩阵，得出特征值λmax和对应的特征向量ω，并且检验每个矩阵的一致性．如果不满足一致性条件，则要修改判断矩阵，直到满足一致性检验为止． 这里应用MATLAB软件中的［V，D］=eig（A）函数来计算判断矩阵的最大特征值和特征向量及衡量一致性的指标． 一致性的指标为
随机一次性比率为式中：λmax为判断矩阵对应的最大特征值;n为矩阵阶数;RI为随机一次性指标，参考文献［7］，其取值见表1．
如果CR＜0．1，则该判断矩阵满足一致性条件;若CR≥0．1，则应对该判断矩阵做适当的修正．
以一位专家调查结果的第1层级的指标为例，对数据进行处理分析，见表2． 表1 随机一次性指标RI值n 1234567 RI 0．00 0．00 0．58 0．90 1．12 1．24 1．32 1．41 1．45
表2 公共建筑节能评价各组成要素的相对权重节能评价A 建筑设计B1 围护结构B2 采暖空调B3 照明系统B4 运行管理B5建筑设计B1 1 1/3 1/5 1/31围护结构B2 3 1 1/3 1 3采暖空调B3 5 3 1 2 5照明系统B4 3 1 1/2 1 3运行管理B5 1 1/3 1/5 1/3 1 ω 0．074 0．200 0．438 0．214 0．074 λmax 0．504 CR 0．008
以相同的步骤对其他调查结果进行一次性调整和完善后，对各组调查结果做几何平均处理．同样以上述第一层级指标为例，对全部的调查结果做几何平均处理，见表
3．
表3 公共建筑节能评价各组成要素的几何平均值序号 B1/B2 B1/B3 B1/B4 B1/B5 B2/B3 B2/B4 B2/B5 B3/B4 B3/B5 B4/B5 0 3．400 1．800 1 1/3 1/5 1/3 1 1/3 1 3 2 5 3 2 1 1/7 1/5 1/5 1 1/3 1/3 3 3 2 3 2 1/5 1/3 1 1/5 1/3 1 3 3 1 4 1 1/5 1/3 1/3 1/5 1/3 1/3 3 3 2 5 1/2 1/7 1/5 1/3 1/5 1/3 1/3 3 3 1平均值 0．967 0．177 0．280 0．573 0．387 0．467 1．000 2．80
将计算所得的几何平均值代入判断矩阵中，求出各层元素的指标权重．第1层级指标的最终相对权重计算见表4．
表4 公共建筑节能评价各组成要素的最终相对权重节能评价A 建筑设计B1 围护结构B2 采暖空调B3 照明系统B4 运行管理B5建筑设计 B1 1．000 0．967 0．177 0．280 0．573围护结构 B2 1．034 1．000 0．387 0．467 1．000采暖空调 B3 5．7 2．586 1．000 2．800 3．400照明系统 B4 3．571 2．143 0．357 1．000 1．800运行管理 B5 1．744 1．000 0．294 0．556 1．000 ω 0．081 0．119 0．447 0．227 0．0．022 126 λmax 5．096 CR
4）计算各层元素的组合权重．通过逐层的相对权重传递，求出各分项指标最终的权重．各指标的权重计算结果见表5．
表5 指标权重计算结果一级指标 相对权重 二级指标 相对权重 最终权重建筑朝向颜色形状建筑设计评价 0．081 0．202 0．016体形系数 0．281 0．023平均窗墙面积比 0．215 0．017再生能源利用0．302 0．025
续表5一级指标 相对权重 二级指标 相对权重 最终权重外墙平均传热系数围护结构评价 0．119 0．348 0．042屋面地面门窗等的传热系数 0．348 0．042门窗气密性等级 0．120 0．014周边全年负荷系数 0．120 0．014围护结构总传热值0．0 0．008关键设备评价采暖空调评价 0．447 0．166 0．074管路评价 0．110 0．049空调能效评价 0．671 0．300室内环境评价0．053 0．024自
然光的充分利用照明系统评价 0．227 0．630 0．143运行管理评价 0．126 管理制度0．143 0．032高效节能光源的采用 0．101 0．023照明节能灯具的采用 0．063 0．014高效节能灯用电器附件的采用 0．063 0．014选择合理的照明控制方式0．667 0．084人工技能0．333 0．042 2．4 建筑能耗指标
根据每项评价指标的得分及权重，可以建立一个建筑能耗指标 M［5］．
式中：ωi为各影响因素的权重;Mi为各影响因素的评分分数;n为评价指标项数（这里n=20）．
建筑能耗指标表征建筑节能评价的最终得分．指标值在一定程度上反映了建筑的能耗水平，指标值越大，说明该建筑能耗水平越低，节能状况越好，详见表6． 表6 评价得分与建筑节能水平等级关系评价得分 建筑物节能状况M∈（0，1］ 建筑节能水平不合格，建筑能耗极端浪费，应采取一些节能改造措施M∈（1，2］ 建筑节能水平较差，建筑能耗存在浪费，节能性存在问题M∈（2，3］ 建筑节能水平一般，建筑能耗存在一定的浪费，节能性存在一定的问题M∈（3，4］ 建筑节能水平良好M∈（4，5］ 建筑节能水平优异 3 某高校建筑能耗评价 3．1 建筑概况
某大学教学楼2010年建成并投入使用，总建筑面积12 639 m2，5层框架结构．第1层有配电室、档案室、图书室、期刊室、办公室等;第2层主要为办公室;第3层及以上为教室．主体建筑高度20．95 m;体形系数 0．203;平均窗墙比 0．369．外墙体采用250 mm厚加气混凝土砌体外加聚苯板保温，传热系数Ki=0．57 W/（m2·K）;内墙体采用200 mm厚加气混凝土砌体．外门为不锈钢框钢化玻璃门;内门为镶板木门．窗为白色单框中空玻璃塑钢窗．屋顶铺60 mm
厚挤塑聚苯板，Ki=0．48 W/（m2·K）;门窗的气密性等级不低于《建筑外窗气密性能分级及检测方法》（GB/T 7107—2002）中规定的4级水平．
冬季采暖室外计算温度－7．0℃，室外平均风速2．3 m/s．采暖热媒为65/40℃热水，总热负荷为261．65 kW，阻力损失 8．03 kPa．管材采用焊接钢管，管径DN40及以上焊接，DN40以下丝接．散热器落地安装，每组散热器均加手动跑风．采暖热源为市政集中供热，经换热站二次换热后提供，系统补水采用补水定压装置自动补水．日光灯采用三基色T8管配电子镇流器，吸顶灯、天棚座灯、楼梯间照明均采用节能灯作为光源，走廊处应急疏散灯具采用自带蓄电池型灯具．由于校园内寒暑假校内人员较少，同一建筑内各房间的使用情况也有可能差别较大，所以该教学楼无集中式空调系统．空调设计采取了分单独房间设置，既便于管理，也有利于提高空调使用的经济性．第1，2层的办公室均采用分体式壁挂以及柜式空调机，2级能效，遥控控制．教室人数比较多，为了保证空气的流通就没有安装空调，只装电扇散热．教学楼的管理制度、人员配备均较完善，人工技能比较熟练． 3．2 能耗评价结果与分析
该教学楼无空调，所以其关键设备与管路评价不参与检测，空调能效评价可以根据空调的能效等级确定．对该教学楼进行能耗评价，结果见表7． 表7 某教学楼节能评价结果评分项目 权重 评分 分项得分建筑朝向颜色形状0．016 5 0．080体形系数 0．023 5 0．115平均窗墙面积比 0．017 4 0．068再生能源利用 0．025 4 0．100外墙平均传热系数 0．042 4 0．168屋面地面门窗等的传热系数 0．042 5 0．210门窗气密性等级 0．014 4 0．056周边全年负荷系数 0．014 3 0．042围护结构总传热值 0．008 3 0．024关键设备评价 0．074 0 0．000管路评价 0．049 0 0．000空调能效评价 0．300 3 0．900室内环境评价 0．024 3 0．072自然光的充分利用 0．032 5 0．160高效节能光源的采用 0．023 3 0．069照明节能灯具的采用 0．014 4 0．056高效节能灯用电
器附件的采用 0．014 4 0．056选择合理的照明控制方式 0．143 5 0．715管理制度 0．084 5 0．420人工技能 0．042 4 0．168建筑能耗指标M 3．5 由表7可知，该教学楼建筑节能评价为3．5分，建筑节能水平等级属于良好． 4 结语
1）我国既有建筑量大面广，其中高耗能建筑占绝大部分．因此，在分析建筑能耗影响因素的基础上，很有必要建立一套关于建筑节能的综合评价指标体系． 2）建筑节能评价指标体系是一个多层次评价体系，对每一项指标进行评分，合理地进行定性指标的定量化与评价指标的权重分配才有利于建立建筑能耗指标，从而对建筑的节能情况进行一系列的综合评价．
3）所建立的指标体系融合了建筑设计、围护结构、采暖空调、照明系统以及运行管理等5个方面的评价指标，通过某高校建筑验证了这一综合评价指标体系初步设计的合理性和科学性． 参考文献
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