1、建筑節能綜合評價指標體系的建立以夏熱冬冷地區為例(1)    簡介： 由于已有指標體系的評價模型結果過于抽象，所含的評價信息可用性較低，不能起到建筑節能評價應有的作用。因此新建筑設計完成后，沒有有效的方法對設計進行節能水平的綜合評價，無法對標準的執行情況進行有效的監督。科學的評價方法和控制手段應該貫穿從規劃、設計直至建設完成的全過程，沒有科學完整的評價體系和目標勢必難以獲得預期的節能效果。   1.前言 綜合評價指標體系研究的關鍵在于如何選取分項指標以全面反映建筑能耗的情況、如何確定各分項指標的權重以建立有機的指標體系、如何確定標準設計方案作為

2、判定原始設計草案是否節能的基準。在分析居住建筑能耗主要影響因素的基礎上，建立了一個由多個分項指標組成的指標體系，并借鑒“標準設計”概念和采用相對指標進行節能評判的思想，采用指標體系對“標準設計方案”和原始設計草案建筑能耗的相對數量進行比較，以達到全面而簡單的評判原始設計草案是否節能的目的。這種評價方法的目的是淡化專業知識的概念，不直接進行建筑能耗絕對數量的比較，擺脫對能耗模擬軟件的依附，以實現對原始設計草案全面而簡單的節能評價。 2.居住建筑能耗相關因素分析 2.1 夏熱冬冷地區居住建筑能耗特點 夏熱冬冷地區的范圍，大致為隴海線以南，南嶺以北，四川盆地以東，大體上可以說是長江中下游地區。這個地

3、區七月份氣溫比同緯度其他地區一般高出2左右，是在這個緯度范圍內除沙漠干旱地區以外最炎熱的地區;一月份氣溫比同緯度其他地區一般要低810，是世界上同緯度下冬季最寒冷的地區。夏熱冬冷的氣候特征決定了該地區建筑能耗的組成，即夏季的空調能耗和冬季的采暖能耗。同時居住建筑與其他類型建筑既具有一般建筑的共同點，也有其自身的特點。 2.2 節能指標簡介 根據建筑節能指標的不同可以分為兩種方法：一是分項指標控制法（規定性指標），即對建筑圍護結構（墻、屋面、窗）的傳熱系數、體形系數、窗墻比，以及采暖、空調、照明設備最小能效指標規定一個限值。分項指標由于過于具體，而且各指標相對獨立，缺乏有效的關聯，無法進行建筑各

4、部分能耗直接的平衡分析;二是綜合控制法（節能綜合指標控制），即要求建筑總體能耗達到某一個指標。建筑物的耗冷量指標、耗熱量指標、空調年耗電量和采暖年耗電量能從整體上反映了建筑設計的優劣、圍護結構熱工性能的好壞和暖通空調系統效率的高低。但是由于計算方法繁復，不能得到有效的應用。 評價指標則是對節能分項指標的綜合和對節能綜合指標簡化。 3.綜合評價指標體系的構成 夏熱冬冷地區居住建筑節能綜合評價指標體系將是由相互關聯、相互制約、不同層次的指標群構成的一個有機整體，將能較全面反映該地區居住建筑節能設計內涵的基本特征。 3.1 室外氣象特征指標 3.1.1 度日數 對于夏熱冬冷地區，采暖度日數和空調度日

5、數將是反映氣象特征的主要氣象參數。夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準JGJ134-2001中采用了采暖度日數HDD18和空調度日數CDD26兩個變量。本研究中采暖節能效果分析時采用氣象變量采暖度日數，而在分析空調節能效果時采用氣象變量空調度日數，并將根據HDD18和CDD26來確定當地居住建筑的建筑物采暖年耗電量和空調年耗電量。 3.1.2 太陽輻射總量 選擇采暖期太陽輻射總量和空調期太陽輻射總量作為影響建筑全年能耗的太陽輻射因素的衡量指標。采用逐時氣象數據生成系統(Medpha)生成了全年逐時太陽輻射總量，然后統計得到了夏熱冬冷地區主要城市采暖期太陽輻射總量和空調期太陽輻射總量數據。由于太陽輻

6、射總量在不同方向上的值是不同的，而窗戶對太陽輻射總量的變化比較敏感，所以以窗戶正向與東向的夾角作為太陽輻射總量變化的衡量參數。 3.2 建筑體形特征指標 3.2.1 建筑朝向 “最佳朝向”及“最佳朝向范圍”的概念是對各地日照和通風兩個主要影響朝向的因素，通過觀察、實測后整理出的成果。 3.2.2 體形系數 在原體形系數概念的基礎上提出“極限體形系數”和“體形完善系數”。極限體形系數是指建筑物橫截面周長與面積的比值，它反映了建筑物橫截面形狀對節能綜合指標的影響。體形完善系數定義為極限體形系數與體形系數的比值，它反映了在橫截面形狀一定的情況下建筑物高度對節能綜合指標的影響。 3.3 建筑圍護結構熱

7、工性能指標 為了簡化分析，主要從屋頂、外墻和窗戶三個方面分析建筑圍護結構的熱工性能，其中將門和樓梯間內墻當作外墻近似處理。對于屋頂和外墻采用傳熱系數和熱惰性兩個指標，其中采用的是平均傳熱系數，即按面積加權法求得外墻的傳熱系數;對于窗戶采用傳熱系數和遮陽系數指標。 窗墻面積比是窗洞口面積與房間立面單元外墻的面積（即建筑層高與開間定位線圍成的面積）之比。民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）JGJ26-95第4.2.4條規定，不同朝向窗墻面積比不應超過以下數值：北向0.25，東、西向0.30，南向0.35。 3.4 室內環境品質和暖通空調系統性能指標 室內環境和暖通空調系統性能參數是建筑能耗分析

8、的基準，相對于其他影響因素來說，始終保持恒定不變。所以，在選擇評價指標體系中的分項指標時，并沒有從這兩個方面選擇相應的衡量指標，而是將相關參數如室內溫度、換氣次數和能效比等參數蘊藏于建筑能耗的分析之中，間接地反映了室內環境品質和暖通空調系統性能。 4.綜合評價指標體系的層次關系 綜上所述，可以從室外氣象、建筑體形和建筑圍護結構熱工性能三個方面選擇了17個分項指標：反映室外氣象特征的采暖度日數（HDD16）、空調度日數（CDD26）、采暖期太陽輻射總量和空調期太陽輻射總量;反映建筑體形特征的極限體形系數、體形完善系數和建筑朝向，其中朝向表示為建筑的正向方向與正東向的夾角;反映建筑圍護結構熱工性能

9、的窗墻比、屋頂的傳熱系數與熱惰性指標、外墻的傳熱系數與熱惰性指標、窗戶的傳熱系數與遮陽系數，其中窗墻比分為建筑物前、后、左、右四個方向的窗墻比。建筑節能的綜合評價指標則為建筑全年耗電量，即為采暖年耗電量和空調年耗電量之和。 綜合評價指標體系的應用 綜合指標體系的應用是指建立17個分項指標和綜合指標之間的聯系，無需利用能耗分析軟件進行復雜能耗分析，即可由17個分項指標的取值判定建筑是否節能。分項指標和綜合指標之間的聯系在評價指標體系內部表現為各指標間的相對權重，因此各指標之間的權重的確定是應用指標體系進行評價的關鍵。 5.1 權重確定方法 神經網絡可以充分逼近任意復雜的非線性關系，且具有分布存儲

10、、自適應和自組織等突出特點。當前應用最為廣泛的BP網絡模型技術成熟，結構簡單，工作狀態穩定，可把一組樣本的I/O問題變為一個非線性優化問題。如果用BP網絡來處理建筑節能的評價問題，就可以通過學習，自動歸納掌握各指標影響節能綜合指標的規律，并將各指標權重以相對聯系的方式隱含于網絡之中，從而使建筑節能效果的評價既具有客觀規律性，又達到簡單適用的目的。 5.2 節能評價指標的取值 5.2.1 輸入參數 本文采取DeST能耗分析軟件重新確定了節能綜合評判基準。 由于能耗分析軟件的限制，本文在進行神經網絡評價的應用分析時對指標體系進行了一定的簡化：首先由于軟件分析速度較慢，本文則只以長沙為例進行神經網絡

11、的訓練。在地點確定的情況下，反映氣象特征的4個指標取值固定不變，訓練所需節能分析樣本將大大減少;其次由于DeST軟件所帶的圍護結構數據庫限制了對建筑圍護結構熱工性能更為具體的分析，因此在確定節能樣本的輸入參數時，圍護結構熱工性能的只能按構件的類型進行選擇，將熱惰性和遮陽系數隱含起來。 因此，節能分析樣本的輸入參數為10個，每個參數有高、中、低三個水平的取值。 節能評價指標各水平取值 5.2.2 輸出參數 以節能百分比的形式給出是否節能的判定結果，如果建筑滿足節能要求，則節能百分比為零或正值，如果建筑不滿足節能要求，則節能百分比負值。節能百分比定義為： 式中：BEPi節能百分比; Es根據度日數

12、得到的建筑全年耗電量標準值，kWh/m2; Ei待評價建筑全年耗電量的DeST模擬計算值，kWh/m2; 5.3 BP網絡模型的應用 根據以上所選定的節能分析樣本，初步選定網絡結構參數如下：輸入層節點數為10個，隱層神經元個數為10×330個、傳遞函數為tansig，輸出層神經元個數為1個、傳遞函數為purelin，節能評價指標體系的神經網絡模型結構即為10×30×1。BP網絡結構的最終形式并沒有完全確定，如果訓練和檢驗的結果不能滿足預期要求，還將根據具體情況進行一定的調整。 利用BP網絡得出的訓練樣本網絡輸出值與期望值的最大相對誤差為小于5（個別異常情況除外），檢驗樣本網絡輸出值與期望值的最大相對誤差為4.3，可見該網絡的自學習能力強，網絡性能好，說明了利用神經網絡進行節能綜合評價的可行性和有效性。 6.結論 本綜合評價指標體系是在科學性原則，可行性原則，層次性原則，完備性原則，主導性原則，獨立性原則的基礎上，根據夏熱冬冷地區居住建筑能耗特點建立起來的一個有機整體。這是一個相互關聯、相互制約、不同層次的指標群，是對節能分項指標的綜合和對節能綜合指標簡化，能較全面反映該地區居住建筑節能設計內涵的基本特征。 建筑節能的評價問題是一個I/O（輸入/輸出）問