成果名称 完成单位 报告编号
  建筑节能标准关键技术与体系研究 中国建筑科学研究院有限公司
成果简介
改革开放40年来,我国城乡建筑面积已经突破620亿m2,建筑能耗突破10亿吨标煤,占社会总能耗22%且持续快速增长。如何在确保建筑室内环境的基础上、满足增量成本不超过10%和能效性能提升30%双重约束,合理提升建筑节能标准中关键指标要求,形成长期建筑节能锁定效应,是建筑节能标准编制的重大技术难题。项目组在国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑重点课题和多项重大工程支持下,历时30年,从无到有完成我国建筑节能标准提升1986-2016年“30、50、65”三步走的重大战略部署,以设计理论创新和关键技术研发为主线,取得多项创新和突破:
【一】构建了全气候区、工程建设全过程的我国民用建筑节能标准体系,填补了建筑节能设计基础数据及方法的空白。主编涵盖设计、施工验收、检测与调试、评价与能效标识、改造、绿色运行及专项节能技术等国家和行业标准43项。
(1)提出气候区划与热工分区。针对我国地域广阔、地形地貌多样导致的复杂气候状况,提出用一级区划反映全国建筑气候在冷热、干湿上大的差异;二级区划反映各一级区内建筑气候上小的不同,采用综合分析与主导因素相结合的原则进行区划的方法。建筑热工区划反映了各地冷热的程度和持续时间的长短,区划名称直观反映了气候特征,表征了建筑热环境需求。
基于传统建筑的经验和热工设计理论,首次提出了以5条温度线和1条湿度线为界,综合冷、热、干、湿气候要素对建筑影响大小和气候要素分布差异的我国二级建筑气候区划系统,并基于采暖空调度日数,建立了综合反映各地冷热程度和持续时间长短的建筑热工区划,区划名称直观反映了气候特征,同时表征了建筑热环境需求。
(2)建立了建筑热工数据库,提出建筑热工设计理论及计算方法。提出了以保温、防热、防潮设计为核心的建筑热工设计体系,建立了覆盖全部热工设计计算所需的参数数据库。
建立了考虑正常使用条件下的平衡含水量和保温材料所在部位施工情况等因素修正的建筑材料热物理计算参数数据库,提出了多维动态热桥、隔热防潮性能检验、非平衡保温设计等热工设计计算方法,建立了基于不同气候区保温、防热、防潮程度等级不同的建筑热工设计技术体系。
(3)构建了建筑节能气象参数数据库。基于建筑节能设计需求,首次构建了210个严寒和寒冷地区城镇居住建筑节能设计用室外计算参数,以及450个城镇全年逐时室外计算参数。构建了基于实测数据和典型气象年的建筑节能气象参数数据库。
(4)建立了技术参数完备的建筑能耗计算基础模型数据库。数据库覆盖我国五大气候区95%以上民用建筑的功能类型、分布特征、建筑围护结构做法、能源系统形式及实际使用模式。覆盖建筑物理、技术经济参数及建筑分布特征的建筑能耗计算基础模型数据库。

【二】研发建筑节能设计标准关键技术,研发自主知识产权的建筑节能设计系列工具。建立了建筑节能设计标准目标确定、分解与判定的科学方法,研发自主知识产权的建筑节能设计评估系列工具。
(1)首次提出以增量成本和建筑节能目标双约束的关键技术指标分解理论及方法,应用于标准5项。研发了以节能效益与投资比最优为目标的“收益投资比组合优化筛选法”(简称“SIR优选法”)用于节能设计标准目标的确定和分解。建立了用于比较的基础建筑及其对应的能耗基准,提出了控制相对节能率进行节能设计的方法。完成典型节能技术适应性研究。
(2)提出建筑围护结构热工性能权衡判定方法,以性能化设计思想为指导,破解建筑造型不规则、功能复杂对节能性能判定带来的技术障碍,提出新方法。解决了建筑和气候多样性在节能设计中的差异化需求,提出以节能水平为指标的建筑围护结构性能化设计方法。提出了规定性指标和性能化指标双路径的节能判定方法。揭示了不同气候区建筑围护结构热工性能对建筑能耗的影响机理,提出了北方采暖地区按稳态传热、南方地区按考虑热惰性的非稳态传热评价围护结构热工性能的方法。引入“参照建筑”概念,提出了与参照建筑对比评定的“性能化指标”的节能达标方法
(3)首次基于气候区完成设备能效限值规定,并根据各气候区冷源实际运行模式特征,创造性提出冷水机组部分负荷性能系数IPLV的计算公式和限值。提出了基于不同气候区节能贡献差异化的指标限定方法提出与气候、运行特征相关联的评价冷水机组部分负荷性能的计算公式。
(4)建立了建筑节能设计计算平台、建筑能源系统能耗与环境模拟分析平台,并开发工具。

【三】研发建筑节能成套检测与评估的标准与设备。
(1)完成我国首栋耐候性实验室,提出专项标准。提出了适用于国内常用保温材料、饰面构造、防火构造等要求,以及风气候特点的耐候性实验方法。提出建筑热工常用参数统一测试方法,包括建筑材料导热系数和蒸汽渗透系数统一测试方法;外墙和屋顶传热系数实验室和现场统一测试方法;完成建筑围护结构热工性能测定装置的研制,建筑围护结构热工性能测定装置的构造和原理、自动控制系统、传热系数的测定、热流反应系数的测定和误差分析。
(2)提出围护结构整体性能检测方法和外墙热工缺陷现场快速检测方法。提出了基于红外成像和 AI识别的外墙热工缺陷检测方法,识别准确率提升20%,快速率提升30%。提出了基于单一部件实测性能对建筑能耗影响权重的围护结构综合评价方法;基于红外热谱图的可量化建筑热工缺陷检测评估方法
(3)创建一种建筑能源系统现场快速检测方法,通过短期检测验证长期系统能效性能。首创扰动信号干预结合信号反馈校验的供暖空调自动控制系统调试方法,提升供暖空调自控系统适应性20%。建立了负荷率与水温参数相关型空调冷源系统能效现场检测及评价方法,提出了基于冷源与输配系统优化配置的空调冷源系统能效值。
(4)首次提出基于实际运行数据的复杂因素归一化建筑能耗评价比对方法论,并开发了标准化在线计算平台,解决了我国建筑运行能效无法快速科学量化评价的难题。基于运行能耗数据统计模型的归一化建筑能耗比对评价方法
(5)提出了基于校准修正的节能量评估方法,解决了改造前后比对工况不统一的难题。
成果完成人
1.徐伟  
成果评价情况
  评价单位: 报告编号: 评价日期: 2020-09-23
  组织单位: 项目负责: 张时聪 成果管理: 181100013
评价意见
中国建筑节能协会于2020年9月23日在北京组织召开了“建筑节能标准关键技术与体系研究”科技成果鉴定会。会议成立了以刘加平院士为主任、孟建民院士和李德英教授为副主任的鉴定委员会。鉴定委员会听取了科技成果汇报,审阅了鉴定资料,经质询和讨论,形成鉴定意见如下:
一、提供的鉴定材料完整齐全翔实,符合科技成果鉴定要求。
二、项目组针对我国建筑节能重大需求,历时30余年,研究建立了我国建筑节能设计基础理论、方法及数据库,构建了我国气候区全覆盖、建筑类型全覆盖、建设过程全覆盖、从城镇到农村、从常规能源到清洁能源全覆盖的节能标准体系,研究成果具有以下创新性:
1、首次完成了我国建筑气候区划和热工设计分区,系统全面地反映了我国冷、热、干、湿气候要素和分布特征,以及各地冷热程度和持续时间长短的建筑气候特征,奠定了我国建筑节能设计的基础;
2、建立了多种工况条件下的建筑围护结构热湿耦合传递的建筑材料热物理计算参数数据库,提出了多维动态热桥、隔热防潮性能检验和非平衡保温设计等热工设计计算方法;
3、建立了典型建筑基础模型及数据库,首次提出以增量成本和节能目标双重约束的关键技术指标分解理论及方法,使我国建筑节能设计标准水平进入国际先进行列。
4、提出了基于性能化设计的建筑围护结构热工性能权衡判定方法,并根据各气候区冷源实际运行模式特征,建立分气候区的用能设备性能指标,提出了适合我国特征的冷水机组部分负荷性能系数IPLV的计算方法和限值。
5、建立了一系列的建筑节能检测与评估方法,主要包括:外保温墙体耐候性实验方法、建筑热工缺陷检测评估方法、围护结构综合评价方法、空调冷源系统动态能效现场检测及评价方法、基于运行能耗数据统计模型的归一化建筑能耗比对评价方法、基于校准修正的节能量评估方法、建筑节能施工质量验收方法等。
专家一致认为:研究成果为我国建筑节能发展战略和顶层设计提供了技术支撑,填补了我国建筑节能标准的基础理论、基础数据及研究方法的空白,研究成果总体上达到国际领先水平。
评价专家
姓名 工作单位 职称
刘加平 西安建筑科技大学 院士
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