各国建筑能效标准

中美建筑能效标准比较

A Comparative Study of Chinese and American Building Energy Efficiency Standards

闫埔华 Yan 唐 坚 Tang

PuhuaJian

中图分类号 TU111.19+5 中图分类号文献标识码 A 文献标识码 文章编号 1003-739X（2015）01-0036-07文章编号 [摘 要] 该文概述了建筑能耗在全球最终能源消费中的现状，分析了全球建筑能效标准发展现状及目标，分[摘 要]

别介绍了中美两国建筑能效标准发展的历程。通过对各国标准的研究，总结了建筑能效标准所涉及的主要内容。着重以美国建筑能效标准ASHRAE90.1—2010和中国公共建筑节能标准GB50189—2005为例，比较中美建筑能效标准的构架、内容及参数的差别。提出了国内建筑能效标准发展的几点建议。[关键词] 建筑 能耗 能效标准 比较 [关键词]

DOI:10.13942/j.cnki.hzjz.2015.01.008

[Abstract] [Abstract] In the paper, we summarize the present status of building energy consumption in the global final energy consumption, the development situation and goals of the global building energy efficiency standards are analyzed. Respectively, we introduce the development of building energy efficiency standards in China and the United States. Based on the research of various national standards, the main content of involved building energy efficiency standards is summarized. Then we focus on building energy efficiency standards of the United States ASHRAE90.1-2010 and Chinese public building energy efficiency standards GB50189-2005, for example, by comparing the difference of framework, content and parameters between China and the U.S. energy effi ciency standards. We propose a few pieces of advice for the development of energy effi ciency standards of building.

[Key words] Architecture, Energy consumption, Energy effi[Key words] ciency standards, Compare

建筑是世界各地能源的最大消费者。在国际能源署（IEA）很多成员国中，建筑行业的能量消耗占初级能源消耗总量超过40％（图1）。

从1971年—2010年，由于人口增长和经济增长的推动，建筑行业的全球最终能源消费翻了一番，达到2794百万吨油当量。随着建筑物数量的持续增加，将在全球范围内进一步增加能源供应的压力。预计从2010年—2035年，建筑行业的全球能源需求将增长838百万吨油当量（IEA，2012）[1]。

1 全球建筑能效标准概况1.1 国际建筑能效标准发展—————————

作者信息

闫埔华，暨南大学理工学院助教， 1071115655@qq.com唐 坚，暨南大学理工学院副教授

收稿日期：2014-04-01

欧共体（European Economic Community，EEC）分别于1975年、1980年和1987年委托其成员国开展有关建筑围护结构保温性能的研究。1994年，美国暖通空调制冷工程师学会（American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers，ASHRAE）提议国际标准化组织（ISO）针对更广范围内的用能成立专门技术委员会，并在2007年设置了ISO技术机构TOC20，其“建筑环境设计”（Building Environment Design）目前已经开展了8个不同的项目，4个直接与建筑节能性能有关[2]。

HUAZHONG ARCHITECTURE36 2002年12月欧洲议会和欧盟理事会（European Parliament and Council）批准的《建筑能效指令》（Energy Performance of Building Directive, EPBD）对欧洲各国建筑节能工作和建筑节能标准产生了重要的影响。该指令于2003年1月开始实施，并于2006年1月4日在25个欧盟成员国立法实施。图2中显示出了欧盟27国到2020年的可再生能源增长20%的发展目标[3]，以及各成员国所应承担的份额。1.2 我国建筑能效标准发展1986年建设部颁发了我国第一部建筑节能标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26—86；1995年5月，建设部制定了《建筑节能“九五”计划和2010年规划》；2001年2月，建设部批准发布了《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ132—2001；同时按照建筑气候分区，于2001年7月颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134—2001；2003年建设部颁发了《夏热冬暖地区建筑节能设计标准》JGJ75—2003；2002年建设部批准编制《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005；2006年我国颁布了第一个有关绿色建筑的标准《绿色建筑评价标准》GB50378—2006；2010年，住房和城乡建设部发布《民用建筑绿色设计规范》JGJ/T229—2010[4]。

《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005涵盖了我国各个气候区的公共建筑节能设计参数。标准共分为5章和3个附录。主要内容是：室内环境节能设计计算参数，建筑与建筑热工设计，采暖、通风和空气调节节能设计等。适用于新建、改建和扩建的公共建筑节能设计。GB50189—2005标准要求进行的建筑节能设计，在保证相同的室内环境参数条件下，与未采取节能措施前相比，全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%[5]。1.3 建筑能效标准主要内容（1）围护结构建筑围护结构是指围绕着建筑供暖和制冷区域的建筑结构，包括建筑外墙、楼板、地面、屋顶、窗户和门。

37HUAZHONG ARCHITECTURE①围护结构的绝热。绝热性能以U值指标传热系数和R值指标热阻（传热系数的倒数）衡量。

②门窗。建筑窗户性能的量化可以有材料的U值、SHGC（遮阳系数）值、VT（可见光透射率）值和漏风量来表示。建筑门的性能量化可以由U值和漏风量来表示。

③空气渗透。建筑整体的围护结构都需设计安装连续完整的气密层。针对墙体的气密层的施工方式、墙体材料及其最小允许厚度在标准中给出。

④遮阳。遮阳板、遮阳百叶和反射遮阳帘都可以从很大程度上减少窗户等玻璃围护结构的太阳得热。

（2）暖通空调系统暖通空调系统主要包括：通风系统、供暖系统、供冷系统、空气调节系统、除湿、热水供应、风管和水管、自动控制系统。（3）可再生能源建筑对可再生能源的利用可以是主动的也可以是被动的。被动使用可再生能源可以减少建筑供热或供冷，目前，欧洲许多国家建立了被动式住宅计划（PEH）；主动使用是指将不能直接使用的能源进行转化后使用，比如将太阳能或者风能转化为电能或者热能，再供给暖通空调系统使用。

（4）建筑设备建筑内安装的设备从两个方面影响建筑的能耗：一是其本身的效率，二是其产生的废热可能会导致冷负荷的增加和热负荷的减少。除了暖通空调系统以外，建筑设备主要包括照明和其他电器用具。美国的能源之星计划（ENERGY STAR），就是以节能环保为目的，促进消费者选择低能耗产品，引导公众购买和使用节能环保设备。

HUAZHONG ARCHITECTURE38 2 中美建筑能耗标准比较2.1 美国建筑能耗相关标准（1）美国各州建筑能耗标准目前，美国各州接受最广泛的建筑节能标准就是国际标准理事会（ICC）编制的《国际节能标准》（IECC）和由ASHRAE发布的《除低层居住建筑外的建筑节能规范》（Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings， ASHRAE90.1）标准。除此之外，还有一些州独立于IECC和ASHRAE以外，建立本州的建筑能耗标准体系。例如加利福尼亚建筑标准（Title24，Part6）和福罗里达州建筑标准等[6]。

（2）联邦建筑能耗标准联邦政府的建筑有独立的节能标准——《联邦建筑节能标准》，不隶属于任何州和地方的节能标准。美国联邦机构要求其所有建筑物的能耗在IECC和ASHRAE的基础上，至少降低30%。2.2 中美建筑能耗标准比较本文将以美国现行商业建筑标准《ASHRAE90.1—2010》与我国现行《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005进行相关参数和要求的比较，以下简称ASHRAE和GB。

ASHRAE根据建筑物所在地的采暖度日数HDD18和建筑物所在地的空调度日数CDD10划分为8个大气候区（极热区、热区、温区、热—海洋性气候区、过渡区、过渡—海洋性气候区、寒冷区、严寒区极地区）[7]； GB将国内主要城市划分为五个气候区（严寒地区A区、

39HUAZHONG ARCHITECTURE表4 ASHRAE90.1—2010与GB50189—2005围护结构限值比较（夏热冬暖地区）

围护结构标准无阁楼屋面金属建筑带阁楼重质墙墙，地面以上金属建筑钢框架木框架墙，地面以下重质楼板 楼板接地楼板不透明门垂直窗墙比0%~40%外窗非金属窗框金属窗框a金属窗框b金属窗框c玻璃突起天窗0%~2.0%天窗 2.1%~5.0%塑料突起天窗0%~2.0% 2.1%~5.0%玻璃和塑料 0%~2.0%不突起天窗 2.1%~5.0% 工字钢木框架不供暖供暖平开门非平开门热传系数[W/(m.K)]4.263.976.254.26-11.2411.2410.7910.797.727.72-0.360.190.390.340.360.190.252传热系数[W/(m2K)]ASHRAE90.1-20100.2730.3130.1530.8570.5280.7050.506-0.6060.2950.2901.2651.7683.9778.239遮阳系数SHGC0.45窗墙比≤0.20.2＜窗墙比≤0.30.3＜窗墙比≤0.40.4＜窗墙比≤0.50.5＜窗墙比3.56.54.73.53.03.0垂直窗墙比热传系数[W/(m2.K)]遮阳系数SHGC（东、南、西/北）-0.43/0.520.39/0.480.35/0.430.34/0.390.3室内模板室外模板R≥1.01.5 - R≥1.0 1.500 0.900GB50189-2005严寒地区B区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区）。中美两国气候区域划分基本相似，可以将气候条件相似的地区维护结构参数进行比较，为此将两国将气候按类别划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬暖地区和夏热冬冷地区进行参数比较。

（1）内容比较ASHRAE的五大技术内容主要包括：建筑围护结构，暖气、通风和空调，生活热水，电能，照明和其他设备。GB的主要内容是：室内环境节能设计计算参数，建筑与建筑热工设计，采暖、通风和空气调节节能设计。

（2）围护结构限值比较建筑围护结构是建筑节能标准最重要的组成部分之一，其中非透明围护结构主要包括屋面、地面以上和地面以下墙体、楼板、不透明门，透明围护结构包括窗户、幕墙、天窗、透明门等。下面分别对中美两国建筑节能标准中围护结构热传系数限值和遮阳系数值进行比较。

依据严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷、夏热冬暖和四个气候分区比较中美围护结构热传系数和遮阳系数的异同，从表1~表4中可以看出：①分类比较：ASHRAE较GB对围护结构限值分类更加详细。ASHRAE中对屋面、墙面、楼板、门、外窗、天窗都有不同形式的细分；而我国对建筑围护结构的分类比较粗略，除了对外窗进行窗墙比的细分以外，其他几乎只有一个参数的限值。

②屋面热传系数：ASHRAE中对美国各气候区的屋面热传系数标准基本相同，较为严格；GB从夏热冬暖地区到严寒地区的屋面热传系数标准值递减，限值逐渐严格。整体来看，美国的屋面传热系数标准远远高于我国标准。

HUAZHONG ARCHITECTURE40 图1 各领域的全球最终能源消费

⑨垂直窗遮阳系数：GB采用遮阳系数SC，ASHRAE采用SHGC，两者关系比为：SC=1.15*SHGC，本文采用SHGC为参数进行比较。ASHRAE对垂直外窗所有方向SHGC综合最大值进行统一限值，自热带到寒带SHGC值呈递增趋势；GB将东、南、西向SHGC和北向分别进行设置。表1中可以看出，我国未对严寒地区窗户的SHGC设置限值，表2中，未对寒冷地区的北向外窗SHGC设置限值，整体来看，我国自热带到寒带，SHGC值逐渐升高，从外窗窗墙比来看，窗墙比越大，SHGC值越小。

⑩天窗遮阳系数：ASHRAE对天窗自热带到寒带SHGC值呈递增趋势，并且窗墙面积比越大，SHGC值越小；GB除了严寒地区为对天窗的SHGC值无要求以外，自热带到寒带SHGC值也呈现递增趋势。

ASHRAE规定：垂直透明围护结构面积不应超过外墙总面积的40%，天窗面积不应超过顶棚面积的5%，并在5.5.4.2.3中规定了最小天窗面积。GB中4.2.2规定：建筑每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙比面积均不应大于0.7；4.2.6中规定屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。

（3）供暖、通风和空调调节系统的比较图2 欧盟27国可再生能源2020年发展目标

③地面以上墙体传热系数：ASHRAE与GB对于地面以上墙体的热传系数标准从夏热冬暖地区到严寒地区都呈现出逐渐严格趋势。美国地面以上墙体热传系数标准高于我国。

④地面以下墙体热阻：ASHRAE对夏热冬暖地区和夏热冬冷地区的地面以下墙体热阻无要求；GB对此项都有要求；对于寒冷和严寒地区，我国公共建筑的地面以下墙体热阻标准高于美国。

⑤楼板：两国标准对此项分类不同， ASHRAE从夏热冬暖地区到严寒地区楼板热传系数呈现出逐渐严格趋势；GB夏热冬暖地区和夏热冬冷地区的室内楼板对此项无要求，寒冷和严寒地区此项标准低于美国标准。

⑥不透明门：ASHRAE对四个气候区的建筑对此项都有明确要求，从夏热冬暖地区到严寒地区不透明门热传系数呈现出逐渐严格趋势；GB对此项无要求。

⑦垂直窗热传限值：两国标准对于垂直外窗分类不同，ASHRAE将垂直外窗划分为非金属窗框、金属窗框a（玻璃幕墙和店面等）、金属窗框b（入口大门）、金属窗框c（固定窗、可开启窗、非入口玻璃门）四类，并分别对其设置不同的限值；GB首先将窗墙比划分为：窗墙比≤0.2， 0.2＜窗墙比≤0.3，0.3＜窗墙比≤0.4，0.4＜窗墙比≤0.5，0.5＜窗墙比≤0.7五类，根据窗墙比不同对热传系数限值进行设置。整体来看，两国对垂直外窗的热传限值都比较严格。其中，美国对金属外窗b（入口大门）的热传限值相对宽松。

⑧天窗热传限值：ASHRAE将天窗分为玻璃突起天窗、塑料突起天窗、玻璃和塑料不突起天窗三类，并分别根据0%~2.0%和2.1%~5.0%两种不同面积比，对天窗限值进行设置；而GB未分类对天窗限值进行设置。我国天窗热传系数限值较美国严格很多。

供暖、通风和空调调节系统的设计及设备选择也是建筑节能标准最重要的组成部分之一。下面将GB中单元式空调机组的能效限值与ASHRAE标准中6.8.1A进行比较（单位换算：将ASHRAE90.1中的制冷量单位按照1Btu/h=0.000293071kW进行换算；英制单位EER，按照1公制EER值等于3.413英制EER值进行换算，进行表5的比较。）。可以看出，美国对单元式空调机组的能效限值较我国更为严格，能效要求更高。

将ASHRAE90.1—2007标准中规定的冷水机组最低能效值与我国《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005中5.4.5中规定的能效限值进行比较（表6）。

由表中可以看出，GB对于水冷冷水机组的能效限值与ASHRAE规定的水冷冷水机组最低能效值相比，中国的标准限值低于美国标准，最高相差17.8%。

（4）照明比较ASHRAE中对医院、学校、警察局、市政厅、博物馆等33中不同类型建筑物照明功率密度值进行了详细规定（表7）。GB中只在附录B.0.5中对办公建筑、宾馆建筑和商场建筑的空间照明功率密度进行了规定。

我国照明设计按照《建筑照明设计标准》GB50034—2004执行，其中6.1章节分别对居住建筑、办公建筑、商业建筑、旅馆建筑、医院建筑、学校建筑、工业建筑7种建筑类型的各功能空间的照明功率密度值设置了具体标准[7]（表8）。

结语综合以上数据进行比较分析，可以得出以下几点结论：ASHRAE规定的围护结构热传系数限值较GB更为严格；ASHRAE中对于建筑暖通空调设备的要求比我国更全面，对设备性能的要求大部分高于我国；ASHRAE涵盖了对照明系统的具体要求，GB只在附录中对办公建筑、宾馆建筑和商场建筑的空间照明功率密度值进行了规定。

通过对国际能效标准发展的分析和中美两国的建筑能效标准的比较研究，以及建筑能耗在当代能源结构中突显

41HUAZHONG ARCHITECTURE的问题，提出了我国建筑能效标准发展的几点建议：

①提升相关参数设置要求。在建筑节能设计标准具体内容中，进一步提升围护结构和暖通空调系统的要求，对建筑围护结构进行更详细的划分，增加建筑设备及系统的要求覆盖范围。

②增加建筑节能标准内容。逐步协调照明系统、可再生能源系统、被动式建筑等内容，尝试将与建筑节能相关的所有内容编制为一本标准。

③增强建筑节能标准、建筑能效标识、绿色建筑评估标准等标准之间的关联度。以建筑节能设计标准的相关参数规定作为建筑设计标识的能耗计算基础，以能效标识标准作为绿色建筑评价节能部分的基础。 ■

资料来源：

图1：Modermising Building Energy,IEA, 2013;

图2：EU directorate-general for energy,2011,by Eurostat and

European Commission。

表5 ASHRAE90.1—2010与GB50189—2005单元机能效限值比较

表6 ASHRAE90.1—2007与GB50189—2005冷水机机能效限值比较

参考文献1 International Energy Agency(IEC).Modernising Building

Energy Codes，2013:4.

2 徐伟. 国际建筑节能标准研究. 北京：中国建筑工业出版

社，2012.

3 Eurostat and European Commission. EU directorate-general

for energy，2011.

4 中国建筑节能协会.中国建筑节能现状与发展报告. 北

京：中国建筑工业出版社，2012.

5 中华人民共和国建设部. 公共建筑节能设计标准

（GB50189—2005）2005.

6 http://www.sustainablebuildingscentre.org/.

7 ISSN1041-2336.ANSI/ASHRAE/IES Standard

90.1-2010，2012.

8 中华人民共和国建设部. 建筑照明设计标准.

（GB50034—2004）. 2004.

9 孙茹雁，乌尔夫. 赫斯特曼. 节能建筑从欧洲到中国. 南

京：东南大学出版社，2011.

表7 ASHRAE90.1—2010规定的各类建筑照明功率密度限值（W/m2）

表8 GB50034—2004规定的各类建筑照明功率密度限值（W/m2）

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