建筑节能综合评价指标体系的建立──以夏热冬冷地区为例？
1.介绍
综合评价指标体系研究的关键在于如何选取充分反映建筑能耗情况的分项指标，如何确定各分项指标的权重以建立有机的指标体系，以及如何确定标准设计方案作为判断原设计稿是否节能的基准。在分析住宅建筑能耗主要影响因素的基础上，建立了由若干子指标组成的指标体系。借鉴“标准设计”的概念和用相对指标判断节能的思想，利用该指标体系比较“标准设计方案”与原设计草案的建筑能耗相对量，从而达到全面、简便判断原设计草案是否节能的目的。这种评价方法的目的是淡化专业知识的概念，不直接比较建筑能耗的绝对量，摆脱对能耗模拟软件的依赖，从而实现对原设计稿的全面、简单的节能评价。
2.住宅建筑能耗相关因素分析
2.1夏热冬冷地区居住建筑能耗特征
夏热冬冷地区一般在陇海线以南、南岭山以北、四川盆地以东，可以说是长江中下游地区。该地区7月气温普遍比同纬度其他地区高2℃左右，是该纬度除沙漠干旱区外最热的地区。1月气温普遍比同纬度其他地区低8 ~ 10℃，是世界同纬度冬季最冷的地区。夏热冬冷的气候特点决定了该地区建筑能耗的构成，即夏季空调能耗和冬季采暖能耗。同时，居住建筑与其他类型的建筑有相似之处，也有自己的特点。
2.2节能指标介绍
根据建筑节能指标的不同，可分为两种方法:一种是分项指标控制法(规定性指标)，即对建筑围护结构(墙体、屋顶、窗户)的传热系数、体形系数、窗墙比以及采暖、空调、照明设备的最低能效指标设定一个限值。由于分项指标过于具体，且各指标相对独立，缺乏有效关联，无法直接平衡建筑各部分的能耗；二是综合控制法(节能综合指标控制)，要求建筑整体能耗达到一定指标。耗冷指标、耗热指标、空调年耗电量和采暖年耗电量可以从整体上反映建筑设计质量、围护结构热工性能和暖通空调系统效率。但由于计算方法复杂，不能有效应用。
评价指标是节能子指标的综合和节能综合指标的简化。
3.综合评价指标体系的构成
夏热冬冷地区居住建筑节能综合评价指标体系将是一个由相互联系、相互制约、不同层次的指标组组成的有机整体，综合反映该地区居住建筑节能设计内涵的基本特征。
3.1室外气象特征指数
3.1.1度天
对于夏热冬冷地区，采暖空调天数将是反映气象特征的主要气象参数。《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)采用采暖天数HDD18和空调天数CDD26两个变量。本研究中，供暖节能效果分析采用气象变量供暖度日，空调节能效果分析采用气象变量空调度日。根据HDD18和CDD26确定当地住宅建筑的年采暖用电量和空调用电量。
3.1.2太阳总辐射
选取采暖期和空调期的太阳总辐射作为影响建筑全年能耗的太阳辐射因子的衡量指标。利用逐时气象数据生成系统(Medpha)生成全年逐时太阳总辐射，进而统计得到夏热冬冷地区主要城市采暖期和空调期的太阳总辐射数据。由于不同方向的太阳总辐射值不同，而窗户对太阳总辐射的变化比较敏感，因此将窗户正面与东面的夹角作为太阳总辐射变化的度量参数。
3.2建筑外形特征指数
3.2.1建筑朝向
“最佳朝向”和“最佳朝向范围”这两个概念是对各个地方影响朝向的两个主要因素日照和通风的观察和测量的结果。
形状系数
在原有体型系数概念的基础上，提出了“极限体型系数”和“体型完美系数”。极限体型系数是指建筑截面周长与面积的比值，反映了建筑截面形状对节能综合指标的影响。形状完善系数定义为极限形状系数与形状系数的比值，反映了在截面形状一定的情况下，建筑高度对节能综合指标的影响。
3.3建筑围护结构热工性能指标
为了简化分析，从屋顶、外墙和窗户三个方面分析了建筑围护结构的热工性能，其中门和楼梯间的内墙近似作为外墙处理。对于屋面和外墙，采用传热系数和热惯量两个指标，其中采用平均传热系数，即外墙传热系数采用面积加权法得出；对于窗户，使用传热系数和遮阳系数。
窗墙面积比是窗户开口面积与房间立面单元外墙面积的比值(即建筑高度与开间定位线围成的面积)。《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑)》JGJ26-95第4.2.4条规定，不同方向窗墙面积比不应超过下列值:北部0.25，东西部0.30，南部0.35。
3.4室内空气质量和暖通空调系统性能指标
室内环境和暖通空调系统的性能参数是建筑能耗分析的基准，与其他影响因素相比保持不变。因此，在选取评价指标体系中的子指标时，并没有从这两个方面选取相应的测量指标，而是将室内温度、通风次数、能效比等相关参数纳入建筑能耗分析，间接反映了ieq和HVAC系统的性能。
4.综合评价指标体系的层次关系
综上所述，17分项指标可从室外气象、建筑体形、建筑围护结构热工性能三个方面选取:采暖天数(HDD16)、空调天数(CDD26)、采暖期太阳总辐射、空调期太阳总辐射；反映建筑体形特征的极限体形系数、体形完美系数和建筑朝向，其中朝向表示为建筑正方向与东方向之间的夹角；窗墙比、屋顶传热系数和热惯性指数、外墙传热系数和热惯性指数、窗户传热系数和遮阳系数反映了建筑围护结构的热工性能，其中窗墙比分为前、后、左、右四个方向。建筑节能综合评价指标是建筑的年耗电量，是采暖和空调年耗电量的总和。
5.综合评价指标体系的应用
综合指标体系的应用是指建立17分项指标与综合指标之间的关系，可以通过17分项指标的数值来判断建筑是否节能，而不需要使用能耗分析软件进行复杂的能耗分析。子指标与综合指标之间的关系表现为评价指标体系中各指标之间的相对权重，因此指标之间权重的确定是应用该指标体系进行评价的关键。
5.1重量测定方法
神经网络能够完全逼近任何复杂的非线性关系，具有分布式存储、自适应和自组织的突出特点。目前应用最广泛的BP网络模型技术成熟，结构简单，工作状态稳定，可以把一组样本的I/O问题变成一个非线性优化问题。如果用BP网络来处理建筑能效的评价，可以通过学习自动总结和掌握各指标对能效综合指数的影响规律，各指标的权重以相对关联的方式隐含在网络中，使建筑能效的评价具有客观性和规律性，达到简单适用的目的。
5.2节能评价指标值
5.2.1输入参数
本文利用DeST能耗分析软件重新定义了节能综合评价基准。
由于能耗分析软件的局限性，本文对神经网络评价应用分析中的指标体系进行了简化:首先，由于软件的分析速度较慢，本文仅以长沙为例对神经网络进行训练。位置确定后，反映气象特征的四个指标值固定，节能分析所需样本将大大减少；其次，由于DeST软件的建筑围护结构数据库限制了对建筑围护结构热工性能更具体的分析，在确定节能样本的输入参数时，只能根据构件类型选择建筑围护结构热工性能，热惯量和遮阳系数被隐藏。
因此，节能分析样本的输入参数为10，每个参数有高、中、低三个级别。
各等级节能评价指标值
输出参数
节能的判断结果以节能百分比的形式给出。如果建筑符合节能要求，节能百分比为零或正；如果建筑不符合节能要求，节能百分比为负。节能百分比定义为:
式中:BEPi——节能百分比；
Es ——根据天数得出的建筑物年用电量的标准值，kWh/m2；
EI ——待评估建筑年耗电量的DeST模拟计算值，kWh/m2；
5.3 BP网络模型的应用
根据选取的节能分析样本，初步选定网络结构参数为:输入层节点数为10，隐含层神经元数为10× 3 = 30，传递函数为tansig，输出层神经元数为1，传递函数为purelin，节能评价指标体系神经网络模型结构为[10× 30]。BP网络结构的最终形式还没有完全确定。如果培训和检查结果达不到预期要求，将根据具体情况进行调整。
BP网络得到的训练样本网络的输出值与期望值的最大相对误差小于5%(少数异常情况除外)，测试样本网络的输出值与期望值的最大相对误差为4.3%。可以看出，该网络具有较强的自学习能力和良好的网络性能，表明了利用神经网络进行节能综合评价的可行性和有效性。
6.结论
该综合评价指标体系是根据夏热冬冷地区居住建筑能耗特点，以科学性、可行性、层次性、完整性、主导性和独立性为原则的有机整体。这是一个相互联系、相互制约、不同层次的指标组，是节能分项指标的综合，是节能综合指标的简化，能够全面反映该地区居住建筑节能设计内涵的基本特征。
建筑节能评估是一个输入输出问题。对于建筑节能的评价者来说，他们最关心的是从建筑的相关描述参数(输入参数)直接判断建筑是否节能(输出参数)，而不知道具体的分析过程。该评价体系可以淡化专业知识的概念，不直接比较建筑能耗的绝对量，摆脱对能耗模拟软件的依赖，从而实现对原设计稿的全面、简单的节能评价。
运用该指标体系进行评价的关键在于确定指标间的权重。本文提出的人工神经网络计算方法是可行和有效的。
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