第一章 绪论
能源的开发、利用及其引发的“能源危机”和“全球气候变化”成为全球日益关注的议题。如何全力推动节能减排工作，不仅关乎我国能源安全、经济可持续发展和人居环境改善，而且关乎全球能源资源、气候环境等人类生存发展的关键问题。
2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”
建筑业与工业、交通并称能源消费的三大领域，建筑能耗造成的二氧化碳排放占比可达我国二氧化碳排放总量的1/4左右。随着城镇化进程的推进、服务业在国民经济中比例的提高和人民生活水平的提高，建筑能耗还会进一步提高。因此，建筑节能是我国落实节约资源、保护环境及实现“碳中和”目标的重要手段。
1.1 建筑节能现状
1.1.1 建筑能耗情况
近些年，由于人口的大量增长及人们对健康、舒适室内环境的追求，建筑能耗呈快速增长态势。据统计，全球范围内建筑能耗占全部能源消耗的40%左右（Omer，2008）。在我国，2016年全国建筑能源消费总量为8.99亿吨标准煤，占全国能源消费总量的20.6%，其中电力占建筑能源总消耗的46%；建筑碳排放总量为19.6亿吨二氧化碳，占全国能源碳排放总量的19.4%（中国建筑节能协会能耗统计专委会，2019）。在美国，建筑能耗占社会总能耗的41.1%，其中建筑耗电量占社会总耗电量的73.6%；建筑碳排放量贡献了全部碳排放量的40%（United States Department of Energy，2012）。在中国香港特别行政区，由于金融业、商业、服务业等第三产业占主导地位，各类建筑成为社会生活的主要场所，整个香港特别行政区有接近91%的电力是被建筑消耗的。
伴随着建筑业的发展，对用于改善居住环境的采暖、通风与空调的需求也获得了巨大的增长。据统计，建筑能耗有近 50%用于室内采暖、通风与空调（Pérez-Lombard et al.，2008）。特别是商业、办公等公共建筑，在建筑全生命周期内保持空调系统的高性能运行对建筑的可持续性至关重要（朱能等，2015）。然而，实际运行中建筑空调系统的能效常常大幅度低于预期（吕石磊等，2009；肖益民等，2007）。其主要原因既包括前期的设计因素（比如设备选型不合理），也包括后期的运行因素（比如运行策略、控制系统等不合理）。就设计因素而言，设备选型大多基于设计负荷且附加了一定的安全系数，当后期运行中实际负荷大大低于设计负荷时，在没有对运行实施优化的情况下，实际能效显著低于设计预期。现有研究表明，对建筑空调系统实施故障诊断、故障矫正并有针对性地应用优化控制运行策略，整个系统的能耗可降低20%～50%（Kissock，1993；Claridge et al.，1994；Liu et al.，1994；Claridge et al.，2000）。高效、可靠、优化的空调系统运行不但能够营造舒适健康的室内环境、提高系统的整体能效，还可以延长设备的服务寿命、降低设备维护成本（燕达等，2018）。
1.1.2 建筑节能规范、标准和能效标识
建筑节能是指在建筑物的全生命（设计、建造和使用）过程中，执行建筑节能的标准和政策，使用节能型的建材、器具和产品，提高建筑物的保温隔热性能和气密性能，提高暖通、空调系统的运行效率，以减少能源消耗。
为了减少建筑能耗及提升建筑整体能效，我国自20世纪80年代以来制定并实施了一系列相关政策、规范、制度及技术标准，主要包括建筑节能规范标准、建筑能效标识评价制度及倡导发展绿色建筑等（林波荣，2005）。
1. 建筑节能规范、标准
1986年，我国颁布实施第一个建筑节能标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—86），要求新建居住建筑在1980年当地通用设计能耗水平基础上节能30%，被称为第一步节能（即30%节能）。
1995年，我国修订并发布了《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95），要求建筑采暖能耗在1980—1981年当地通用设计的居住建筑采暖能耗基础上，降低50%，被称为第二步节能（即50%节能）。在此前后《建筑气候区划标准》（GB 50178—93）、《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》（JGJ 129—2000）、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2001） 、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2003）、《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）、《民用建筑热工设计规范》（GB 50716—2016）等相关行业和国家标准发布。
2005年起，在达到第二步节能的基础上再节能30%，即达到65%节能的目标，称之为第三步节能。实施的相关标准为《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2010）和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2010），此两项标准是配合“十二五”规划对节能的要求，于2010 年8 月1日实施。
我国香港特别行政区自1995年以来相继颁布了多个建筑节能相关的守则和条例（励志俊，2015）。第一个与建筑节能相关的规范是《建筑物整体热传递值守则》（Code of Practice for Overall Thermal Transfer Value in Buildings），于1995年颁布并强制实施，其主要目的是在设计阶段控制建筑物围护结构的整体传热性能，但未涉及影响建筑能耗的其他因素（如照明、空调等）。1998年及2000年，特别行政区政府机电工程署分别颁布了4部主要屋宇设备的能源效益守则：《空调装置能源效益守则》、《照明装置能源效益守则》、《电力装置能源效益守则》和《升降机及自动扶梯装置能源效益守则》。这4部守则合称为《屋宇装备装置能源效益实务守则》，自1998 年起鼓励各建筑物自愿遵守执行。为进一步推广建筑物能源效益，2012年特别行政区政府以法律的形式颁布了香港特别行政区法例第610章《建筑物能源效益条例》，要求相关类型的建筑物强制执行《屋宇装备装置能源效益实务守则》。
在美国，也常常通过颁布类似的立法和政策来促进建筑节能，实现环境的可持续性。大多数州采用并实施建筑能源法规（BEC）和设备标准。2005年颁布的能源政策法案是迄今*新的版本，在建筑节能方面要求新建联邦建筑物必须比美国采暖、制冷和空调工程师协会（American Society of Heating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，ASHRAE）和国际节能规范（International Energy Conservation Code，IECC）标准的能源效率提高30%；要求已有联邦建筑必须通过建筑和家电升级，与2003年的能耗水平相比每年降低2%，至2015年，将能耗降低20%。
2. 建筑能效标识
建筑能效标识（Building Energy Efficiency Labeling）是指对反映建筑物能源消耗量及其用能系统效率的性能指标进行检测、计算，以信息标识的形式进行明示。建筑能效标识作为一种新的管理机制和技术手段，是建筑节能的助推器，其对明示建筑能耗状况、促进高性能建筑的发展有着重要的意义（吕晓辰等，2009）。
国外建筑能效标识发展较早（王祎等，2010），1993年丹麦采用EM（Energi Maerkning sordninger）体系和ELO（Energi Ledelses Ordningen）体系对建筑的供热能效进行标识，通过建筑热模拟程序计算建筑全年能耗，并与类似建筑进行比较，这项标识于1997年开始强制执行。英国对住宅采用SAP（Standard Assessment Procedure）能量等级的标准评估程序；对其他非住宅建筑类型采用SBEM（Simplified Building Energy Model）方法。SAP方法基于建筑的年度净能耗进行定级（供热、通风、照明），分数为1～100（100即零能耗，分数越高能耗越低）；同时计算住宅的CO2排放量，确定环境影响等级，分数同样为1～100。美国于1998年开始面向商用建筑和新建住宅建筑采用“能源之星”（Energy Star）建筑标识。此外，LEED（Leadership in Energy and Environmental Design）也是被广泛采用的美国绿色建筑认证体系，评价对象主要是公共建筑和高层住宅。LEED综合考虑建筑的可持续发展、节水、能源消耗、室内环境等多方面的因素，根据得分情况分为4个等级：“白金”“金”“银”“及格”。
在中国香港特别行政区，《香港建筑环境评估法》（Hong Kong Building Environmental Assessment Method，HK BEAM）是由建筑环保评估协会有限公司（BEAM Society Limited）于1996年推出的。HK BEAM认证体系是一项自愿参与计划，旨在通过建立广泛认可和应用的标准，鼓励和促进香港可持续的绿色建筑设计与开发。我国内地第一个有关绿色建筑的评价、论证体系是2003年由清华大学、中国建筑科学研究院、北京市建筑设计研究院等科研院校和机构组成的课题组所公布的“绿色奥运建筑评估体系”。2005年，我国首次正式颁布了关于绿色建筑的技术规范：《绿色建筑技术导则》和《绿色建筑评估标准》。《绿色建筑技术导则》中建立的绿色建筑指标体系，由节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源、室内环境质量和运营管理共6类指标组成。2006年3月1日，适用于城镇新建和改建住宅性能评定的国家标准《住宅性能评定技术标准》（GB/T 50362—2005）开始实施，这个标准反映的是住宅的综合性能水平，体现了节能、节地、节水、节材等产业技术政策。2008年10月1日，《民用建筑节能条例》（中华人民共和国国务院令第530号）开始实施，其中第二十一条对民用建筑能效测评标识工作做了如下规定：“国家机关办公建筑和大型公共建筑的所有权人应当对建筑的能源利用效率进行测评和标识，并按照国家有关规定将测评结果予以公示，接受社会监督。”2008年6月26日，《民用建筑能效测评标识技术导则（试行）》（建科〔2008〕118号）开始实施，它将民用建筑能效水平划分为5个等级，并以星级为标志。2013年3月1日，行业标准《建筑能效标识技术标准》（JGJ/T 288—2012）开始实施，它将建筑能效标识分为建筑能效测评和建筑能效实测评估两个阶段，建筑能效标识以建筑能效测评结果为依据，建筑能效测评包括基础项、规定项与选择项的测评。建筑能效标识划分为3个等级，以星级为标志。
1.2 建筑节能基本技术
实现建筑节能的基本技术方法可分为以下三类。
1. 建筑物本体节能技术
优化的规划和设计：从整体综合设计概念出发，在进行建筑规划和设计时，利用气候适应性原则（付祥钊，2008），根据建筑所处的具体环境气候特征（周孝清等，2019），充分利用自然环境资源（自然风、阳光、水体、地热、地形等）来营造适宜的建筑室内微环境，以尽量降低对建筑设备的依赖。比如，对小区各建筑布局进行优化设计，可以*大限度地利用自然风来改善室内微气候；对建筑朝向的优化设计，可以更好地利用本地太阳的光照。
选择合理的围护结构：选择合理的围护结构是建筑节能设计中的关键，通过改善建筑物围护结构的热工性能（张寅平，1996；张华玲等，2012；赵立华等，2015），在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，从而减少建筑冷、热消耗量（陈友明等，2004；孟庆林等，2006；江亿，2011；徐新华，2013；李念平
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