1.1 课题研究背景
在我国，建筑节能工作于二十世纪七十年代开始起步，当时开展区域主要为北方集中采暖地区，以住宅建筑为主。节能措施主要集中在围护结构上，例如：加强门窗气密性、改善墙体保温隔热性等。并于 1986 年开始陆续颁布了《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑）》、《关于加快墙体材料革新与推广节能建筑的意见》等重要节能标准。2005 年，我国颁布的《公共建筑节能设计标准》，要求新建建筑必须达到节能 50%的设计标准，对我国新建建筑节能工作的全面开展起了极大的推动作用。然而我国大量存在的仍旧是既有建筑为主，这些建筑多建于上世纪八九十年代，此时我国建筑节能工作尚处于起步阶段，社会对节能的重视程度不高，在建筑热工和节能方面缺乏相关的规范和政策，为了使建筑造价降低，往往围护结构设计较简单，导致热工性能较差；建筑室内热环境设计不合理，建筑用能效率低下。其中，公共建筑除了围护结构保温隔热性能差外，供暖空调系统也存在设计不合理及缺乏可调节性、室内温湿度控制不灵活等诸多问题，导致许多公共建筑单位面积的能耗偏高，这些既有公共建筑中 90%以上是高能耗建筑，甚至远高于当地居住建筑单位面积能耗，可谓“能耗大户”。因此，对这部分高能耗建筑采取行之有效的措施，即对其进行节能改造，降低其能耗，对我国现阶段的建筑节能工作具有重大意义。公共建筑与居住建筑有所区别，但同属于民用建筑，《民用建筑设计通则》对其做出了定义：公共建筑是供人们进行各种公共活动的建筑，包含办公建筑，商业建筑，旅游建筑，科教文卫建筑，通信建筑以及交通运输类建筑[2]。
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1.2 国内外研究现状
上世纪七十年代，石油危机第一次波及全球，随着能源资源的有限性逐渐呈现，在一些发达国家，建筑节能工作开始提上日程，得到快速发展。近年来，各国更是开始从消极被动地节约用能向积极主动提高能源利用效率方面转变。从上世纪九十年代到现在，提高能源使用效率，促进可再生能源的生产供应，以获得最大的经济、环境和社会效益，一直都是发达国家致力研究的课题。近来许多欧洲国家率先提出可持续发展理念，100%利用当地可再生能源发电和供热，并已经付诸实施，兴建了一些以被动式住宅（passivehouse）为主的低碳社区，如瑞典的“明日之城”[4]。发达国家于上世纪七十年代开始意识到节能的重要性，建筑节能工作在那时便开始展开，发达国家建筑节能工作可以概括为三个主要阶段：（1）限制用能阶段。该阶段始于 20 世纪 70 年代的石油危机，迫于能源短缺带来的巨大压力，发达国家先后将建筑节能工作提上日程。这一阶段的建筑节能工作的主旨是限制用能，该方法一定程度上缓解了当时的能源危机。（2）提高用能效率阶段。这一阶段，随着生活水平的提高，建筑环境舒适度逐渐成为人们关注的焦点，上一阶段提出的限制用能不能满足这一要求。发达国家开始提出“健康建筑”概念，建筑节能开始向着提高建筑中的能源利用效率这一方向发展。（3）绿色建筑阶段。在前两个阶段的基础上，建筑节能得到了科学发展，开始强调全寿命周期的节能，污染的减少以及建筑室内外环境的和谐与舒适，即绿色建筑阶段。此阶段，发达国家开始注重对可再生能源技术的利用，并且提出被动节能技术，大量的“零能耗”建筑从理论走向实践。美国是个经济大国，但同时也是个能耗大国，因此能源危机一出现，其首当其冲。在石油危机开始不久，美国的学者开始对各类公共建筑，如写字楼、商场、宾馆、学校以及居住建筑进行能耗调研分析，为今后的节能改造研究工作积累了宝贵的资料[5][6]。政府方面，美国于 1992 年颁布了《国家能源政策法》，并开始要求提高能源效率，提倡能源节约，确立了新的能源发展方向，如能源多样化、开发新能源等。此外，美国政府还制定了一系列经济激励政策，这些政策的实施，保证了其对既有建筑节能改造的完成。低收入家庭的节能计划除了经济效益突出外，还带来很多的环境效益，为美国节能改造工作做出了相当大的贡献[7]。
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第 2 章 山东地区既有公共建筑节能现状调研分析
2.1 山东地区气候特点及地理概况
山东是我国东部沿海经济大省，地理位置（见图 2.1）处在华北平原上，全省境域介于东经 113°87.5′～123°42.3′，北纬 34°22.9′～38°24.1′，全省东西长约 710公里，南北最大距离 420 公里，全省面积 15.8 万平方公里。境域包括半岛和内陆两部分，东部半岛三面环海（渤海、黄海），西部连接内陆，黄河下游与京杭大运河从中穿过，西面与河北、河南接壤，南面与安徽、江苏交界。山东省亦是人口大省，约 9900.0 万，下设 17 个市 140 个县市（见图 2.2）。山东地区地形可概括为中部凸起、四面起伏和缓。鲁中南地区以山地丘陵为主；西北部则是被黄河下游冲击形成的平原，地势平坦，平原地形占全省面积的 56%，山地与丘陵约占 29%，另有少量洼地与湖沼。山东省受季风影响明显，属于暖温带季风气候，年平均气温在 11.0℃～14.2℃之间，由东北沿海向西南内陆年平均气温逐渐递增。全省最冷月为 1 月份，平均温度-4.4℃～-0.8℃；内陆最热月一般出现在 7 月，但半岛东部、东南沿海受海洋影响，最热月出现在 8 月，平均气温比 7 月份高 0.4℃～3.7℃。7 月平均温度为 23.6℃～27.4℃，由东向西递增。极端最高气温为 34.0℃～43.0℃，极端最低气温在-26.8℃～14.2℃之间。山东省一年四季中冬季时间最长，一般为 140～165 天，寒冷干燥，夏季次之，约为 72～108天，夏季盛行偏南风，炎热多雨。春、秋两季则较短，约为 50～70 天。年降水量 584～905 毫米，且主要集中在 6～8 月份，光照充足，雨热同步。全省光照时数年均 2300～2900小时，日照百分率 52%～65%。在《建筑热工设计规范》中，根据各地气候不同，将全国分为温和地区、夏热冬暖地区、夏热冬冷地区、寒冷地区以及严寒地区，并提出了相应的建筑设计要求。山东地区地属寒冷地区（见图 2.3），其建筑设计主要为满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热。
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2.2 山东地区既有公共建筑节能现状调研概述
本次调研自 2015 年 5 月起，至 2016 年 1 月止。主要工作为：对山东地区既有公共建筑建筑的能耗调查和统计，主要调研对象是商务办公建筑、机关办公建筑、商场建筑、宾馆酒店建筑、医院建筑及学校建筑。采用抽样调查的方式，通过现场勘察填表及查看图纸等方式，对山东省全省共 991 栋既有公共建筑项目进行了调查。其中，商务办公建筑 212 栋、机关办公 238 栋、星级酒店建筑 210 栋以及商场建筑 331 栋(图 2.4～9 给出了部分调研的既有建筑类型)。调查内容主要可以分为两部分：首先是建筑基本信息，内容包括建筑物名称、建筑面积、建筑物所在地、竣工时间、建筑类型、所执行节能标准、建筑围护结构信息、供暖热源、空调冷源等内容；其次是建筑能源使用情况，内容为 2012～2014 年建筑物运行所消耗的电、人工煤气、天然气、煤炭、市政热力等能源的全年数据。表 2.1、2.2 为本次调研部分建筑耗能量情况。
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第 3 章 山东地区既有公共建筑能耗模拟及分析.....17
3.1 山东地区公共建筑围护结构类型情况汇总....17
3.2 能耗模拟软件 De ST........ 25
3.3 山东地区既有公共建筑能耗模拟...........26
3.4 本章小结....40
第 4 章 山东地区既有公共建筑节能潜力分析......41
4.1 山东地区建筑能耗影响因素...........41
4.2 山东地区既有公共建筑节能潜力分析...........41
4.2.1 对比评定法..........41
4.2.2 山东地区既有公共建筑节能潜力分析结果......42
4.3 山东地区既有公共建筑节能改造适宜性技术路线分析.......44
4.3.1 围护结构......44
4.3.2 空调供暖系统......47
4.3.3 照明系统......47
4.4 典型建筑节能改造技术路线的经济性分析...........48
4.5 本章小结...........53
第 5 章 结论与展望........54
5.1 结论...........54
5.2 展望...........55
第 4 章 山东地区既有公共建筑节能潜力分析
4.1 山东地区建筑能耗影响因素
建筑能耗影响因素主要有建筑类型、室外气象参数、建筑围护结构热工性能、建筑设备系统能耗、运行调节及管理等方面[50]，见表 4.1。山东省位于寒冷地区，根据上一章分析可知，该地区既有公共建筑冬季供暖能耗与夏季空调能耗在建筑能耗中占比较高，故降低供暖空调能耗，对该地区公共建筑节能工作有重大意义。本章将从围护结构、暖通空调系统及照明设备等几个方面分析山东地区既有公共建筑的节能改造潜力。对比评定法是当前用来判断建筑是否达到节能目标的一种常用方法，是指在原有建筑不能完全达到节能标准规定性指标要求的情况下，将原有建筑的全年能耗与参照建筑的全年能耗进行对比，来判断目标建筑能否达到节能目标。此处，参照建筑是按照原有建筑各项指标参数（如体形系数、窗墙面积比、建筑面积、高度、建筑内部空间划分和使用功能等）在计算机软件中建立的模型建筑，且该模型的围护结构的热工性能满足现行规范和标准的要求[56]。本文采用对比评定法对山东地区既有公共建筑进行节能潜力分析，通过节能量和节能率来权衡既有公共建筑的节能状态。首先将前文建立的四个典型建筑模型的外窗、屋面、外墙、暖通空调系统及照明及设备分别按照新
