为什么绿色建筑不辜负能源效率的炒作？

不久前，在英格兰西南部，一个当地社区着手将一所 1960 年代的老式学校替换为一栋采用三层玻璃窗和超级隔热墙的新建筑，以实现尽可能高的能源效率。新学校自豪地与旧学校在同一地点开学，拥有相同数量的学生和相同的校长——而且很快一个月消耗的能量比旧建筑一年消耗的能量还多。新大楼的地暖系统设计得非常糟糕，即使在冬天，窗户每天也会自动打开几次以排出热量。停车场里的一个摄像头不知怎么连线了，就好像它是一个热传感器一样，只要有任何东西从镜头前面经过，就会发出能量呼叫。据参与调查的巴斯大学专家戴维·科利 (David Coley) 说，这是“灾难目录”。许多灾难都可以追溯到建筑能源模型，这是一种能源使用的软件模拟，是设计任何绿色建筑的关键一步。除其他错误外，设计师从一个孤立的教室的简化模型中推断出他们的计划，该模型设置在平坦的景观中，一天中的大部分时间都充满阳光。这决定了窗户着色和遮阳以减少太阳能增益。似乎没有人注意到新学校实际上坐落在一个被遮荫树环绕的山谷中，需要它所能获得的所有太阳能。教室太暗了，不得不整天开着灯。这是一个极端的案例。但据 Coley 说，这也是一个很好的例子，说明过于乐观的能源建模如何导致“能源绩效差距”，这个问题在绿色建筑项目中已经变得非常熟悉。性能差距是指能源改进（通常花费巨大）未能实现承诺的部分（或有时全部）节能。例如，去年对德国翻新公寓楼的一项研究发现，他们未达到预期的节能 5% 到 28%。在英国，对从超市到医疗保健中心的 50 座“前沿现代建筑”进行的评估报告称，它们“通常使用的能源比设计允许的高出 3.5 倍”——平均生产量是其设计允许的 3.8 倍。预测的碳排放 用一位建筑技术专家的话来说，性能差距是“一个巨大的、可怕的巨大问题”，这并不夸张。尽管公众对能源消耗和气候变化的关注主要集中在汽车每加仑英里数上，但整个运输部门——包括火车、飞机、轮船、卡车和汽车——仅占美国气候变化排放量的 26%。根据美国绿色建筑委员会的数据，建筑物占 40%，它们是增长最快的排放源。消除绩效差距对欧盟国家尤其重要，它们具有法律约束力的承诺，即到本世纪中叶将排放量比 1990 年的水平减少 80% 至 95%。但是，对于任何试图弄清楚在特定能源改进上投资多少的人来说，有信心知道会带来什么节省是很重要的。研究人员普遍将性能差距归咎于建筑商的粗心工作、过于复杂的节能技术或建筑物最终居住者的不良行为。但在一项新研究中，科利和他的合著者将大部分责任归咎于无能的能量建模。该研究的标题提出了一个挑衅性的问题“建模者是否识字？”更具挑衅性的是，巴斯大学的一份新闻稿将有关建筑能源性能的误导性声明比作大众汽车排放丑闻，其中柴油发动机汽车的实际排放量比“汽车制造商承诺的性能”高出 40 倍。 ”

在他们的研究中，Coley 和他的合著者调查了 108 名建筑行业专业人士——建筑师、工程师和能源顾问——他们经常使用能源性能模型。为了让问题简单化，研究人员要求参与者查看最近更新的典型英国半独立式住宅，以满足当前的建筑规范。然后他们要求测试对象对哪些改进对能量表现的影响最大。他们的答案与客观现实几乎没有相关性，正如一项研究在一年中逐小时监测该家庭的实际能源性能所确定的那样。根据该研究，四分之一的测试对象做出的判断“看起来比随机响应的人更糟糕”，该研究得出的结论是，建模人员的样本“以及建筑建模人员的人口，不能被视为具有建模知识。”不出所料，这个结论引起了轩然大波。 “这个样本对我来说似乎很奇怪，”劳伦斯伯克利国家实验室的建筑技术专家埃文米尔斯说，“包括这么多在实践中初级的人，然后对整个行业进行批评。”他指出，在 108 名测试对象中，几乎三分之二的人拥有五年或更短的建筑经验。但是 Coley 和他的合著者发现，即使是具有“更高水平的资格，或具有多年建模经验”的测试对象，也不比他们的后辈更准确。无论如何，米尔斯承认，“性能差距是真实的，我们必须意识到模型没有正确捕捉事物。在我们的案例中，建模者会提出比房屋能源使用量更多的节能措施，因为他们只是在使用模型，而没有关注真正的房屋。美国绿色建筑委员会的盖尔汉普斯迈尔说，这类问题——能源模型显示不合理的结果——在 50% 的通过 LEED 认证过程的项目的初步阶段也会出现。她说，设计师倾向于采用“黑匣子”方法，提供特定能源模型所需的任何输入，然后“不评估这些结果的合理性”就接受输出。 “您总是会遇到垃圾进/出的问题，建模人员确定他们是否正在将垃圾排出的能力至关重要。”那么有什么解决办法呢？ Coley 说，目前对能源建模师的认证要求“非常温和”，但是“当你试图相对较快地开始工作时，你不能让每个人都回到大学三年。”无论如何，问题不在于正式意义上的教育。 “这与反馈有关，”他说，或者是缺乏反馈。建筑文化认为，建筑师——但不是能源建模师——旅行数百英里，看看实际建筑与他们设计的建筑相比如何，这是完全合理的。对于能源建模人员来说，他们甚至不希望在第一年就与建筑经理通电话，询问能源使用情况与原始模型相比如何。因此，Coley 说，能量建模可以变得像理论物理学：“你可以很容易地创建一个完整的理论网络，然后你会发现自己研究的是理论的物理学，而不是现实世界的物理学。”他建议，答案是监管要求，建模人员通过定期检查他们的预测与建筑物的实际能耗来跟进他们的工作。适度激励的系统也可以使反馈更广泛地可用——例如，承诺为承诺将实际能源使用情况发布到在线数据库的开发商在规划许可过程中抽出三周时间。汉普斯迈尔表示，绿色建筑委员会已开始要求为寻求 LEED 认证的项目提供此类报告，目前正在开发一个在线平台，“以便建筑业主跟踪自己的表现并将其与其他建筑进行比较。”

Coley 认为，第二个问题是政府机构倾向于在设计过程开始时要求简化能源模型。这些要求通常包括关于能源使用的某些统一假设，从而更容易将一栋建筑与另一栋建筑进行比较。 “因为你必须在一开始就这样做，所以它成为默认设置，这就建立了一种‘爱丽丝梦游仙境’的世界，建模者对这个人造世界进行建模也就不足为奇了。”但根据汉普斯迈尔的说法，至少在美国，近年来这已经不是一个问题。她说，目前的建筑规范要求“相当好”。 “他们不会说，'模拟一座建筑物每天占用八小时的能源使用情况'”或其他一些随意的标准。相反，“他们明确指出，所有能源使用都必须按照预期进行建模。”从这一切中得出的结论不是诋毁能源建模，而是改进它。 Coley 说，建筑商越来越需要真实的建模，这些建模者需要对建筑物理学有深入了解，并且对真实建筑的经验至少与能源模型一样多。否则，结果将是价值 5 亿美元的办公大楼，在南面的玻璃太多，导致里面的每个人都在炎热的夏日午后烘烤。如果没有智能能源建模，结果将是世界将更快地陷入失控的气候变化。 “这不是火箭科学，”伯克利实验室的米尔斯说。但随后他又补充道，“这比火箭科学还难。”