建筑能耗研究的国内文献综述
1.1城市建筑能耗相关研究
国内针对城市尺度建筑节能相关的研究总体趋势与国外相同,总体看来,与研究较为全面系统的针对城市规模的交通能耗相比,建筑能耗相关研究尚处于起步阶段[10]。同时,国内的主要研究多停留在理论层面,实际应用较少。
一部分学者较为全面地对国内外低碳城市建设的经验进行了总结与对比。早期清华大学江亿对比国内外建筑能耗数据,发现造成国内外建筑能耗不同的主要原因是生活模式和文化理念的差异[11],因此我国的城市建筑节能不能盲目跟随国外的脚步。顾朝林、邱红等人从理论和实践两方面对国外在气候变化、碳排放与低碳城市的关系研究方面进行了论述,厘清了低碳城市阶段性特征、层次结构及发展表征的特点[59,60]。冯悦怡等人通过构建LEAP情景预测模型,对2007年~2030年间北京市在基准(BAU)、政策(BP)和低碳(LC)3种情景发展模式下的能源需求、能源结构和碳排放三方面变化趋势进行预测,探讨不同发展路径对城市未来能源消耗和碳排放可能造成的影响[61]。
部分学者在以上研究的基础上,具有针对性地提出了适应我国国情的低碳城市发展策略和建议。龙惟定等人就根据中国城市发展特点,提出了要规划紧凑型、集约型和混合型的空间形态,以节能为规划基础的规划理念[62]。孟晓敏等人从低碳城市建设政策角度入手,基于我国当前在低碳城市建设中面临的问题,从政策视角提出了国家低碳城市建设的分析框架,并针对我国国情因地制宜地提出相应对策[63]。同时,还有部分学者着眼于技术层面,制定了相应的针对城市规划在节能效果层面的评价指标。龙惟定等学者从城市能源需求侧角度出发,概况介绍了能源系统规划步骤[64],以城市能源消耗的类型为切入点,分别构建了城市生产型能耗和消费型能耗的关键性评价指标体系[65]。杨玉兰和李百战等人,通过群体决策环境下层次分析法权重模型,确定了一套夏热冬冷地区居住建筑能效评价指标体系[66]。吴建生等人设计并构建的城市最终节能效果的评价体系包括低碳经济、城市建设规模、总体能耗水平、生态环境以及开发建设过程五个方面并利用遥感技术及空间相关性分析等方法对全国284个地级市进行能源消耗和碳排放分析,得出城市节能发展水平受行政等级、产业转型等因素影响[67]。我国的城市尺度节能研究伴随着低碳城市的建设开展,研究重点集中于对宏观政策和发展策略的探讨。
1.2建筑能耗模拟相关研究
近年来,城市模拟模型成为我国城市建筑能耗研究的主要研究方法。模型多采用抽象化的数学方法来应对城市系统的复杂变化和不确定性因素,同时可以对城市政策的执行和城市规划方案的制定进行科学合理的评估和支持。同时,大数据时代的来临以及数据处理技术和地理信息技术的发展也为城市模拟模型提供了技术支持。
目前城市建筑能耗研究模型可分为“自上而下”和“自下而上”两大类。自上而下的能耗模型通常旨在拟合大尺度、长时间的能耗或二氧化碳排放量与城市经济和社会因素的关系。龙惟定等人开发了一种区域能源系统优化模型,可以使多种能源技术在社区层面实现统筹优化[68]。郑伯红等人基于低碳城市建设中重点关注的产业、交通、建筑和自然碳汇等方面对乌鲁木齐的低碳建设示范区进行模型模拟,并从空间优化的角度提出相应的建议与对策[69]。相较于自上而下的能耗模型,自下而上的模型主要通过分项计算单体或者某类典型建筑能耗值,进而采用聚合法对研究范围内的总能耗量进行预测,具体包括物理模型、统计分析模型和混合型模型三类。冷红和孙禹等人依据英国伦敦的非居住建筑能耗数据,借助地理信息系统和贝叶斯方法计算构建城市建筑能耗分布量化模型,以支持地方政府进一步针对空间单元采取更有效的节能政策[70]。清华大学孙红三等人针对建筑用能行为的定量描述过程中存在的问题,提出了扩展标识语言架构(obXMLSchema),并基于此分析了使用者行为与建筑能耗间的定量关系[71]。重庆大学李百战、蒲清平等人建立重庆市居住建筑能耗预测多元线性回归模型,为相关能源政策的制定提供有力的数据支持[72,73]。哈尔滨工业大学孙澄等人将能耗构成与稳态公式相结合,探究了办公建筑能耗的空间形态参数及阈值,并通过归纳典型空间模型构建整体能耗预测模型,用以节能设计指导[74]。天津大学欧阳娟娟以深圳为例研究夏热冬暖地区办公建筑能耗多元回归预测模型,用以对建筑节能设计参数进行权衡分析[75]。
然而,随着城市系统的不断复杂化,不确定性问题逐渐显现,单一类型的模型在一定程度上已无法满足研究的需要。剑桥大学刘伦和北京城市规划研究院龙瀛等人通过对城市模型的发展历史、现状及前景进行总结,发现目前城市模型以“问题导向型”城市模型为主,更加侧重“自下而上”与“自上而下”的结合,在未来的研究中应注重城市模型与实践的结合[76]。哈尔滨工业大学冷红、孙禹等人对城