纠正“120瓦”的假设：基于人口统计数据的代谢率计算方法，以实现建筑物的节能和热舒适性均衡

《ENERGY AND BUILDINGS》：Correcting the 120-watt assumption: Demographic-aware metabolic rates for energy savings and thermal comfort equity in buildings

基于22,000份 occupants记录，研究通过96次EnergyPlus年度模拟量化了建筑标准中120W/人代谢假设的误差。结果显示：使用93W/人现实均值可使HVAC能耗降低4-10%，结合PMV自适应控制节能提升至12%，同时将性别舒适差异缩小50%。研究证实建筑标准需更新为分人群代谢模型，以实现能效提升（平均节能8.6%）和包容性设计。

　　本研究探讨了建筑能耗标准中长期沿用的“每人120瓦”代谢热增益假设的潜在问题，并通过一系列模拟实验分析了该假设对建筑能耗和舒适度的影响。当前国际通用的建筑能耗标准，如美国采暖制冷工程师学会（ASHRAE）的90.1标准、欧洲标准EN 16798-1以及中国的GB 50189标准，均假设办公人员的代谢热增益为120瓦/人。然而，大量实地和实验室研究表明，实际的静坐活动代谢率显著低于这一标准值，男性约为90–110瓦/人，女性约为70–90瓦/人。这一差异导致了建筑系统设计的系统性偏差，进而影响了能源使用效率和室内热舒适度。

研究团队通过96次年度EnergyPlus模拟，评估了不同代谢率假设对建筑系统能耗和舒适度的影响。这些建筑模型涵盖了美国能源部（DOE）提供的四种典型建筑类型：大型办公室、小型办公室、零售商业综合体和中学。模拟的气候条件包括东京、斯德哥尔摩、戴维斯-蒙森（凤凰城）和迈阿密，这些地点代表了从温带寒冷到热带潮湿的多种气候类型。通过使用超过22,000条办公人员记录构建的性别和年龄敏感的代谢率模型，研究团队发现，采用更现实的中位数代谢率（约93瓦/人）能够减少HVAC系统年度能耗4–10%，而不会增加热舒适度的不适感。进一步引入基于预测平均投票（PMV）的自适应控制策略后，节能效果提升至12%，并且显著缩小了性别间的热舒适度差距。

这一研究结果不仅揭示了现有建筑能耗标准中代谢热增益假设的局限性，也提供了更新标准和模拟默认值的理论和实践依据。传统的代谢率模型主要基于Fanger的实验室研究，该研究以欧洲和北美男性为主，其得出的1.2 met（即120瓦/人）标准并未充分考虑性别和年龄的多样性。因此，即使在不同国家和地区的建筑规范中，代谢率假设仍然保持一致，从而导致了全球范围内系统性高估建筑内部热负荷的问题。

研究还指出，目前的建筑能耗模型在考虑代谢率时往往过于简化，仅采用单一的BMR（基础代谢率）公式或有限的敏感性范围。这种做法忽视了性别、年龄和气候条件对代谢率的综合影响，使得建筑能耗预测存在偏差。通过引入基于实际数据的代谢率模型，研究团队不仅量化了当前标准对能耗和舒适度的影响，还展示了采用更现实的代谢率假设如何提升建筑能效和热舒适度的公平性。

此外，研究还强调了自适应控制策略在提升建筑系统能效和舒适度方面的重要作用。基于PMV的自适应控制系统能够根据实际热环境条件调整空调系统运行参数，从而实现更精准的温度控制。这种策略不仅有助于减少不必要的能源消耗，还能有效缓解不同性别和年龄群体在热舒适度上的差异。研究团队通过模拟实验验证了这一策略的有效性，并发现其在降低能耗和提升舒适度方面具有显著优势。

尽管研究结果具有重要的理论和实践意义，但研究团队也指出，目前的模拟实验仍然缺乏直接的实证数据支持。因此，未来的研究可以结合传感器测量和实地调查，进一步验证代谢率模型的实际适用性。例如，使用可穿戴设备测量人体热流，或通过持续的热舒适度调查获取更准确的用户反馈。此外，研究还提到，实际建筑中的人类行为、自适应舒适度响应以及HVAC系统的运行情况可能会与模拟条件存在较大差异，因此需要更多的现场数据来优化模型。

总体而言，本研究通过系统分析和模拟实验，揭示了建筑能耗标准中代谢热增益假设的局限性，并提出了更新标准和模拟默认值的可行路径。采用更现实的代谢率模型不仅能够减少不必要的能源消耗，还能提升建筑系统的热舒适度公平性，从而为未来的建筑节能和环境设计提供科学依据。研究团队的成果为建筑行业提供了新的视角，促使各方重新审视当前的能耗标准和模拟方法，以实现更高效、更公平的建筑环境。