其中包括燃煤工业锅炉改造工程、区域热电联产

作者:365竞猜 发布时间:2021-01-31 22:16

  随着经济的快速发展,国家对能源的需求越来越大,各类能源供不应求;而另一方面,能源的浪费却较为普遍。我国的建筑能耗是发达国家平均建筑能耗的 3 ~ 4 倍,每年建筑能耗约占全社会能源总消耗量的 30% 左右而且仍有持续上涨的趋势。特别是国内近几十年来兴建了一大批规模庞大的各类大型、特大型公共建筑以及规模日益扩大的住宅小区( 现在全国一年建成的房屋建筑面积比发达国家一年建成的房屋建筑面积的总和还要多,预计到 2020 年底,全国房屋建筑面积将达 686 亿平方米) ,其中的不少建筑,不论是在方案论证阶段还是在设计、施工、验收和日常管理阶段,都没有把建筑节能放在应有的重要位置,特别是没有把电气节能放在应有的重要位置,长此以往,将会造成新的、巨大的能源浪费。

  近年来,国家及相关部门已经深切意识到节能问题的重要性和紧迫性,建筑节能工作已经全面展开并不断深化,建筑节能的管理工作不断加强,建筑节能技术的研究不断深化,建筑节能设计标准不断完善,先后发布了民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)、公共建筑节能设计标准、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准等一系列国家和地方的节能标准、规范、图集,建筑节能设计标准的实施已从北方采暖地区扩展到南方夏热冬冷和夏热冬暖地区,从居住建筑延伸到公共建筑,并实施了一大批建筑节能试点及推广项目。节能技术领域也从围护结构节能、采暖空调系统节能逐渐扩展到各类用电设备和照明设备节能,以及可再生能源的应用等。而且随着社会的发展和文明的进步,公众节能意识不断增强,节能的理念也为越来越多的人所接受。这些都为建筑节能的推广和应用创造了有利的条件。

  但仍需清醒地看到,目前建筑电气节能还存在着不少问题,如:目前多数建筑节能设计标准、规范或规定均未把电气节能全面系统地纳入其中,为数不少的工程项目由于负荷计算不合理或用电数据不全导致 变压器选择过大、照明光源选择不当、照度设计不合理、建筑物室内照明及空调等未考虑节能控制方式、有的照明节能指标难以达到、立面照明及庭院照明未设光控环节(管理不善时白天也亮,白白浪费大量的电能)、风机及水泵起停控制仅设手动控制、电制冷机组的台数选择未重点考虑节能的因素、厨房用电不考虑节能控制、电梯未设群控或其他节能控制模式、自动扶梯未设节电感应控制,等等。

  目前有关建筑节能的标准、规范对指导和规范建筑节能设计无疑起到了十分积极的作用,但一些标准和规范只是突出某个专业或某几个专业的节能并对其做了相关的规定。例如,除了建筑物 围护结构、采暖通风空调等内容外, 建筑节能设计并未全面涉及其他专业的内容,即使是与电气专业有关的内容,也仅局限于对 采暖通风空调的监测与控制。通过笔者查阅大量的相关标准、规范及技术资料,上述情况较为普遍。因此这也存在着一些弊端,会使人认为建筑节能只是建筑围护结构、采暖或空调的事情,与其他专业无关,电气节能可有可无。其实建筑节能是一项十分艰巨而复杂的工作,它甚至比某些建筑智能化系统的应用更为困难,因为建筑节能涉及的专业和领域更为深入、更为广泛。建筑节能不仅仅是某个专业或少数几个专业的事情,而是涉及到各个专业,甚至涉及工程立项、设计、施工、管理、政府决策等各个环节。如果不对其进行系统、全面和综合的分析、研究和实施,要想做好建筑节能是十分困难的。

  笔者认为,建筑节能不仅需重点考虑建筑物 围护结构(围护结构的保温隔热等)、采暖通风空调等占建筑节能份额较大的内容,不仅要考虑建筑物的体型系数、面积系数、室内空间(如高大空间的节能问题)、自然采光、隔声、结构安全等内容,还应当系统、全面地综合考虑供配电系统节能、照明节能、电梯节能、电采暖的采用等电气节能指标以及耗能费用等影响建筑物节能的各个方面。

  建设部、科技部及国家发展和改革委员会于 2006 年下半年发布了《 “ 十一五 ” 十大重点节能工程实施意见》,其中包括燃煤工业锅炉改造工程、区域热电联产工程、余热余压利用工程、节约和替代石油工程、电机系统节能工程、能量系统优化工程、建筑节能工程、绿色照明工程、政府机构节能工程、节能监测和技术服务体系建设工程。其中的电机系统节能工程虽然将重点放在以工业用大容量电机为主,但仍可从一个侧面看出电气节能的重要性。

  与此同时,为指导全国建筑设计单位进行建筑节能设计,由建设部工程质量安全监督与行业发展司牵头,委托中国建筑标准设计研究院负责组织编制的《全国民用建筑工程设计技术措施 — 建筑节能专篇》(包括建筑、结构、给排水、暖通空调动力、电气五个分册),基本涵盖了目前可用于建筑工程的全部节能技术,其中电气节能专篇的内容与其他相关专业互相对应与衔接,充分体现出电气节能是建筑节能不可或缺的组成部分。

  电气节能设计的主要内容可分为: ① 供配电系统的节能(负荷计算、功率因数补偿、谐波治理、变配电设备选择等); ② 电气照明的节能(照明设计和设备选择、照明控制、光纤照明等); ③建筑 电气设备的节能(电动机、空调系统、 给排水系统、电梯、典型建筑设备等); ④计量与管理(电能计量、冷热量计量、中央空调系统的计量、居住小区的能耗计量等);⑤能源的综合利用(地源或水源热泵系统、太阳能光伏电源系统、冰蓄冷系统、蓄热式电采暖系统、 风力发电系统、热电 或热电冷 联供系统等)。

  由于国家近年来大力推动建筑节能工作,逐步强化建筑节能的设计审查和管理,建筑节能设计已经引起各设计单位的重视,特别是在电气设计的各个阶段均考虑与电气节能设计相关的内容。目前设计中涉及电气节能的较为常见的内容主要有:

  使供配电系统整体分布合理,减少线路损耗;对供配电系统的构成进行技术经济分析(如空调等季节性负荷单独设置变压器等);选用低损耗节能型的变压器;注重提高设备运行的负荷率,尽可能使变压器及电动机类电气设备等处在经济运行状态(目前国内各类工程变压器、电动机等用电设备 “ 大马拉小车 ” 的现象较为普遍);部分对供配电质量要求高的工程项目采用有载调压变压器(如我院设计的沈阳军区总医院中心变电所等),在确保供电质量的同时起到节能的作用;采用低耗无噪音节能型接触器;尽可能使三相负荷平衡;电梯、自动扶梯的节能控制;提高用电设备的功率因数,合理进行无功补偿;采取抑制和消除谐波的措施(如我院设计的沈阳五爱市场等)等。

  根据不同工程的使用要求合理选用高效节能型光源,尽可能不选白炽灯(个别设计中仍采用老式荧光灯的也均已在出图前经审查后改正);采用高效节能灯具,并多选用直接照射型灯具;按照现行的建筑照明设计标准所规定的功率密度值的要求进行照明设计(但有时难度较大,功率密度值往往难以达到建筑照明设计标准的节能要求);普遍选用电子镇流器或节能型电感镇流器;部分项目采用了照明节电器;尽可能多设置开关点,使灯具开关控制灵活,方便、节能;大进深房间或商场、大厅等大空间照明采用分区、分级控制,充分利用自然光,以节约电能;居住建筑楼梯间、内走道等采用声控开关,室外有关的照明灯具采用光控开关等节能控制;宾馆类建筑的客房均采用节能控制开关;个别档次高的项目采用了照明控制系统等。

  规模较大的重要建筑物采用了建筑设备监控系统实现节能控制;按空调系统控制要求进行节能控制;少量重要工程采用了变风量控制系统;风机盘管加新风系统,可起到一定的节能效果(但实际工程中常常在大面积场所与风机盘管一对一地配置风机盘管温控器,从应用效果上似乎不够合理);与暖通专业在方案、初步设计、施工图阶段均重点配合,使空调控制方案更趋于合理,具有更明显的节能效果。

  与给排水、暖通、动力等专业协调配合,合理采用节能型电动机及变频调速风机、水泵等节能设备,起到了明显的节能效果。变频风机通过变频方式调节空调箱的送风量,使之与室内负荷相匹配,能够在满足空调要求同时,大幅节约风机电耗。对于商场风系统,采用变频风机是十分有效的节能手段。

  采暖问题特别是电采暖问题也是节能的重要内容。我院承接国内北方地区的项目较多,在设计过程中对非节能型建筑的电采暖实行了严格的限制,以往的经验和教训表明,非节能型建筑采用电采暖,会带来耗电量很大、房间不热等一系列难以解决的问题,不仅给住户造成了很大的一笔不必要的支出,而且又没有使住户得到一个舒适的居住环境;对于节能型建筑,当业主要求采用电采暖时,尚需要结合当地供电企业的相关政策(如可充分利用平谷价政策的蓄热式电采暖系统)等做好技术经济分析和对比,慎重采用。

  目前一些发达国家已逐步建立起具有各自国家自身特色的节能建筑评估体系。相对于发达国家的节能建筑评估体系来讲,我国的节能建筑评估体系相对不足,尽快学习、分析和研究国内外的建筑节能经验及不足可使我们少走弯路,有利于我国在较短时间内在建筑节能方面取得更为显著的效果。

  1 . 英国的 BREEAM 评估体系。 BREEAM 评价条目包括管理 (总体的政策和规程)、健康和舒适(室内和室外环境)、能源(能耗和 CO 2 排放)、运输(有关场地规划和运输时 CO 2 的排放)、水(消耗和渗漏问题)、原材料(原料选择及对环境的作用)、土地使用(绿地和褐地使用)、地区生态(场地的生态价值)、除 CO 2 外的污染(空气和水污染) 9 大方面 。每一条目下分若干子条目,各对应不同的得分点,分别从建筑性能、设计与建造、管理与运行这 3 个方面对建筑进行评价,满足要求即可得到相应的分数。

  2 .美国的 LEED 评估体系。 美国绿色建筑委员会 (USGBC) 在 1995 年建立了一套自愿性的国家标准 LEED ( Leadership in Energy and Environmental Design -领导型的能源与环境设计),该体系用于开发高性能的可持续性建筑,进行绿色建筑的评级。整个项目包括培训、专业人员认可、提供资源支持和进行建筑性能的第三方认证等多方面的内容。 LEED 主要通过 6 方面对建筑项目进行绿色评估。包括:可持续的场地设计、有效利用水资源、能源与环境、材料与资源、室内环境质量和革新设计。其中合理的建筑选址约占总评分的 22 %,有效利用水资源占 8 %,能源与环境占 27 %,材料和资源占 27 %,室内环境质量占 23 %。

  3 .加拿大 GBTool 评价系统。 绿色建筑挑战 (Green Building Challenge) 是由加拿大自然资源部 (Natural Resources Canada) 发起并领导。至 2000 年 10 月有 19 个国家参与制定一种评价方法,用以评价建筑的环境性能。 GBC2000 评估范围包括新建和改建翻新建筑,评估手册共有 4 卷,包括总论、办公建筑、学校建筑、集合住宅。 评价的标准共分环境的可持续发展指标、资源消耗、环境负荷、室内空气质量、可维护性、经济性、运行管理和术语表 8 个部分。 GBC2000 采用定性和定量的评价依据结合的方法,其评价操作系统称为 GBTool ,也采用的是评分制。

  在各国的建筑节能设计标准或规范中,节能建筑的评价指标或方法主要分为三类:规定性指标( Compulsory Index )、性能性指标( Performance Index )和建立在建筑能耗模拟基础上的年能耗评价。

  1 .规定性指标 ( Compulsory Index )。主要是对各能耗系统,如围护结构(墙体、屋面、门或窗)的传热系数、体形系数、窗墙比和遮阳系数,以及采暖、空调和照明设备最小能效指标等所规定的一个限值,凡是符合所有这些指标要求的建筑,运行时能耗比较低,可以被认定为节能建筑。属于此类的参数有围护结构各部位的传热系数 K (即许多欧洲国家所说的 U-Value )或传热热阻 R 、热损失系数(规定每度室内外温差单位时间每平方米建筑面积的热损失不超过法定的指标, W/m 2 ℃ )、空调系统的季节能效比 SEER ( Seasonal Energy Efficiency Ratio )、供热季节性能系数 HSPF ( Heating Season Performance Factor )、综合部分负荷值 IPLV ( Integrated Part Load Value )、能效比 EER ( Energy Efficiency Ratio )和性能系数 COP ( Coefficient Of Performance )等。但由于目前的建筑设计日趋多样化和个性化,许多建筑往往不能完全满足这些规定性指标的要求,例如南向外墙采用大面积玻璃窗导致南向窗墙比超标、建筑体形复杂多变导致体形系数过大等等。因此,这种分项的规定性指标由于过于具体,而且各个指标之间相互独立、缺乏有效的关联,因此无法进行建筑各部分能耗的综合分析。此外,由于各个指标规定得太过死板,也在一定程度上限制了设计人员的设计自由和创造性。

  2 .性能性指标 ( Performance Index )。它不具体规定建筑局部的热工性能,但要求在整体综合能耗上满足规定要求,某一节能目标可以通过各种手段和技术措施来实现。它允许设计人员在某个环节上有一定的突破,因而给了设计人员较大的自由发挥的空间,满足了设计人员在创新设计和建筑节能规范控制两方面的需求。此类指标对于围护结构有总传热值 OTTV ( Overall Thermal Transfer Value) 和周边全年负荷系数 PAL ( Perimeter Annual Load )等评价指标,对于空调系统则有空调能源消费系数 CEC/AC(Coefficient of Energy Consumption for Air Conditioning ) 等评价指标。

  3 .年能耗评价。 这种建立在建筑能耗模拟基础上的年能耗评价方法综合了影响建筑能耗的各个方面因素,包括围护结构、空调系统和其他建筑设备等。其中具有代表性的是 ASHARE 90.1 提出的能量费用预算法(能耗准则数)。它根据实际设计的建筑物构造一个标准建筑物(即参考建筑物),然后通过能耗模拟计算软件分别计算设计建筑物的年能耗费用 DEC ( Design Energy Consumption )和标准建筑物的年能耗费用 SEC ( Standard Energy Consumption ),如果计算结果满足 DEC≤SEC 或 E=DEC/SEC≤1 则认为达到了要求,否则就得采取一定的节能措施和节能设计方法按照设计建筑物的现场条件修改设计建筑物,直到上式成立。

  从上述几个国家的节能建筑评估体系来看,他们各自都有独到之处。但在电气节能方面均考虑得相对较少。同时,国内现行的建筑节能标准、规范中对电气节能的内容也常常未做出较为具体的规定。因此,有必要对电气节能以及建筑节能综合评价指标体系进行更为深入的分析与研究。

  笔者认为,我国的建筑节能综合评价指标体系应在适当参考和借鉴国外的做法的基础上,结合国内实际情况,制定出可操作性强、便于实施和审核检查的一整套科学体系。首先应建立起能较好地反映建筑物全年逐时负荷变化的动态模拟基础上的数理模型,模型应符合我国的气象条件、建筑材料热工性能、相关设备和系统的实际特点。评价体系应能适应能耗系统中各个要素的不断变化,与之相互呼应,具备较强的扩展性;各个部分之间应能互相补充,发挥整体优势,能较为全面地对建筑节能的各个方面进行系统评价。同时应做好建筑物全生命周期的建筑节能技术经济比较,还应充分利用建筑设备监控系统等智能化控制技术对给排水、空调、照明等建筑设备进行节能监控,并应加强建筑物全生命周期的建筑节能管理,制定出具有可操作性、便于实施且行之有效的建筑节能政策,明确划分必须达到的强制性措施和鼓励达到的附加有优惠政策的推荐性措施,使之更好地指导和规范建筑节能,推动建筑节能沿着平稳有序的轨道健康发展。

  3 .应进一步完善建筑节能的相关标准,规范建筑节能的设计、施工、验收、使用维护及日常管理等各个环节,规范行业管理;

  4 . 应尽快建立 完善的 包括电气节能在内的建筑节能综合评价指标体系。

  1 、中国建筑节能年度发展研究报告 2007. 清华大学建筑节能研究中心著 . 中国建筑工业出版社, 2007.3

  2 、《 “ 十一五 ” 十大重点节能工程实施意见》读本 . 国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司编 . 中国发展出版社, 2007.2

  3 、超低能耗建筑技术及应用 . 江亿主编,薛志峰等著 . 中国建筑工业出版社, 2005.3

  4 、建筑节能和环保应用技术 . 徐春霞主编 . 中国电力出版社, 2006.8


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