建筑節能思考管理論文

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摘要：建筑節能應處理好圍護結構節能與建筑設備節能、單體設備節能與系統節能、建筑節能與室內環境品質（IEQ）以及節能與節電的關系。同時，應建立科學、合理和簡單的建筑節能評價體系。

關鍵詞：建筑節能評價體系室內環境品質

1概述

發達國家的能源統計，是按產業（Industry）、交通（Transportation）、居民和商業等四個部門統計。因此，很容易得到建筑能耗數據，即居民（Residential）和商業（Commercial）能耗之和。其建筑能耗一般占全國總能耗的三分之一左右。如美國，2000年的建筑能耗占全美總能耗的35％。但我國的能源統計模式與發達國家不同，是分工業、農業、建筑業、交通運輸及郵電通訊、批發零售、生活消費和其它等多個部門統計。如果將后三個部門的能耗當作建筑使用能耗，則我國的建筑能耗在總能耗中的比例多年來一直在20%左右。2000年為20.4％。而我國建設部公布的2000年建筑能耗比例數字是27.6%。建設部的數字中包括了建材工業的能耗，實際是廣義建筑能耗。此外，還有好幾個版本的比例數字。

其次，在很多建筑中，也沒有區分各部分能耗。比如，通常認為在公共建筑中，空調采暖的能耗在總能耗中占最大比例。其實這一結論在我國并沒有實際數據的支持。因為國內建筑物中能耗計量很粗糙，一般只有冷水機組有單獨的功率表，而空調的末端裝置和輸送系統的耗能無法與其它動力設備和照明的耗能區分開來。在工業建筑中，傳統上又把空調等建筑設備能耗計入生產能耗。筆者曾經引用過日本建筑環境·省能機構統計得到的辦公樓中各部分能耗比例的調查結果，但這一數據在被許多文章多次轉引之后，以訛傳訛，變成“上海地區辦公樓能耗比例”，甚至進入某些正式的研究報告和文件。

在基礎數據和能耗現狀不清的情況下，難以恰當地確定建筑節能的目標（例如，在某一時間節點基礎上的節能率），也難以恰當地分配各部分的節能率（例如，總節能率中圍護結構、照明、空調各承擔多少）。

圖1某高層辦公大樓全年能耗分布

圖1是上海某高層辦公樓全年的總能耗曲線?？梢园l現，圖1的能耗曲線有兩個最低點，分別出現在4月和11月。在上海地區，這兩個月是氣候最宜人的時期，一般來說建筑物既不需要采暖，也不需要供冷。取這兩個月能耗量的平均值，在曲線圖上劃一道水平線（圖2-17中的虛線）?？梢哉J為，這道水平線以上由曲線所圍成的面積就是該大樓采暖空調所消耗的能量；水平線以下的矩形面積則是照明和其它動力設備（如電梯）所消耗的能量。

因此，可以把照明、插座、電梯等設備能耗當作穩定能耗。盡管冬季晝短夜長，夏季則相反，人們使用照明的時間有一些差別，但在現代商用建筑中從全年能耗角度來看，這種差別并不明顯。而采暖和空調的能耗是變動的、不穩定的能耗，它不但隨氣候區變化，而且隨建筑類型、形狀、結構和使用情況變化，甚至今天和明天都會有所不同。這就給建筑節能工作帶來了復雜性和多樣性，但同時也是建筑物中節能潛力最大的部分。

在美國，建筑能耗統計是由政府進行的，在日本，則是由專業學會和學術團體完成的。但在中國，還沒有像美、日等發達國家那樣大規模地進行建筑能耗調查。因此，大多數節能政策制定者和從事建筑節能的研究者都不能像發達國家那樣對全國或一個城市的建筑能耗情況了如指掌。而由于缺乏必要的檢測計量手段，許多建筑樓宇的物業管理人員對自己所管理的建筑各部分能耗情況也是心中無數。因此，建筑節能必須從計量做起。

2結構節能與空調系統節能

圍護結構采取節能措施，是建筑節能的基礎。由于我國建筑節能是從采暖居住建筑起步的，因此，建筑節能首先考慮加強圍護結構保溫無疑是正確的決策。從管理的角度看，可以對圍護結構制訂限定性指標，易于評價。但是，建筑節能的關鍵是空調采暖系統的效率，最終的節能量也要從空調采暖系統來體現。北方地區在墻改之后又發展到熱改。如果沒有調節閥和熱計量，圍護結構保溫越好，可能浪費的熱量越多。

圖2采用不同形式窗戶的空調總冷負荷（MWh）

圖3不同墻體傳熱系數條件下的全年總負荷（MWh）

而在間歇運行的空調建筑中，在空調關機之后，室溫升高，當室外氣溫低于室溫時，通過圍護結構的逆向傳熱可以降低第二天空調的啟動負荷。因此，圍護結構保溫越好，蓄熱量越大，空調負荷也越大（見圖2）。

對公共建筑而言，圍護結構形成的負荷在總負荷中所占比例很小，因此，圍護結構的節能潛力有限。

從圖3中可以看出，墻體傳熱系數降低40％，所得到的節能率最大8.1％（哈爾濱），最小2.8%（廣州）?？梢?，在公共建筑節能中重要的環節是降低內部負荷、減少內部發熱量。例如，在保證照度的前提下降低照明負荷，既降低照明耗電，又降低空調負荷，可謂一舉兩得。

3節能與室內環境品質

非典之后，人們的健康意識和自我保護意識增強，對室內環境品質提出更高的要求。

我國大城市80％以上的公共建筑中的空調末端（AHU）僅有一級粗效過濾，有的甚至只有一層濾網。而根據美國ASHRAE標準62-2001，應在冷卻盤管或其具有濕表面的處理設備的前端加設最小效率（MERV,MinimumEfficiencyReportingValue）不低于6的除塵過濾器或者凈化器。歐洲標準也要求AHU過濾器達到F7標準。即需要有粗效和中效兩級過濾。整個風系統阻力至少比現在增加200Pa。假定一臺3600m3/h的空調箱，全年運行，要增加耗電量2500kWh。

另外，很多大樓的空調新風量也沒有達到規范的要求。而且，非典之后，一些新建大樓的業主對新風量提出了超出規范的要求。新風負荷占空調負荷的20～30％，加大新風量就意味著能耗的增加。

在公共建筑中，室內環境品質直接影響用戶的舒適、健康和工作效率。對大樓管理者來說，這是“開源”。而建筑節能則是降低運營成本，是“節流”。開源和節流應該是相輔相成。

因此，建筑節能工作要以室內環境為底線。一方面，建筑節能決不能以犧牲室內環境品質為代價；另一方面，對不合理的環境消費（例如夏季過低和冬季過高的環境溫度、過大的新風量、邊使用空調邊開窗等）行為，即不合理的用能，則應該改變。

解決節能與室內環境品質矛盾還可以采用很多新技術或原有技術的集成。例如，獨立新風系統（DOAS）、輻射吊頂＋置換送風系統、除濕空調系統等。

4節能與節電

2003年夏季高溫期間全國19個省市嚴重缺電和美國加拿大部分地區的大停電事故為我們敲響了警鐘，電力空調的應用關系到電網安全，因此，在節能的同時還要關注節電。

某些節能技術可能可以降低全年建筑能耗，但卻不節電。例如本文第2節所論述的圍護結構保溫就是如此。在傳統的空調能源結構中，夏季用電供冷、冬季用一次能源供熱。對于采暖為主的地區，加強圍護結構保溫隔熱可以降低全年能耗（例如哈爾濱）；而在供冷為主的地區，加強圍護結構保溫隔熱的總節能效果有限，反而會增加空調能（電）耗。

某些技術可能能耗稍大，但是可以使用清潔能源，對保護環境有利。例如，燃氣直燃機在國內一直被很多人視為“節電不節能”。但是，直燃機不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然氣對環境影響極小、溫室氣體排放極低，從而被世界各國當作一項綠色技術。夏季利用低谷燃氣、平整高峰電力負荷，可以使電力和燃氣得到“雙贏”。

某些技術可能在微觀層面上不節能、但在宏觀層面上卻是節能的。例如蓄冰空調，利用夜間低谷電力制冰時制冷機組的COP值降低。在用戶側，如果沒有合理的峰谷差價，則蓄冰空調是既不節能又費錢。但在發電側，大量蓄冰空調的使用填平了夜間電力負荷低谷，使發電機組常時處于高發和滿發，發電煤耗下降。滿負荷工況與40％部分負荷工況相比，30萬千瓦發電機組可以節能15.7％。同時，發電設備的利用率提高。發達國家電力平均年負荷率為66.6%，我國發電設備年平均負荷率1999年達到最低值50％。以后逐年有所上升，2002年達到54.8％。與發達國家相比還有很大差距。

因此，建筑節能工作需要在能源、環境、經濟、技術等各個方面進行權衡，這應該成為建筑節能工作者的一項基本素質。

5設備節能和系統節能

節能設備不一定能連成節能系統。例如，空調冷水系統的揚程與樓高無關，一般在30m～40m。如果水泵的揚程選擇過大，定水量系統中會使流量過大，水溫差往往只有2～3℃。這時測得的離心機COP僅在2～3之間。這說明，空調系統的配置合理是系統節能的重要環節。

我國正在積極推廣建筑熱電冷聯產技術。但在熱電冷聯產應用上，存在一些誤區。似乎凡熱電冷聯產系統就一定是節能系統。筆者認為，熱電冷聯產技術的關鍵并不在于其動力裝置用微型燃氣輪機還是用內燃機，也不在于其理論效率有多高。實際上如果系統配置不當，熱電冷聯產系統的節能效益便完全不能發揮。熱電冷聯產的理論效率達到70％或80％的前提是設備滿負荷運行。在我國熱電聯產電力尚不允許上網的條件下，還必須將熱電聯產所發電力和所產熱量全部用掉，才能體現出效益。

熱電聯產機組的產熱和發電之間存在著平衡關系。取得的熱量多、得熱的品位（溫度）高，就勢必要降低發電效率；反之亦然。無論從熱力學第一定律還是從熱力學第二定律的觀點分析，熱電聯產系統都應該充分發揮發電效率、充分利用排熱，而不應該是相反。

圖4微燃機熱電聯產系統全供冷模式

（直燃機熱力制冷＋離心機電力制冷）

圖5電動離心式制冷機能流圖

圖6微燃機熱電聯產系統全供冷模式

（雙效吸收機熱力制冷＋離心機電力制冷）

假定某建筑的微型燃氣輪機熱電冷聯產系統的產熱和發電完全用來為大樓供冷，分別采用熱力制冷和電力制冷。其能流圖見圖4。在圖4的模式下，總一次能效率為1.51。因為在熱力制冷部分采用了直燃機，就必須使微燃機排氣溫度達到500℃以上，而此時發電效率只有13～15％。

與傳統電制冷相比，用離心機制冷的能流圖見圖5。

可見其一次能效率（1.5）與熱電冷聯產基本持平。說明對熱電聯產機組和直燃機的投資是無效投資。而如果要提高發電效率，則相應的排氣溫度比較低，只適于采用熱力制冷效率比較低的吸收式制冷機。（見圖6）

圖6中的供冷一次能利用率高于傳統電制冷。

由此可見，熱電冷聯產系統的本質是回收發電系統過去被丟棄的排熱、廢熱或余熱，以提高綜合能效。即在保證發電效率的前提下充分利用余熱。如果為了用熱而抑電，就是本末倒置了。尤其是樓宇熱電冷聯產，所用的發電機組功率比較小，效率遠遠比不上大型電廠的大發電機組。它的優勢在于綜合效率和就近供能。而發揮其綜合效率的關鍵是系統合理的配置和科學的運行。

在建筑節能中，選擇設備不僅要看它在額定工況下的效率，更要看它在部分負荷條件下的效率。對制冷機而言，就是綜合部分負荷值（IPLV）。

制冷機的綜合部分負荷值IPLV在空調系統節能中是一個十分重要的參數。我國的制冷機標準中基本沿用了美國空調與制冷學會（ARI）標準。而ARI最初制訂IPLV標準時是用美國亞特蘭大市的氣象參數、通過對一幢假想辦公樓的模擬計算得到的。即使對美國的不同氣候區，這一IPLV都不能完全適用，ARI用不同緯度的美國29個城市的數據得到新的IPLV（ARI550.590-1998）。因為沒有自己的數據，我國新版的制冷機標準中沒有IPLV。

筆者根據我國的氣象參數，用實測數據和計算機模擬的方法，得到適應我國氣候特點的平均IPLV。

對IPLV的研究，還要進一步深入。

6建筑節能的評價

開展建筑節能，需要建立一套科學的建筑能效評價體系。我國基本上還在沿用按建筑面積平均的能耗絕對值的評價方法。這種評價方法屬于靜態評價，對不同檔次、不同用途的建筑很難區分在建筑節能方面孰優孰劣。在上海市地方標準《集中式空調系統（中央空調）合理用能技術要求與運行管理》中引用了日本建設省所推行的PAL/CEC方法。

所謂PAL，是PerimeterAnnualLoad的縮寫，即“全年熱負荷系數”：

另外還有設備系統能量消費系數（CEC，CoefficientofEnergyConsumption）。分別有空調、換氣、照明、電梯和供熱水5個能耗系數。以空調能耗系數CEC/AC為例，表達式為：

很明顯，能量消費系數CEC實際上是建筑設備系統全年能效的倒數。因此，用PAL能夠評價建筑物圍護結構的保溫隔熱性能，而用CEC則可以更直接地評價建筑的能量轉換效率。PAL和CEC反映了動態節能的思想和轉換效率的思想，是一種性能性指標。

7結論

空調公共建筑的節能，是一個比較復雜的課題。必須建立動態節能、系統節能的思想，正確處理好幾對看似矛盾的關系。有很多中國特有的建筑節能課題等待我們去研究。

主要參考文獻

[1]龍惟定：國內建筑合理用能的現狀及展望，能源工程，2001年02期，1～6

[2]龍惟定：我國的能源形勢和建筑節能，第十一屆全國空調技術信息網大會論文集，ISBN7-112-04658-0，中國建筑工業出版社，2001/05

[3]H.Zhou,W.Long,ThePartLoadPerformanceStudyofWater-CooledChilleratChineseClimateZone,Proceedingsof21stIIRInternationalCongressofRefrigeration,WashingtonD.C.,Aug.2003