建筑節能能源審計運用

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建筑能源審計(BuildingEnergyAudit)是對建筑的能源系統的能效所作的定期檢查，以確保建筑物的能源利用能達到最大效益，是建筑能效管理的重要環節。建筑能源審計的目的是計量建筑物的能耗和能源費狀況，檢查建筑物的能源利用在技術上和在經濟上是否合理，診斷主要耗能系統的性能狀態，找出建筑的節能潛力，確定節能解決方案。能源審計為建筑能效管理提供了必要的信息。通過能源審計中對設備和建筑物的診斷，可以使管理者對設施的能耗現狀有一個全面的、清晰的和量化的認識，找出設備和建筑本身在能耗方面的問題所在。根據審計結果，建筑管理者可以對其進行必要的節能改造，提高能效、減少開支。通過設備和建筑物的不斷改造和完善，一方面可以減少能源費開支，降低經營成本；另一方面可以為主業提供更好的工作環境，創造更大的效益。另外，通過建筑能源審計，可以計算出不同層次的建筑的能耗指標，有利于對既有建筑的能源使用情進行有效的監督和合理的考核。

通過建筑能源審計可以了解建筑節能標準的貫徹情況與實施效果，改善管理、改進服務，獲得實質性節能(embodiedenergy)，推進既有建筑節能改造和合同能源管理事業的發展[1]。建筑能源審計有兩種實施策略：①基于方案的審計(Solution-BasedAudits)，這種策略一般是帶著幾種比較成熟的節能技術方案，看其在對象建筑中是否適合應用。提高某一單體設備的能效并不等于系統能效的優化。另外，這種能源審計相對而言技術含量較低，節能效果不太容易驗證。②基于系統的審計(Sys-tem-BasedAudits)，基于系統的能源審計需要把建筑物中的各個能耗系統區分開來(例如分成照明系統、空調系統、熱水系統等)，對能耗系統中各主要設備(例如，制冷機、水泵、風機、冷卻塔)的能效都進行評價和測試，對癥下藥。這種能源審計專業性強，一般采取合同制能源管理(CEM)方式，委托專業公司進行。本文以北京某體育用品運營中心為例，對其設備和建筑進行基于系統的建筑能源審計，通過審計找到該建筑供能系統的節能潛力，提出節能解決方案，并針對每種節能解決方案進行了節能量計算。

1研究對象

1.1項目概況

北京某運營中心的總部大樓為集研發、辦公、展銷、體育休閑為一體的現代化建筑群，2008年投入使用，采用中央空調系統對各個建筑進行供冷和供熱。整個項目由8座大樓組成，1號樓、2號樓、3號樓為辦公區域，全部由地上3層、地下1層建筑組成，地上建筑面積為22770m2，地下面積為9837m2，建筑層高為4.2m，建筑為全玻璃幕墻結構(6+12+6淺灰色Low-E中空玻璃，遮蔽系數0.7左右)，中間采用中空中庭，中庭上方采用自然采光(夾層玻璃的遮蔽系數約為0.85)，人員基本采用大開間辦公風格，較少采用獨立辦公室辦公。其中，1號樓、2號樓的使用率相對較高；3號樓人員密度相對較低；4號樓為展覽館(地上1層建筑)；5號樓為一狹長的區域，地上分為兩層，下層為商業用房(包括游泳館)，上層為各個分割會議室和員工餐廳，建筑面積為7514m2；6號樓、7號樓、8號樓為體育館，6號樓、7號樓為地上1層建筑，8號樓為地上1層、地下1層建筑。其能耗分布如圖1。另外，該運營中心目前春季、秋季和冬季都采用三步制電價(工作時間計算平均電價為0.9127元/kW•h)，夏季由于存在尖峰電價，因此，為四步制電價(工作時間計算平均電價為0.9323元/kW•h)。天然氣的價格為冬季1.95元/Nm3，夏季1.85元/Nm3。在總能耗用中，天然氣占84%，電力占16%。

1.2主要設備參數

根據現場采集設備運行參數和設備運行記錄，該項目采用700冷噸溴化鋰吸收式機組作為冷源，該機組吸收機的風機的滿負荷輸入功率為20kW，鹽溶液循環泵的滿負荷電流為40A，冷凍水進出水設定溫度為7/12℃，冷卻水進出水設定溫度為32/37℃；直燃式吸收機，夏季供冷，冬季供熱?？照{系統采用一次水系統，為每1臺冷水機組配備了相應的冷凍水泵(單臺揚程32m，功率55kW，流量425m3/h)和冷卻水泵(單臺功率75kW，流量700m3/h)，水泵采用2用1備的形式；同時，為每臺主機配備了1臺冷卻塔(單臺風機數量為6臺，功率5.5kW，容量150m3/h)；空調末端全部采用兩管制組合空調箱(風機的功率413.5kW)進行夏季供冷，冬季供熱，空調箱為典型的定風量運行模式，新風和回風混合后送入空調箱處理后送入室內。目前，體育場館的熱水供應采用一套太陽能熱水系統負責供應員工洗澡用水。

1.3運行策略

該運營中心的正常上班時間為上午9：00，9：00前會有部分員工提前到達，在5號樓西側的員工餐廳吃完早餐后進入各自所在的辦公樓工作，中午12：00工作時間結束后進入員工餐廳吃中飯，吃完中飯后約在13：00左右，部分員工選擇到體育場館鍛煉，其余則回辦公室休息。13：30開始下午正常辦公，17：30分員工下班后離開單位(部分員工加班1～2h)。一般情況下，周一早晨需要在6：00開啟直燃機組，對系統進行提前供冷和供熱。而在正常工作日，需要在早晨7：00提前開啟直燃機組，在18：00辦公時間結束后停止1臺直燃機組，如果仍然有員工在加班工作，則通過空調系統內部水循環來進行供冷和供熱，在19點全部人員離開后停止空調冷熱源。

2節能潛力分析

2.1空調水系統的節能潛力分析

目前，該運營中心空調系統的所有設備基本處于相對獨立的運行狀態，溴化鋰機組啟動后，冷凍水溫度沒有明確的設定值，同時冷凍水泵和冷卻水泵都相對獨立地處于定流量運行狀態，其運行流量與制冷主機所需要的額定運行水量并不匹配?，F場測試發現，冷凍泵的平均效率(輸送效率通過測試水泵的流量、揚程及電機輸入功率得到)僅為48.52%(1#)和49.78%(2#)，冷卻水泵平均效率僅為59.52%(1#)和57.25%(2#)，均低于水泵的正常效率60%～90%。原因是由于在設計時水泵選型偏大，冷凍水泵和冷卻水泵在安裝調試時將閥門開度調至最小。而水泵運行中的高揚程和大流量均抵消在管路上的閥門等阻力部件上，因此，水泵與系統嚴重不匹配，造成了大量的不必要能耗.

2.2空調風系統的節能潛力分析

現場檢查發現，該運營中心的空調箱存在較大問題，部分空調箱在BA水閥系統顯示水閥開度為0時，空調箱冷凍水進出水溫差較大，空調箱讀取進出水壓差較小(如表1所示)。原因是由于定風量空調箱不制送風溫度，而根據回風溫度來控制的，當室內溫度滿足要求時，水閥關閉，室內回風經過盤管時盤管內的水被加熱而溫度上升，而送風溫度也趨于接近回風溫度。因此，空調箱無法根據室內負荷需求來調節送風量。

2.3圍護結構的節能潛力分析

目前，該運營中心除體育館外主要以玻璃幕墻為圍護結構，而玻璃幕墻主要由玻璃和金屬型材組成，它的傳熱系數都相對較高，幕墻是建筑能耗散失的最薄弱部位，同時玻璃作為一種透明材料，熱透射率高，其能耗占建筑總能耗的比例較大，其中傳熱損失約為1/3，空氣滲透約為1/3。相關的研究表明玻璃幕墻的能耗是普通墻體的5～6倍[1]。因此，存在較大的節能空間。

2.4室內空氣質量的提升潛力分析

選某個典型辦公房間，使用溫濕度儀測量室內典型工作區域的溫度和濕度，用點式測溫儀測量出風口溫度。測試時在現場感覺室內空氣質量較差，有異味，導致原因是項目場地上風口向的垃圾填埋場正在進行垃圾填埋處理。場內辦公樓空氣質量較差，主要體現在室內空氣中有垃圾場的臭味，嚴重影響室內辦公人員的舒適度。臭氣的主要成分是NH3、H2S、SO2等，容易對人的身心健康產生不同程度危害(見圖3)。

3節能解決方案

3.1水泵變頻

通過對冷凍水泵進行變頻將原來的定流量系統改為一次變流量系統，當室內負荷降低，制冷機需要的冷卻水量也會減少，冷卻水泵可以通過減少流經制冷機組的冷凍水量來調節供應的冷量，水量需求減小時，變頻器通過降低水泵的輸入頻率來降低水泵的轉速，調整系統供水量，恒定供回水溫差，從而降低水泵能耗，達到節能的目的。

3.2空調箱風機變頻

空調箱風機采用變頻調速后，除了可以像水泵變頻一樣在部分負荷時減小輸入功率，還可以使空調箱啟動比較平穩，實現低速運行，風機的振動、噪音和溫度明顯降低，相應地延長了許多零部件，特別是密封、軸承的壽命。另外，還有效地延長了檢修周期，減少了維護量，節約維護費用。因此，通過空調箱與冷卻塔風機的變頻調速運行,既能方便改變風機運行工況點，又能提高主扇風機運行效率、運行穩定性和自動化程度，節約大量電能.3.3玻璃貼膜隔熱膜通過真空蒸鍍或磁控濺射技術將鋁、銅、銀、鉻、鈦等金屬或金屬氧化物覆蓋在PET聚合物基片上，從而達到陽光控制的目的。把隔熱膜裝貼在玻璃上，當陽光照射時，太陽能將被分為三部分：一部分被反射掉，一部分透過，另一部分被吸收，吸收后的太陽能會變成熱輻射，分別向兩側傳播，從而達到阻隔太陽熱輻射的目的。

3.4安裝TiO2

光催化殺菌器納米TiO2光催化殺菌器能夠利用空氣中的氧氣和固有濕度形成氧化力極強的氫氧自由基和超級氧化離子分解各種污染物，將有機的碳氫化合物氧化分解成水和CO2，不產生二次污染物，有效改善室內空氣質量。

4節能量計算

根據工程實測數據，利用建筑能耗模擬軟件，建立對應的模型，并利用歷史能耗數據對所建模型進行校驗，使所建模型的能耗狀況在電力和燃氣兩方面的模擬值與實測值兩者全年偏差均控制在5%以內，達到可以代替實際模型的效果[2-4]。

4.1水泵變頻后的節能量

在模擬中考慮將空調水系統中原來的定頻泵(冷凍水泵和冷卻水泵)均換成變頻泵(變頻范圍為60%～100%)，即采用變流量調節。通過比較與計算，可以發現水泵變頻以后對溴化鋰機組的燃氣消耗量的影響非常小，各月的燃氣節約量均較小，全年的燃氣節氣率僅為0.8%，而燃氣全部是由溴化鋰機組所消耗，所以變流量以后對溴化鋰機組的影響可以忽略不計。然而，對空調系統的耗電量來說，變流量的影響比較顯著.從圖4可以看出，由于水泵的電耗原來占整個建筑總電耗的11%，而采用變流量系統后，水泵的電耗占建筑總電耗的9%，因此，變流量后水泵的電耗降低23.6%左右。

4.2風機均變頻后的節能量

在模擬中同時考慮了將原來的定風量空調系統換成變風量系統(變頻范圍為60%～100%)，即采用變風量調節。通過比較與計算，可以發現風機變頻以后對溴化鋰機組的燃氣消耗量的影響同樣非常小。然而，對空調系統的耗電量來說，變風量的影響比較顯著。從圖5可以看出，由于原來風機的電耗占整個建筑電耗的25%，而采用變風量系統以后，風機的耗電量占整個建筑的耗電量的15%，因此，變流量以后水泵的電耗降低41.6%。

4.3玻璃貼膜的節能量

該運營中心除了體育館的圍護結構外，立面均采用6+12+6的淺灰色Low-E中空玻璃幕墻，遮蔽系數0.7左右；中庭采用夾層玻璃，遮蔽系數0.85左右。根據玻璃貼膜廠家提供的試驗結果，采用貼膜后可將外立面玻璃遮陽系數從0.7降至0.32，中庭玻璃遮陽系數從0.85降至0.25。因此，將基準模型中的外立面玻璃遮陽系數從0.7降至0.32，中庭玻璃遮陽系數從0.85降至0.25。通過比較與計算，可以發現，玻璃貼膜后對溴化鋰機組的燃氣消耗量的影響冬夏不一致，冬季會使耗氣量增加，夏季會使耗氣量減少，但總體來說耗氣量的減少量大于增加量，能夠起到降低燃氣消耗量的作用。這主要是因為玻璃貼膜以后使遮陽系數降低，即阻隔太陽熱輻射，在夏季能夠起到降低室內冷負荷的作用，但在冬季也會增加室內熱負荷。同時，玻璃貼膜對于建筑耗電量的影響不如對耗氣量的影響顯著，這主要是因為建筑的電力消耗主要來自于照明和辦公設備等，只有一部分被溴化鋰機組利用。玻璃貼膜后電力消耗項和燃氣消耗項的組成對比如圖6。從圖6可以看出，采用玻璃貼膜后用于制熱的耗電量所占的份額有所增加，而風機的耗電量所占的份額有所降低，這主要是因為，玻璃貼膜在阻隔太陽熱輻射時也增加了冬季室內的熱負荷，從而需要用于制熱的耗電量增加。而玻璃貼膜在夏季卻可以有效減少室內冷負荷，從而使室內的送風量減少，同時，由于玻璃貼膜對夏季的影響大于對冬季的影響，因此，風機的能耗降低。同時，玻璃貼膜后燃氣消耗項中，用于制冷的份額降低，用于制熱的份額增加，這主要是因為貼膜夏季能夠降低冷負荷，但冬季卻增加了熱負荷的緣故。

5結語

合同能源管理的實施必須基于對整個能耗系統的充分了解和充分分析，對不同節能方案進行比較后得出最佳節能方案才能最終實施，實現項目節能效果最大化和風險最小化。因此，建筑能源審計是合同能源管理項目中非常重要的一環[5-6]。本文所介紹的建筑能源審計在北京某辦公建筑中的應用，不僅使建筑管理者了解了目前建筑的能耗狀況，而且為其提供了有效的節能解決方案，為該項目采取合同能源管理模式進行節能改造提供了有力的技術支持。