建筑节能思考管理论文

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摘要：建筑节能应处理好围护结构节能与建筑设备节能、单体设备节能与系统节能、建筑节能与室内环境品质（IEQ）以及节能与节电的关系。同时，应建立科学、合理和简单的建筑节能评价体系。

关键词：建筑节能评价体系室内环境品质

1概述

发达国家的能源统计，是按产业（Industry）、交通（Transportation）、居民和商业等四个部门统计。因此，很容易得到建筑能耗数据，即居民（Residential）和商业（Commercial）能耗之和。其建筑能耗一般占全国总能耗的三分之一左右。如美国，2000年的建筑能耗占全美总能耗的35％。但我国的能源统计模式与发达国家不同，是分工业、农业、建筑业、交通运输及邮电通讯、批发零售、生活消费和其它等多个部门统计。如果将后三个部门的能耗当作建筑使用能耗，则我国的建筑能耗在总能耗中的比例多年来一直在20%左右。2000年为20.4％。而我国建设部公布的2000年建筑能耗比例数字是27.6%。建设部的数字中包括了建材工业的能耗，实际是广义建筑能耗。此外，还有好几个版本的比例数字。

其次，在很多建筑中，也没有区分各部分能耗。比如，通常认为在公共建筑中，空调采暖的能耗在总能耗中占最大比例。其实这一结论在我国并没有实际数据的支持。因为国内建筑物中能耗计量很粗糙，一般只有冷水机组有单独的功率表，而空调的末端装置和输送系统的耗能无法与其它动力设备和照明的耗能区分开来。在工业建筑中，传统上又把空调等建筑设备能耗计入生产能耗。笔者曾经引用过日本建筑环境·省能机构统计得到的办公楼中各部分能耗比例的调查结果，但这一数据在被许多文章多次转引之后，以讹传讹，变成“上海地区办公楼能耗比例”，甚至进入某些正式的研究报告和文件。

在基础数据和能耗现状不清的情况下，难以恰当地确定建筑节能的目标（例如，在某一时间节点基础上的节能率），也难以恰当地分配各部分的节能率（例如，总节能率中围护结构、照明、空调各承担多少）。

图1某高层办公大楼全年能耗分布

图1是上海某高层办公楼全年的总能耗曲线。可以发现，图1的能耗曲线有两个最低点，分别出现在4月和11月。在上海地区，这两个月是气候最宜人的时期，一般来说建筑物既不需要采暖，也不需要供冷。取这两个月能耗量的平均值，在曲线图上划一道水平线（图2-17中的虚线）。可以认为，这道水平线以上由曲线所围成的面积就是该大楼采暖空调所消耗的能量；水平线以下的矩形面积则是照明和其它动力设备（如电梯）所消耗的能量。

因此，可以把照明、插座、电梯等设备能耗当作稳定能耗。尽管冬季昼短夜长，夏季则相反，人们使用照明的时间有一些差别，但在现代商用建筑中从全年能耗角度来看，这种差别并不明显。而采暖和空调的能耗是变动的、不稳定的能耗，它不但随气候区变化，而且随建筑类型、形状、结构和使用情况变化，甚至今天和明天都会有所不同。这就给建筑节能工作带来了复杂性和多样性，但同时也是建筑物中节能潜力最大的部分。

在美国，建筑能耗统计是由政府进行的，在日本，则是由专业学会和学术团体完成的。但在中国，还没有像美、日等发达国家那样大规模地进行建筑能耗调查。因此，大多数节能政策制定者和从事建筑节能的研究者都不能像发达国家那样对全国或一个城市的建筑能耗情况了如指掌。而由于缺乏必要的检测计量手段，许多建筑楼宇的物业管理人员对自己所管理的建筑各部分能耗情况也是心中无数。因此，建筑节能必须从计量做起。

2结构节能与空调系统节能

围护结构采取节能措施，是建筑节能的基础。由于我国建筑节能是从采暖居住建筑起步的，因此，建筑节能首先考虑加强围护结构保温无疑是正确的决策。从管理的角度看，可以对围护结构制订限定性指标，易于评价。但是，建筑节能的关键是空调采暖系统的效率，最终的节能量也要从空调采暖系统来体现。北方地区在墙改之后又发展到热改。如果没有调节阀和热计量，围护结构保温越好，可能浪费的热量越多。

图2采用不同形式窗户的空调总冷负荷（MWh）

图3不同墙体传热系数条件下的全年总负荷（MWh）

而在间歇运行的空调建筑中，在空调关机之后，室温升高，当室外气温低于室温时，通过围护结构的逆向传热可以降低第二天空调的启动负荷。因此，围护结构保温越好，蓄热量越大，空调负荷也越大（见图2）。

对公共建筑而言，围护结构形成的负荷在总负荷中所占比例很小，因此，围护结构的节能潜力有限。

从图3中可以看出，墙体传热系数降低40％，所得到的节能率最大8.1％（哈尔滨），最小2.8%（广州）。可见，在公共建筑节能中重要的环节是降低内部负荷、减少内部发热量。例如，在保证照度的前提下降低照明负荷，既降低照明耗电，又降低空调负荷，可谓一举两得。

3节能与室内环境品质

非典之后，人们的健康意识和自我保护意识增强，对室内环境品质提出更高的要求。

我国大城市80％以上的公共建筑中的空调末端（AHU）仅有一级粗效过滤，有的甚至只有一层滤网。而根据美国ASHRAE标准62-2001，应在冷却盘管或其具有湿表面的处理设备的前端加设最小效率（MERV,MinimumEfficiencyReportingValue）不低于6的除尘过滤器或者净化器。欧洲标准也要求AHU过滤器达到F7标准。即需要有粗效和中效两级过滤。整个风系统阻力至少比现在增加200Pa。假定一台3600m3/h的空调箱，全年运行，要增加耗电量2500kWh。

另外，很多大楼的空调新风量也没有达到规范的要求。而且，非典之后，一些新建大楼的业主对新风量提出了超出规范的要求。新风负荷占空调负荷的20～30％，加大新风量就意味着能耗的增加。

在公共建筑中，室内环境品质直接影响用户的舒适、健康和工作效率。对大楼管理者来说，这是“开源”。而建筑节能则是降低运营成本，是“节流”。开源和节流应该是相辅相成。

因此，建筑节能工作要以室内环境为底线。一方面，建筑节能决不能以牺牲室内环境品质为代价；另一方面，对不合理的环境消费（例如夏季过低和冬季过高的环境温度、过大的新风量、边使用空调边开窗等）行为，即不合理的用能，则应该改变。

解决节能与室内环境品质矛盾还可以采用很多新技术或原有技术的集成。例如，独立新风系统（DOAS）、辐射吊顶＋置换送风系统、除湿空调系统等。

4节能与节电

2003年夏季高温期间全国19个省市严重缺电和美国加拿大部分地区的大停电事故为我们敲响了警钟，电力空调的应用关系到电网安全，因此，在节能的同时还要关注节电。

某些节能技术可能可以降低全年建筑能耗，但却不节电。例如本文第2节所论述的围护结构保温就是如此。在传统的空调能源结构中，夏季用电供冷、冬季用一次能源供热。对于采暖为主的地区，加强围护结构保温隔热可以降低全年能耗（例如哈尔滨）；而在供冷为主的地区，加强围护结构保温隔热的总节能效果有限，反而会增加空调能（电）耗。

某些技术可能能耗稍大，但是可以使用清洁能源，对保护环境有利。例如，燃气直燃机在国内一直被很多人视为“节电不节能”。但是，直燃机不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然气对环境影响极小、温室气体排放极低，从而被世界各国当作一项绿色技术。夏季利用低谷燃气、平整高峰电力负荷，可以使电力和燃气得到“双赢”。

某些技术可能在微观层面上不节能、但在宏观层面上却是节能的。例如蓄冰空调，利用夜间低谷电力制冰时制冷机组的COP值降低。在用户侧，如果没有合理的峰谷差价，则蓄冰空调是既不节能又费钱。但在发电侧，大量蓄冰空调的使用填平了夜间电力负荷低谷，使发电机组常时处于高发和满发，发电煤耗下降。满负荷工况与40％部分负荷工况相比，30万千瓦发电机组可以节能15.7％。同时，发电设备的利用率提高。发达国家电力平均年负荷率为66.6%，我国发电设备年平均负荷率1999年达到最低值50％。以后逐年有所上升，2002年达到54.8％。与发达国家相比还有很大差距。

因此，建筑节能工作需要在能源、环境、经济、技术等各个方面进行权衡，这应该成为建筑节能工作者的一项基本素质。

5设备节能和系统节能

节能设备不一定能连成节能系统。例如，空调冷水系统的扬程与楼高无关，一般在30m～40m。如果水泵的扬程选择过大，定水量系统中会使流量过大，水温差往往只有2～3℃。这时测得的离心机COP仅在2～3之间。这说明，空调系统的配置合理是系统节能的重要环节。

我国正在积极推广建筑热电冷联产技术。但在热电冷联产应用上，存在一些误区。似乎凡热电冷联产系统就一定是节能系统。笔者认为，热电冷联产技术的关键并不在于其动力装置用微型燃气轮机还是用内燃机，也不在于其理论效率有多高。实际上如果系统配置不当，热电冷联产系统的节能效益便完全不能发挥。热电冷联产的理论效率达到70％或80％的前提是设备满负荷运行。在我国热电联产电力尚不允许上网的条件下，还必须将热电联产所发电力和所产热量全部用掉，才能体现出效益。

热电联产机组的产热和发电之间存在着平衡关系。取得的热量多、得热的品位（温度）高，就势必要降低发电效率；反之亦然。无论从热力学第一定律还是从热力学第二定律的观点分析，热电联产系统都应该充分发挥发电效率、充分利用排热，而不应该是相反。

图4微燃机热电联产系统全供冷模式

（直燃机热力制冷＋离心机电力制冷）

图5电动离心式制冷机能流图

图6微燃机热电联产系统全供冷模式

（双效吸收机热力制冷＋离心机电力制冷）

假定某建筑的微型燃气轮机热电冷联产系统的产热和发电完全用来为大楼供冷，分别采用热力制冷和电力制冷。其能流图见图4。在图4的模式下，总一次能效率为1.51。因为在热力制冷部分采用了直燃机，就必须使微燃机排气温度达到500℃以上，而此时发电效率只有13～15％。

与传统电制冷相比，用离心机制冷的能流图见图5。

可见其一次能效率（1.5）与热电冷联产基本持平。说明对热电联产机组和直燃机的投资是无效投资。而如果要提高发电效率，则相应的排气温度比较低，只适于采用热力制冷效率比较低的吸收式制冷机。（见图6）

图6中的供冷一次能利用率高于传统电制冷。

由此可见，热电冷联产系统的本质是回收发电系统过去被丢弃的排热、废热或余热，以提高综合能效。即在保证发电效率的前提下充分利用余热。如果为了用热而抑电，就是本末倒置了。尤其是楼宇热电冷联产，所用的发电机组功率比较小，效率远远比不上大型电厂的大发电机组。它的优势在于综合效率和就近供能。而发挥其综合效率的关键是系统合理的配置和科学的运行。

在建筑节能中，选择设备不仅要看它在额定工况下的效率，更要看它在部分负荷条件下的效率。对制冷机而言，就是综合部分负荷值（IPLV）。

制冷机的综合部分负荷值IPLV在空调系统节能中是一个十分重要的参数。我国的制冷机标准中基本沿用了美国空调与制冷学会（ARI）标准。而ARI最初制订IPLV标准时是用美国亚特兰大市的气象参数、通过对一幢假想办公楼的模拟计算得到的。即使对美国的不同气候区，这一IPLV都不能完全适用，ARI用不同纬度的美国29个城市的数据得到新的IPLV（ARI550.590-1998）。因为没有自己的数据，我国新版的制冷机标准中没有IPLV。

笔者根据我国的气象参数，用实测数据和计算机模拟的方法，得到适应我国气候特点的平均IPLV。

对IPLV的研究，还要进一步深入。

6建筑节能的评价

开展建筑节能，需要建立一套科学的建筑能效评价体系。我国基本上还在沿用按建筑面积平均的能耗绝对值的评价方法。这种评价方法属于静态评价，对不同档次、不同用途的建筑很难区分在建筑节能方面孰优孰劣。在上海市地方标准《集中式空调系统（中央空调）合理用能技术要求与运行管理》中引用了日本建设省所推行的PAL/CEC方法。

所谓PAL，是PerimeterAnnualLoad的缩写，即“全年热负荷系数”：

另外还有设备系统能量消费系数（CEC，CoefficientofEnergyConsumption）。分别有空调、换气、照明、电梯和供热水5个能耗系数。以空调能耗系数CEC/AC为例，表达式为：

很明显，能量消费系数CEC实际上是建筑设备系统全年能效的倒数。因此，用PAL能够评价建筑物围护结构的保温隔热性能，而用CEC则可以更直接地评价建筑的能量转换效率。PAL和CEC反映了动态节能的思想和转换效率的思想，是一种性能性指标。

7结论

空调公共建筑的节能，是一个比较复杂的课题。必须建立动态节能、系统节能的思想，正确处理好几对看似矛盾的关系。有很多中国特有的建筑节能课题等待我们去研究。

主要参考文献

[1]龙惟定：国内建筑合理用能的现状及展望，能源工程，2001年02期，1～6

[2]龙惟定：我国的能源形势和建筑节能，第十一届全国空调技术信息网大会论文集，ISBN7-112-04658-0，中国建筑工业出版社，2001/05

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