当前,建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列,成为我国能源消耗的三大“耗能大户”。尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,呈急剧上扬趋势。据建设部统计数据,建筑的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的30%。目前每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而且单位建筑面积能耗为发达国家新建建筑的3倍多。建筑能耗呈现的特点是总量大、比例高、能效低、污染重。根据测算,如果不采取有力措施,到2020年中国建筑能耗将是现在3倍以上,形势严峻。建筑节能刻不容缓,国家节能减排中,也将建筑节能列为重要内容。
中央空调和照明系统是现代建筑设备中不可缺少的能耗运行系统。中央空调和照明系统在给人们舒适的生活和工作环境的同时,又消耗掉了大量的能源。如果应用先进的建筑节能技术,可使我国公共建筑实现节能50%以上。由此可见,对建筑设备的进行节能控制,可以减少无效能耗、减少热量排放,对于提高能源利用效率具有重要的经济效益和社会效益。
按目前的水平,仅就节电而言,中国每节电1%,就相当于80亿元的收益(以平均每千瓦时0.5元计算),其效益的可观性可见一斑。另据调查显示,目前我国的能源利用效率仅为30%左右,比发达国家低约10个百分点,产值能耗比世界平均水平高两倍多,中国已成为世界上产值能耗最高的国家之一。由此,可以看到了节能事业的迫切性以及巨大的节能空间。
通过对建筑物的能量使用情况分析,发现中央空调和建筑照明系统是耗能大户,可以采取先进技术和加强管理的方式,实现建筑的最大潜力的节能。
照明主要包括室内照明、公共区域内的照明和景观照明,照明系统的节能思路主要在于采用节能的LED灯具,通过技术手段和管理手段减少人为浪费。
目前在办公楼中室内照明经常出现“长明灯”现象。主要表现在下面两种情况:(一)通常早晨上班后,室内光线较暗,人们打开灯光,随着室内光线变亮能够满足人们正常的办公需求,这时本应关灯,有时候人们却忘记了关灯,造成白天“长明灯”现象;(二)下班后,由于疏忽,可能也会忘记关灯,导致晚间“长明灯”现象。
在强调人员的责任心的同时,也需要考虑从技术的角度解决该问题,采用合适的产品减少浪费,提高能源的利用效率,节省运营成本。
传统的中央空调系统是基于定流量运行和传输能量的原理,利用传统的工程设计方法进行冷热负荷计算和设备选型的。这种设计原理和工程方法经过工程界多年的实践证明是正确的,完全可以保证建筑物内的冷热能量交换并造就舒适的空气环境,但是由于建筑物的外部环境温度随季节和昼夜的变化是动态的,故建筑物内部的冷热负荷也是动态变化的。长期的试验结果表明,由于外界温度和内部负荷的动态变化,中央空调系统普遍存在着30%以上的无效能耗,有些中央空调系统的无效能耗甚至可能高达50%以上。
这就要求能够实现对房间末端的远程监控,控制设备能够自动检测办公室内人员情况,在没人的情况下自动切换到低功耗模式或者进行关闭,外部条件较好时尽可能利用新风,同时控制机房的设备根据末端的能量使用情况进行能量输出。目前BA没有很好的解决办法和控制策略,空调系统的末端和机房系统没有很好的进行统一协调控制。
对制冷机房的制冷机、冷冻泵、冷却泵来说,系统是按照一定的工况进行设计的。大多数情况下中央空调系统不会运行在设计工况下,因此中央空调系统运行过程中冷冻水和供暖的供回水达不到设计的温差值。
另外,目前中央空调系统的制冷机、冷冻泵、冷却泵系统设计都偏大,导致了系统运行偏离最佳工作点,降低了效率;
作为一个最佳的控制系统应该结合末端需求,通过调整冷冻泵、冷却泵和冷却塔风机进行优化控制,保证制冷南宫28圈官网机工作在高效率状态下,实现节能。
由于冷水系统由于传输管路的距离有一定的长度,因此在下班前停开制冷机,充分利用管路中的冷量则是减少能耗的另一种重要措施。在天气凉爽情况下,可停机,尽量利用外部自然风。
冷却系统的作用是将冷冻系统带来的热量散发出去,这个热量的散发与冷冻水的传输相似,大多数情况下达不到设计工况,所以也存在着与冷冻系统相同的问题,如何提高冷却系统的效率也是个节能的关键问题。
组合式空调器和新风机是中央空调系统的另一种形式的末端,它们的应用对不同的场合来说也是不同的。目前多数建筑中组合式空调器、新风机设计偏大,并且有些场合并非同时在使用,需求的能量也不断变化,因此节能的思路是根据实时温湿度参数,及室外天气状况,计算出控制区域的实时冷负荷,从而按照实际需求,调节变频器,进而实现对冷量输出的控制。根据实际空间的人数等情况,得出控制区域新风量的需求,调节回风阀和新风阀的开关时间。从而满足房间对新风的需求。
节能管理系统的网络结构共分为三层:(1)管理中心层:负责人机交互,方便管理人员实时监控整个系统。(2)能量管理服务层:首先负责CD与管理PC之间的数据通信,其次在PC故障或网络故障时实现数据的保存和实时控制的功能,三是可以选配液晶显示,用于现场人机接口,另外制冷机房的SD还有控制制冷机启动停止的功能。(3)检测控制层:主要是对中央空调系统末端进行实时的数据采集,状态检测,并对末端设备进行控制。系统图如图1所示。
节能管理系统采用安装在典型区域内的检测系统获得的能量感知数据,综合人员活动状况(例如:是否有人在典型区域内活动,活动人员的数量)及当前典型区域内的温度、湿度变化情况作为做出控制决策的依据。通过分析人员活动状况与温度湿度变化之间的关系结合相关的控制算法,即可判断当前的能量利用效率。如果判断得出某区域内能量散失过快,则说明当前送热或送冷量不足,同时依据感知传感器的数据信息判断能量利用效率过低的原因是什么。如果是由于典型区域内人员活动较多而造成的能量需求较大,则应当增加能量供给(例如增加风机盘管的送风量以供应更多的冷量或热量)。如果判断得出典型区域内人员活动不多而同时能量散失过快,则说明可能是由于门窗未关好或其他原因造成能量的浪费,这时应当通过节能管理系统的远程管理模块进行远程报警,提醒室内人员关闭门窗,节约能源。
能量的管理与调度是在能量监测的基础上对能量进行动态分配。HVAC系统都是按照满足最大负荷需求设计的,通过水路和风路分配到不同的区域。通常情 况下不同区域都达到最大负荷的可能性非常小,更多的是有的区域可能工作在较 高负荷状态,有的区域只需要较少的负荷。在这种情况下,如何按需分配能量以 满足不同的需求,同时使输出的能量尽可能接近所有区域能量需求总和,而不是 超出能量需求的输出。即调整和调度能量的分配,控制能量输出,使两者达到平 衡,并尽可能使两者相等。
能量调度与控制系统将控制策略采用冷热负荷预测技术、流体输配系统模拟 技术、管网平衡与调节技术,并针对冷热源系统的特点,设计个性化的控制策略, 从而对设备的运行状态进行调整。根据空调系统的不同状况,可使空调系统节能 30%〜60%。节能管理系统模块实现空调系统的高效节能以外,同时可减少设备 故障和延长设备使用寿命。
能量检测系统是整个节能管理系统的基础和依据,通过对各种能量信息的采 集,系统可以实时获得实际的能量使用状况。既然节能管理系统以能量为管理对 象,因此节能管理系统首先要能够监测出能量,在监测出能量的基础上实施能量 的管理与调度。
能量监测的主要功能是监测能量的分布和能量使用状态,能量的分布可通过 流量、温度、湿度传感器的测量结果再计算获得。能量的使用状态包括两种,一 种是能量被充分利用,一种是被浪费,浪费的情况分也为两种,一种是完全被浪
能量检测系统通过安装在典型区域内的多种智能化感知传感器获取区域内 人员活动情况(例如在典型区域内是否有人在活动,人员数量的变化等)及当前 温度、湿度、照度等各种环境数据,并将这些数据进行初步的分析和处理后提供 给节能管理系统,作为各种控制策略的依据。
针对智能建筑的中央空调系统和灯光照明系统,节能管理系统的具体组成设 备主要包括:制冷机房服务器(SD1),冷却水系统检测控制器(CD1),冷冻水系 统检测控制器(CD2),冷却塔风机检测控制器(CD3),楼宇服务器(SD2),组合 空调控制器检测控制器(CD4),新风机组检测控制器(CD5),风机盘管检测控制 器(CD6)。同时各个模块配置相应的末端检测器件,进行实时性的数据采集。在 管理中心层、能量管理服务层之间使用以太网通信技术。在能量管理服务层、检 测控制层之间运用 BACnet 协议通信。同时提供网关,以便于网络扩展以及与其 他类型控制网络的兼容。系统详细拓扑结构见图 2。
系统通过对建筑内各类设备的能耗设备能耗计量与审计,利用能量管理系统 进行能耗分析,通过对日常运行的分析获得能源使用状况,并结合楼宇自身的运 行模式给出能量使用的合理性分析,并据此给出相应的优化运行指导意见,调整 系统的运行策略,便于充分利用能量,减少浪费。
系统具备的功能主要包括:能量审计、节能潜力报告、节能运行模式建议、 远程诊断、节能控制、节能效果的测量与验证等。
1)能量审计:能量审计的目的是为了获得准确的能耗分布、能量的使用状 况,选用合适的软硬件检测设备,并根据小区的运行状况分析能耗是否合理,为 节能措施的采取提供理论和技术支持。具备功能如下:记录整个能量(供热、制 冷、用电等)使用状况和建筑围护的绝热效果。结合院内能耗设备的运行情况, 进行能量使用合理性分析。提供能量审计报告。
2)节能潜力报告和节能运行模式:节能潜力报告和节能运行模式的目的是 诊断出小区能量使用过程中的不合理之处,提出相应的节能运行模式。具体功能 如下:给出各类设备(供热、制冷、用电等)的实际运行效率与理论运行效率比 较。以图、表等方式给出上述设备存在的节能潜力。结合各自的运行模式给出可 能的节能运行模式。
3) 远程诊断功能:远程诊断功能的目的是为避免建设后由于操作人员不到 位或人员流动而造成的系统不能充分发挥作用的问题。监测系统的运行状况,根 据获得的数据,为整个能量调度与使用提出建议方案。
4) 节能控制:根据节能运行模式、远程诊断结果及设备运行状况,进行能量 管理,自行或利用楼控系统实施节能控制,即能够实现动态优化节能控制。
5)节能效果的测量与验证:设计节能效果的测量与验证方案,选用合适的软 硬件检测设备,验证节能效果,详细给出各房间(或空调区域/用能单元)的能 量使用情况及各部门的节能情况清单,并形成节能效果报告,为下一步的能量管 理提出建议。能量管理系统要切实达到节能的目的。
节能管理系统是目前最先进的节能控制产品,它与当今普遍使用的控制模式 相比,具有以下技术特点:
节能管理系统模块具备管理专家节能控制系统,它突破了传统空调系统的运 行方式,通过对空调系统能量运行进行系统的数学模拟和动态控制,实现系统跟 随末端负荷需求而同步变化,在系统的任何负荷条件下,都能既确保空调系统的 舒适性、又实现最大的节能。
节能管理系统模块的基本思想就是按照空调系统的最佳运行参数去控制系 统的运行,根据系统的运行工况的变化,通过模型预测并动态调整系统运行参数, 确保主机始终处于优化的最佳工作点上,使主机始终保持具有高的热转换效率, 提高了系统的能量利用率。
还应该具有能适应不同应用对象的功能,这部分主要包括目前运行模式报 告,自适应、自学习运行模式调整以及远程运行模式指导。
节能管理系统主要包含SD和CD两部分,SD为能量管理控制器,CD为检测 控制器,其中CD可以根据不同的控制对象的特定应用分为:风机盘管、照明检 测控制器,组合式空调器检测控制器,新风机组检测控制器,冷却泵、冷冻泵检 测控制器,冷却塔风机检测控制器。
通过对建筑物进行现场调研,提出各个系统和设备在能源消耗方面存在的 问题,针对问题进行分析并做出改造费用预算,提出一份细致、准确、可靠的节 能改造分析报告。
设计出解决问题的关键技术,做出一份最佳的节能改造方案,根据方案设 计出施工图纸,并配合工程施工。
现场调查初步得出该建筑物的基本能源消耗情况,可以轻松的找出“能耗大 户”(一般是空调系统、照明系统、配电等)以及能耗消耗的季节、时刻和平时 管理和维护上存在的问题。其主要包括以下内容:
(3)测试变配电系统(包括变压器、计量系统、配电系统、主要线)复核设计图纸
主要是分析、检查设计的图纸的合理性,结合建筑物的实际需求,考虑是否 是系统设计本身存在耗能,如果是设计不妥当或者设计具有很大的冗余,就给客 户做出分析、改造,对设计系统本身做出诊断。其主要包括以下方面:
主要是通过一些软件对该建筑物做出一些具体能耗诊断,找出该建筑物在节 能方面存在的问题,找出能耗的关键所在,并对建筑物的能耗做出定量分析。
对建筑的能耗定量分析主要采用的是综合性指标分析法,即综合影响建筑 能耗各个方面因素,包括建筑维护结构、空调系统、其它建筑设备等,通过建筑 物的统计数据,以建筑物实际的能耗数据(如耗电量、耗煤、耗气等)作为表达 建筑能源消耗现状的指标。
通过分析一个建筑的单位面积建筑能耗、单位容积建筑能耗、人均年能耗、 峰值能耗、单个房间年能耗等参数,作为以年能耗作为评价指标方法。其计算(统 计)方法明确、客观,不仅能够直接、广泛地从各个侧面反映出建筑物的综合能 耗性能,而且可以方便地转化为经济指标,直接与建筑物运行成本相关联,比较 容易被接受和运行。
根据上述问题,提出相应的初步解决方法,并进行改造投资方面的论证和比 较。这是进行建筑物节能改造的关键所在,主要参考、借鉴一些国内外节能数据、 方法及以往的设计、现场施工经验和专家意见等,结合建筑物的实际需求和能耗 分析等,提出并做一些系统本身、设备本身、设备管理及维护等节能解决方法。 根据解决方法对该建筑物节能改造投资费用做出评估分析,以作为客户改造参 考。
提交建筑节能改造可行性分析报告主要是通过对现有建筑物的节能潜力进 行评价,从而得出可行性分析报告。
(2)采用清单评分制,整个评估体系归结一张检查清单,对相应的条件进行 主观地评价,最后综合,以此为建筑出具评价结果。
建筑节能潜力评价主要考虑建筑设计(建筑物绿化、建筑年龄、保温隔热设 计、节能设计)建筑设备(空调系统、照明系统、动力系统办公设备等)、运行 管理(人员素质、人员技能、规章制度)三个方面的因素。
在解决方案中要提出一些重要的关键所在,解决好问题关键所在,就可以成 功的实施节能改造.
根据以上步骤和详细内容分析,找出一份符合该建筑物本身需求的、最佳的 节能诊断与节能改造解决方案。
总之,建筑节能改造调研设计和实施流程需要充分考虑各建筑的不同情况, 对不同的建筑南宫28圈官网物进行不同的设计、分析。





