10.2.2 建筑节能的技术路线在线视频

第二个重要问题是

建筑节能的技术路线

首先我们来看看

某城市公共建筑的能耗调查统计结果

从图中可以看出

从普通公共建筑

到建筑面积大于2万m2的大型公共建筑

都出现了这样的现象 那就是

虽然气象条件相同 服务功能相同

但建筑能耗的差异却很大

有些建筑的单位建筑面积能耗 只有50kWh/m2

但也有一些建筑能耗 却高达300kWh/m2

那么

出现这种现象的原因是什么呢

我们再来看看

“影响建筑能耗的因素”到底有哪些

我们知道

影响建筑能耗的主要因素有 气候条件

围护结构和设备系统的运行效率

但却容易忽视设备与系统的运行调节 参数设定

以及用户的行为节能问题

可见

在气候条件和服务功能相同的条件下

围护结构 设备系统 运行调节

用户行为和参数设定的差异

是导致建筑能耗存在显著差异的根本原因

建筑节能 不仅仅是提高设备能效比的问题

而是 要使建筑在达到需求服务质量的条件下

使整个系统的实际运行能耗降低

我们可以用 这样一个简单公式

来说明建筑节能的技术途径

建筑能耗P 是服务面积A 负荷强度q

和运行时间T的乘积与系统能效比COPs的比值

如果建筑原来的运行能耗为P0

经过节能改造以后的运行能耗为P1

那么

该建筑的节能量则为△P kWh

即 节约了P0-P1度电

毋容置疑

降低建筑能耗的途径

无外乎就是 减小服务面积（A）

降低负荷强度（q）

缩短运行时间（T）

并提高系统能效比（COPs）

下面 我们对此分别进行说明

第一个途径是 减小服务面积

应通过培养良好的空调使用习惯 推动行为节能

或者通过优良的自动控制 实现良好的运行调节

以代替人行为实现行为节能的效果

开发应用具有实现行为节能手段的设备系统

这些措施

都可以 有效地减小空调系统的服务面积

减少过度消费 或者是浪费导致的能耗增加

集中式冷热源设备 虽然效率较高

但很难改变服务面积

难以实现其行为节能

因此 其能耗高

而空调器 多联机系统等分散系统

则具有优良的运行调节能力

并具备用户开展行为节能的调控手段

因此

它的运行能耗也就更低

行业内已长时间出现了对“分散与集中”的争议

其核心问题是 辨析分散系统节能

还是集中系统节能的问题

然而

这个问题必须站在系统层面考察

才能得到合理的结论

这幅图是我们在前面课程中多次出现的

从上到下

系统的分散程度不断提高

最为简单的分散式系统 就是空调器

为了澄清“分散与集中”的疑问

很多学者对不同类型系统的建筑能耗

进行了大量的测试和分析

这里给出了

夏季空调单位面积用电量的

17个测试项目的统计结果

总共涉及了5000余户的住宅建筑

从这个表格中 我们可以看到

1~10项采用的是最为分散的房间空调器

无论是北方 还是南方住宅

一个夏天的空调能耗 都为每平方米2-6度电

当采用集中度更高一点的

分户使用的多联机系统

如第11项

其夏季空调能耗则略有提高

约为每平方米5度电

当住宅小区采用集中空调系统时

如表中的12~17项测试工程

它们采用了水源热泵 土壤源热泵

甚至能效更高的温湿度独立控制

等集中式空调系统

有些住宅楼还采用了新排风热回收技术

以降低新风负荷

但这些建筑 单位面积的空调能耗则达到了

每平方米20度电左右

有些还高达 37度电/m2

从这些测试结果 可以看出

住宅建筑空调系统具有“集中度越高

能耗越大”的特点

其主要原因在于

第一 集中空调系统为全面空调 连续空调

难以实现各用户的分散独立控制

限制了用户行为节能的实施和参数设定的可能

住宅建筑采用了集中空调系统以后

则必须满足所有用户的不同使用需求

需要“全天候”地为消费要求最高的用户

提供空调保障

这无疑导致一般用户的过度制冷的问题

必然导致能源浪费

即使大部分用户能够关掉空调

但为了保证高消费用户的使用

系统还要运行

且运行在超低负荷率状态

不仅冷热源设备的效率低下

而且系统的输配能耗占比也大幅度提高

水泵的耗电 以热量方式进入冷水中

抵消了大量的冷量

也导致单位面积的建筑能耗增大

现场实测表明

有些时候都出现了系统能效比远小于1的情况

第二 采用分户或分室控制的分散式空调系统

很容易实现按需供冷

不需要整套房子的所有房间都进行降温

人在哪个房间 就开哪个房间的空调

这样就实现了行为节能

减少了空调服务面积

从而大幅度降低了建筑能耗

第二个途径是 降低负荷强度

减小室内负荷强度的措施很多

例如

改善围护结构的传热性能

提高室内用电设备效率以减小内热源

采用新排风热回收技术降低新风负荷

调整室内设定参数 适当降低服务品质

如

制冷的时候

适当地调高设定温度

供暖的时候呢

调低设定温度

值得注意的是

建筑内的空调需求 一般都是非均匀的

我们应利用这种需求特征

发展非均匀环境营造技术

实现局部环境保障

相对于对整个区域营造均匀环境而言

能大幅度降低空调负荷

由于建筑冷负荷中

包含有 太阳辐射和设备的发热量

这些负荷

完全可以 用温度较高的低品位冷源来处理

可以称这些“高温负荷”为“低品位负荷”

我们自然就可以想到

利用品位较低的自然冷源来去除

因此

我们应研发新的空调系统形式

以充分利用自然冷源

用自然冷源带走低品位负荷

我们自然界 蕴含有各种可资利用的自然冷源

例如

地下水 用冷却塔制取的冷却水

以及经过地下（土壤）换热器

换热后的循环水等

在夏季

虽然这些自然冷源的温度 有可能高于室内温度

但我们可以 根据建筑不同部位温度

与自然冷源温度的关系

通过一定的技术措施对其进行采集和利用

使其成为去除高温负荷的冷源加以利用

例如

我们可以通过设置在高温热源附近的冷辐射板

以及在窗户和墙体内设置冷却水盘管

用它来拦截或者摄取高温热源

和传入围护结构内的太阳辐射能

以减小房间的得热量

从而降低室内负荷

减少制取高品位人工冷源的耗电量

第三种降低建筑能耗的措施是 缩短运行时间

它与减小服务面积类似措施

通过行为节能 自动控制和参数设定等措施

减少不必要的开机时间

从而降低运行能耗

这里需要说明的是

目前 出现了“南方地区也应该集中供暖”的呼声

实际上

南方地区的气候 建筑和人们的生活习惯

与北方存在很大的差异

实践表明

采用间歇供暖方式

能够满足南方地区的供暖需求

如果 南方全面推广集中供暖

这将是一个大幅度延长运行时间的“大行为”

是对传统生活方式的改变

因此

“南方集中供暖”是一个需要严格论证的问题

这里不做详细的阐述

但可以肯定地说

南方如果采用集中供暖方式

虽然能够大幅度提升室内的舒适性

但必然导致 建筑能耗大幅度攀升

因此

我们应 发扬民族传统

保存优秀的传统生活习惯

倡导科学 理性和负责任的能源消费观念

去确定适宜的空调供暖方式和系统形式

实现建筑节能的第四种措施是

提高整个供暖空调系统的系统能效比

我们都知道

提高冷热源设备的能效比

是实现系统高效的基本前提

但是 仅仅提高设备的能效比还是不够的

必须提高构成冷热源系统各个环节

在所有工况下的运行能效

由于一个冷热源系统由热源采集 热源输配

冷热源设备 冷热水输配

和末端设备五个环节构成

且系统能效比COPs可以表示成

这五个环节能效比COPi的简单函数

就是这个公式

因此

我们需要在任意负荷条件和运行工况下

都尽可能提高 这五个环节的能效比

才能保障系统的高效运行

因此

这也成为了建筑节能行业 推进智能控制

提高运维管理水平的基本指导思想

和工作切入点

然而

这些环节 特别是输配系统的水泵和风机

虽然 可以采用变频措施来调节输配介质的流量

以降低运行能耗

但它们在低频运行时的效率较低

而且有最低频率限制

因此 一些集中系统

在低负荷率时的输配能耗占比却大幅度增加

由此可见

发展变容调节性能好 无输配系统的

直接蒸发式空调系统

是降低建筑能耗的技术途径之一

此外

冷源设备 在制冷时必须排出冷凝热

当一个建筑中既有冷量需求

又有适宜温度的热量需求时

我们应考虑发展

具有热回收功能的冷热源设备与系统

实现一机两用

用制取冷量的电能 同时获取冷量和热量

无疑提高了系统能效比

为了进一步减少商品能源的消耗

当然可以 开发利用可再生能源

利用光伏或者是风力发电

为冷热源设备提供电能

不足的电能由市电补充

这无疑 减少了商品能源的消耗

近年来

光伏直驱与市电耦合供电技术

已在冷水机组和空调器中得到了应用

未来必将具有广阔的发展前景

关于建筑节能技术路线问题

我在这里 做一个小结

供暖空调能耗是建筑能耗中的最大部分

占住宅建筑总能耗的60%以上

在大型建筑中也接近50%

因此

建筑冷热源系统的节能 是建筑节能的重要任务

我们应从P=AqT/COPs这个公式出发

开展建筑节能工作

第一 需降低建筑冷热量的需求

即在保障人员舒适健康

和生产工艺要求的条件下

大幅度降低建筑冷热量需求

第二 应推动设备与系统的高效运行

即在保障冷热量供应的条件下

减少冷热量生产与供应中的能耗

提高设备与系统的效率

上述技术途径的主要技术措施如下

第一

发展局部 间歇 参数可调的空调系统

缩短服务时间

降低室内冷热负荷

第二

减小新风负荷和低品位负荷

充分利用热回收措施和自然能源

进一步降低房间的冷热负荷

第三

研发高效设备与系统

提高冷热源系统各个环节的运行能效比COPi

通过寻找优质的热源和热汇

缩小制冷与热泵装置冷凝与蒸发温度的温差

发展变容量冷热源技术

提升自动控制与运维管理水平

从而提升系统各个环节的部分负荷性能