文｜ 天津泰達發(fā)展有限公司 堯文林

低碳示范樓能效管理的思考

文｜ 天津泰達發(fā)展有限公司 堯文林

建筑設(shè)備運行能效管理問題是當今國際節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域中的熱點。本文結(jié)合天津泰達低碳示范樓建設(shè)過程中的思考和實踐，闡述了在當前節(jié)能減排指標日益明晰、綠色建筑技術(shù)廣泛應用的社會大趨勢下，如何結(jié)合項目自身特點，設(shè)定關(guān)鍵能效指標，利用能效管理系統(tǒng)收集有價值的數(shù)據(jù)，追蹤控制策略實際效果，評價綠色節(jié)能技術(shù)，指導持續(xù)優(yōu)化，從而實現(xiàn)節(jié)能減排目標。

能效管理 關(guān)鍵能效指標 能效評價

1 項目概況

泰達低碳示范樓占地約4800m2，地上建筑面積12000m2，地上9層，地下2層。設(shè)計單位能耗指標和單位碳排放量分別為105kW/m2/年和88kg /m2/年，比國家公共建筑節(jié)能標準低30%和35%。該項目建成后將集展示、體驗和實用等功能于一體，既可作為高新低碳技術(shù)和產(chǎn)品的展示平臺，又可令進駐企業(yè)實際體驗低碳節(jié)能空間的舒適、便捷、高效，打造一個實用的地標性5A級生態(tài)示范建筑。

該項目申請了一系列的綠色建筑認證，包括中國綠色建筑評價標準（三星級）、美國能源與環(huán)境設(shè)計先鋒獎（LEED，金級）、日本建筑物環(huán)境綜合性能評價（CASBEE，S級）、英國建筑環(huán)境評估（BREEAM）。

該項目采用了5大體系，24項綠色技術(shù)，涵蓋了建筑及結(jié)構(gòu)、可再生能源利用、電氣及照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)通風系統(tǒng)五大方面，如圖1所示。這些綠色技術(shù)分布在建筑內(nèi)不同區(qū)域，不僅需要協(xié)同配合，保證經(jīng)濟、有序、高效地運行，同時還要考慮持續(xù)追蹤該建筑的能效及碳排放目標，配合該建筑的綠色技術(shù)展示功能，完成綠色認證的測量驗證環(huán)節(jié)要求，對機電設(shè)備運行能效管理的要求較高。

2 能效管理的目標

示范樓的建筑設(shè)備運行能效管理遵循國際通行的ISO 50001和GB/T 23331-2009能源管理體系要求，結(jié)合示范樓實際情況，集成樓宇自動化應用、電網(wǎng)自動化應用、計算機、通信及自動控制等領(lǐng)域的最新技術(shù)，結(jié)合示范樓地理位置、規(guī)模、現(xiàn)狀及使用特點，實現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取，滿足能效優(yōu)化功能需求，從而達到能效指標追蹤分析和綠色認證后的目標。

能效管理力求幫助運行管理者實現(xiàn)整個樓宇自動化系統(tǒng)、配電及電能質(zhì)量管理系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、多電源管理系統(tǒng)在正常及事故情況下的監(jiān)測和控制，提高自動化控制和監(jiān)控水平；實現(xiàn)建筑內(nèi)各種能源的建筑設(shè)備運行管理和分析預測，提高能源管理水平，降低能源成本；支持LEED、CASBEE等綠色認證所需的計量與驗證計劃，通過實際數(shù)據(jù)的追蹤、分析，對樓內(nèi)節(jié)能策略效果進行驗證和評價，通過數(shù)據(jù)分析全面掌握示范樓實際能效水平，實現(xiàn)各類節(jié)能減排技術(shù)的效果對比，實現(xiàn)設(shè)定的節(jié)能減排目標；以直觀方式展示節(jié)能減排成果，通過動畫、互動、網(wǎng)絡(luò)、APP等多種方式進行發(fā)布和展示低碳成就；為今后泰達及濱海新區(qū)內(nèi)改、擴建項目的低碳節(jié)能技術(shù)選擇和推廣，提供數(shù)據(jù)參考。

3 關(guān)鍵能效指標追蹤和評價

3.1 關(guān)鍵能效指標追蹤——以HVAC為例

空調(diào)系統(tǒng)是建筑能耗大戶，如何合理應用示范樓內(nèi)現(xiàn)有的綠色技術(shù)，采用適當?shù)目刂撇呗?，在保證環(huán)境舒適度的情況下，盡可能地降低能源消耗，優(yōu)化能源成本，是保證示范樓低碳節(jié)能效果的關(guān)鍵。

空調(diào)系統(tǒng)能效數(shù)據(jù)整合優(yōu)化運行模式如圖2所示。

3.1.1 制冷站能效指標

示范樓制冷站系統(tǒng)如圖3所示。

在建筑設(shè)備運行能效管理系統(tǒng)中，追蹤和呈現(xiàn)的能效指標包括：

◆ 埋管側(cè)水循環(huán)系統(tǒng)輸送系數(shù)；

◆ 地源熱泵機組COP值；

◆ 冷凍水水循環(huán)系統(tǒng)輸送系數(shù)；

◆ 熱回收水循環(huán)系統(tǒng)輸送系數(shù)；

◆ 毛細管二次循環(huán)水系統(tǒng)輸送系數(shù)；

◆ 制冷系統(tǒng)能效比EERr；

◆ 空調(diào)系統(tǒng)能效比EERs；

◆ 單位面積空調(diào)能耗ECA；

◆ 單位面積耗冷量CCA。

以上能效指標的數(shù)據(jù)來源如表1所示。建筑設(shè)備運行能效管理系統(tǒng)的單機COP界面如圖4所示。

建筑設(shè)備運行能效管理系統(tǒng)的制冷站整體效率界面如圖5所示。

建筑設(shè)備運行能效管理系統(tǒng)的制冷站優(yōu)化控制節(jié)能效果界面如圖6所示。

3.1.2 時間表控制

時間表控制是樓宇控制的主要管理功能之一，其主要體現(xiàn)在建筑運營管理和建筑暖通設(shè)備啟停優(yōu)化管理兩個方面。利用時間表實現(xiàn)對暖通設(shè)備進行分時分類合理定時啟停，大大減少人工操作，從而降低建筑的運營成本，同時使暖通設(shè)備處于最佳的運行時間段內(nèi)，達到降低能耗的目的。與此同時，還可以結(jié)合室內(nèi)外環(huán)境溫度情況，計算空調(diào)最佳啟停控制時間。對設(shè)定的時間表進行修正，會達到更好的節(jié)能效果。

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對這些控制策略的效果評價，可以與一段時間的實際運行情況對比，進行數(shù)據(jù)追蹤。圖7為此項目中的界面。

3.1.3 變風量控制

本項目在樓宇自動化系統(tǒng)中采用空調(diào)變風量控制，使空調(diào)機的送風風量根據(jù)末端需求不斷變化，通過改變送入房間的風量來滿足室內(nèi)變化的負荷。由于空調(diào)系統(tǒng)大部分時間在部分負荷下運行，故風量的減少帶來了風機轉(zhuǎn)速的降低，從而降低空調(diào)機風機的能耗，如圖8所示。

3.1.4 空調(diào)熱回收

空調(diào)系統(tǒng)的大部分能耗用來對空氣的溫濕度進行處理，利用樓宇自控系統(tǒng)對熱回收空調(diào)機組熱轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速或交換閥門開度進行控制，通過排風和新風進行冷熱交換，最高可獲得70%以上的能量回收率，如圖9所示。這樣就可以使新風參數(shù)得到改善，溫濕度波動相應減小，既方便系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，又能降低處理新風的能耗。

需要注意的是，在采用轉(zhuǎn)輪等設(shè)備進行熱回收的控制策略制定中，需要考慮室內(nèi)外焓值的變化。轉(zhuǎn)輪設(shè)備是需要消耗電能的，當焓差較小時，熱回收轉(zhuǎn)輪設(shè)備的運行不僅不會帶來節(jié)能效果，還會產(chǎn)生一定的負面影響。

3.2 綠色認證后評價——以屋面綠化效果評價為例

按照綠色建筑認證對各項綠色技術(shù)效果進行測量驗證的要求，需要對屋面綠化、雙層呼吸幕墻、遮陽等技術(shù)進行測量和效果追蹤評價。在此，以屋面綠化為例，進行測量驗證點設(shè)置介紹和能效評價介紹。

對有屋頂綠化和未作屋頂綠化的屋面下，類似空調(diào)負荷區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)進行能耗數(shù)據(jù)追蹤和對比，如圖10所示，設(shè)計了如下測量驗證方案：

◆ 測量屋頂環(huán)境溫度；

◆ 測量無屋面綠化區(qū)域的樓板上溫度；

◆ 測量有屋面綠化區(qū)域的土壤內(nèi)溫度；

◆ 測量兩個區(qū)域的樓板下溫度和區(qū)域環(huán)境溫度；

◆ 測量兩個區(qū)域的空調(diào)能耗。

按照此方法進行數(shù)據(jù)追蹤可以發(fā)現(xiàn)，有植被區(qū)域的環(huán)境升溫速度和幅度明顯低于非植被區(qū)域，有植被區(qū)域的空調(diào)電耗量明顯低于非植被區(qū)域，通過實際數(shù)據(jù)的追蹤和分析，很容易定量給出該技術(shù)帶來的節(jié)能效果數(shù)據(jù)。

3.3 節(jié)能效果分析呈現(xiàn)——以辦公區(qū)域能效追蹤為例

典型的商業(yè)辦公建筑，辦公人員數(shù)量和工作時間相對固定，對于此類用戶，時間程序是最簡單、最有效的控制策略之一，節(jié)能效果非常明顯。根據(jù)功能需求，存在各類區(qū)域的劃分，部分區(qū)域如經(jīng)理辦公室、小型會客室和會議室、衛(wèi)生間、休息室、資料室、茶水間、公共走廊等區(qū)域經(jīng)常無人光顧，甚至大開間辦公區(qū)的辦公位很多時候都在空置，但空調(diào)和照明都照常工作，無形中浪費很多能源。在空置時段內(nèi)，完全可以通過控制，關(guān)閉照明或減少空調(diào)末端送風。在寫字樓外區(qū)，照度足夠的情況下，更可以結(jié)合照度控制，進一步節(jié)約能源。這些控制策略的實現(xiàn)，需要建立在控制回路合理劃分的條件下。在實際項目中，我們選擇了一個較為典型的辦公區(qū)域，在這個區(qū)域設(shè)計了不同環(huán)境控制策略節(jié)能效果的測量驗證計劃，并通過數(shù)據(jù)分析，進行了節(jié)能量的估算。

采用時間程序+存在控制+照度控制的典型辦公區(qū)，如圖11所示。采用時間程序+存在控制+照度控制的典型辦公區(qū)能效數(shù)據(jù)如表2所示。

從上述數(shù)據(jù)分析可見，采用綜合控制策略后，照明及空調(diào)末端部分能耗，整體節(jié)約量達到25%以上，配以外遮陽反光鏡等設(shè)備，節(jié)能效果將更為明顯。

表2 能效指標數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

建筑設(shè)備運行能效管理對提高設(shè)備效率，降低能源消耗，優(yōu)化能源成本，客觀評價示范樓節(jié)能減排效果，展示區(qū)域低碳成就，實現(xiàn)綠色技術(shù)選擇的推廣具有積極意義。持續(xù)改進是能效管理所倡導的核心精神。

同時，綠色技術(shù)的應用方法及適用場所、測量驗證計劃的設(shè)計和測控裝置部署、現(xiàn)場傳感器等測控裝置配置水平、控制優(yōu)化策略是否能夠真正落地、數(shù)據(jù)追蹤、分析和能效評價持續(xù)性，是項目規(guī)劃、設(shè)計、實施、運行中需要重點關(guān)注的問題。