淺談建筑節能現狀及改進

淺談建筑節能現狀及改進徐霜上海安科瑞電氣股份有限公司嘉定 2018011 　概述北京市建委和市發改委2008年01月公布了去年北京實施能源審計的部分....

淺談建筑節能現狀及改進

徐霜

上海安科瑞電氣股份有限公司嘉定 201801

1 　概述

北京市建委和市發改委2008年01月公布了去年北京實施能源審計的部分北京市國家機關辦公建筑和大型公共建筑平均電耗、水耗。其中進行審計的20個單位的國家機關辦公建筑，每平方米建筑面積年平均耗電量為85.4度（年平均85.4kWh／m2），人均年耗電量為3072.5度（年平均3072.5kWh／人）。國家機關辦公建筑和大型公共建筑年耗電量約占全國城鎮總耗電量的22%，每平方米年耗電量是普通居民住宅的10～20倍，是歐洲、日本等發達國家同類建筑的1.5～2倍。

一方面，我國大型公共建筑能耗巨大，另一方面，我們也缺乏直接數據為決策的指定提供基礎和參考。住房和城鄉建設部建科[2008]114號文（2008-06-24）《關于印發國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統建設相關技術導則的通知》實施，對于能耗監測系統作了具體規范。因此，必須建立大型公共建筑能耗監測平臺，對全國重點城市重點建筑能耗進行實時監測，并通過能耗統計、能源審計、能效公示、用能定額和超定額加價等制度，促使國家機關辦公建筑和大型公共建筑提高節能運行管理水平，為政府政策的制定和決策提供參考。

2 　建筑節能工作的主要任務

2.1采暖能耗
　　我國絕大部分建筑采用集中供熱采暖。其中城市熱網供熱面積已達1億平米，其它為各種不同規模鍋爐房集中供熱。

建筑采暖節能的途徑依其綜合節能效果排序分別為：

1）通過改善調節、計量收費與供熱體制的改革，大幅度降低過度供熱現象，使采暖能耗降低20％以上；

2）發揮我國大型城市熱網作用，充分挖掘熱電聯產熱源的能力，適當擴充熱電聯產熱源容量，并利用散布于城區的燃氣鍋爐充當城市熱網的調峰熱源，這樣把城市熱網的供熱范圍提高到2億平米，可使采暖熱源能源消耗降低10％；

3）通過并入城市熱網或“煤改氣”，替換小型低效燃煤鍋爐。這可使我國采暖能耗再降低3％～5％；

4）對部分保溫極差的建筑（主要是80年代建筑）進行以更換外窗為主的節能改造，改善這類建筑的室內環境，并通過縮小這類建筑與保溫建筑的差別，減少保溫建筑過度供熱現象。

2.2住宅建筑除采暖外的其它能耗
　　這里主要指炊事、生活熱水、照明、家電、空調等用電用氣。與美國等發達國家比，除炊事能耗外，我國城市住宅的其它能耗水平僅為發達國家的1/3～1/5。主要差別是生活熱水、家電和空調。
　　目前我國居民人均生活熱水耗能量不到美、日的1/5。其原因是不同的生活習慣和我們應用了大量的太陽能熱水器。美、歐等發達國家家電能耗遠高于我國的重要原因是大量應用衣服烘干機、洗碗機等高能耗設備。我國這類家電沒有普及是我們目前住宅仍維持于低能耗的原因之一。如何通過正確的引導和政策的限制，盡可能抑制這類家用電器的使用，是實現我們建筑節能的重要任務。

2.3大型公共建筑節能
　　大型公共建筑指單體建筑規模超過2萬平米，且采用中央空調的建筑。此類建筑照明、空調、和其它附屬用電設備（風機、水泵、電梯等）的用電量可達60～100kWh/m2，是普通公共建筑用電量的3～8倍，因此是建筑節能的重點。
　　實現大型公建節能的主要途徑為：
　　1）控制此類建筑的總量。包括嚴格限制既有建筑通過“改造”，升級為“大型公建”；嚴格限制新建建筑以各種名義盲目提高檔次，成為高耗能建筑。
　　2）嚴格審查新建的各類公共建筑。控制建筑規模，限制采用大玻璃幕墻等高能耗方式，限制采用全空氣的中央空調方式。
　　3）通過對用電量實行分項計量、公示、比對和定額管理，促進節能管理和節能運行。
　　4）提倡節約的運行模式，繼續推行夏季空調溫度不低于26℃的政策，并且要求無人時關閉空調，人走關燈，下班關機。通過行為節能，可以使綜合能耗降低15％以上。
　　5）有針對性的推廣一些實用的節能技術。這主要是采用變頻水泵、變頻風機；對需要全年空調降溫的計算機設備室等空間采用“熱管導熱”降溫排熱技術；冷源的優化運行調節技術等。正確和適宜地應用這些節能技術，可以使大型公建能耗降低10％～20％。
2.4普通公共建筑節能
　　與發達國家相比或者與大型公建相比，此類建筑目前能耗很低，除了采暖能耗外，主要能耗是照明能耗，辦公設備能耗，以及有些不適當的開水器的高能耗。限制盲目地把此類建筑通過加裝中央空調、封死外窗等措施改造成高能耗的公共建筑，是這類建筑節能的關鍵。主要節能措施為：
　　1）大力提倡行為節能，要求隨手關燈，下班關電腦，關空調。通過這些措施，可以使這類建筑的用電量降低15％以上；
　　2）更換節能用電設備。包括推廣節能燈和節能燈具，推廣節能開水器或對現有的開水器作節能改造，推廣節能冰箱等用電設備。

3 　建筑節能工作的思路
　　與工業生產過程能耗不同，建筑能耗不僅取決于建筑形式，用能設備及運行調控，更在很大程度上與建筑使用者的行為和其對室內環境狀況的要求有關。實現建筑節能的目標很大程度上在于倡導與自然和諧的文化理念，堅持中華民族節儉的生活方式，抵制在室內環境控制上片面的“機械論”、盲目追求所謂“高舒適”的傾向。通過改善管理，杜絕“跑冒滴漏”；同時配合適當的技術改造和技術創新，使得在提供滿足舒適健康要求的建筑室內環境的基礎上，維持和進一步降低建筑運行能耗，不使建筑能耗成為節能減排工作的拖累。
　　抓建筑節能的目的是為了解決我國社會和經濟發展過程中的能源瓶頸，減少環境壓力，實現社會的可持續發展。目前建筑節能工作存在兩種思路：一是從建筑能源消耗的具體數據入手，以實實在在降低建筑運行能源消耗量為基本追求目標；二是以采用了多少節能措施，應用了多少節能先進技術為目標。
　　以采用多少節能技術和措施作為導向的建筑節能思路，把建筑節能工作的重點放在圍護結構保溫，推廣水源熱泵、地源熱泵等新技術，應用太陽能等可再生能源等方面。但沒能對建筑用能的真實數據進行規劃與考核，這樣能夠產生多少真實的節能效果呢？
　　目前我國幾座“建筑節能”先進項目，采用的是世界上多項最先進的節能技術，依照歐美生活模式和建筑使用方式，其結果導致實際的建筑能耗遠遠高于我國的一般住宅；此外，我國幾項采用水源熱泵、地源熱泵的住宅項目，采暖用電量約為35kWh/m2，折合發電煤耗13kg標煤/m2。但我國城市熱網的熱電聯產系統實際的供熱煤耗在10～12kg標煤/m2，相比之下，這些熱泵項目并不具有節能的推廣價值。
　　除了采用太陽能熱水器解決生活熱水供應外，目前在我國采用太陽能發電、采暖、制冷空調都屬于高投入、低產出，除了在宣傳上起作用外，對降低建筑能耗總量不會起到任何實質意義。
　　今年兩會通過大型公建要在立項時作節能審查。然而由于立項時建筑方案尚未確定，不可能根據建筑與系統的實際設計方案核算能耗狀況，根據能耗數據進行審查。結果節能審查就成為相互攀比采用了多少保溫、熱泵、太陽能等先進技術，而這些措施實際都不是大型公建節能的核心問題，而片面地追求這些技術，不僅可能導致投資增加，很可能最終造成實際能耗的增加。
　　為了解決我們能源和環境的瓶頸，我們必須以實際的能耗數據為導向，以真正降低能源消耗為目標，開展建筑節能工作，從行為、管理、技術全方位落實，才能真正完成建筑節能重大任務。

4 　建筑節能工作的建議
　　1）大力推進供熱計量調節與收費改革
　　目前建筑采暖節能的瓶頸是缺少計量收費與調節手段，因此建筑節能工作的重點和政府財政支持的主要方向不應該是圍護結構保溫，而應該是供熱計量、調節和收費改革。集調節和計量于一體的“通斷式計量調節”裝置，已在吉林省大規模示范中獲得成功。北京市可積極支持完善和推廣這一系統，或者發展推廣其它的有效解決采暖末端調節與計量的解決方案。同時這項工作還涉及收費制度的“暗補變明補”的改革和供熱企業的改革。只有技術、體制、補貼機制等各方面彼此配套，全面實施，才能完成“熱改”，從而依靠市場機制推動和實現大規模降低采暖能耗的目的。
　　2）建立基于用能數據的大型公共建筑的節能管理系統
　　大型公共建筑是建筑節能的又一重點。由于它的能耗高但總的建筑數量不多，因此完全可以建立全面的以能耗數據為中心的全過程管理體系，真正實現節能。
　　在新建項目立項時不必審查用了哪些節能技術，而可以由建設方對各分項建筑能耗作出承諾，審查其承諾數值是否低于同功能建筑的節能標準。此承諾數值就可以作為建筑設計方案的基本要求，也是要求設計投標方案詳細論證的內容。論證的合理與否又可作為審查評比投標方案的主要審查內容之一。
　　在對詳細設計的審查過程中，就可以根據設計進行詳細模擬計算，得到具體的能源消耗量，審查其是否達到承諾的節能數值。這一過程在北京市建委和國務院機關事務管理局的支持下，已分別在北京奧運場館建筑和國管局新建辦公項目的節能審查中成功實施。
　　在竣工驗收時可以具體測試各相關設備與子系統的性能，進而估算全年能耗，考察是否能達到承諾要求。這可以增添到項目驗收標準內容中，作為驗收的必備條件。
　　正常運行后要求對各分項用能情況實施全市（或分區縣）集中的動態監測與管理。時刻觀察其各項用能狀況的變化，并不斷與承諾（或簽訂的）用能標準進行比較，杜絕各種由于管理運行的疏忽造成的能耗增加。
　　對各相同功能的建筑進行運行分項能耗的橫向比較，獎優罰劣，或根據承諾數值通過實際的用能數據實行定額管理。
　　建議政府建立統一的大型公建運行能耗管理中心，對全市1000座大型公建進行實時監控，可極大地促進我國大型公建的節能工作。
　　通過上述全過程管理的方式，對新建和既有大型公建實行全面的統一的集中管理，可以使這類建筑的能源消耗降低30％以上。
　　3）用科學發展觀指導既有建筑節能改造
　　根據我國的實際情況，建議對既有建筑節能改造突出解決以下問題：
　　①增加或完善集中供熱系統的調節與計量措施，改造部分保溫不良的集中供熱管網，改造低效的鍋爐，通過全面的供熱系統設施、管理與機制的改革，實現采暖節能降低30％的目標。
　　②建立大型公建的用能分項計量與實時統一監控系統。改造部分配電線路、安裝分項電表，建立全市或分區縣的采集與監控中心，實現大型公建用能的實時監測管理。在此基礎上建立相應的管理與協調機制，并由此促進節能服務公司開展節能改造工作。這一措施可以使大型公建能耗降低20％以上。

③對各類公共建筑大范圍更換節能燈和節能燈具，安裝照明的節能控制器，電腦的節能控制器，開水器節電控制，及其它被實踐證明是有實際節能效果的措施。

5 　大型公建電能計量宜采用智能電力監控儀表

大型公共建筑電能計量宜采用電力儀表作為內部管理電表，不宜用收費電表。兩者主要特點歸納如下（見表1）。

內容	收費電表	智能電力監控儀表
外形圖
安裝方式	掛壁式安裝，應單獨設置電表箱，不易安裝在低壓柜、動力箱、照明箱內	導軌式安裝，易安裝在動力箱、照明箱內	嵌入式安裝，易安裝在低壓柜、動力箱的門板上
通訊規約	DL/T645規約與配電系統不兼容	Modbus協議或DL/T645規約， Modbus協議可與配電系統兼容

供電部門一般給用戶實施一戶一表的收費制度，即收費電表由供電部門統一安裝。因此，收費電表除了要有技監局發放的計量器具許可證外，還需要當地省、市電力部門的許可才可安裝使用。在大型公共建筑電能管理中，供電部門一般會在總進線處安裝收費電表。

電力儀表在用戶安裝收費電表的基礎上，考慮內部電能計量與節能管理的需要安裝，用于內部電能管理。因此用戶可自主選擇采購，但應注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計量許可證。電力儀表可以完成對各回路、各樓層或各功能區的分項電能數據的采集，通過后臺電能管理系統完成對大型公共建筑的電能分項計量。

6 　電力儀表在建筑能耗電能分項計量中的選型方案

Acrel(安科瑞)公司研發的Acrel-5000建筑能耗分析管理系統，可以通過ACR網絡電力儀表、諧波表、導軌式電能表，對商場、賓館、學校、醫院、銀行、體育館、政府機關等大型公建進行電能分項計量和能耗分析管理。

電力儀表，是針對電力系統、工礦企業、公用設施、智能大型公共建筑的電力監控與電能管理需求而設計的。它能高精度的測量所有常用的電力參數，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、四象限電能等，采用可視度高的LCD來顯示儀表測量參數和電網系統的運行信息。電力儀表功能、型號繁多，價格也各不相同，電能計量方案也多種多樣，因此，應合理選配，達到較佳的性價比。

根據住房和城鄉建設部114號文件，對大型公共建筑能耗數據實行分類、分項計量，對電能按動力用電、照明與插座用電、空調用電和特殊用電進行分項計量管理。因此，針對宿舍、商鋪、病房等應計量到經濟核算單元的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；

DDS1352單相電表，用于單相電能計量，DIN35mm導軌安裝，寬度為1個模數（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級。優點是尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網。

DDSF1352單相電表，同樣為DIN35mm導軌安裝，寬度為4個模數，一次最大接入單相電流為80A，精度1.0級，具有峰、平、谷電能分時復費率計量功能，帶RS485接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。主要應用于對單相電能的計量，常用在配電箱內。DDS1352及DDSF1352單相電表外形及應用如圖1所示：

圖1 DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應用

針對用電設施按照明與插座用電、動力用電、空調用電、特殊用電進行分項計量，對學校教室、醫療病房、賓館客房按樓層或功能分區計量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。

采用DTSF1352三相四線電表（見圖2），用于三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復費率計量功能，DIN35mm導軌安裝，寬度為7個模數，可安裝在照明箱或動力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經電流互感器采集，精度0.5級，帶RS485接口，Modbus協議或DL/T645規約，可組網。

圖2 DTSF1352電表外形及其在動力箱中的應用

采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規格為220/380V、5A，電流經互感器接入，精度0.5級，可測量電流、電壓、功率、頻率、功率因數、四象限電能等電參量，帶Modbus通訊協議。

一些重要場合需檢測諧波的，可采用ACR230ELH多功能電表，針對進線回路或重要出線回路，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測量所有電參量外，還具有最大需量，2-31次電流、電壓諧波分量、電壓波峰系數、電流K系數、電話波形因子、電流電壓不平衡度、正負零序分量分析等功能。ACR120EL，ACR230ELH多功能電表外形及其在低壓配電柜中的實際應用如圖3所示。