建筑節(jié)能思考管理論文

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摘要：建筑節(jié)能應(yīng)處理好圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能與建筑設(shè)備節(jié)能、單體設(shè)備節(jié)能與系統(tǒng)節(jié)能、建筑節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)（IEQ）以及節(jié)能與節(jié)電的關(guān)系。同時(shí)，應(yīng)建立科學(xué)、合理和簡(jiǎn)單的建筑節(jié)能評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能評(píng)價(jià)體系室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)

1概述

發(fā)達(dá)國(guó)家的能源統(tǒng)計(jì)，是按產(chǎn)業(yè)（Industry）、交通（Transportation）、居民和商業(yè)等四個(gè)部門統(tǒng)計(jì)。因此，很容易得到建筑能耗數(shù)據(jù)，即居民（Residential）和商業(yè)（Commercial）能耗之和。其建筑能耗一般占全國(guó)總能耗的三分之一左右。如美國(guó)，2000年的建筑能耗占全美總能耗的35％。但我國(guó)的能源統(tǒng)計(jì)模式與發(fā)達(dá)國(guó)家不同，是分工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、交通運(yùn)輸及郵電通訊、批發(fā)零售、生活消費(fèi)和其它等多個(gè)部門統(tǒng)計(jì)。如果將后三個(gè)部門的能耗當(dāng)作建筑使用能耗，則我國(guó)的建筑能耗在總能耗中的比例多年來(lái)一直在20%左右。2000年為20.4％。而我國(guó)建設(shè)部公布的2000年建筑能耗比例數(shù)字是27.6%。建設(shè)部的數(shù)字中包括了建材工業(yè)的能耗，實(shí)際是廣義建筑能耗。此外，還有好幾個(gè)版本的比例數(shù)字。

其次，在很多建筑中，也沒(méi)有區(qū)分各部分能耗。比如，通常認(rèn)為在公共建筑中，空調(diào)采暖的能耗在總能耗中占最大比例。其實(shí)這一結(jié)論在我國(guó)并沒(méi)有實(shí)際數(shù)據(jù)的支持。因?yàn)閲?guó)內(nèi)建筑物中能耗計(jì)量很粗糙，一般只有冷水機(jī)組有單獨(dú)的功率表，而空調(diào)的末端裝置和輸送系統(tǒng)的耗能無(wú)法與其它動(dòng)力設(shè)備和照明的耗能區(qū)分開(kāi)來(lái)。在工業(yè)建筑中，傳統(tǒng)上又把空調(diào)等建筑設(shè)備能耗計(jì)入生產(chǎn)能耗。筆者曾經(jīng)引用過(guò)日本建筑環(huán)境·省能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)得到的辦公樓中各部分能耗比例的調(diào)查結(jié)果，但這一數(shù)據(jù)在被許多文章多次轉(zhuǎn)引之后，以訛傳訛，變成“上海地區(qū)辦公樓能耗比例”，甚至進(jìn)入某些正式的研究報(bào)告和文件。

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和能耗現(xiàn)狀不清的情況下，難以恰當(dāng)?shù)卮_定建筑節(jié)能的目標(biāo)（例如，在某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上的節(jié)能率），也難以恰當(dāng)?shù)胤峙涓鞑糠值墓?jié)能率（例如，總節(jié)能率中圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明、空調(diào)各承擔(dān)多少）。

圖1某高層辦公大樓全年能耗分布

圖1是上海某高層辦公樓全年的總能耗曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，圖1的能耗曲線有兩個(gè)最低點(diǎn)，分別出現(xiàn)在4月和11月。在上海地區(qū)，這兩個(gè)月是氣候最宜人的時(shí)期，一般來(lái)說(shuō)建筑物既不需要采暖，也不需要供冷。取這兩個(gè)月能耗量的平均值，在曲線圖上劃一道水平線（圖2-17中的虛線）。可以認(rèn)為，這道水平線以上由曲線所圍成的面積就是該大樓采暖空調(diào)所消耗的能量；水平線以下的矩形面積則是照明和其它動(dòng)力設(shè)備（如電梯）所消耗的能量。

因此，可以把照明、插座、電梯等設(shè)備能耗當(dāng)作穩(wěn)定能耗。盡管冬季晝短夜長(zhǎng)，夏季則相反，人們使用照明的時(shí)間有一些差別，但在現(xiàn)代商用建筑中從全年能耗角度來(lái)看，這種差別并不明顯。而采暖和空調(diào)的能耗是變動(dòng)的、不穩(wěn)定的能耗，它不但隨氣候區(qū)變化，而且隨建筑類型、形狀、結(jié)構(gòu)和使用情況變化，甚至今天和明天都會(huì)有所不同。這就給建筑節(jié)能工作帶來(lái)了復(fù)雜性和多樣性，但同時(shí)也是建筑物中節(jié)能潛力最大的部分。

在美國(guó)，建筑能耗統(tǒng)計(jì)是由政府進(jìn)行的，在日本，則是由專業(yè)學(xué)會(huì)和學(xué)術(shù)團(tuán)體完成的。但在中國(guó)，還沒(méi)有像美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家那樣大規(guī)模地進(jìn)行建筑能耗調(diào)查。因此，大多數(shù)節(jié)能政策制定者和從事建筑節(jié)能的研究者都不能像發(fā)達(dá)國(guó)家那樣對(duì)全國(guó)或一個(gè)城市的建筑能耗情況了如指掌。而由于缺乏必要的檢測(cè)計(jì)量手段，許多建筑樓宇的物業(yè)管理人員對(duì)自己所管理的建筑各部分能耗情況也是心中無(wú)數(shù)。因此，建筑節(jié)能必須從計(jì)量做起。

2結(jié)構(gòu)節(jié)能與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取節(jié)能措施，是建筑節(jié)能的基礎(chǔ)。由于我國(guó)建筑節(jié)能是從采暖居住建筑起步的，因此，建筑節(jié)能首先考慮加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫?zé)o疑是正確的決策。從管理的角度看，可以對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)制訂限定性指標(biāo)，易于評(píng)價(jià)。但是，建筑節(jié)能的關(guān)鍵是空調(diào)采暖系統(tǒng)的效率，最終的節(jié)能量也要從空調(diào)采暖系統(tǒng)來(lái)體現(xiàn)。北方地區(qū)在墻改之后又發(fā)展到熱改。如果沒(méi)有調(diào)節(jié)閥和熱計(jì)量，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫越好，可能浪費(fèi)的熱量越多。

圖2采用不同形式窗戶的空調(diào)總冷負(fù)荷（MWh）

圖3不同墻體傳熱系數(shù)條件下的全年總負(fù)荷（MWh）

而在間歇運(yùn)行的空調(diào)建筑中，在空調(diào)關(guān)機(jī)之后，室溫升高，當(dāng)室外氣溫低于室溫時(shí)，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逆向傳熱可以降低第二天空調(diào)的啟動(dòng)負(fù)荷。因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫越好，蓄熱量越大，空調(diào)負(fù)荷也越大（見(jiàn)圖2）。

對(duì)公共建筑而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的負(fù)荷在總負(fù)荷中所占比例很小，因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力有限。

從圖3中可以看出，墻體傳熱系數(shù)降低40％，所得到的節(jié)能率最大8.1％（哈爾濱），最小2.8%（廣州）。可見(jiàn)，在公共建筑節(jié)能中重要的環(huán)節(jié)是降低內(nèi)部負(fù)荷、減少內(nèi)部發(fā)熱量。例如，在保證照度的前提下降低照明負(fù)荷，既降低照明耗電，又降低空調(diào)負(fù)荷，可謂一舉兩得。

3節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)

非典之后，人們的健康意識(shí)和自我保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)提出更高的要求。

我國(guó)大城市80％以上的公共建筑中的空調(diào)末端（AHU）僅有一級(jí)粗效過(guò)濾，有的甚至只有一層濾網(wǎng)。而根據(jù)美國(guó)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)62-2001，應(yīng)在冷卻盤管或其具有濕表面的處理設(shè)備的前端加設(shè)最小效率（MERV,MinimumEfficiencyReportingValue）不低于6的除塵過(guò)濾器或者凈化器。歐洲標(biāo)準(zhǔn)也要求AHU過(guò)濾器達(dá)到F7標(biāo)準(zhǔn)。即需要有粗效和中效兩級(jí)過(guò)濾。整個(gè)風(fēng)系統(tǒng)阻力至少比現(xiàn)在增加200Pa。假定一臺(tái)3600m3/h的空調(diào)箱，全年運(yùn)行，要增加耗電量2500kWh。

另外，很多大樓的空調(diào)新風(fēng)量也沒(méi)有達(dá)到規(guī)范的要求。而且，非典之后，一些新建大樓的業(yè)主對(duì)新風(fēng)量提出了超出規(guī)范的要求。新風(fēng)負(fù)荷占空調(diào)負(fù)荷的20～30％，加大新風(fēng)量就意味著能耗的增加。

在公共建筑中，室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)直接影響用戶的舒適、健康和工作效率。對(duì)大樓管理者來(lái)說(shuō)，這是“開(kāi)源”。而建筑節(jié)能則是降低運(yùn)營(yíng)成本，是“節(jié)流”。開(kāi)源和節(jié)流應(yīng)該是相輔相成。

因此，建筑節(jié)能工作要以室內(nèi)環(huán)境為底線。一方面，建筑節(jié)能決不能以犧牲室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)為代價(jià)；另一方面，對(duì)不合理的環(huán)境消費(fèi)（例如夏季過(guò)低和冬季過(guò)高的環(huán)境溫度、過(guò)大的新風(fēng)量、邊使用空調(diào)邊開(kāi)窗等）行為，即不合理的用能，則應(yīng)該改變。

解決節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)矛盾還可以采用很多新技術(shù)或原有技術(shù)的集成。例如，獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)（DOAS）、輻射吊頂＋置換送風(fēng)系統(tǒng)、除濕空調(diào)系統(tǒng)等。

4節(jié)能與節(jié)電

2003年夏季高溫期間全國(guó)19個(gè)省市嚴(yán)重缺電和美國(guó)加拿大部分地區(qū)的大停電事故為我們敲響了警鐘，電力空調(diào)的應(yīng)用關(guān)系到電網(wǎng)安全，因此，在節(jié)能的同時(shí)還要關(guān)注節(jié)電。

某些節(jié)能技術(shù)可能可以降低全年建筑能耗，但卻不節(jié)電。例如本文第2節(jié)所論述的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫就是如此。在傳統(tǒng)的空調(diào)能源結(jié)構(gòu)中，夏季用電供冷、冬季用一次能源供熱。對(duì)于采暖為主的地區(qū)，加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱可以降低全年能耗（例如哈爾濱）；而在供冷為主的地區(qū)，加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱的總節(jié)能效果有限，反而會(huì)增加空調(diào)能（電）耗。

某些技術(shù)可能能耗稍大，但是可以使用清潔能源，對(duì)保護(hù)環(huán)境有利。例如，燃?xì)庵比紮C(jī)在國(guó)內(nèi)一直被很多人視為“節(jié)電不節(jié)能”。但是，直燃機(jī)不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然氣對(duì)環(huán)境影響極小、溫室氣體排放極低，從而被世界各國(guó)當(dāng)作一項(xiàng)綠色技術(shù)。夏季利用低谷燃?xì)狻⑵秸叻咫娏ω?fù)荷，可以使電力和燃?xì)獾玫健半p贏”。

某些技術(shù)可能在微觀層面上不節(jié)能、但在宏觀層面上卻是節(jié)能的。例如蓄冰空調(diào)，利用夜間低谷電力制冰時(shí)制冷機(jī)組的COP值降低。在用戶側(cè)，如果沒(méi)有合理的峰谷差價(jià)，則蓄冰空調(diào)是既不節(jié)能又費(fèi)錢。但在發(fā)電側(cè)，大量蓄冰空調(diào)的使用填平了夜間電力負(fù)荷低谷，使發(fā)電機(jī)組常時(shí)處于高發(fā)和滿發(fā)，發(fā)電煤耗下降。滿負(fù)荷工況與40％部分負(fù)荷工況相比，30萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組可以節(jié)能15.7％。同時(shí)，發(fā)電設(shè)備的利用率提高。發(fā)達(dá)國(guó)家電力平均年負(fù)荷率為66.6%，我國(guó)發(fā)電設(shè)備年平均負(fù)荷率1999年達(dá)到最低值50％。以后逐年有所上升，2002年達(dá)到54.8％。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距。

因此，建筑節(jié)能工作需要在能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡，這應(yīng)該成為建筑節(jié)能工作者的一項(xiàng)基本素質(zhì)。

5設(shè)備節(jié)能和系統(tǒng)節(jié)能

節(jié)能設(shè)備不一定能連成節(jié)能系統(tǒng)。例如，空調(diào)冷水系統(tǒng)的揚(yáng)程與樓高無(wú)關(guān)，一般在30m～40m。如果水泵的揚(yáng)程選擇過(guò)大，定水量系統(tǒng)中會(huì)使流量過(guò)大，水溫差往往只有2～3℃。這時(shí)測(cè)得的離心機(jī)COP僅在2～3之間。這說(shuō)明，空調(diào)系統(tǒng)的配置合理是系統(tǒng)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。

我國(guó)正在積極推廣建筑熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。但在熱電冷聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用上，存在一些誤區(qū)。似乎凡熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)就一定是節(jié)能系統(tǒng)。筆者認(rèn)為，熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵并不在于其動(dòng)力裝置用微型燃?xì)廨啓C(jī)還是用內(nèi)燃機(jī)，也不在于其理論效率有多高。實(shí)際上如果系統(tǒng)配置不當(dāng)，熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能效益便完全不能發(fā)揮。熱電冷聯(lián)產(chǎn)的理論效率達(dá)到70％或80％的前提是設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行。在我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)電力尚不允許上網(wǎng)的條件下，還必須將熱電聯(lián)產(chǎn)所發(fā)電力和所產(chǎn)熱量全部用掉，才能體現(xiàn)出效益。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的產(chǎn)熱和發(fā)電之間存在著平衡關(guān)系。取得的熱量多、得熱的品位（溫度）高，就勢(shì)必要降低發(fā)電效率；反之亦然。無(wú)論從熱力學(xué)第一定律還是從熱力學(xué)第二定律的觀點(diǎn)分析，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)都應(yīng)該充分發(fā)揮發(fā)電效率、充分利用排熱，而不應(yīng)該是相反。

圖4微燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)全供冷模式

（直燃機(jī)熱力制冷＋離心機(jī)電力制冷）

圖5電動(dòng)離心式制冷機(jī)能流圖

圖6微燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)全供冷模式

（雙效吸收機(jī)熱力制冷＋離心機(jī)電力制冷）

假定某建筑的微型燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)熱和發(fā)電完全用來(lái)為大樓供冷，分別采用熱力制冷和電力制冷。其能流圖見(jiàn)圖4。在圖4的模式下，總一次能效率為1.51。因?yàn)樵跓崃χ评洳糠植捎昧酥比紮C(jī)，就必須使微燃機(jī)排氣溫度達(dá)到500℃以上，而此時(shí)發(fā)電效率只有13～15％。

與傳統(tǒng)電制冷相比，用離心機(jī)制冷的能流圖見(jiàn)圖5。

可見(jiàn)其一次能效率（1.5）與熱電冷聯(lián)產(chǎn)基本持平。說(shuō)明對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和直燃機(jī)的投資是無(wú)效投資。而如果要提高發(fā)電效率，則相應(yīng)的排氣溫度比較低，只適于采用熱力制冷效率比較低的吸收式制冷機(jī)。（見(jiàn)圖6）

圖6中的供冷一次能利用率高于傳統(tǒng)電制冷。

由此可見(jiàn)，熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的本質(zhì)是回收發(fā)電系統(tǒng)過(guò)去被丟棄的排熱、廢熱或余熱，以提高綜合能效。即在保證發(fā)電效率的前提下充分利用余熱。如果為了用熱而抑電，就是本末倒置了。尤其是樓宇熱電冷聯(lián)產(chǎn)，所用的發(fā)電機(jī)組功率比較小，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上大型電廠的大發(fā)電機(jī)組。它的優(yōu)勢(shì)在于綜合效率和就近供能。而發(fā)揮其綜合效率的關(guān)鍵是系統(tǒng)合理的配置和科學(xué)的運(yùn)行。

在建筑節(jié)能中，選擇設(shè)備不僅要看它在額定工況下的效率，更要看它在部分負(fù)荷條件下的效率。對(duì)制冷機(jī)而言，就是綜合部分負(fù)荷值（IPLV）。

制冷機(jī)的綜合部分負(fù)荷值IPLV在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中是一個(gè)十分重要的參數(shù)。我國(guó)的制冷機(jī)標(biāo)準(zhǔn)中基本沿用了美國(guó)空調(diào)與制冷學(xué)會(huì)（ARI）標(biāo)準(zhǔn)。而ARI最初制訂IPLV標(biāo)準(zhǔn)時(shí)是用美國(guó)亞特蘭大市的氣象參數(shù)、通過(guò)對(duì)一幢假想辦公樓的模擬計(jì)算得到的。即使對(duì)美國(guó)的不同氣候區(qū)，這一IPLV都不能完全適用，ARI用不同緯度的美國(guó)29個(gè)城市的數(shù)據(jù)得到新的IPLV（ARI550.590-1998）。因?yàn)闆](méi)有自己的數(shù)據(jù)，我國(guó)新版的制冷機(jī)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有IPLV。

筆者根據(jù)我國(guó)的氣象參數(shù)，用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)模擬的方法，得到適應(yīng)我國(guó)氣候特點(diǎn)的平均IPLV。

對(duì)IPLV的研究，還要進(jìn)一步深入。

6建筑節(jié)能的評(píng)價(jià)

開(kāi)展建筑節(jié)能，需要建立一套科學(xué)的建筑能效評(píng)價(jià)體系。我國(guó)基本上還在沿用按建筑面積平均的能耗絕對(duì)值的評(píng)價(jià)方法。這種評(píng)價(jià)方法屬于靜態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)不同檔次、不同用途的建筑很難區(qū)分在建筑節(jié)能方面孰優(yōu)孰劣。在上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《集中式空調(diào)系統(tǒng)（中央空調(diào)）合理用能技術(shù)要求與運(yùn)行管理》中引用了日本建設(shè)省所推行的PAL/CEC方法。

所謂PAL，是PerimeterAnnualLoad的縮寫，即“全年熱負(fù)荷系數(shù)”：

另外還有設(shè)備系統(tǒng)能量消費(fèi)系數(shù)（CEC，CoefficientofEnergyConsumption）。分別有空調(diào)、換氣、照明、電梯和供熱水5個(gè)能耗系數(shù)。以空調(diào)能耗系數(shù)CEC/AC為例，表達(dá)式為：

很明顯，能量消費(fèi)系數(shù)CEC實(shí)際上是建筑設(shè)備系統(tǒng)全年能效的倒數(shù)。因此，用PAL能夠評(píng)價(jià)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，而用CEC則可以更直接地評(píng)價(jià)建筑的能量轉(zhuǎn)換效率。PAL和CEC反映了動(dòng)態(tài)節(jié)能的思想和轉(zhuǎn)換效率的思想，是一種性能性指標(biāo)。

7結(jié)論

空調(diào)公共建筑的節(jié)能，是一個(gè)比較復(fù)雜的課題。必須建立動(dòng)態(tài)節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能的思想，正確處理好幾對(duì)看似矛盾的關(guān)系。有很多中國(guó)特有的建筑節(jié)能課題等待我們?nèi)パ芯俊?/p>

主要參考文獻(xiàn)

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