电气节能与建筑节能

ElectricalEnergy Savingand Building Energy Saving Guo Xiao电气节能与建筑节能中国建筑东北设计研究院郭晓岩摘要本文叙述了我国建筑节能与电气节能的现状,强调指出了热冬冷和夏热冬暖地区,从居住建筑延伸到公共建筑电气节能是建筑节能的重要组成部分从而详翅介绍了电气节能的并实施了一大批建筑节能试点及推广项目。节能技术主要内容另外文章分别列举了发达国家节能建筑课估体系的同领域也从围护结构节能采暖空调系统节能逐渐扩屐到合评价指标体系各类用电设备和照明设备节能,以及可再生能源的应用关键词电气节能建筑节能综合评价指标体系等。而且随着社会的发展和文明的进步,公众节能意识Abstract The paper expounds the present conditions for build不断增强,节能的理念也为越来越多的人所接受。这些ng energy saving and electrical energy saving in China,and都为建筑节能的推广和应用创造了有利的条件points out that electrical energy saving is the important part of但仍需清醒地看到,目前建筑电气节能还存在着building energy saving, therefore the main content of electrical不少问题,如:目前多数建筑节能设计标准、规范或energy saving is introduced in detail. Several assessment sy规定均未把电气节能全面系统地纳入其中,为数不少tems for energy saving building of developed countries are givenas well. It puts forward that a fine and comprehensive assess的工程项目由于负荷计算不合理或用电数据不全导致ment index system for electrical energy saving should be cre-变压器选择过大,照明光源选择不当、照度设计不合ated as soon as possible in China.理、建筑物室内照明及空调等未考虑节能控制方式、Keywords electrical energy saving, building energy saving. com有的照明节能指标难以达到、立面照明及庭院照明未prehensive assessment index system设光控环节(管理不善时白天也亮,白白浪费大量的电能)、风机及水泵起停控制仅设手动控制、电制冷机1建筑节能与电气节能的现状组的台数选择未重点考虑节能的因素、厨房用电不考随着经济的快速发屐,国家对能源的需求越来越虑节能控制、电梯未设群控或其他节能控制模式、自大,各类能源供不应求;而另一方面,能源的浪费却动扶梯未设节电感应控制,等等。较为普遍。我国的建筑能耗是发达国家平均建筑能耗目前有关建筑节能的标准、规范对指导和规范建的3~4倍,每年建筑能耗约占全社会能源总消耗量的筑节能设计无疑起到了十分积极的作用,但一些标准30%左右,而且仍有持续上涨的趋势。和规范只是突出某个专业或某几个专业的节能并对其近年来,国家及相关部门已经深切意识到节能问做了相关的规定。例如,除了建筑物围护结构、采暖题的重要性和紧迫性,先后发布了民用建筑节能设计通风空调等内容外,建筑节能设计并未全面涉及其他标准(采暖居住建筑部分)、公共建筑节能设计标准、专中国煤化工的内容,也仅局限夏热冬冷地区和夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准于对实建筑节能涉及的等一系列国家和地方的节能标准、规范、图集,建筑专业CNMH筑节能不仅是某节能设计标准的实施已从北方采暖地区扩展到南方夏个专业或少数几个专业的事情,而是涉及到各个专业,事晓1985年大学毕业于东化大学自控系并留校,198年至今在中国建筑东北设计研究院从事专业设计工作,现任院副总工程师,教授级高工,全国智能建筇技术情报网翻理鄂长、建设建筑智能化技术专家委员会委员、中国建筑学会建筑电气分会常务理事、辽宁省及沈阳市建筑气专业委员会副主任、主任委员等,主持并参与完成了沈阳万豪酒店、沈阳喜来登国际酒店沈阳建工学院新校区、沈阳五爱市场、大连友谊商城、青岛银河大厦、上海天文大厦、福州正大广场、深圳皇岗口岸等20余项特级或一级工程的电气设计并多次获省部级奖参编国家标准《智能建筑设计标准》、《民用建筑电气设计规范》,主编、参编电气专业图书48,发表专业论文27甚至涉及工程立项、设计、施工、管理、政府决策等各化建筑节能的设计审查和管理,建筑节能设计已经引个环节。如果不对其进行系统、全面和综合的分析起各设计单位的重视,特别是在电气设计的各个阶段究和实施,要想做好建筑节能是十分困难的。均考虑与电气节能设计相关的内容。目前设计中涉及2电气节能是建筑节能的重要组成部分电气节能的较为常见的内容主要有:笔者认为,建筑节能不仅需重点考虑建筑物围护31供配电系统的节能设计结构(围护结构的保温隔热等)、采暖通风空调等占建使供配电系统整体分布合理,减少线路损耗;对筑节能份额较大的内容,而且要考虑建筑物的体型系供配电系统的构成进行技术经济分析(如空调等季节数、面积系数、室内空间(如高大空间的节能问题)、性负荷单独设置变压器等选用低损耗节能型的变压自然采光、隔声、结构安全等内容,还应当系统、全器;注重提高设备运行的负荷率尽可能使变压器及面地综合考虑供配电系统节能、照明节能、电梯节能、电动机类电气设备等处在经济运行状态(目前国内各电采暖的采用等电气节能指标以及耗能费用等影响建类工程变压器、电动机等用电设备“大马拉小车”的筑物节能的各个方面。现象较为普遍)部分对供配电质量要求高的工程项目建设部、科技部及国家发展和改革委员会于2006采用有载调压变压器(如我院设计的沈阳军区总医院年下半年发布了《“十一五”十大重点节能工程实施意中心变电所等),在确保供电质量的同时起到节能的作见》,其中的电机系统节能工程虽然将重点放在以工业用;采用低耗无噪声节能型接触器;尽可能使三相负用大容量电机为主,但仍可从一个侧面看出电气节能荷平衡;电梯、自动扶梯的节能控制;提高用电设备的重要性。与此同时,为指导全国建筑设计单位进行的功率因数,合理进行无功补偿,采取抑制和消除谐建筑节能设计,由建设部工程质量安全监督与行业发波的措施(如我院设计的沈阳五爱市场)等展司牵头,委托中国建筑标准设计研究院负责组织编32照明节能设计制的《全国民用建筑工程设计技术措施一建筑节能专根据不同工程的使用要求合理选用高效节能型光篇》(包括建筑、结构、给排水、暖通空调动力、电气源,尽可能不选白炽灯;采用高效节能灯具,并多选五个分册),基本涵盖了目前可用于建筑工程的全部节用直接照射型灯具;按照现行的建筑照明设计标准所能技术,其中电气节能专篇的内容与其他相关专业互规定的功率密度值的要求进行照明设计(但有时难度相对应与衔接,充分体现出电气节能是建筑节能不可较大,功率密度值往往难以达到建筑照明设计标准的或缺的组成部分。节能要求);普遍选用电子镇流器或节能型电感镇流3电气节能设计的主要内客器;部分项目采用了照明节电器;尽可能多设置开关电气节能设计的主要内容可分为:①供配电系统点,使灯具开关控制灵活,方便、节能;大进深房间的节能(负荷计算、功率因数补偿、谐波治理、变配或商场、大厅等大空间照明采用分区、分级控制,充电设备选择等)②电气照明的节能(照明设计和设备分利用自然光,以节约电能;居住建筑楼梯间、内走选择、照明控制、光纤照明等);③建筑电气设备的节道等采用声控开关,室外有关的照明灯具采用光控开能(电动机、空调系统、给排水系统、电梯、典型建关等节能控制宾馆类建筑的客房均采用节能控制开筑设备等),④计量与管理(电能计量、冷热量计量、关;个别档次高的项目采用了照明控制系统等中央空调系统的计量、居住小区的能耗计量等)⑥能3.3通风空调的节能控制源的综合利用(地源或水源热泵系统、太阳能光伏电中国煤化筑设备监控系统源系统、冰薔冷系统、蓄热式电采暖系统、风力发电实现进行节能控制;系统、热电或热电冷联供系统等)。少量CNMHG充;风机盘管加新由于国家近年来大力推动建筑节能工作,逐步强风系统,可起到一定的节能效果(但实际工程中常常15在大面积场所与风机盘管一对一地配置风机盘管温控43加拿大GBTo评价系统器,从应用效果上似乎不够合理);与暖通专业在方绿色建筑挑战( Green Building Challenge)是由加拿案、初步设计、施工图阶段均重点配合,使空调控制大自然资源部 (Natural Resources Canada)发起并领导方案更趋于合理,具有更明显的节能效果。的,至2000年10月有19个国家参与制定一种评价方34节能型电动机及变频调速风机,水泵的采用法,用以评价建筑的环境性能。GBC200评估范围包与给排水、暖通、动力等专业协调配合,合理采括新建和改建翻新建筑,评估手册共有4卷,包括总用节能型电动机及变频调速风机、水泵等节能设备,论、办公建筑、学校建筑、集合住宅。评价的标准共起到了明显的节能效果。变频风机通过变频方式调节分环境的可持续发展指标、资源消耗、环境负荷、室空调箱的送风量,使之与室内负荷相匹配,能够在满内空气质量、可维护性、经济性、运行管理和术语表足空调要求同时,大幅节约风机电耗。对于商场风系8个部分。GBC2000朵用定性和定量的评价依据结合统,采用变频风机是十分有效的节能手段。的方法,其评价操作系统称为 GBTool,也采用的是评35严格限制非节能型建筑电采暖的采用分制。采暖问题特别是电釆暖问题也是节能的重要内容。44日本的 CASBEE评价体系我院承接国内北方地区的项目较多,在设计过程中对日本的 CASBEE(建筑物综合环境性能评价体系,非节能型建筑的电采暖实行了严格的限制,以往的经 Comprehensive Assessment System for Building Environmental验和教训表明,非节能型建筑采用电采暖,会带来耗 Efficiency),评分时把评估条例分为Q和L两类:Q电量很大、房间不热等一系列难以解决的问题,不仅(ouai)指建筑物的质量,包括室内环境、服务设施质量给住户造成了很大的一笔不必要的支出,而且又没有和占地内的室外环境三项;L(Load)指环境负荷,包括使住户得到一个舒适的居住环境。对于节能型建筑,能源、资源与材料、占地以外的的环境。 CASBEE旨在当业主要求采用电采暖时,尚需要结合当地供电企业追求消耗最小的L而获取最大的Q的建筑。的相关政策(如可充分利用平谷价政策的蓄热式电采45节能建筑的评价指标或方法的分类暖系统)等做好技术经济分析和对比,慎重采用。在各国的建筑节能设计标准或规范中,节能建筑4发达国家的建筑节能评估体系及分类的评价指标或方法主要分为三类:规定性指标目前一些发达国家已逐步建立起具有各自国家自( Compulsory Index)性能性指标( Performance Index)身特色的节能建筑评估体系。和建立在建筑能耗模拟基础上的年能耗评价。4.1英国的 BREEAM评估体系451规定性指标( Compulsory Index)BREEAM评价条目包括管理、健康和舒适、能源主要是对各能耗系统,如围护结构(墙体、屋面、运输、水、原材料、土地使用、地区生态和除CO2外门或窗)的传热系数、体形系数、窗墙比和遮阳系数的污染9大方面。每一条目下分若干子条目,各对应以及采暖、空调和照明设备最小能效指标等所规定的不同的得分点,分别从建筑性能、设计与建造、管理一个限值,凡是符合所有这些指标要求的建筑,运行与运行这3个方面对建筑进行评价,满足要求即可得时能耗比较低,可以被认定为节能建筑。属于此类的到相应的分数参数有围护结构各部位的传热系数K(即许多欧洲国4.2美国的LEED评估体系家所说的 U-Value)或传热热阻R、热损失系数(规定美国绿色建筑委员会( USGBC在1995年建立了一每度室内外温差单位时间每平方米建筑面积的热损失套自愿性的国家标准LEED( Leadership in Energy and不超过法定的指标,W/m2℃)、空调系统的季节能效Environmental Design-领导型的能源与环境设计),比SEER( Seasonal Energy Efficiency Ratio)、供热季该体系用于开发高性能的可持续性建筑,进行绿色建节性能系数HSPF( Heating Season Performance筑的评级。整个项目包括培训、专业人员认可、提供 Factor)、综合部分负荷值IPLⅤ( ntegrated Part Load资源支持和进行建筑性能的第三方认证等多方面的内 Value)、能效比EER( Energy Efficiency Ratio)和性容。LEED主要通过以下6方面对建筑项目进行绿色评能系中国煤化工ance)等。但由估,且它们约占总评分的比例为:可持续的场地设计于目生化,许多建筑往22%、有效利用水资源8%、能源与环境27%、材料往不CNMHG要求,例如南向外与资源27%、室内环境质量和革新设计23%。墙采用大面积玻璃窗导致南向窗墙比超标、建筑体形16复杂多变导致体形系数过大等等。因此,这种分项的著的效果。规定性指标由于过于具体,而且各个指标之间相互独我国的建筑节能综合评价指标体系应在适当参考立、缺乏有效的关联,因此无法进行建筑各部分能耗和借鉴国外的做法的基础上,结合国内实际情况,制的综合分析。此外,由于各个指标规定得太过死板,也定出可操作性强、便于实施和审核检查的一整套科学在一定程度上限制了设计人员的设计自由和创造性体系。首先应建立起能较好地反映建筑物全年逐时负4.5.2性能性指标( Performance Index)荷变化的动态模拟基础上的数理模型,模型应符合我它不具体规定建筑局部的热工性能,但要求在整国的气象条件、建筑材料热工性能、相关设备和系统体综合能耗上满足规定要求,某一节能目标可以通过的实际特点。评价体系应能适应能耗系统中各个要素各种手段和技术措施来实现。它允许设计人员在某个的不断变化,与之相互呼应,具备较强的扩展性;各环节上有一定的突破,因而给了设计人员较大的自由个部分之间应能互相补充,发挥整体优势,能较为全发挥的空间,满足了设计人员在创新设计和建筑节能面地对建筑节能的各个方面进行系统评价。同时应做规范控制两方面的需求。此类指标对于围护结构有总好建筑物全生命周期的建筑节能技术经济比较,还应传热值OTrv( Overall Thermal Transfer value)和周边充分利用建筑设备监控系统等智能化控制技术对给排全年负荷系数PAL( Perimeter Annual load)等评价水、空调、照明等建筑设备进行节能监控,并应加强指标,对于空调系统则有空调能源消费系数 CEC/AC建筑物全生命周期的建筑节能管理,制定出具有可操( Coefficient of Energy Consumption for Air Conditioning)作性、便于实施且行之有效的建筑节能政策,明确划等评价指标。分必须达到的强制性措施和鼓励达到的附加有优惠政453年能耗评价策的推荐性措施,使之更好地指导和规范建筑节能这种建立在建筑能耗模拟基础上的年能耗评价方推动建筑节能沿着平稳有序的轨道健康发展法综合了影响建筑能耗的各个方面因素,包括围护结6结束语构、空调系统和其他建筑设备等。其中具有代表性的综上所述,结论如下:是 ASHARE90.1提出的能量费用预算法(能耗准则(1)电气节能是建筑节能中不可忽略的重要组成数)。它根据实际设计的建筑物构造一个标准建筑物部分;(即参考建筑物),然后通过能耗模拟计算软件分别计(2)全面系统地实施建筑节能比单一设备节能更算设计建筑物的年能耗费用DEC( Design Energy有效Consumption)和标准建筑物的年能耗费用SEC(3)应进一步完善建筑节能的相关标准,规范建( Standard Energy Consumption),如果计箅结果满足筑节能的设计、施工、验收、使用维护及日常管理等DEC≤SEC或E= DEC/SEC≤1,则认为达到了要求,各个环节,规范行业管理否则就得釆取一定的节能措施和节能设计方法按照设(4)应尽快建立完善的包括电气节能在内的建筑计建筑物的现场条件修改设计建筑物,直到上式成立。节能综合评价指标体系国从上述几个国家的节能建筑评估体系来看,他们各自都有独到之处。但在电气节能方面均考虑得相对考文献[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报较少。同时,国内现行的建筑节能标准、规范中对电告[M.北京:中国建筑工业出版社,20气节能的内容也常常未做出较为具体的规定。因此,[2]国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司“十一五”十有必要对电气节能以及建筑节能综合评价指标体系进大重点节能工程实施意见[M].北京:中国发展出版社,200行更为深入的分析与研究[3]江亿,薛志峄等.超低能耗建筑技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,20055应建立包括电气节能在内的建筑节能综合评价指标[4]徐舂釅,建筑节能和环保应用技术[M].北京:中国电力出体系版社,2006.相对于发达国家的节能建筑评估体系来讲,我国5]中华人民共和国建设.CB5034-2004建筑照明设计标准的节能建筑评估体系相对不足,尽快学习、分析和研[S].求中国煤化工国家质量监督检验检究国内外的建筑节能经验及不足可使我们少走弯路疫总局CNMH标准[S].北京:中国有利于我国在较短时间内在建筑节能方面取得更为显建筑工业出版社,2005