低碳示范樓能效管理的思考

文｜ 天津泰達發展有限公司 堯文林

低碳示范樓能效管理的思考

文｜ 天津泰達發展有限公司 堯文林

建筑設備運行能效管理問題是當今國際節能技術領域中的熱點。本文結合天津泰達低碳示范樓建設過程中的思考和實踐，闡述了在當前節能減排指標日益明晰、綠色建筑技術廣泛應用的社會大趨勢下，如何結合項目自身特點，設定關鍵能效指標，利用能效管理系統收集有價值的數據，追蹤控制策略實際效果，評價綠色節能技術，指導持續優化，從而實現節能減排目標。

能效管理 關鍵能效指標 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和產品的展示平臺，又可令進駐企業實際體驗低碳節能空間的舒適、便捷、高效，打造一個實用的地標性5A級生態示范建筑。

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）、美國能源與環境設計先鋒獎（LEED，金級）、日本建筑物環境綜合性能評價（CASBEE，S級）、英國建筑環境評估（BREEAM）。

該項目采用了5大體系，24項綠色技術，涵蓋了建筑及結構、可再生能源利用、電氣及照明系統、給排水系統、空調通風系統五大方面，如圖1所示。這些綠色技術分布在建筑內不同區域，不僅需要協同配合，保證經濟、有序、高效地運行，同時還要考慮持續追蹤該建筑的能效及碳排放目標，配合該建筑的綠色技術展示功能，完成綠色認證的測量驗證環節要求，對機電設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，結合示范樓實際情況，集成樓宇自動化應用、電網自動化應用、計算機、通信及自動控制等領域的最新技術，結合示范樓地理位置、規模、現狀及使用特點，實現跨系統數據獲取，滿足能效優化功能需求，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整個樓宇自動化系統、配電及電能質量管理系統、智能照明系統、多電源管理系統在正常及事故情況下的監測和控制，提高自動化控制和監控水平；實現建筑內各種能源的建筑設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，通過實際數據的追蹤、分析，對樓內節能策略效果進行驗證和評價，通過數據分析全面掌握示范樓實際能效水平，實現各類節能減排技術的效果對比，實現設定的節能減排目標；以直觀方式展示節能減排成果，通過動畫、互動、網絡、APP等多種方式進行發布和展示低碳成就；為今后泰達及濱海新區內改、擴建項目的低碳節能技術選擇和推廣，提供數據參考。

3 關鍵能效指標追蹤和評價

3.1 關鍵能效指標追蹤——以HVAC為例

空調系統是建筑能耗大戶，如何合理應用示范樓內現有的綠色技術，采用適當的控制策略，在保證環境舒適度的情況下，盡可能地降低能源消耗，優化能源成本，是保證示范樓低碳節能效果的關鍵。

空調系統能效數據整合優化運行模式如圖2所示。

3.1.1 制冷站能效指標

示范樓制冷站系統如圖3所示。

在建筑設備運行能效管理系統中，追蹤和呈現的能效指標包括：

◆ 埋管側水循環系統輸送系數；

◆ 地源熱泵機組COP值；

◆ 冷凍水水循環系統輸送系數；

◆ 熱回收水循環系統輸送系數；

◆ 毛細管二次循環水系統輸送系數；

◆ 制冷系統能效比EERr；

◆ 空調系統能效比EERs；

◆ 單位面積空調能耗ECA；

◆ 單位面積耗冷量CCA。

以上能效指標的數據來源如表1所示。建筑設備運行能效管理系統的單機COP界面如圖4所示。

建筑設備運行能效管理系統的制冷站整體效率界面如圖5所示。

建筑設備運行能效管理系統的制冷站優化控制節能效果界面如圖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，其主要體現在建筑運營管理和建筑暖通設備啟停優化管理兩個方面。利用時間表實現對暖通設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，同時使暖通設備處于最佳的運行時間段內，達到降低能耗的目的。與此同時，還可以結合室內外環境溫度情況，計算空調最佳啟停控制時間。對設定的時間表進行修正，會達到更好的節能效果。

?

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，進行數據追蹤。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中采用空調變風量控制，使空調機的送風風量根據末端需求不斷變化，通過改變送入房間的風量來滿足室內變化的負荷。由于空調系統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速的降低，從而降低空調機風機的能耗，如圖8所示。

3.1.4 空調熱回收

空調系統的大部分能耗用來對空氣的溫濕度進行處理，利用樓宇自控系統對熱回收空調機組熱轉輪的轉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得到改善，溫濕度波動相應減小，既方便系統的調節和控制，又能降低處理新風的能耗。

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

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，類似空調負荷區域的空調系統進行能耗數據追蹤和對比，如圖10所示，設計了如下測量驗證方案：

◆ 測量屋頂環境溫度；

◆ 測量無屋面綠化區域的樓板上溫度；

◆ 測量有屋面綠化區域的土壤內溫度；

◆ 測量兩個區域的樓板下溫度和區域環境溫度；

◆ 測量兩個區域的空調能耗。

按照此方法進行數據追蹤可以發現，有植被區域的環境升溫速度和幅度明顯低于非植被區域，有植被區域的空調電耗量明顯低于非植被區域，通過實際數據的追蹤和分析，很容易定量給出該技術帶來的節能效果數據。

3.3 節能效果分析呈現——以辦公區域能效追蹤為例

典型的商業辦公建筑，辦公人員數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，節能效果非常明顯。根據功能需求，存在各類區域的劃分，部分區域如經理辦公室、小型會客室和會議室、衛生間、休息室、資料室、茶水間、公共走廊等區域經常無人光顧，甚至大開間辦公區的辦公位很多時候都在空置，但空調和照明都照常工作，無形中浪費很多能源。在空置時段內，完全可以通過控制，關閉照明或減少空調末端送風。在寫字樓外區，照度足夠的情況下，更可以結合照度控制，進一步節約能源。這些控制策略的實現，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域，在這個區域設計了不同環境控制策略節能效果的測量驗證計劃，并通過數據分析，進行了節能量的估算。

采用時間程序+存在控制+照度控制的典型辦公區，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能效數據如表2所示。

從上述數據分析可見，采用綜合控制策略后，照明及空調末端部分能耗，整體節約量達到25%以上，配以外遮陽反光鏡等設備，節能效果將更為明顯。

表2 能效指標數據

4 結束語

建筑設備運行能效管理對提高設備效率，降低能源消耗，優化能源成本，客觀評價示范樓節能減排效果，展示區域低碳成就，實現綠色技術選擇的推廣具有積極意義。持續改進是能效管理所倡導的核心精神。

同時，綠色技術的應用方法及適用場所、測量驗證計劃的設計和測控裝置部署、現場傳感器等測控裝置配置水平、控制優化策略是否能夠真正落地、數據追蹤、分析和能效評價持續性，是項目規劃、設計、實施、運行中需要重點關注的問題。