建筑節能設備及系統設計的應用

1 　概述

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展、人民生活水平不斷提高，建筑能耗持續上升。其原因，一是建筑面積增加，二是居民家用設備快速增長(cháng)，建筑照明條件也愈益改善，三是人們對建筑熱舒適性要求越來(lái)越高，空調制冷面積不斷擴大，時(shí)間也在延長(cháng)，能源消耗隨之增加。目前普遍認為建筑節能是節能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展與能源供應不足這對矛盾的最有效措施之一。因此，采取建筑節能技術(shù)措施不僅能改善室內熱環(huán)境、減少空調耗能量，還能減少空調機排放的廢熱廢氣等改善大氣環(huán)境，且對削減用電高峰負荷意義重大。

為了貫徹國家有關(guān)能源規定和政策，提高設備和能源利用效率，提高建筑節能設計水平，使建筑節能設計人員更好地掌握節能設計方法、熟悉節能設備選用。Acrel(安科瑞)公司研發(fā)的Acrel-5000建筑能耗分析管理系統，可以通過(guò)ACR網(wǎng)絡(luò )電力儀表、諧波表、導軌式電能表，對商場(chǎng)、賓館、學(xué)校、醫院、銀行、體育館、政府機關(guān)等大型公建進(jìn)行電能分項計量和能耗分析管理。希望能對人們的建筑節能意識起到引導作用，為建筑設計人員提供參考，使建筑與節能一體化設計，達到更好的節能效果。

在建筑節能設備設計應用中應大力利用可再生能源，如利用地下水作為空調系統的冷卻水和熱源水，用制冷（熱泵）從低品位熱源中提取所需的冷（熱）量為建筑供冷（熱）；又如太陽(yáng)能是清潔而且用之不盡的可再生能源，不僅可提供生活熱水，還可進(jìn)行光伏發(fā)電，為建筑的照明系統提供光源。另外將太陽(yáng)能應用于空調技術(shù)，可以有效降低由于使用常規機械壓縮制冷設備帶來(lái)的大量電力消耗，從而減輕由于燃燒化石能源發(fā)電所帶來(lái)的環(huán)境污染。所以設計人員在建筑節能設計中，應該努力探索可再生能源與建筑的結合方式，構建節約型社會(huì )。

2 　基本知識

2.1建筑能耗設備

建筑設備包括建筑電氣、供暖、通風(fēng)、空調、消防、給排水、樓宇自動(dòng)化等。

建筑內的能耗設備主要包括空調、照明、熱水供應設備等。南方地區空調系統和照明系統的耗能在大多數的民用建筑能耗中占主要份額，空調系統的能耗更達到建筑能耗40%～60%，成為建筑節能的主要控制對象。

2.2建筑設備節能設計應注意的問(wèn)題

建筑的節能設計，必須依據當地具體的氣候條件，首先保證室內熱環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)，還要提高采暖、通風(fēng)、空調和照明系統的能源利用效率，以實(shí)現國家的節能目標、可持續發(fā)展戰略和能源發(fā)展戰略。

1）合適、合理地降低設計參數

合適、合理的降低設計參數不是消極被動(dòng)地以犧牲人類(lèi)的舒適、健康為前提?？照{的設計參數，夏季空調溫度可適當提高一點(diǎn)如25～26℃、冬季的供暖溫度可適當低一點(diǎn)。

2）建筑設備規模要合理

建筑設備系統功率大小的選擇應適當。如果功率選擇過(guò)大，設備常部分負荷而非滿(mǎn)負荷運行，導致設備工作效率低下或閑置，造成不必要的浪費。如果功率選擇過(guò)小，達 不到滿(mǎn)意的舒適度，勢必要改造、改建，也是一種浪費。建筑物的供冷范圍和外界熱擾量基本是固定的，出現變化的主要是人員熱擾和設備熱擾，因此選擇空調系統時(shí)主要考慮這些因素。同時(shí)，還應考慮隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，新電氣產(chǎn)品不斷涌現，應注意在使用周期內所留容量能夠滿(mǎn)足發(fā)展的需求。

3）建筑設備設計應綜合考慮

建筑設備之間的熱量有時(shí)起到節能作用，但是有時(shí)候則是冷熱抵消。如夏季照明設備所散發(fā)的能量將直接轉化為房間熱擾，消耗更多冷量。而冬天的照明設備所散發(fā)的熱量將增加室內溫度，減少供熱量。所以，在滿(mǎn)足合理的照度下，宜采用光通量高的節能燈，并能達到冬夏季節能要求的照明燈具。

4）建筑能源管理系統自動(dòng)化

建筑能源管理系統（EMS，Building Automation System）是建立在建筑自動(dòng)化系統（BAS，Building Automatic System）的平臺之上，是以節能和能源的有效利用為目標來(lái)控制建筑設備的運行。它針對現代樓宇能源管理的需要，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)把大樓中的功率因數、溫度、流量等能耗數據采集到上位管理系統，將全樓的水、電力、燃料等的用量由計算機集中處理，實(shí)現動(dòng)態(tài)顯示、報表生成。并根據這些數據實(shí)現系統的優(yōu)化管理，最大限度地提高能源的利用效率。BAS系統造價(jià)相當于建筑物總投資的0.5％～1％，年運行費用節約率約為10％，一般4～5年可回收全部費用。

5）建筑物空調方式及設備的選擇，應根據當地資源情況，充分考慮節能、環(huán)保、合理等因素，通過(guò)經(jīng)濟技術(shù)性分析后確定。

3 　Acrel-5000建筑能耗分析管理系統

3.1系統構成

能耗分析管理系統是指通過(guò)對國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑安裝分類(lèi)和分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸等手段及時(shí)采集能耗數據，實(shí)現重點(diǎn)建筑能耗的在線(xiàn)監測和動(dòng)態(tài)分析功能的硬件系統和軟件系統的統稱(chēng)。其中，分類(lèi)能耗是指根據國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類(lèi)劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數據，如：電、燃氣、水等。分項能耗是指根據各類(lèi)能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數據，例如，電量分項能耗應當包括：照明插座用電、空調用電、動(dòng)力用電、特殊用電。

3.2數據傳輸技術(shù)

建筑物能耗監測系統的自動(dòng)計量裝置所采集的能耗數據，通過(guò)RS485接口，并采用TCP／IP通信協(xié)議自動(dòng)并實(shí)時(shí)上傳給數據中心，以保證數據得到有效的管理和支持高效率的查詢(xún)服務(wù)，同時(shí)數據傳輸采取一定的編碼規則，實(shí)現數據組織、存儲及交換的一致性。

3.3數據中心

數據中心也就是數據庫，接收并存儲其管理區域內監測建筑的能耗數據，并對其進(jìn)行處理、分析、展示和發(fā)布。數據中心具備設置數據更新的時(shí)間間隔，訪(fǎng)問(wèn)歷史數據，報警，打印報表，實(shí)時(shí)與歷史曲線(xiàn)，圖表的繪制，并預留相應擴展功能。

3.4系統結構

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，根據現場(chǎng)實(shí)際情況采用現場(chǎng)總線(xiàn)、光纖環(huán)網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)通訊中的一種或多種結合的最優(yōu)化的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實(shí)時(shí)數據采集及遠程管理與控制提供了基礎平臺，它可以和檢測設備構成任意復雜的監控系統。開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的采用面向對象的分層、分級、分布式智能一體化結構。建立如下層次結構：

3.5系統功能

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統的能耗數據采集方式包括人工采集方式和自動(dòng)采集方式。通過(guò)人工采集方式采集的數據包括建筑基本情況數據采集指標和其它不能通過(guò)自動(dòng)方式采集的能耗數據，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。通過(guò)自動(dòng)采集方式采集的數據包括建筑分項能耗數據和分類(lèi)能耗數據，由自動(dòng)計量裝置實(shí)時(shí)采集，通過(guò)自動(dòng)傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至數據中心。

3.6大型公建或樓宇建筑的信息管理

系統提供標準的手工信息錄入界面，可對各棟監控建筑的基本信息進(jìn)行整理和錄入，并支持手工錄入歷史能耗數據的功能。

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統的數據庫建立也完全依據114號文，根據建筑的使用功能和用能特點(diǎn)，將國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分為如下8類(lèi)：

1、辦公建筑 2、商場(chǎng)建筑

3、賓館飯店建筑 4、文化教育建筑

5、醫療衛生建筑 6、體育建筑

7、綜合建筑 8、其它建筑

3.6.1能耗數據的實(shí)時(shí)監測

系統采集站定時(shí)采集各監控點(diǎn)的儀表參數并上傳至本地建筑能耗分析管理系統數據庫，用戶(hù)可于當地實(shí)時(shí)查詢(xún)能耗監測情況。

3.6.2建筑分類(lèi)能耗分析

系統在完成數據處理與上傳的同時(shí)，將建筑能耗進(jìn)行分類(lèi)分析，該部分功能符合114號文的定義，即將建筑能耗分類(lèi)為如下六類(lèi)：

1、耗電量

2、耗水量

3、耗氣量（天然氣量或者煤氣量）

4、集中供熱耗熱量

5、集中供冷耗冷量