低碳示范楼能效管理的思考

2013-09-21天津泰达发展有限公司尧文林

智能建筑与智慧城市 2013年3期

文｜天津泰达发展有限公司尧文林

低碳示范楼能效管理的思考

文｜天津泰达发展有限公司尧文林

建筑设备运行能效管理问题是当今国际节能技术领域中的热点。本文结合天津泰达低碳示范楼建设过程中的思考和实践，阐述了在当前节能减排指标日益明晰、绿色建筑技术广泛应用的社会大趋势下，如何结合项目自身特点，设定关键能效指标，利用能效管理系统收集有价值的数据，追踪控制策略实际效果，评价绿色节能技术，指导持续优化，从而实现节能减排目标。

能效管理关键能效指标能效评价

1 项目概况

泰达低碳示范楼占地约4800m2，地上建筑面积12000m2，地上9层，地下2层。设计单位能耗指标和单位碳排放量分别为105kW/m2/年和88kg /m2/年，比国家公共建筑节能标准低30%和35%。该项目建成后将集展示、体验和实用等功能于一体，既可作为高新低碳技术和产品的展示平台，又可令进驻企业实际体验低碳节能空间的舒适、便捷、高效，打造一个实用的地标性5A级生态示范建筑。

该项目申请了一系列的绿色建筑认证，包括中国绿色建筑评价标准（三星级）、美国能源与环境设计先锋奖（LEED，金级）、日本建筑物环境综合性能评价（CASBEE，S级）、英国建筑环境评估（BREEAM）。

该项目采用了5大体系，24项绿色技术，涵盖了建筑及结构、可再生能源利用、电气及照明系统、给排水系统、空调通风系统五大方面，如图1所示。这些绿色技术分布在建筑内不同区域，不仅需要协同配合，保证经济、有序、高效地运行，同时还要考虑持续追踪该建筑的能效及碳排放目标，配合该建筑的绿色技术展示功能，完成绿色认证的测量验证环节要求，对机电设备运行能效管理的要求较高。

2 能效管理的目标

示范楼的建筑设备运行能效管理遵循国际通行的ISO 50001和GB/T 23331-2009能源管理体系要求，结合示范楼实际情况，集成楼宇自动化应用、电网自动化应用、计算机、通信及自动控制等领域的最新技术，结合示范楼地理位置、规模、现状及使用特点，实现跨系统数据获取，满足能效优化功能需求，从而达到能效指标追踪分析和绿色认证后的目标。

能效管理力求帮助运行管理者实现整个楼宇自动化系统、配电及电能质量管理系统、智能照明系统、多电源管理系统在正常及事故情况下的监测和控制，提高自动化控制和监控水平；实现建筑内各种能源的建筑设备运行管理和分析预测，提高能源管理水平，降低能源成本；支持LEED、CASBEE等绿色认证所需的计量与验证计划，通过实际数据的追踪、分析，对楼内节能策略效果进行验证和评价，通过数据分析全面掌握示范楼实际能效水平，实现各类节能减排技术的效果对比，实现设定的节能减排目标；以直观方式展示节能减排成果，通过动画、互动、网络、APP等多种方式进行发布和展示低碳成就；为今后泰达及滨海新区内改、扩建项目的低碳节能技术选择和推广，提供数据参考。

3 关键能效指标追踪和评价

3.1 关键能效指标追踪——以HVAC为例

空调系统是建筑能耗大户，如何合理应用示范楼内现有的绿色技术，采用适当的控制策略，在保证环境舒适度的情况下，尽可能地降低能源消耗，优化能源成本，是保证示范楼低碳节能效果的关键。

空调系统能效数据整合优化运行模式如图2所示。

3.1.1 制冷站能效指标

示范楼制冷站系统如图3所示。

在建筑设备运行能效管理系统中，追踪和呈现的能效指标包括：

◆ 埋管侧水循环系统输送系数；

◆ 地源热泵机组COP值；

◆ 冷冻水水循环系统输送系数；

◆ 热回收水循环系统输送系数；

◆ 毛细管二次循环水系统输送系数；

◆ 制冷系统能效比EERr；

◆ 空调系统能效比EERs；

◆ 单位面积空调能耗ECA；

◆ 单位面积耗冷量CCA。

以上能效指标的数据来源如表1所示。建筑设备运行能效管理系统的单机COP界面如图4所示。

建筑设备运行能效管理系统的制冷站整体效率界面如图5所示。

建筑设备运行能效管理系统的制冷站优化控制节能效果界面如图6所示。

3.1.2 时间表控制

时间表控制是楼宇控制的主要管理功能之一，其主要体现在建筑运营管理和建筑暖通设备启停优化管理两个方面。利用时间表实现对暖通设备进行分时分类合理定时启停，大大减少人工操作，从而降低建筑的运营成本，同时使暖通设备处于最佳的运行时间段内，达到降低能耗的目的。与此同时，还可以结合室内外环境温度情况，计算空调最佳启停控制时间。对设定的时间表进行修正，会达到更好的节能效果。

对这些控制策略的效果评价，可以与一段时间的实际运行情况对比，进行数据追踪。图7为此项目中的界面。

3.1.3 变风量控制

本项目在楼宇自动化系统中采用空调变风量控制，使空调机的送风风量根据末端需求不断变化，通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。由于空调系统大部分时间在部分负荷下运行，故风量的减少带来了风机转速的降低，从而降低空调机风机的能耗，如图8所示。

3.1.4 空调热回收

空调系统的大部分能耗用来对空气的温湿度进行处理，利用楼宇自控系统对热回收空调机组热转轮的转速或交换阀门开度进行控制，通过排风和新风进行冷热交换，最高可获得70%以上的能量回收率，如图9所示。这样就可以使新风参数得到改善，温湿度波动相应减小，既方便系统的调节和控制，又能降低处理新风的能耗。

需要注意的是，在采用转轮等设备进行热回收的控制策略制定中，需要考虑室内外焓值的变化。转轮设备是需要消耗电能的，当焓差较小时，热回收转轮设备的运行不仅不会带来节能效果，还会产生一定的负面影响。

3.2 绿色认证后评价——以屋面绿化效果评价为例

按照绿色建筑认证对各项绿色技术效果进行测量验证的要求，需要对屋面绿化、双层呼吸幕墙、遮阳等技术进行测量和效果追踪评价。在此，以屋面绿化为例，进行测量验证点设置介绍和能效评价介绍。

对有屋顶绿化和未作屋顶绿化的屋面下，类似空调负荷区域的空调系统进行能耗数据追踪和对比，如图10所示，设计了如下测量验证方案：

◆ 测量屋顶环境温度；

◆ 测量无屋面绿化区域的楼板上温度；

◆ 测量有屋面绿化区域的土壤内温度；

◆ 测量两个区域的楼板下温度和区域环境温度；

◆ 测量两个区域的空调能耗。

按照此方法进行数据追踪可以发现，有植被区域的环境升温速度和幅度明显低于非植被区域，有植被区域的空调电耗量明显低于非植被区域，通过实际数据的追踪和分析，很容易定量给出该技术带来的节能效果数据。

3.3 节能效果分析呈现——以办公区域能效追踪为例

典型的商业办公建筑，办公人员数量和工作时间相对固定，对于此类用户，时间程序是最简单、最有效的控制策略之一，节能效果非常明显。根据功能需求，存在各类区域的划分，部分区域如经理办公室、小型会客室和会议室、卫生间、休息室、资料室、茶水间、公共走廊等区域经常无人光顾，甚至大开间办公区的办公位很多时候都在空置，但空调和照明都照常工作，无形中浪费很多能源。在空置时段内，完全可以通过控制，关闭照明或减少空调末端送风。在写字楼外区，照度足够的情况下，更可以结合照度控制，进一步节约能源。这些控制策略的实现，需要建立在控制回路合理划分的条件下。在实际项目中，我们选择了一个较为典型的办公区域，在这个区域设计了不同环境控制策略节能效果的测量验证计划，并通过数据分析，进行了节能量的估算。

采用时间程序+存在控制+照度控制的典型办公区，如图11所示。采用时间程序+存在控制+照度控制的典型办公区能效数据如表2所示。