建筑節(jié)能設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用

1 　概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平不斷提高，建筑能耗持續(xù)上升。其原因，一是建筑面積增加，二是居民家用設(shè)備快速增長，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越高，空調(diào)制冷面積不斷擴(kuò)大，時間也在延長，能源消耗隨之增加。目前普遍認(rèn)為建筑節(jié)能是節(jié)能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足這對矛盾的最有效措施之一。因此，采取建筑節(jié)能技術(shù)措施不僅能改善室內(nèi)熱環(huán)境、減少空調(diào)耗能量，還能減少空調(diào)機(jī)排放的廢熱廢氣等改善大氣環(huán)境，且對削減用電高峰負(fù)荷意義重大。

為了貫徹國家有關(guān)能源規(guī)定和政策，提高設(shè)備和能源利用效率，提高建筑節(jié)能設(shè)計水平，使建筑節(jié)能設(shè)計人員更好地掌握節(jié)能設(shè)計方法、熟悉節(jié)能設(shè)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(tǒng)，可以通過ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、導(dǎo)軌式電能表，對商場、賓館、學(xué)校、醫(yī)院、銀行、體育館、政府機(jī)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(jié)能意識起到引導(dǎo)作用，為建筑設(shè)計人員提供參考，使建筑與節(jié)能一體化設(shè)計，達(dá)到更好的節(jié)能效果。

在建筑節(jié)能設(shè)備設(shè)計應(yīng)用中應(yīng)大力利用可再生能源，如利用地下水作為空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)提供光源。另外將太陽能應(yīng)用于空調(diào)技術(shù)，可以有效降低由于使用常規(guī)機(jī)械壓縮制冷設(shè)備帶來的大量電力消耗，從而減輕由于燃燒化石能源發(fā)電所帶來的環(huán)境污染。所以設(shè)計人員在建筑節(jié)能設(shè)計中，應(yīng)該努力探索可再生能源與建筑的結(jié)合方式，構(gòu)建節(jié)約型社會。

2 　基本知識

2.1建筑能耗設(shè)備

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

建筑內(nèi)的能耗設(shè)備主要包括空調(diào)、照明、熱水供應(yīng)設(shè)備等。南方地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的耗能在大多數(shù)的民用建筑能耗中占主要份額，空調(diào)系統(tǒng)的能耗更達(dá)到建筑能耗40%～60%，成為建筑節(jié)能的主要控制對象。

2.2建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計應(yīng)注意的問題

建筑的節(jié)能設(shè)計，必須依據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的氣候條件，首先保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，同時，還要提高采暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明系統(tǒng)的能源利用效率，以實現(xiàn)國家的節(jié)能目標(biāo)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源發(fā)展戰(zhàn)略。

1）合適、合理地降低設(shè)計參數(shù)

合適、合理的降低設(shè)計參數(shù)不是消極被動地以犧牲人類的舒適、健康為前提。空調(diào)的設(shè)計參數(shù)，夏季空調(diào)溫度可適當(dāng)提高一點如25～26℃、冬季的供暖溫度可適當(dāng)?shù)鸵稽c。

2）建筑設(shè)備規(guī)模要合理

建筑設(shè)備系統(tǒng)功率大小的選擇應(yīng)適當(dāng)。如果功率選擇過大，設(shè)備常部分負(fù)荷而非滿負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備工作效率低下或閑置，造成不必要的浪費(fèi)。如果功率選擇過小，達(dá) 不到滿意的舒適度，勢必要改造、改建，也是一種浪費(fèi)。建筑物的供冷范圍和外界熱擾量基本是固定的，出現(xiàn)變化的主要是人員熱擾和設(shè)備熱擾，因此選擇空調(diào)系統(tǒng)時主要考慮這些因素。同時，還應(yīng)考慮隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新電氣產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，應(yīng)注意在使用周期內(nèi)所留容量能夠滿足發(fā)展的需求。

3）建筑設(shè)備設(shè)計應(yīng)綜合考慮

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

4）建筑能源管理系統(tǒng)自動化

建筑能源管理系統(tǒng)（EMS，Building Automation System）是建立在建筑自動化系統(tǒng)（BAS，Building Automatic System）的平臺之上，是以節(jié)能和能源的有效利用為目標(biāo)來控制建筑設(shè)備的運(yùn)行。它針對現(xiàn)代樓宇能源管理的需要，通過現(xiàn)場總線把大樓中的功率因數(shù)、溫度、流量等能耗數(shù)據(jù)采集到上位管理系統(tǒng)，將全樓的水、電力、燃料等的用量由計算機(jī)集中處理，實現(xiàn)動態(tài)顯示、報表生成。并根據(jù)這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化管理，最大限度地提高能源的利用效率。BAS系統(tǒng)造價相當(dāng)于建筑物總投資的0.5％～1％，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約率約為10％，一般4～5年可回收全部費(fèi)用。

5）建筑物空調(diào)方式及設(shè)備的選擇，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源情況，充分考慮節(jié)能、環(huán)保、合理等因素，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析后確定。

3 　Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)構(gòu)成

能耗分析管理系統(tǒng)是指通過對國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑安裝分類和分項能耗計量裝置，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r采集能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)重點建筑能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。其中，分類能耗是指根據(jù)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源種類劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，如：電、燃?xì)?、水等。分項能耗是指根?jù)各類能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，例如，電量分項能耗應(yīng)當(dāng)包括：照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電、特殊用電。

3.2數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

建筑物能耗監(jiān)測系統(tǒng)的自動計量裝置所采集的能耗數(shù)據(jù)，通過RS485接口，并采用TCP／IP通信協(xié)議自動并實時上傳給數(shù)據(jù)中心，以保證數(shù)據(jù)得到有效的管理和支持高效率的查詢服務(wù)，同時數(shù)據(jù)傳輸采取一定的編碼規(guī)則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲及交換的一致性。

3.3數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心也就是數(shù)據(jù)庫，接收并存儲其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測建筑的能耗數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理、分析、展示和發(fā)布。數(shù)據(jù)中心具備設(shè)置數(shù)據(jù)更新的時間間隔，訪問歷史數(shù)據(jù)，報警，打印報表，實時與歷史曲線，圖表的繪制，并預(yù)留相應(yīng)擴(kuò)展功能。

3.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)以計算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用現(xiàn)場總線、光纖環(huán)網(wǎng)或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的最優(yōu)化的組網(wǎng)方式，為大型公共建筑的實時數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，它可以和檢測設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分級、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)。建立如下層次結(jié)構(gòu)：

3.5系統(tǒng)功能

Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動采集方式。通過人工采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和其它不能通過自動方式采集的能耗數(shù)據(jù)，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤氣等能耗量。通過自動采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑分項能耗數(shù)據(jù)和分類能耗數(shù)據(jù)，由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至數(shù)據(jù)中心。

3.6大型公建或樓宇建筑的信息管理

系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的手工信息錄入界面，可對各棟監(jiān)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(shù)據(jù)的功能。

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

1、辦公建筑 2、商場建筑

3、賓館飯店建筑 4、文化教育建筑

5、醫(yī)療衛(wèi)生建筑 6、體育建筑

7、綜合建筑 8、其它建筑

3.6.1能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測

系統(tǒng)采集站定時采集各監(jiān)控點的儀表參數(shù)并上傳至本地建筑能耗分析管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用戶可于當(dāng)?shù)貙崟r查詢能耗監(jiān)測情況。

3.6.2建筑分類能耗分析

系統(tǒng)在完成數(shù)據(jù)處理與上傳的同時，將建筑能耗進(jìn)行分類分析，該部分功能符合114號文的定義，即將建筑能耗分類為如下六類：

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