中美公共建筑能耗现状比较与案例分析

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
⑷ 耗电量随时间变化特征对比分析
由表 1 看出,分处 A、B 两个校园功能相同、气候相似的公共建 筑,其单位面积建筑能耗可相差 10 倍以上。
⑵ A校园公共建筑耗电量 图 3给出A 校园中各公共建筑耗电量情况。调研发现,A校园公 共建筑耗电量与所选择的降温或空调方式有很大关系,另外按不同 的降温或空调方式重新整理A校园各公共建筑耗电量,分析显示,与 只装有分体空调或仅采用风扇降温的建筑物相比,安装中央空调系 统的建筑物单位面积耗电量普遍较高。
图 5 B校园某办公楼夏季某周日到周一连续 48 小时之内单位 面积耗电功率
图 3 A 校园建筑物全年单位面积耗电量(2006 年数据) ⑶ B校园公共建筑耗电量 图 4 给出 B 校园中 94 座建筑物耗电量的情况。由于 B 校园采用 集中供冷系统,集中供冷系统冷冻站的制冷机、管网主冷冻水循环 泵、冷却水循环泵和冷却塔风机等的耗电量单独计量,图4所示各建 筑物耗电量不包括集中供冷系统冷冻站耗电。可以看出,B校园建筑 物电耗总体水平明显高于 A校园。
3 耗冷量和耗热量对比分析 ⑴全年耗冷量和耗热量
表 2 给出 B 校园建筑物全年单位面积耗冷量和耗热量,与调查 得到北京、上海浦东陆家嘴、日本东京新宿等地典型高级写字楼和 德国办公楼平均的耗冷量和耗热量对比。可以看出,与北京、上海、 东京和德国办公建筑的冷热耗量水平相比,B校园建筑物全年耗冷量 和耗热量要高出2 ̄3倍。注意到,B校园采用集中供冷系统(District Cooling System)和蒸汽集中供热系统,这几乎分别是能耗最高的 供冷和供热系统形式。
⑶传感器和执行器故障导致的冷量和热量浪费 此外,自控系统中的传感器和执行器故障也导致大量的冷量和 热量的浪费。例如:室外湿度传感器故障,测量结果显示室外湿度 较低,判断实现空调箱经济运行,但实际是在夏季引入大量热湿空 气,大幅度增加冷量消耗;室内 CO2 传感器故障,测量结果显示室 内 CO2 浓度过高,导致全新风、大风量运行,也大幅度处理新风所 需的冷量、热量消耗; 预热蒸汽阀泄漏,导致夏季对新风加热,然后再降温除湿,使 得大量冷量和热量白白相互抵消。 ⑷B校园典型建筑低成本改造节能效果明显 通过对B校园中典型建筑进行低成本改造,包括更换故障的传感 器、执行器,更改空调系统控制策略等,即可实现 40% 以上的节能。 如图 10 所示,在 11 月 4 日到 6 日之间实施改造后,耗冷量和耗热量 都大幅度降低。
者或使用者提供服务的保证率:对建筑物及其系统的操控: 如果把上述诸点均看成是建筑物及其系统向居住者或使用者提供的服务质
量,正是这种服务质量的差别导致能源消耗的巨大差别。 2 建筑提供的服务质量与能源消耗 从某种意义上讲,建筑物的基本功能就是向居住者或使用者提供服务,
评价建筑物的优劣当然应该考察其提供的服务质量,人类为什么不应该追求 尽善尽美的服务质量,为人类提供最好的生活和工作环境呢?然而,如图11 所示,建筑物可提供的服务水平与提供这一服务所需要的能源消耗之间并非 线性关系。
The Special Focus
特 别 关 注 大型公建节能监管
中美公共建筑能耗现状比较 与案例分析
□ 清华大学建筑节能研究中心 魏庆 节 凡 夏建军 常良 肖贺 张永宁
通过对能耗消耗数据的对比分析发现,不论是人均能耗指标、 还是单位面积能耗指标,中国公共建筑能耗都要远低于发达国家 的水平。本文以中美两座大学校园的公共建筑为对象进行案例研 究,对耗电量、耗冷量和耗热量等数据进行分析,揭示造成中美 建筑能耗巨大差异的原因,表现在运行时间、空调系统形式、是 否有末端再热等冷热抵消、对自控系统的依赖以及传感器和执行 器故障排除等方面,深层次则在于建筑服务质量和能源消耗二者 之间的不同追求和取舍。根据对能耗现状的对比分析,我们认为 在推进建筑节能过程中要重视社会因素,应避免追求完美服务导 致建筑能耗的大幅度增加。
讨论
1 影响建筑能耗的因素 通过对气候相似、功能相同的中美两座大学校园建筑的能耗调 查和研究,发现位于美国的 B 校园建筑耗电量、冷热耗量都远远高 于位于北京的 A校园,其原因从表象上可以归纳为以下几个方面: 连续运行、从不间断,如照明、通风、空调等系统的设备; 空调系统末端再热,导致严重的冷热抵消;风机电耗过高,VAV 系统值得商榷;完全依赖自控系统全自动运行,但传感器、执行器 故障频发,疏于维护。 从上述案例研究进一步深入,发现造成同一类型建筑能耗出现 的巨大差异的原因,并非在于该建筑物是否采用了先进的节能技术, 而更多的在于建筑物所提供的室内环境和要求不同,建筑运行管理
另据对美国商业建筑能耗调查 CBECS 得到数据分析 ,该校单 位面积耗热量低于全美平均水平。
CBECS 并未给出校园建筑耗冷量调查结果。通过用超声波冷量 计测量得到的B校园两座办公楼和五座位于北京且采用集中空调系 统的办公楼,在夏季某周单位面积逐时耗冷量,发现,B校园两座建 筑物单位面积耗冷量也要高出位于北京的办公楼 4 ̄5 倍,而且,夜 间与白天相比,B校园建筑的耗冷量变化不大,显然存在着用能不合 理的现象。
需要说明的是,图9所示为典型夜间的情况,建筑物内仅有几位 保安人员,所需的 36kW 冷量主要是为了消除那些从不关闭的照明 灯具和电脑等的发热量。而此刻室外气候凉爽适宜,但建筑设计使 得外窗全部封闭、无法开启自然通风,因此只能消耗大量的冷量、热 量和风机电耗,来满足这一很容易就实现“零能耗”的环境控制要 求。更广泛的案例调查和对校园总体供冷、供热系统的分析表明,上 述冷热抵消并非出现在某个建筑或某个系统的个别现象,而是具有 普遍性的。
中美校园公建能耗对比分析
1 案例的基本情况 位于中国北京的A大学校园和位于美国东海岸的B大学校园, 所处气候相似,全年逐月平均气温如下图所示。B校园所处气候比 A校园所处气候更加温和。
图1 公共建筑能耗中国与世界主要发达国家的比较 其中,横坐标为人均能耗指标,纵坐标为单位面积能耗指标, 圆形颜色表示不同的洲,直径和国家名称旁边的数字表示总量大 小,单位为百万吨标煤每年 Mtce/a。从图 1 看到,不论人均能耗 指标还是单位面积能耗指标,中国公共建筑能耗都远低于发达国
中国与主要发达国家公共建筑能耗现状对比
从能耗数据出发,“用数据说话”,是分析建筑节能相关问题 的一种基本方法。其中,年人均建筑能耗或者单位面积建筑能耗 这两个指标,是分析一个国家或地区、一类建筑物或某个建筑物 能耗水平的重要途径。通常,一个国家或地区的建筑能耗包括居 住建筑能耗和公共建筑能耗两个主要领域。图1给出公共建筑能 耗两个领域中国与世界主要发达国家的比较。(数据来源:EIA, May 2007)
图6 包括两座A校园办公建筑在内的北京市7座大型公共建筑 夏季一周之内单位面积耗电功率。
根据统计分析,从图5.6中可以看出,B校园建筑一天之内逐时 用电量十分稳定,昼夜差别非常小,周末和工作日差别也很小。调 查发现,虽然办公时间为早8点至晚5点,但其楼内的照明办公和空 调系统24小时运行,周末也不关闭,这是导致其耗电量高的一个重 要原因。相比之下,A校园建筑和绝大部分中国的公共建筑在夜间和 周末则关闭了大部分用电设备,尽量减少非工作时间的用电量。
48 建设科技
学术研究篇
The Special Focus
特 别 关 注 大型公建节能监管
图9 实测得到10 月份B校园中某建筑物空 调系统在夜间空气处理过程
图11 建筑物可提供的服务水平与提供这 一服务所需要的能源消耗之间关系
图12 美国过去五十年中主要终端用能 领域的能耗发展
者的操作不同,建筑使用者或居住者的调节不同。 分析发现,这些造成建筑能耗巨大差异的因素取决于以下几个方面: 建筑能否开窗通风:对室内采光、通风、温湿度环境的控制:对建筑居住
ห้องสมุดไป่ตู้
家水平。随着中国经济社会发展,如果未来中国建筑能耗水平追上 或达到发达国家今天的水平,那么中国建筑能耗将是一个巨大的数 字,对中国或者世界都难以承担。因此,研究当前全球建筑能耗状 况,特别是对比分析中国和主要发达国家建筑能耗的现状,揭示能 耗数据巨大差别背后的原因,即发达国家人均或单位面积建筑能耗 为何如此高、中国人均或单位面积建筑能耗为何如此低,全方位考 察技术、社会、文化等层面的原因,为中国避免走上发达国家高建 筑能耗的老路、实现可持续发展提供指导,也为发达国家切实降低 建筑能耗、承担减缓全球变暖责任提供可借鉴的经验。本文以一个 公共建筑领域的案例研究,对比分析中美两国建筑能耗的现状及其 原因。
图 2 A和B两校园所处城市全年逐月平均气温单位:℃ A 和 B 两所大学均为多学科综合大学,从建筑物功能上,A 和 B 两校园的公共建筑主要为教学楼、办公楼、实验室等。从能源系 统角度,两所校园均为集中供热系统向建筑物提供采暖,其中,A 校园为热水集中供热管网,B校园为蒸汽集中供热管网。B校园由 集中供冷系统向各个建筑物的中央空调系统提供冷冻水,A校园的 各个建筑物自行决定空调降温方式,一部分建筑物依靠开窗通风辅 助电风扇降温,一部分建筑的部分房间安装有分体空调,2000 年
入高效设备、先进技术是不是就一定节能?还是可能 会导致更多的能源消耗?美国和发达国家近50年的发 展现实给出的答案是后者。这一现象经济学中称为“回 弹效应”。可见,片面强调引入节能技术并不能带来能 耗的降低,而追求建筑服务质量的提高可以轻易地增 加能耗,因此如何避免追求建筑物提供“完美服务”,成 为切实降低建筑能耗的重要途径。
46 建设科技
学术研究篇
The Special Focus
特 别 关 注 大型公建节能监管
之后新建校园公共建筑多安装有集中空调系统,通常采用电制冷方 式,A、B 两个校园中各个建筑物均有电表计量电力消耗状况。
2 耗电量对比分析 ⑴ 典型公共建筑耗电量
统计数据表明,B校园全年耗电量4.10亿度电,校园建筑物总面 积 132 万平米,折算单位面积建筑耗电量约为 309.9kWh/m2·a。据 对 2003 年美国商业建筑能耗调查 CBECS 得到的大学校园建筑耗电量 调查结果分析,该校单位面积耗电量略高于全美平均水平。
⑵冷热抵消现象 图8给出 B 校园全年逐月冷热耗量状况。可以看出,全年总存 在同时供冷、供热的现象。
图8 B校园全年逐月冷热耗量
对 B 校园中某典型建筑物空调系统实测发现,VAV 末端再热导 致大量冷热抵消,是造成巨大冷量和热量消耗的主要原因。例如,实 测得到 10 月份 B校园中某建筑物空调系统在夜间空气处理过程。如 图 9,具体流程为:①从室内的回风为 22℃,室外温度 17℃;②二 者混合后,经过表冷器降温到 14℃,此时消耗冷量 264kW;③处理 后的空气经风机送到各个 VAV 末端,由 VAV 末端处的再热盘管加热 约 20℃,然后送至室内,以维持室内环境控制要求,此处再热量为 228kW。可以看出,仅有 36kW 的冷量是维持室内环境所需要的,但 此时系统消耗了7倍多的冷量和6倍多的热量来满足这一要求。
⑸ B校园建筑耗电量分拆 对 B 校园耗电现状进行分拆分析,估算主要耗电途径的耗电量 及比例,如图 7 所示。
图 4 B 校园建筑物全年单位面积耗电量(2006 年数据)
图7 估算B校园主要耗电途径的耗电量比例
建设科技 47
The Special Focus
特 别 关 注 大型公建节能监管
可以看出,B校园建筑电量的一半为空调系统所消耗,空调系统 应是节能的重点领域。其中,B校园建筑物内空调系统风机耗电量巨 大,接近100kWh/m2·a,这一数值与北京市典型办公建筑包括空调、 照明、办公、电梯等等全部在内的总耗电量水平相当。而造成这一 现象的原因在于,B 校园公共建筑普遍采用变风量 VAV 系统,以空 气为媒介输送冷量,输送效率远低于以水为媒介的空调系统,如中 国常用的风机盘管空调系统。此外,风机从不停止运行、控制调节 策略不当、空调系统的风量、温湿度等传感器和风阀等执行器故障 等原因,也是造成巨大风机电耗的原因。
相关文档
最新文档