大型公共建筑运行能耗评价指标的探讨正文

整 个 建 筑
空 调 系 统 管 路 采 暖 系 统 关 键 设 备
水管路 风管路
综合评价指标 综合评价指标
输送能效比ER 水管路不平衡率 单位风量耗功率W 风管路不平衡率 烟气温度
可测参数指标 锅炉 综合评价指标 可测参数指标 热水泵 综合评价指标
O2浓度 CO2 SO2浓度
锅炉热效率 扬程 H 水泵有效功率比 水泵电机功率比 水泵总效率η
Thc Tw
度，℃；Tw 为室外空气湿球温度，℃。另外，可用冷却塔能效比即冷却塔冷却量与风机消耗功率的比 值来评价冷却塔性能，即 EERct cQ(Thc Tgc ) cQ(Thc Tgc ) ，式中 ρ 为水的密度，kg/ m3；c 为水的比 W 3UI cos 热，kJ/kg·℃；Q 为冷却水的流量，m3/h；W 为风机消耗功率，W；Tgc 、Thc 为冷却塔供回水温度，
'
Q
的设计流量，m /h。 (2) 风管路 采用风机单位风量耗功率和风管路不平衡率来评价风管路能效。单位风量耗功率表示为：
3
Wa
N 3UI cos ，式中，N 为风机电机输入功率，W；Va 为风机风量，m3/h。风管路不平衡率 Va Va
包括并联管路之间的不平衡率 αa、同一管路实际与设计工况的不平衡率 βa、以及末端风口实际风量与 设计风量的不平衡率 γa。αa、βa 计算方法同水管路，将水流量换为风量即可。风口不平衡率γa 为风口 实际风量与设计风量的比值。 3.2.3 空调系统能耗评价 (1) 运行耗电指标（Electric Energy Consumption Operation Index，EECOI）和运行耗气指标 (Gas Consumption Operation Index，GECOI)。计算公式为：EECOI=Q/A，式中，Q 为空调系统总电耗，kW； A 为建筑面积，m2；GECOI=Q’/A，式中，Q’为采用溴化锂制冷的空调系统耗气量，m3。 (2) 空调系统能效指标，分为空调系统设计能效比和系统运行能效比。空调系统设计能效比可表示 为：εd=Qd/Wd，式中，Qd 为系统的额定供冷量，kW；Wd 为达到设计供冷量所需要消耗的各个设备的 功率，kW，可根据设备铭牌参数得到；系统运行能效比可表示为：εp=Qp/Wp，式中，Qp 为系统运行 时冷机的实际供冷量，kW；Wp 为系统中各设备的实际功耗之和，kW。 3.2.4 室内热环境评价 由于节能不能以牺牲室内空气品质和人的舒适性为代价， 因此需要对室内热环境进行评价。 可采用 的指标有：室内温度 T、相对湿度 、平均气流速度 v、CO2 浓度、PMV 和 PPD 值。其中，PMV 的分 度表如表 1 所示。
IPLV 2.3% A 41.5% B 46.1% C 10.1% D ，式中，A、B、C、D 分别为 100%、75%、
50%、25%负荷时冷机的性能系数，(W/W)，对应的冷却水进水温度分别为 30℃、26℃、23℃、19℃。 SEER 用于对冷机整个供冷季的能效评价，计算公式为：SEER=Qseason/Wseason，式中，Qseason 为冷机在整 个供冷季的供冷量，kJ；Wseason 为冷机在整个供冷季所消耗的功，kJ。 (2) 对于水泵，提出几个比值作为评价指标，分别为：1) 水泵的有效功率比，定义为水泵的实际有 效功率与额定有效功率的比值；2) 电机功率比，定义为电机的实际输入功率与额定输入功率的比值； 3) 水泵的总效率，定义为水泵的有效功率与电机输入功率的比值；4) 水泵的总效率比，定义为水泵的 实际总效率与额定总效率的比值。其中，水泵有效功率的计算公式为：Ne=ρgQH，式中，Ne 为水泵的 有效功率，W；ρ 为水的密度，kg/m3；g 为重力加速度，m/s2；Q 为水泵流量，m3/h；H 为水泵扬程， m。水泵总效率计算公式为： Ne QH ，式中，N 为水泵电机的输入功率，W；U 为电机输 N 3UI cos 入线电压，V；I 为电机输入线电流，A；cosφ为功率因数。 (3) 对于冷却塔，用的较多的是冷却塔效率，即： Thc Tgc ，式中，Tgc ，Thc 为冷却塔供回水温
采 暖 系 统
采 暖 系 统 管 路
换热器 水管路
综合评价指标 评价指标
换热效率η 输送能效比ER 室内温度T 相对湿度φ 气流速度v CO2浓度
室 内 环 境
可测参数指标
来自百度文库
综合评价指标
PMV PPD
图 1 建筑能耗评价指标体系
(6) 对于换热器，换热效率计算公式为： Qc cc cVc tc 。式中，Qc 为冷流体的吸热量，kW； Qh ch hVh th Qh 为热流体的放热量，kW；cc、ch 为冷热流体的比热，kJ/kg·℃；ρc、ρh 为冷热流体的密度，kg/ m3， Vc、Vh 为冷热流体的流量，m3/h；Δtc、Δth 为冷热流体各自的进出口温差，℃。 3.2.2 管路系统 (1) 水管路 采用水管路输送能效比和不平衡率来评价水管路能效。输送能效比表示为：
ER N 3UI cos 3UI cos ，式中，N 为电机输入功率，W；Q 为水管路书输送的冷量，W；ΔT 4182 103 Vw T Q c Vw T
为水管路供回水温差，℃。并联支路之间的不平衡率表示为： w Q1 Q2 100% ，式中，αw 为并联管 Q1 路的不平衡率；Q1 为第一并联支路的实际流量，m3/h； Q2 为第二并联支路的实际流量，m3/h。同一管 路实际与设计工况的不平衡率 βw 表示为： Q Q 100% ，式中，βw 为同一管路不平衡率；Q’为管路 w '
可测参数指标 冷机 空 调 系 统 关 键 设 备 综合评价指标 冷冻水供回水温差 冷却水供回水温差 温差比
COP IPLV SEER
扬程 H 水泵有效功率比 水泵电机功率比
空 调 系 统
可测参数指标 水泵 综合评价指标 可测参数指标 冷却塔 综合评价指标 可测参数指标 空调机组 综合评价指标
水泵总效率η 水泵总效率比 冷却水供回水温差 冷却塔效率η 冷却塔能效比EERct 风机全压 P 风机有效功率比 风机电机功率比 风机总效率η 风机总效率比 换热器换热效率 湿量利用率
℃。 (4) 对于空调机组，风机的评价指标与水泵类似，包括风机全压、风机有效功率比、电机功率比、 风机的总效率、风机的总效率比。此外还有换热器效率及湿量利用率，即： Qa (hai hao ) aVa ， Qw cw wVw (two twi ) 式中，η 为换热效率；Qa 和 Qw 分别为风侧得到的冷量和水侧放出的冷量，kW；hai，hao 为空气进出口 焓值，kJ/kg；twi、two 为冷水进出口温度，℃；ρa，ρw 为空气和水的密度，kg/m3；Va 为风量，m3/h ； Vw 为水流量，m3/h。 Da aVa (d ao d ai ) ，式中，ε 为湿量利用率；Da 为空气得到的湿量，g/h； Dw Dw Dw 为加湿器提供的湿量，g/h；dai、dao 为空气加湿前后的含湿量，g/kg。 (5) 对于锅炉，锅炉热效率计算公式为：η=Qb1/Qb2，式中，Qb1 为锅炉提供的热量，kJ；Qb2 为锅炉 消耗燃料的热量，kJ。
大型公共建筑运行能耗评价指标的探讨
哈尔滨工业大学 李运华，张吉礼
摘 要：大型公共建筑是建筑节能的重点对象。本文总结归纳了可用于建筑能耗评价的一些指标，指出 其中的差异和不足， 提出从能源利用效率的角度对空调系统的各个设备和其整体进行评价的指标， 并初 步建立了建筑能耗评价指标体系。 同时指出需要在对大量的建筑耗能系统的连续实测和能耗统计的基础 上，才能得到各个能耗指标的合理使用范围。 关键词：大型公共建筑 能耗 评价 指标 1 前言 大型公共建筑是指建筑面积在两万平方米以上，采用中央空调的公用和商用建筑，如大型超市、商 [1] 厦、宾馆、写字楼、交通枢纽等 。目前我国此类建筑仅占城镇总建筑面积的 5%～6%，但其用电量为 2 [2] 100～300kWh/(m ·a)，为住宅建筑用电量的 10 倍以上(不包括供暖) 。因此大型公共建筑的节能是我 国当前节能工作的重点。 近几年，建筑运行能耗测试及诊断在我国较快的发展起来，而这项活动在国外已开展多年。通过 建筑能耗测试和能效诊断能够及时了解并发现既有建筑的耗能系统在运行过程中出现的问题， 并采取相 应的措施进行系统资源优化配置， 从而实现对既有建筑的节能改造。 对建筑运行能耗的评价是能耗测试 和节能改造过程中的必要环节。对大型公共建筑来说，其节能的重点不是墙体保温，是复杂的能源系统 和高耗电的设备系统，如空调、采暖、照明系统及其设备。考虑到此类建筑的特点，对其评价的重点也 应相应的放在系统及其设备的实际运行上。 2 现有能耗评价指标归纳 然而目前还没有专门针对建筑运行能耗的比较完整的评价指标体系。 从国内外来看， 能耗评价指标 多包含在节能设计规范和绿色建筑评估标准中，例如我国的《公共建筑节能设计规范》和《绿色奥运建 筑评估体系》 。显然，节能设计规范中的各项指标是从设计角度提出的，只是对应设计工况的具体指标， 不能很好的用于实际中。 运行能耗指标与设计能耗指标的区别就在于计算运行能耗指标所需的数据取自 系统运行的真实数据，是通过现场测试的得到的。而绿色建筑评估标准中虽然也有能耗方面的评价，但 没有构成完整的体系。 总的来说， 现有的能耗指标可以分为限制性指标和综合性指标。 限制性指标是对耗能系统的局部或 整体的的最高能耗或能效的规定，如建筑围护结构的传热系数、形体系数、窗墙比、遮阳系数等，以及 采暖空调设备的能效指标 COP、EER、IPLV 等；这些指标比较具体又相对独立，缺乏必要的关联；综 合性指标是考虑到与建筑能耗相关的各个方面而对建筑总体能耗提出的指标要求， 如建筑物的耗冷量指 标、耗热量指标、空调采暖年耗电量、单位面积耗电量等。这些指标是从数量上提出的指标，并涉及到 能源效率，因此不宜单独用来作为评价指标，必须辅以其它指标。 现有的能耗评价指标有如下所述。 针对围护结构有周边全年负荷系数 （Perimeter Annual Load， PAL） 和综合传热值（Over thermal transfer value，OTTV） 。PAL 是建筑物周边单位面积的全年热负荷，OTTV 是综合考虑外墙、 外窗传热和外窗太阳辐射平均到单位面积外围护结构的平均值。 对于大型公共建筑而 言，围护结构的热工性能不是评价的重点，可暂不考虑。江亿[3]等对 CEC，AEC，EUI，ECI，DEC， SEC 和能质系数等建筑能耗评价指标进行了总结。其中，CEC 指标最早有日本学者提出，它是通过比 较空调设备全年运行的总能源消耗值和计算得到的假想空调负荷全年累计值来判断建筑物的节能性和 设备的能源利用率。AEC 指标为全年空调区单位面积耗电量（kWh/m2） 。EUI 为建筑单位面积的总能耗
指标，Shi-Ming Deng, John Burnett[4]等也使用 EUI 作为用能指标，并对香港 16 座宾馆建筑的能耗进行 了分析。ECI 为实际能源消耗和设计消耗的比值。DEC 和 SEC 是 ASHRAE90.1 提出的根据实际设计的 建筑物构造标准建筑物用能耗模拟计算软件计算出的设计建筑物年能耗费用 （DEC） 和标准建筑物的年 能耗费用（SEC） ，同时引入无量纲指标 E=DEC/SEC，以是否小于 1 作为是否符合要求的标准。这些能 耗指标，如 CEC、DEC、SEC 指标虽然是考虑到各种因素对建筑的能耗水平作出的判断，但需要计算 假想建筑的能耗或构造建筑，计算相对复杂[5]。计算 CEC 指标需要大量的气象资料，而我国缺少一些 相应的气象资料[6]。运用 DEC、SEC 指标需要使用计算软件模拟，而模拟计算与实际有较大偏差。 综上，有必要构建简便、实用又可以反映耗能设备及系统能耗能效的评价指标体系。 3. 能耗评价指标体系的建立 3.1 基本思路和结构 本文的能耗评价指标是建立在现场测试基础上的，用于对实际耗能系统的能效评价。从整体而言， 该体系包含 5 个层次，分别为关键设备能效评价、管路系统能效评价、空调系统能耗评价、室内环境评 价和建筑整体评价。 按类型这些指标分为可测参数指标和综合评价指标。 可测参数指标是以某些直接测 试量作为评价指标，如供水温度、功率因数等。综合评价指标是指由测试参数计算之后得到的指标。整 个评价指标体系的结构如图 1 所示。 3.2 各能耗评价指标的计算方法 3.2.1 关键设备 关键设备包括冷机、水泵、风机、冷却塔、锅炉等。 (1) 对于冷机，可用冷冻水、冷却水供回水温差及温差比对冷机的运行进行初步评价。其中，温差 比为冷冻水、冷却水实际温差与设计温差的比值。通过测试发现，实际温差只是设计温差的 40%~60%， 甚至更低。COP 是评价冷机能效一贯的指标，仍可以用于对实际系统的性能评价；IPLV 是针对冷机大 部分时间在部分负荷下运行，最早由美国制冷学会（ARI）提出的。ARI550/590-98 标准给出了 IPLV 的 计算公式。我国的《公共建筑节能设计标准》给出了符合中国气象条件的计算公式：