民用建筑能耗标准中供暖指标值的确定方法

51建筑能耗篇1、背景建筑供暖能耗不仅与建筑本体的热工性能相关，还与建筑内人的使用行为模式、热力管网系统运行调节状况、输配管网效率以及热源设备效率密切相关。因此民用建筑能耗标准中，对于建筑供暖系统能耗的考核与管理，除应考核建筑供暖系统综合性指标——建筑供暖能耗指标以外，还应考核建筑耗热量指标、管网热损失率指标、管网水泵电耗指标和热源热量转换效率指标等，用以评价建筑供暖终端用能、能源输配效率和能源转换效率等性能。建筑供暖能耗相关指标的框架见图1所示：图1建筑供暖能耗相关指标框架图民用建筑能耗标准中供暖指标值的确定方法□清华大学夏建军江亿现就其中各项指标值的确定方法一一进行说明。2、建筑耗热量指标建筑供暖耗热量就是在供暖季由供热系统实际送入建筑的热量。供暖耗热量与由建筑保温水平决定的建筑供暖需热量有关，也与供热系统运行状况有关。当由于运行调节不当导致室内温度超出建筑需热量时，就形成过量供热，导致建筑供暖耗热量高于建筑的供暖需热量。建筑供暖需热量就是为了满足冬季室内温度舒适性要求所需要向室内提供的热量。单位建筑面积的供暖需热量与建筑的体形系数、围护结构传热系数、室内外的通风换气量以及室内温度等有关。表1给出了不同省份不同节能标准下的居住建筑需热量值。可以看出，随着建筑节能工作的深入，北方地区建筑供暖需热量已有显著的降低。基于我国建筑能耗的现状，根据《民用建筑节能设计标准DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2015.14.00852特别关注TheSpecialFocus建筑能耗标准（居住采暖部分）》JGJ26-95（二步节能）的建筑耗热量水平确定约束值，根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010（三步节能）的建筑耗热量水平确定引导值。建筑耗热量指标实测值应小于其对应的建筑耗热量指标约束值；有条件时，宜小于其对应的建筑耗热量指标引导值。表1我国不同地区建筑的设计需热量省份城市建筑设计需热量GJ/(m2ーa)1980年以前30%节能标准50%节能标准(约束值)65%节能标准(引导值)北京北京0.560.440.260.19天津天津0.530.420.250.2河北省石家庄0.470.380.230.15山西省太原0.640.480.290.21内蒙古自治区呼和浩特0.770.560.360.27辽宁省沈阳0.720.540.330.27吉林省长春0.870.620.370.34黑龙江省哈尔滨0.960.680.390.34山东省济南0.420.330.210.14河南省郑州0.390.310.20.12西藏自治区拉萨0.560.440.290.15陕西省西安0.410.320.210.12甘肃省兰州0.630.480.280.2青海省西宁0.680.530.350.24宁夏回族自治区银川0.630.510.310.24新疆维吾尔自治区乌鲁木齐0.830.600.360.29上述供暖需热量并非实际的建筑供暖能耗。图2是北方省会城市或供热改革示范城市的实际耗热量状况调查结果，图中C1～C18是按城市所处纬度从高到低排列，从图中可以看到，我国北方采暖地区城镇实际的采暖耗热量大体位于0.4GJ/(m2.a)~0.55GJ/(m2.a)，平均约在0.47GJ/(m2.a)，应注意这是热源总出口处计量的热量，扣除5%左右的一、二次管网热损失，则建筑内实际消耗的热量约为0.45GJ/(m2.a)，高于平均建筑需热量0.33GJ/(m2.a)的35%左右。图2不同地区实际耗热量状况（图中是热源总出口处计量热量）注：城市C1～C5位于严寒地区，C6～C18位于寒冷地区。在这18个城市中，C18以燃煤锅炉作为主要热源，C5、C6、C7、C8、C12、C13、C14、C17以热电联产作为主要热源，C1、C2、C3、C4、C9、C10、C11、C15、C16二种供热方式兼有。供暖系统实际送入建筑内的热量不等于供暖需热量。当实际送入建筑的热量小于供暖需热量时，供暖房间室温低于18℃，不满足供暖要求。这是以前我国北方各城市冬季经常出现的情况。随着供暖系统的改进和对人民生活保障重视程度的提高，目前实际出现的大多数情况是由于各种原因使得实际供热量大于供暖需热量，表现出的现象就是部分用户室温高于18℃，有时有的用户甚至可高达25℃以上。同时，过高的室温引起居住者的不舒适，为了避免过热，居住者最可行的办法就是开窗降温，这就大幅度加大了室内外空气交换量，从而进一步加大了向外界的散热，增加了供暖能耗。之所以出现建筑实际耗热量高于需热量的现象，主要是由于供热系统调节不当，导致不同建筑不同房间之间供热量与需热量不匹配，各个用户的室内温度冷热不均，在目前末端缺乏有效调节手段的条件下，为了维持温度较低用户的舒适性要求，热源处只能整体加大供热量，这样就会使得其他用户过热，造成过量供暖损失。在一个原因是供热系统未能根据气候的变化及时调节供热量，导致天气变暖时系统仍维持较大的供热量，致使供热初寒期和末寒期出现整个系统的过量供热现象。供暖系统节能的主要任务之一就是通过各种技术、政策和机制尽可能降低实际的过量供热程度，使实际供热量尽可能接近供暖需热量。然而由于控制调节的各种困难以及激励行为节能各种机制在实施中的困难，很难完全消除过量供热现象。并且，实际系统中，系统规模越大，调节越困难，出现过量供热的程度也就越高。考虑这种实际问题，按照实测数据根据系统规模给出了不同的过量供热率，建筑耗热量指标是由建筑节能标准实际需热量再加上过量供热而得到。3、输配系统能耗指标我国的集中供热系统结构如图4所示。城市热网和庭院管网属于集中供热系统的输配系统，承担着将热量从热源输配到楼栋入口的任务。为了考核输配系统的运行情况，需要从管网热损失率指标和管网水泵电耗指标两方面进行评价。图3集中供热系统示意图53建筑能耗篇3.1管网热损失率表2是实际测试某北方地区7个小区的庭院管网损失。可以看出，我国目前的集中供热系统管网损失参差不齐，差异非常大。对于城市集中大热网一次网来说由于管理水平较高和采用直埋管技术，热损失在1%~3%。表2庭院管网热损失实测结果管网保温损失率管网漏水热损失率管网总热损失率小区15.3%2.9%8.2%小区23.2%0.1%3.3%小区36.6%0.1%6.7%小区411.7%1.5%13.2%小区56.2%0.4%6.6%小区69.2%0.9%10.2%小区75.6%1.9%7.5%供热规模越大，输配系统的管网热损失也越大。根据实测结果制定管网热损失率指标的约束值和引导值，如表3所示。表3管网热损失率指标标准建筑供暖系统类型管网热损失率指标（%）约束值引导值区域集中供暖53小区集中供暖21分栋分户供暖003.2管网水泵电耗指标实测北京地区部分小区锅炉房的耗电量情况如图4所示。该电耗包括一次网循环泵耗、二次网循环泵耗和锅炉的辅助用电，例如鼓风机等用电。其中直供系统的平均电耗为2.33kWh/(m2a)，间供系统的平均电耗为2.11kWh/(m2a)。间供系统电耗较低的原因在于其一次网温差大，流量小，水泵电耗有所降低。（a）北京市直供系统热力站循环水泵电耗指标（b）北京市间供系统热力站循环水泵电耗指标图4北京地区部分小区锅炉房的耗电量目前北方地区热力站二次网耗电量约为1~4kWh/m2之间，如果平均为2kWh/m2，则相当于每平米耗能约为650克标煤，占到供暖总能耗的4%，供暖成本的10%。如果采用各种技术管理手段将二次管网平均电耗降低为1kWh/m2，则北方地区每年可节约用电约100亿kWh，具有非常大的节能潜力。所以，依据实际的电耗情况制定水泵电耗指标标准如表4所示。表4管网水泵电耗指标标准供暖期（月）管网水泵电耗指标kWh/(m2ーa)约束值引导值41.7152.11.362.51.572.91.883.324、热源能耗指标热电联产方式热源需要由其产生的电力和热量分摊所消耗的燃煤。怎样分摊这些燃煤，有多种不同的方法。目前电力部门按照锅炉产热效率把热电联产产热量折合为燃煤，从输入的燃煤中扣除，所剩余的燃煤作为发电煤耗。这样热电联产的产热效率就和燃煤锅炉完全相同，热电联产的效益仅表现在其发电煤耗大幅度降低的特点上。这样不能正确认识热电联产的节能本质。考虑到电力和热量两种能源之间巨大的品位，采用火用方法来分摊，才可以更科学地反映出热电联产方式利用不同品位的能源承担不同任务这一特点，反映出热电联产的节能特征。这样，标准中对热电联产热源，按照火用分摊法对供热煤耗进行分摊计算：54特别关注TheSpecialFocus建筑能耗标准式中：CQ——热源能耗指标实测值，当燃料为燃煤或全部为电力时，单位为：kgce/GJ；当燃料为燃气时，单位为：m3燃气/GJ；Chj——热源全年燃料消耗量，当燃料为燃煤时，单位为：kgce/a；当燃料为燃气时，单位为：Nm3燃气/a；m——热网包含的热源个数；Ein,j——耗电量（kWh/a），当热源为锅炉时，为全年锅炉房耗电；当热源为水源热泵、地源热泵等电驱动热泵时，为全年热源耗电；当采用热电联产时，该值为0；Eout,j——当热源为热电年产时，为热电厂全年净输出电量（发电量减去厂用电）；ce——发电能源消耗率，对燃煤热电联产电厂、燃煤锅炉房和水源热泵、地源热泵热源，取全国平均供电煤耗0.320kgce/kWh；对天然气热电联产，和天然气锅炉房，取全国平均燃气供电效率0.2Nm3天然气/kWh；Qsi——供暖期热源出口实测的供热量（GJ/a）。λhw——一次网热水火用折算系数，是热水理论情况下能够转化为最大有用功占能源总量的比例，火用折算系数λ在0~1之间；T0——为该热源所在地区的“平均温度≤+5℃期间内的平均温度”（GB50736-2012），单位为开尔文(K)；；Tws——热源一次网热水供水温度，单位为开尔文(K)；Tbw——热源一次网热水回水温度，单位为开尔文(K)。供热煤耗是根据供暖期间热源的运行状况计算得到，而不是根据热源厂全年的运行状况进行计算。这是因为热电联产电厂在非供暖季的运行状况很不相同，如果按照全年的运行结果计算，则非供暖季发电小时数会在很大程度上影响计算出的供热煤耗。这样就不能真实反映供暖期的实际能耗状况。所以按照这一标准计算时，应仅使用供暖季的燃料消耗量、发电量和供热量。以北京某电厂的运行数据为例采用火用分摊法计算其供热煤耗：该电厂供暖期间，总上网供电量为20455.6万度电，总供热量为175.9万GJ，耗煤量为11.1万吨标煤。一次网供回水温度为110-50℃，其对应火用折算系数为0.232,。将上述运行数据代入公式（9）可计算得到供热煤耗为22.5kgce/GJ.将全国各地目前热电联产及锅炉的供热煤耗进行如上计算可得表5所示（显示部分）。根据实测数据的平均值最终确定各种不同系统的约束值，再将考虑采用各种节能措施后可实现的煤耗值作为引导值，如表6所示。表5一些典型热电厂的供热煤耗名称机组容量供电量(万kWh)供热量(万GJ)耗标煤量(万t)供热煤耗kg/GJ(按350gce/kWh供电煤耗)河北国电某电厂330MW89391.7251.838.729.4山西大唐某电厂300MW171168.4455.071.726.0山西大唐某电厂200MW100525.2325.946.534.7北京中电某电厂200MW20455.6175.911.122.7内蒙京能某电厂135MW75066.7277.434.630.1内蒙中电投某电厂135MW81259.0527.643.528.6表6热源能耗指标标准建筑供暖系统类型燃煤热源效率指标kgce/GJ燃气热源效率指标Nm3/GJ约束值引导值约束值引导值区域集中供暖22182720小区锅炉房或分布式热电联产等集中供暖43383229分栋/分户供暖//32305、建筑供热能耗指标通过上一节计算得出的分项供热能耗指标，可以进一步计算得到集中供热系统的燃气供热能耗指标。对于集中供热方式的建筑，其建筑供暖能耗指标实测值应按照下式计算：式中：Ebh——建筑供暖能耗指标实测值[k