民用建筑节能评估能耗估算方法探讨

1民用建筑节能评估能耗估算方法探讨华东建筑设计研究院有限公司衣健光摘要：建筑全年能耗计算是民用建筑投资项目节能评估的重要环节，分析了民用建筑的能耗组成，其中空调、采暖系统的能耗计算最为复杂。空调、采暖系统的能耗计算方法可以分为动态能耗模拟法和静态能耗分析法，鉴于计算方法特点和节能评估阶段的项目周期、项目资料以及经济性，认为采用当量满负荷运行时间法更加高效、经济。关键词：节能评估；能耗；当量满负荷运行时间法Abstract:Buildingannualenergyconsumptioncalculationisanimportantpartofenergyefficiencyevaluationforcivilbuildinginvestmentprojects.Energyconsumptioncalculationoftheairconditioning&heatingsystemisthemostcomplex.Airconditioning&heatingsystemenergyconsumptioncalculationmethodcanbeclassifiedintodynamicenergysimulationandstaticenergyconsumptionanalysis.Owingtocharacteristicsofthecalculationmethodandtheprojectcycle,projectinformationofenergyefficiencyevaluationphaseandeconomy,equivalentfullloadhoursmethodismoreefficientandeconomical.Keywords:energyefficiencyevaluation,energyconsumption,equivalentfullloadhoursmethod.1．固定资产投资项目建筑节能评估要求为加强固定资产投资项目节能管理，促进科学合理利用能源，从源头上杜绝能源浪费，提高能源利用效率，根据《中华人民共和国节约能源法》和《国务院关于加强节能工作的决定》，2010年11月1日国家发展和改革委员会颁布实施《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》【发改委令2010年第6号】（本文简称“6号令”），2011年6月30日上海市人民政府颁布实施《上海市固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》【沪府发（2011）38号】（本文简称“38号文”）。“6号令”和“38号文”均根据提出根据项目建成投产后年能源消费量实行分类管理的要求，详见表1。因此，对项目的全年能源消耗情况进行估算是非常重要的环节。表1固定资产投资项目节能评估分类管理要求节能评估报告书节能评估报告表节能登记表年综合能源消费量3000吨标准煤以上（含3000吨标准煤）1000至3000吨标准煤（不含3000吨）小于1000吨标准煤年电力消费量500万千瓦时以上200万至500万千瓦时小于200万千瓦时年石油消费量1000吨以上500至1000吨，小于500年天然气消费量100万立方米以上50万至100万立方米小于50万立方米22．民用建筑能源消耗系统分类固定资产投资项目的分类有多种，其中按行业分类包括：能源项目、交通项目、原材料工业项目、装备工业项目、农业项目、林业项目、水利项目、生态和环境保护项目、商业和服务业项目、科技、文化、教育、卫生、体育项目以及房地产开发项目等。由于笔者涉及的行业为建筑设计与咨询，本文重点论述民用建筑（即房地产开发项目）的能耗评估方法。3图1民用建筑耗能系统组成一般而言，民用建筑的主要用能品种为电、天然气（或石油），其能耗系统组成如图1所示。其中建筑围护结构的能耗最终会计入空调、采暖系统的能耗，不再另行计算。民用建筑的耗能系统可以分成两大类：一类为气候相关型耗能系统，其能耗会根据室外气象条件的改变而改变，比如空调、采暖系统；另一类为气候无关型耗能系统，其能耗通常不随室外气象条件的改变而改变，比如通风系统、照明系统、室内设备、电梯等。气候无关型耗能系统的能耗计算方法相对简单，可根据系统耗电指标和全年使用情况估算。气候相关型耗能系统的能耗计算方法较为复杂，影响因素多，包括室外气象条件、建筑围护结构、系统型式、系统效率等，是本文讨论的重点。3．空调采暖系统能耗估算方法探讨3.1空调采暖系统能耗计算方法简介目前，建筑能耗的计算方法主要有两类：一是利用建立在不稳定传热理论基础上的动态能耗模拟法；二是建立在稳定传热理论基础上的静态能耗分析方法。动态能耗模拟法充分考虑室内外各种扰量，得到的结果也比较精确，利用计算机可以方便地对不断变化的室外参数作用下建筑物的冷热负荷进行动态计算，以及对空调系统的全年能耗进行动态模拟计算。动态能耗模拟法比较完善，但由于软件比较复杂，使用起来不方便，因此难于被一般设计人员掌握和使用。静态能耗分析的方法主要有：度日数法、当量满负荷运行时间法、负荷频率表法等，这些方法简单实用，便于一般设计人员和管理人员使用，是一种简化计算方法。3.2节能评估阶段能耗计算方法选择原则空调、采暖系统能耗计算方法的选择应根据计算方法特点、项目周期、项目资料等情况确定，同时还应考虑经济性。动态能耗模拟法需要详细的建筑资料和空调、采暖系统方案建立复杂的分析模型，而静态能耗分析法仅需要简单的项目资料，就可以对建筑物的全年空调、采暖系统能耗进行估算。通常，节能评估是在项目立项阶段完成的，一方面允许计算结果存在一定的偏差，一方面很难得到详细的项目资料用于建模，因此动态能耗模拟法并不适用于节能评估阶段的能耗计算，选择静态能耗分析法更为高效。其中当量满负荷运行时间法一方面可以分系统进行估算，另一方面可以考虑空调采暖系统类型、效率和节能措施，是非常好的能耗估算方法。另外，目前有的节能评估人员将建筑围护结构权衡判断方法计算得到的空调、采暖系统能耗作为空调、采暖系统能耗的计算值，是不科学的。因为，建筑围护结构权衡判断方法是用于判断建筑围护结构的节能效果的，其不能空调系统的类型、效率及节能措施等影响，其计算值仅为“假想空调、采暖系统能耗”。3.3当量满负荷运行时间法当量满负荷运行时间τE的定义是：全年空调冷负荷（或热负荷）的总和qdTqa（kJ/a）与制冷机（或锅炉）最大出力qR（或qB）的比值，即：RCERqq（1）4BhEBqq（2）式中：τER，τEB——夏、冬季当量满负荷运行时间（h）；qC，qh——全年空调冷负荷或热负荷（kJ/a）；qR，qB——冷冻机或锅炉的最大出力（kJ/h）；负荷率ε是全年空调冷负荷（或热负荷）与冷冻机（或锅炉）在累计运行时间内总的最大出力之和的比例，即：RRCRTqq（3）BBhBTqq（4）式中：TR，TB——夏、冬季设备累计运行时间（h）。由式（1）、（2）代入式（3）、（4），得：RERRT（5）BEBBT（6）上述累计运转时间是指设备从早晨启动至晚上停止运行的全年运行时间的总和。例如，早晨8点启动，下午5时停止运行，冷冻机6～9月运行，则冷冻机累计运行时间（不包括星期日和节假日）TR为：TR＝9（小时）×25（天数）×4（月数）＝900（小时）当量满负荷运行时间法计算空调全年能耗如下：冷冻机耗电量ERNR,RRNR,R)P(T)P(P（7）冷冻水泵和冷却水泵耗电量定水量时，PNP,PT)P(P（8）变水量时，)(T)P(PRRPNP,P（9）n/)1(RR（10）冷却塔耗电量全部运行，CTNCT,CTT)P(P（11）台数控制，)(T)P(PRRCTNCT,CT（12）风机耗电量：定风量时，FNF,FT)P(P（13）5变风量时，)(T)P(PFNF,FR（14）)/()(BRBBRRTTTT（15）式中，PR,N，PP,N，PCT,N，PF,N——冷冻机，冷冻水泵或冷却水泵，冷却塔，风机的额定耗电量。4．当量满负荷运行时间法能耗估算流程与案例4.1当量满负荷运行时间法能耗估算流程当量满负荷运行时间法可以分别计算空调采暖系统的年耗电量和耗气量，其中年耗电量为制冷机、冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机、空调系统风机、热水泵、锅炉附属设备、锅炉给水泵等年耗电量之和，年耗气量为热水（或蒸汽）锅炉的年耗气量。当量满负荷运行时间法估算空调采暖系统全年能耗的流程非常简单，首先分别计算各设备的全年耗电量或耗气量，然后对各设备的年耗电量或耗气量进行加总，就可以得出整个空调采暖系统的年耗电量或耗气量。下面以制冷机为例说明各设备年耗电量计算流程，详见图2。图2制冷机年耗电量计算流程由于当量满负荷运行时间法计算方法简单，可以利用办公软件MicrosoftExcel进行简单编程，既可以提高工作效率，又可以保证计算的正确性。4.2案例分析某办公建筑位于上海市，建筑面积共110000m2，空调面积约为88000m2，地下二层、地上八层。空调冷负荷指标取150W/m2，空调热负荷指标取100W/m2。经估算，制冷机采用离心式冷水机组3台，耗电指标为0.2kW/kW，3台冷水泵；冷却塔2台，冷却水泵2台；燃气热水锅炉2台，热水泵2台；空调箱共20台，风机单位风量耗功率取0.48W/（m3/h）。经计算采暖空调系统全年耗电量约为4161978kWh，全年耗气量约为562328m3，详见表2、表3。6表2空调系统耗电量计算表序号设备计算公式年耗电量（kWh）1制冷机PR=（∑PR.N）TRεR=（∑PR.N）τE·R18480002冷水泵变流量PP=（∑PP.N）TP(εR+αR)2552003冷却水泵变流量PP=（∑PP.N）TP(εR+αR)2904004冷却塔台数控制PCT=（∑PCT.N）TCT(εR+αR)871205风机变风量PF=（∑PF.N）TF(ε'+α')14040586热水泵变流量PP=（∑PP.N）TP(εR+αR)2772007合计4161978表3天然气耗量计算表序号锅炉台数天然气耗量计算公式（m3/a）天然气耗量（m3/a）12台QfB＝qfB.NTBεB=qfB.NτE·B5623285．结论随着我国对节能减排任务的加强，发改委对固定资产投资项目提出节能评估的要求。其中建筑全年能耗计算是非常重要和关键的环节，空调、采暖系统能耗计算方法可以分为动态能耗模拟法和静态能耗分析法，前者需要详细的项目资料建立分析模型，后者仅需要简单的项目资料即可。在项目立项阶段往往仅能取得简单的项目资料，对计算结果允许有一定的偏差，可以采用静态能耗分析法，既能满足计算要求，又高效、经济。如果采用动态能耗模拟法，一方面需要耗费大量的建模工作，一方面需要做大量的假定，计算结果同样存在偏差，因此项目立项阶段不建议采用此法。采用建筑围护结构权衡判断方法计算得到的空调、采暖系统能耗不能作为空调、采暖系统能耗的计算值。参考文献：[1]中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业委员会．GB50189—2005公共建筑节能设计标准[S]．北京：中国建筑工业出版社，2005[2]陆耀庆主编．实用供热空调设计手册（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008