（环境工程专业论文）重庆大学主教楼能源管理平台建设.pdf

中文摘要 摘要 自1 9 世纪7 0 年代世界能源危机以来，各国都十分重视节约能源的问题。节约能源 是促进行业技术进步，实施国家可持续发展的重要措施。建筑节能是缓解我国能源紧缺 矛盾、改善人民生活环境质量、减轻环境污染、实现可持续发展战略目标的关键环。 本文试图通过重庆大学主教楼自控系统的建设，实现能源科学与合理的消费；使其 发挥作用来降低机电设备的维护成本，降低管理与营运费用，从而达到最大限度的节约 能源的目的，为其它公共建筑的节能管理提供参考。 为了解公共建筑的能耗状况及能源管理现状，首先对重庆市的几座公共建筑进行了 调研，其类型包括酒店和办公建筑。通过调研数据分析得出它们的建筑能耗指标、空调 能耗指标、空调能耗比、终端能源构成、空调系统电耗比例等基本信息。同时对所调研 公共建筑的能源管理现状从智能控制采用情况、建筑用能管理、中央空调系统的独立耗 电核算三方面进行了大体上的统计分析。 本文的研究对象主要针对重庆大学主教楼，首先对主教楼建筑设备管理平台进行了 开发，内容主要侧重于用户操作界面的开发，强化了各子系统的监视功能和控制功能。 通过监控界面的开发，试图将各个系统的监视与控制相结合，搭建日常管理及节能运行 控制的最优界面。 随后对主教楼的能源管理系统进行建设，从耗能统计、设备运行统计、参数统计、 故障报警等方面进行。其目的是为建筑物的能源最优化配置和各能源的协同工作创立更 好的工作平台。使建筑物能源配置更具灵活性、增强建筑物能源系统的可扩展性、方便 管理、提高节能效果。 能耗的分区计量也是能源管理的重要一环。本文还针对主教楼的实际情况，设计了 电表与计时采样器相结合的计费形式、按冷负荷分摊的计费形式，照明与末端盘管分开 计电的方式三种计费方案。 最后，总结了公共建筑建筑设备能源管理系统的建设目标、存在的问题，以及新建 能源管理平台应具备的基本功能。 关键词：节能，楼字自控系统，能源管理，建筑能耗，公共建筑 英文摘要 a b s t r a c t s i n c et h ew o r l de n e r g yc r i s i sb r o k eo u ti n1 9 7 0 s ，t h ev a r i o u sc o u n t r i e sa l lp a ym o r e a t t e n t i o n st ot h ep r o b l e m so ft h ee n e r g y e n e r g ys a v i n gi sa ni m p o r t a n tm e a s u r et op r o m o t e i n d u s t r yp r o g r e s s ，t ob r i n gn a t i o ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti n t oe f f e c t e n e r g ys a v i n gi n a r c h i t e c t u r ei sak e yo nr e s o l v i n ge n e r g yp r o b l e m s ，i m p r o v i n gp e o p l e sl i v i n gc o n d i t i o n , a n d l i g h t e n i n ge n v i r o n m e n tp o l l u t i o n t h r o u g ht h ec o n s t r u c t i o no fb a si nc h o n g q i n gu n i v e r s i t yc h i e ft e a c h i n gb u i l d i n g , w e t r yt om a k et h ee n e r g ys o u r c eo ft h i sb u i l d i n gb eu s e ds c i e n t i f i ca n ds o u n d ，t or e d u c et h e m a i n t e n a n c ec o s to ft h ee q u i p m e n t s ，t or e d u c et h em a n a g e m e n ta n dn m n i n gc o s t , s ot h a tw e c a na c h i e v et h ep u r p o s eo ff a r t h e s ts a v i n ge n e r g ya n do f f e r i n gs o l f i ee n e r g ys a v i n gs a m p l e st o o t h e rp u b l i cb u i l d i n g s f o rf i n do u tt h ee n e r g ys t a t u sa n de n e r g ym a n a g e m e n ts t a t u s ，w ei n v e s t i g a t es e v e r a l p u b l i cb u i l d i n g sw h i c ht y p ei n c l u d eh o t e la n do f f i c eb u i l d i n g f r o mt h ed a t aw ec a nf i g u r eo u t t h em e s s a g eo ft h e i rc o n s t r u c t i o ne n e r g yc o n s u m p t i o ng u i d e l i n e , a i rc o n d i t i o n i n ge n e r g y c o n s u m p t i o ng u i d e l i n e , p r o p o r t i o no fa i rc o n d i t i o n i n ge n e r g yc o u s u m p t i o n , p e r c e n t a g e b r e a k d o w no fe n e r g ye n du s e ，a n dp r o p o r t i o no fa i rc o n d i t i o n i n ge l e c t r i c i 哆c o n s u m p t i o n a t t h es a m et i m e , w ea n a l y s et h ee n e r g ym a n a g e m e n ts t a t u so ft h es u r v e y e db u i l d i n gf r o mt h e a s p e c t so fa d o p t i o no fi n t e l l i g e n tc o n t r o l ，b u i l d i n ge n e r g ym a n a g e m e n t , a n di n d i v i d u a l a c c o u n to f h v a cs y s t e m r e s e a r c ho b j e c to ft h i sa r t i c l ei st h ec h o n g q i n gu n i v e r s i t yc h i e ft e a c h i n gb u i l d i n g f i r s t l y , d e v e l o pb u i l d i n ge q u i p m e n tm a n a g e m e n to p e r a t i n gs y s t e m , w h i c he m p h a s i z e p a r t i c u l a r l yo nd e v e l o p m e n to fu s e ri n t e r f a c e a tt h es a l t l et i m e ，i n t e n s i f yt h es u r v e i l l a n c e f u n c t i o na n dc o n t r o lf u n c t i o no ft h es u b s y s t e m t h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to fs u r v e i l l a n c e i n t e r f a c e ，w et r yt oc o m b i n et h es u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o lo ft h es u b s y s t e m ，m a k et h eb e s t i n t e r f a c ef o rd a i l ym a n a g e m e n ta n de n e r g ys a v i n gc o n t r 0 1 s e c o n d l y , w ec o n s t r u c tt h ee n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mf r o mt h ea s p e c t so fe n e r g y c o n s u m p t i o ns t a t i s t i c , e q u i p m e n tr u n t i m es t a t i s t i c , p a r a m e t e rs t a t i s t i ca n df a u l ta l a r m t h e p u r p o s ei s t om a k em o r er e a s o n a b l ew o r k i n gp l a t f o r mf o re n e r g yo p t i m u mp l a c e m e n t , t o m a k et h ee n e r g yp l a c e m e n tm o r ef l e x i b l e ，t os t r e n g t h e nt h ee n e r g ys y s t e m ss c a l a b i l i t ya n dt o a d v a n c et h ee n e r g ys a v i n ge f f e c t s u b a r e ac o m p u t a t i o nt ot h ee n e r g yc o n s u m p t i o na l s oi sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ee n e r g y m a n a g e m e n t w ed e s i g nt h r e ep r o j e c t sf o ra c c o u n t i n gw h i c hb a s e do nt h ea c t u a ls i t u a t i o n , t h e i i i 重鏖奎堂堡主兰堡笙奎 t h r e ea c c o u n t i n gf o r m sa l ec o m b i n a t i o no f a m m e t e ra n dt i m es a m p l e , a p p o r t i o n m e n tb a s e do l l c o o l i n gl o a da n dl i g h t i n gs e p a r a t e df i o mf a nc o i lu n i t s a tl a s t , w es u m m a r i z et h ea i ma n d p r o b l e m so fc o n s t l u c t i o ne q u i p m e n te n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e mi nt h ee x i s t e dp u b l i cb u l d i n g s a tt h es a m et i m e , s u m m a r i z et h eb a s i c f u n c t i o n st h a tt h en f f we n e r g ym a n a g e m e n tm u s tp r o v i d e k e y w o r d s ：e n e r g ys a v i n g , b a ss y s t e m , e n e r g ym a n a g e m e n t , b u i l d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n , p u b l i cb u i l d i n g i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重匮太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一周工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：汜氯 签字尽期：矿舌年伪j 萝圈 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解藿瘥态堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权 照瘥太堂 可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：池毅 导师熊名：亏琴 签字日期：驴6 年月瑶| j签- 7 - 翻期：d g 年月增f e 1 绪论 1 绪论 1 1 课题的提出 随着现代化建设的发展和人民生活水平的提高，舒适的建筑热环境已逐渐成为人们 生活的需要。在发达国家，适宜的室内温度己成为一种基本需要，他们通过越来越有效 的利用好能源，满足了这种需要。在我国，这种需要也正在日益迫切，而采暖和制冷都 需要能源的支持，其中对优质能源的需求量增长更快。但我国的能源供应特别是优质能 源如电力、燃气的供应都十分紧张。 近年来，民用公共建筑( 写字楼、宾馆饭店、大中型商场等) 大量兴建，而目前国内 兴建的这些采用中央空调的民用公共建筑普遍存在着高能耗的问题，给各城市的供配电 带来了沉重的压力【l 】。随着现代化建设的发展，能源供应会更加紧张，将会导致影响经 济的持续发展。一般中央空调能耗约占整个建筑总能耗的5 0 左右，对于商场和综合大 楼可能要高达6 0 以上，因此节约民用公共建筑空调能耗是刻不容缓的【2 1 。与此同时， 我国建设中的智能建筑大都采用欧美国家生产的设备和运行方式，智能建筑的节能显得 尤为重要，而且智能建筑的节能涉及多个不同的领域。 在住宅建筑中，由于人们的节约意识较好，使用人员主观原因造成的浪费比较少； 而在公共建筑中，除了设计、安装及运行管理问题外，造成能源消耗的还有一个重要原 因就是使用人员对节能的无意识，据调查，在一些办公楼中，单位建筑面积年耗电量从 2 k w t gm 2 1 5 0 k w h m 2 不等，除了各种类型办公建筑的能耗特点不同外，也可看出公 共建筑节能的潜力大可挖掘。 仅以建筑供暖为例，北京市一个采暖期的平均能耗为2 0 6 瓦，平方米，而在气候条 件相同的瑞典、丹麦、芬兰等国家，条件相同的建筑一个采暖期的平均能耗仅为1 1 瓦 平方米。用世界先进水平标准来衡量，我国建筑能耗浪费严重，而其中的节能潜力巨大。 所以建筑节能，尤其是公共建筑的节能，应予以高度重视，作为重要课题来研究。 1 2 课题研究的目的和意义 本课题试图通过对重庆大学a 区主教楼的楼宇机电设备自动化控制系统的研究， 为该类公共建筑提供较优的能源供应方案，优化提高管理水平达到节约能源和人工成 本，实现物业管理的自动化。定量地分析自动控制系统对公共建筑节能的影响程度。收 集整理分析重庆市其他公共建筑的能耗资料，为建立重庆市公共建筑能耗基本数据库， 促进重庆市公共建筑节能标准化，提高重庆市公共建筑能源利用水平打下基础。 重庆大学硕士学位论文 1 3 建筑节能的发展及研究现状 1 3 1 国外研究发展及现状 在发达国家，建筑节能的概念经历了多个阶段的发展和变化。第一个阶段是纯粹的 “建筑节能”，即e n e r g ys a v i n g ，在这一阶段，建筑节能就是简单的减少和限制能源使用 量，基本不考虑建筑物内部的舒适性问题，这样的节能工作只能说是低级阶段。第二个 发展阶段是e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，即能源的维持，即减少建筑内能量的损失。第三阶段 是e n e r g ye f f i c i e n c y ，是指在满足人们不断增长的对建筑空间舒适性的要求下，做到优 化能源配置，减少能源浪费和损耗，即能源的合理利用。以上三个阶段是随着各国经济 形势和国际能源形势的发展而逐步产生的变化。目前在我国和本文中所提的“建筑节能” 指的就是第三个阶段意义上的“节能”，在满足人们心理上审美要求和生理上舒适性要求 的同时，有效的利用各种资源；节能不等于不用或尽量少用，而是要将能源配置合理性 最大化【3 1 。 美国 由于完善的市场经济条件，研究工作主要集中在两个方面：第一，研究有利于节能 工作的业主与物业之间的合作模式问题；第二，如何提高物业的节能管理水平。研究上 作更多的是从业主角度出发，从经济上节约成本的角度入手。由于国情类似，欧洲各国 研究上作的重点与美国类似。典型代表作可参见t h ef a c i l i t ym a n a g e m e n th a n d b o o k ( 国 内译作设施管理手册一一超越物业管理，中信出版社。在实践中，美国的物业管 理较发达，业主与物业的合作模式较为成熟，利于建筑在运行阶段的节能工作开展，同 时物业的节能管理水平也较高。对比这两方面，中国都有较大的差距。 美国在1 9 7 5 年第一次颁布了a s h r a e ( 美国供热、制冷及空调工程师协会) 标准 9 0 一7 5 新建筑物设计节能。以此为基础，1 9 7 7 年1 2 月官方正式颁布了 新建筑物 结构中的节能法规，并不断地在建筑节能设计等方面提出新的内容，每5 年便对 a s h r a e 标准进行一次修订。美国的a s h r a e 标准【3 2 ( a s h r a e i e s9 0 1 一1 9 8 9 ) 除 新建低层住宅建筑之外的新建筑物能效设计”提出了s e e r ( 辅效比) 【3 3 】、i p l v ( 部分 负荷综合值) 指标i s 3 。 季节能效比s e e r 定义为在正常的供冷期间，空调器在特定地区的总除热量( 总制 冷量) 与总输入能量( 总耗电量) 之比。s e e r 不仅考虑了稳态效率，同时还考虑了变化 的环境和开关损失因素，是一个较为合理的评价指标1 2 9 ) 1 3 4 。 部分负荷综合值i p l v _ 【3 1 】是综合评价冷机在整个空调季节性能的指标。只适用于冷 机的能耗、供冷量的计算，不能用于泵能耗的计算。 i p l v = 0 0 1 a + 0 4 2 b + 0 4 5 c + 0 1 2 d 式中a l o o 负荷率时单位冷量机组的能耗； & 一7 5 负荷率时单位冷量机组的能耗； 2 1 绪论 c 一5 0 负荷率时单位冷量机组的能耗； d - 2 5 负荷率时单位冷量机组的能耗。 据文献a ，b ，c ，d 前的权系数( o 0 1 ，0 4 2 ，0 4 5 ，o 1 2 ) 分别表示在( 7 5 t ，扣1 0 0 ) ， ( 5 0 - - 7 5 ) ，( 2 5 扣5 0 ) ，( 0 - - - 2 5 ) 等四个负荷率段的运行时间频数。 日本 日本历来重视建筑节能工作，但考虑问题的侧重点有所区别。针对设计阶段，要求 必须通过建筑能耗的模拟计算口6 1 ( 如采用h a s p 软件) ，达到规定的节能标准。对于运行 阶段节能问题，研究工作也开展较早，1 9 7 9 年就颁布了关于建筑能源使用的法律，目 前建筑能源法最新版本为2 0 0 2 年修订版。同时，建立了强制性的建筑能耗审查规范( 针 对5 0 0 0 m 2 以上建筑，不包括住宅卜一建筑物的节能基准和计算实例( 手引) 【6 】并于 1 9 9 3 年第一次颁布发行，2 0 0 3 年发行改订的第9 版。日本运行阶段能耗管理的重点主 要集中在如何提高管理水平以达到节能和保护环境的目的。尽管表现形式不同，但其根 本目的是相同的就是要求在建筑运营阶段尽量节能。 针对运行阶段建筑能耗评估标准的研究与制定工作，日本学者也走在各国前列， 7 1 1 3 5 1 他们用热( 冷) 损失系数法评价建筑能耗，采用两个指标，个为周边全年负荷 系数，一个是空调能量消耗系数。 周边全年负荷系数为反映减少建筑外围结构能量损失的节能指标，定义为： 建筑周边区域的全年热负荷( k j a ) “ 建筑周边区域面积( m 2 ) 建筑物周边区域是指从外墙中心线往里6 m 的区域，其全年热负荷包括：氛由于室 内外温差造成的围护结构热( 冷) 损失；b 太阳辐射热；c 周边区内部产生的热( 照明、 人体等的显热) 。 日本法律规定i 明： 表1 1 ：日本建筑节能法规定的p a l 节能判断基准值( m j m 2 a ) 4 1 1 类型 名称 宾馆医院百货商店办公建筑学校 建设方必须达到 的p a l 值 4 1 93 5 63 7 73 3 53 3 5 建设方努力达到 3 7 73 1 43 5 62 9 3 2 9 3 的p a l 值 日本还提出了基于空调能量消耗系数c e c 的建筑运行标准能耗的计算方法，它是 通过计算在全年假想负荷前提下空调设备系统的全年能源消费量来评价建筑物的设备 3 重庆大学硕士学位论文 系统的能量利用效率的节能指标，等于空调设备一年的能量总消耗与假想空调负荷全年 累计值之比，定义为： ，。，空调设备全年能量总消耗量( k j a ) 。占。2 福百匾i 诱五再磊乒至甭乏桑雨i 磋f i i 而 c e c 值越小，表明空调设备的能量利用率越高。 日本法律f 3 7 1 规定： 表2 ：日本建筑节能法规定的c e c 节能判断基准值”1 l 娄型 名称 宾馆 医院 百货商店办公建筑学校 建设方必须达到 的c e c 值 2 52 51 71 51 5 建设方努力达到 的c e c 值 2 32 31 51 41 4 中原信生教授弭1 - - 直致力于建筑节能、空调运行的研究上作以及管理人员的培训工 作，针对运行中的节能技术问题、运行管理问题制定了多部培训教材。且前日本的研究 和应用上作实际上也仍处于起步阶段，如2 0 0 3 年发布的c a s b e e ( 建筑物环境效率综 合评价系统) 采用了基于c e c 系数的建筑运行标准能耗评价方法。把运行阶段节能作 为一个独立阶段考虑【9 】。上述算法仍然存在一定的不足之处，如何解决实际可操作性问 题也需要进一步研究。 加拿大 加拿大的建筑节能标准概括起来有如下一些特点：一是经济合理性，运用寿命周期 费用( l c c ) 分析法对全国各省和地区的围护结构进行了经济分析，由此得出的建筑物围 护结构的传热系数值更合理。二是区域敏感性，标准中的节能措施考虑了不同地区人力、 建材、能源等价格的不同，把全国划分为3 4 个区，节能标准应用于不同的区域时，应 采用不同的设计数据。三是能源敏感性，即当建筑物采用不同的能源时，对节能设计的 参数也不相同。四是广泛的代表性。五是标准的灵活性，设计人员可以突破标准中某些 条款的限制。但是当某些地方不满足标准要求时，必须在另外的地方加以补偿，使建筑 物的总能耗不能大于完全按标准设计的建筑物的能耗【1 川。 1 3 2 国内研究发展及现状 我国的建筑节能历程经历了以下阶段：( 1 ) 1 9 8 6 年实施民用建筑节能设计标准 ( 采暖居住建筑部分) ，节约3 0 。这一阶段的特点是从提高国民经济的综合效益和建 筑业的整体水平出发，重视建筑节能技术发展的实际应用，以第一阶段节能3 0 为目标， 4 1 绪论 同时注重改善建筑热环境，提高居住舒适性。( 2 ) 1 9 9 6 年修订民用建筑节能设计标 准( 采暖居住建筑部分) 节约5 0 。此次修订节能标准的节能目标是，在1 9 8 0 - - 1 9 8 1 年住宅通用设计能耗水平基础上节能5 0 ，但节能投资不超过土建工程造价的1 0 ， 节能投资回收不超过l o 年，节约吨标准煤的投资不超过开发吨标准煤的投资。修订工 作主要针对这一目标进行，同时尽量吸取国内外实践经验，努力做到经济合理，切实可 行，使用方便。本阶段的主要特点是：适用范围明确，即适用于新建和扩建的居住建筑 热工与采暖节能设计，暂无条件设置集中采暖的居住建筑，其围护结构宜按本标准执行： 节能目标明确，建筑物和采暖系统各自应达到的节能率明确；节能手段全面、具体、可 操作性较强，便于贯彻执行。( 3 ) 2 0 0 1 年实施夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 节约5 0 。( 4 ) 2 0 0 3 年实施夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准节约5 0 。施行 这两个标准都要求居住建筑通过采用合理节能建筑设计，增强建筑围护结构隔热、保温 性能和提高空调、供暖设备能效比的节能措施，在保证相同的室内热环境的前提下，与 未采取节能措施前相比，全年空调和供暖总能耗减少5 0 t 5 9 1 。( 5 ) 2 0 0 5 年实施公共 建筑节能设计标准节约5 0 。此标准提出的5 0 节能目标，是有其比较基准的。 以八十年代改革开放初期建造的公共建筑作为比较能耗的基础，称为“基准建筑”。“基 准建筑”围护结构、暖通空调设备及系统、照明设备的参数，都按当时情况选取。在保 持与目前标准约定的室内舒适环境参数条件下，计算“基准建筑”全年的暖通空调和 照明能耗，将它作为1 0 0 。再将这“基准建筑”按本标准的规定进行参数调整，即围护 结构、暖通空调、照明参数均按本标准规定设定，计算其全年的暖通空调和照明能耗， 应该相当于5 0 。这就是节能5 0 的内涵。当前，北京、天津、河南开始实施节能6 5 的标准。 我国编制建筑节能设计标准的步骤是从先量大面广的北方采暖地区建筑起步，先北 方，后南方；先居住建筑，后公共建筑。编制国家标准公共建筑节能设计标准是继 建设部行业标准居住建筑节能设计标准( 严寒、寒冷地区，夏热冬冷地区和夏热冬 暖地区) 之后的一个重要节能设计标准。这样我国建筑节能标准就涵盖了全部民用建筑， 今后在我国建设的民用建筑都有了节能设计标准可依。 我国目前正处于建设高峰期，每年新建房屋近2 0 亿平方米，超过所有发达国家建 设量的总和。而其中9 5 以上的建筑都是高耗能的建筑，节能技术相对落后。 与欧洲相比，许多欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6 升油，大 约相当于每平方米8 5 7 公斤标准煤，而在我国，达到节能5 0 的建筑，它的采暖耗能 每平方米也要达到1 2 5 公斤标准煤，约为欧洲国家的1 5 倍。例如在德国，1 9 8 4 年以 前建筑采暖能耗标准和中国目前水平差不多，每平方米每年消耗2 4 6 至3 0 8 公斤标准 煤，但到了2 0 0 1 年，德国的这一数字却降低至每平方米3 7 至8 6 公斤标准煤，其建筑 能耗降低至原有的1 3 左右，而我国却一直是2 5 公斤标准煤【2 s 】。 5 重庆大学硕士学位论文 近年来国内一些学术机构、研究者对建筑运行能耗这一问题逐渐有所认识，并逐渐 重视运行阶段的建筑节能问题。 清华大学建筑学院建筑技术科学系在这方面做了较多的研究上作，主要有如下两个 方面：一是从2 0 世纪9 0 年代中期开始的建筑能耗的调研上作，投入了大量的人力、技 术力量，近十年不间断的调研为运行阶段节能研究上作提供了极其重要的第一手资料； 二是2 0 0 3 年清华大学建筑学院主持的有9 个单位合作参加的“绿色奥运建筑评估体系” 的研究工作。 另外，我国也正在制定针对空调系统的运行管理规范，由中国建筑科学研究院徐伟 ”】所长主持，是建筑运行节能的重要内容之一。在规范中初步规定了运行期间空调能耗 的要求。 清华大学张蕾对北京市十家大中型商场的空调系统运行能耗也进行跟踪调研与研 究，并探讨了基于c e c 实际。c e c 模型的评价方法【1 1 】。国内其他学者对运行阶段的 设备管理也有一定的研究成果，主要介绍了国外运行阶段的建筑管理、能源管理研究水 平。最核心的上作是介绍引进了“设施管理”( f a c i l i t ym a n a g e m e n t ) 的概念_ i 塞是运行 阶段建筑能耗管理的主体，是我国在计划经济体制下所没有的概念，在目前的市场经济 体制下有待建立的一个新兴实体。早在1 9 9 8 年龙惟定教授在暖通空调期刊上发表 的物业设施管理与暖通空调【1 2 】一文，以及张红等译的设施管理手册超越物业 管理一书( 美，d a v i d g c o t t s ) 4 1 中都较早提到了“设施管理”的概念，初步提出了设 施管理对建筑节能的影响问题，但可惜此后都没有将研究工作更深入的开展下去【l3 1 。 进入二十世纪9 0 年代，人们逐步意识到光凭有效的能量转换和利用技术而没有持 续的管理是达不到其充分的效果，能源管理( e n e r g ym a n a g e m e n t ) 应运而生。建筑能耗的 测量、分析、评价以及改进措施全都包括在能源管理系统之中 a s h r a e 9 0 i p 标准中详细介绍了在建筑面积大于1 0 0 ，0 0 0 铲( 1 f f f = 0 0 9 3 m 2 ) 的商业 建筑设计中计算机能源管理系统e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m s ) 的控制和记录数据 的功能。e m s 的关键是硬件、软件、系统内外部的交流。对商业建筑物业主、用户运 行操作人员以及电力公司而言，e m s 具有如下1 1 个方面的能力【3 8 】： 1 ) 集中监测控制众多部位；2 ) 灵活地修改设置点和时间表，这点对商业建筑十分 重要；3 ) 提高设备部分负荷控制；4 ) 根据建筑物情况，适时启停设备：5 ) 通过软件 的改变，灵活地改变控制回路、增加或减少回路；6 ) 更智能地进行负荷控制、限制和 调档；7 ) 交流、记录、展示数据或状态；8 ) 调节系统和检查固有能量( e n e r g ys a v i n g ) ； 9 ) 报告设备和系统主要部分的负荷情况以便找到改进的部分和更好地分配能源到各个 终端；1 0 ) 检查出坏的或出错的设备；1 1 ) 根据电能消耗的最终用途精确地将电费分配 给用户。 对建筑物装备运行e m s 系统的前后进行比较和分析证明这种新技术给我们提供了 6 1 绪论 改善商业建筑运行效率和舒适性的新机遇【3 9 1 。现在e m s 的潜力仍未充分发挥，它还可 以作为新的建筑管理和能源审计的诊断工具【柏】。 1 3 3 空调节能发展方向 第，要提高设备的能效比。制冷设备制造厂家要加大科技投入和技术创新，不断 提高制冷设备的能效比，比如：数码涡旋技术、柔性交频制冷技术等。 第二，提高系统的能效比。提高空调系统的能效比，关键在于提高系设计的合理性， 在投资性能价格比合理的情况下，尽可能采用各种节能措施。空调系统安装完毕后，一 定要有专业人员进行系统调试，制定经济合理的运行方案，特别是节能运行策略。要加 强系统维护保养，减少设备和系统的能效衰减。 第三，采用空调节能新技术。 空气源热泵 热泵基于逆卡诺循环原理工作，既可以用来制冷，又可以用来供热的机组。它使用 室外空气作为冬季采暖的蒸发器换热介质和夏季制冷的冷凝器换热介质，在工程上应用 已经非常广泛。由于使用了室外空气这种低品位热源，在长江流域其全年能效比高于锅 炉房加水冷机组系统。 但是空气源热泵的性能随室外气候变化明显。室外空气温度高于4 0 c - 4 5 c 或低于 1 0 1 5 c 时，热泵机组很难正常工作。 冰蓄冷 冰蓄冷空调技术是2 0 世纪9 0 年代以来在国内外兴起的一门实用综合技术，可以对 电网的电力起到移峰填谷的作用在用电低谷、电价较低( 或中央空调不需要工作) 时开始制冰，蓄存冷量：而在用电高峰、电价较高( 中央空调需要工作) 时停止制冰、 同时依靠冰的融化来制冷，从而完成能源利用在时间上的转移，节省运行费用，降低运 行成本。这是转移高峰电力、开发低谷用电、优化资源配置、保护生态环境的一项重要 技术措施，符合我国的长期国策。 虽然冰蓄冷中央空调的运行费用比常规中央空调少，但一次性投资较大，而目前在 技术方面还有很多不成熟的因素存在。此外，冰蓄冷中央空调的推广还和政府对能源的 政策有密切的关系。 变频空调 变频空调就是通过改变频率来调整压缩机功率，使得其在达到设定温度后进入低频 运转阶段，而提高了空调的能效比。另一方面，应用了交频技术的空调机降低了开关损 耗。此外，在使用变频技术后，空调机启动时电压波动较小，可以在低电压和低温条件 下启动，这样一来对于某些地区由于电压不稳定或冬天温度较低，空调难以启动的难题， 有一定的改善作用。实验证明，增加变频技术都可实现节能超过3 0 以上。 变水量和变风量空调 7 重庆大学硕士学位论文 变风量变水量空调的基本原理正是通过改变送入各房间的风量( 或者进入末端风机 盘管的冷水量) 及温度来满足室内人员对房间不同温湿度的要求，并自动地适应室外环 境对建筑物内温湿度的影响，真正达到所需即所供。同时，也可以满足不同人员对温湿 度的不同需求，实现节能。相关推算证明，将一个定风量系统改造成变风量系统，其全 年能耗会减少3 5 以上。 热回收技术 现在的热回收技术主要指使用全热交换器对室内排除的污浊空气进行热回收，达到 换气节能的目的。一般情况下全熟交换器可以回收室内排出废气中大约7 9 的热量，在 将新鲜空气送入室内的同时，节省了大量的能源。 空调系统中，另一部分的热回收，就是回收冷凝器处冷却水的废热。现有的工程中 已有实例回收了这部分热量用于淋浴等生活用热。 地源热泵技术 在季节转换过程中，地源热泵相当于将冬季的冷量储存入地下，供夏天使用；同时 夏天在制冷时，将热量存入地下供冬天使用。地源热泵可以使用大量广泛的低位热能， 如土壤、井水、地下水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源， 而且具有热回收功能。因此，其全年能效比非常高。现有住宅使用水源热泵后，仅仅冬 季采暖其耗能量就可减少6 0 左右。 系统的自动控制系统( b a s ) 空调系统自动控制技术是空调系统新技术实施的关键组成部分，一般分为常规自动 化仪表控制和计算机控制。空调自控系统也是整个建筑物楼字自控系统的主要子系统， 它的作用一方面是提高运行管理水平，提高工作效率，更主要的是提高空调系统的节能 率。空调自控系统主要包括机房冷热源监控、输配系统的监控和空调末端监控。其节能 原理是根据房间内人们对温湿度、新风量等要求以及房间空调负荷的变化，来调节空调 末端装置的风量或水量，进而平衡输配管网系统，最终调节冷热源的能量输出，系统的 需冷量和供冷量相平衡，避免能源的浪费【l 】 衡量一个建筑是否节能，不仅要看它是否是按照节能标准建设的，而且重点看建筑 围护结构性能和各种配套设备的技术管理方式。这其中，智能化技术的应用对提高建筑 技术水平及运行效率作用重大。因此，我们在此课题的研究中将结合智能建筑中的b a s 自控系统制定合理的能源供应方案，以实现节能的目标。智能化技术通过自控网络和设 备对控制对象( 设备) 实行智能化的综合管理，即构成各个系统设备运行的指挥中枢，按 需进行自主、有效地监控系统设备的运行与管理。 g 1 绪论 1 4 智能建筑的发展及研究现状 1 4 1 智能建筑在国外的发展及现状 智能化建筑的兴建始于2 0 世纪8 0 年代。1 9 8 3 年，美国联合科技建筑系统公司 ( u t b s ) 在康涅狄格州对哈佛城广场大厦进行改造，u t b s 公司主要负责控制和操作 共享设备，为用户提供计算机设备、局域网( l a n ) 、程控交换机( p a b x ) 等；使住 户可以取得通信、办公自动化服务；使大楼的用户获得经济、舒适、安全的良好环境， 使大厦的功能产生质的飞跃，将其称为智能化建筑。 1 9 8 3 年日本东京建成“智能大厦”，制订了从智能设备、智能家庭到智能建筑、智 能城市的发展计划，还于当年底成立了“国家智能建筑专业委员会”，对智能建筑的发展 给予政策上的支持。 美国1 9 8 6 年成立智能型建筑学会( a i b i ) ，该组织横跨1 7 个国家会员，包括产品和 系统制造商、能源电力和行政机构咨询公司、研究单位以及房地产商等，旨在推广智能 型建筑观念，并提供最先进的技术、咨询与应用。相继英国、法国、加拿大、瑞典、德 国在8 0 年代末及九十年代初都己落成富有自己特色的智能建筑【1 4 1 。 日本现在新建的建筑物中6 0 属智能型。美国在1 9 9 5 年宣布1 9 9 5 年以后要大幅度 提高智能型大厦的比例。据统计，近年来新建和改建的办公楼约7 0 为智能建筑。目前， 美国已有上万座以上智能建筑i i ”。 国外智能建筑发展迅速，美国的全球性的a i b i ( 智能建筑学会) 对全球智能建筑技 术的发展起了非常大的推动作用，日本不少城市提出建设“智能化街区”、“智能化大厦 群”、“智能化国际信息城”等，日本山武霍尼维尔、清水各大公司目前已规划设计出2 1 世纪智能建筑的模型实现城市智能化。实际上日本到了9 0 年代智能大楼开始向区 域管理系统和城市系统发展。山武霍尼维尔承接的“横滨业务大楼”是一个由十座智能大 楼组成的智能小区，建筑面积2 4 万平方米，设有冷热源中心等，由1 万6 千个控制点 实现智能小区一体化集中管理和监控。日本东京设有一个智能大楼监控中心，该中心监 控的智能化大楼3 0 0 座，还可通过电话线对相距5 0 0 公里以外的大坂智能大楼进行监控。 山武霍尼维尔公司在1 9 7 8 年提出“省”的企业宗旨，通过自动化的改革，节省时间、能 源和空间，该公司承接的智能大楼以5 0 年生命周期计算，初期建设费用占2 5 9 ，其 余7 4 1 为管理和能源消耗费用，其中能源费用占3 2 ，该公司设计的根据负荷改变 投入的软件就能节约3 0 的能源消耗，该公司的智能大楼已实现节省时间3 3 。 山武 霍尼维尔公司还对2 0 0 0 年的智能城市管理范围进行了设想：包括办公室、住宅、娱乐 设施、地方自治团体、停车场、保安、交通、垃圾处理、通信、公害防止、防灾等，可 见日本的智能建筑向智能城市管理发展已经形成趋势，日本各大公司己经在认真探索这 种趋势了，并争取成为世界上城市智能化的最先进国家【j 研切。 新加坡政府的公共事业部门为推广智能建筑，专门制定了“智能大厦手册”。政府为 9 重庆大学硕士学位论文 推广智能建筑，拨巨资进行专项研究，计划在2 0 0 0 年以前要把全岛建成光纤智能花园： 韩国计划在2 0 0 0 年前将半岛建成“智能半岛”；印度于9 5 年在加尔各答的盐湖开始建设 智能城【l 引。从以上趋势看，智能化建筑已是信息时代的必然产物，将可取代传统建筑。 随着信息高速公路( i s ) 的发展，智能建筑将作为信息社会节点，很多i s 的概念、效益和 功能首先在智能大厦中出现。随着智能建筑与i s 技术的发展，一些相关产业必将得到 迅速发展。 1 4 2 智能建筑在国内的发展及现状 在中国的( g b t 5 0 3 1 4 2 0 0 0 ) 智能建筑设计标准中，智能化建筑被定义为：“它 是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、 管理及它们之间的优化组合，向人们提供一个高效、舒适、便利、安全的建筑环境。” 近十年来，我国智能建筑的发展大体可分为两个阶段，即初始阶段和发展阶段。 初始阶段( 1 9 9 0 1 9 9 5 年) ：我国在2 0 世纪8 0 年代末，由建设部编制的民用建筑 电气设计规范中，实际上已开始涉及到智能建筑的理念，提出了楼字自动化和办公自 动化，直到9 0 年代初，随着国际智能建筑技术引入我国后，智能建筑这一概念才逐渐 被越来越多的人所认识和接受，尤其在1 9 9 3 年以后，成为我国许多城市房地产开发商 销售的热点。智能建筑在我国的兴起还基于两方面的因素：一是随着改革开放，我国国 民经济持续快速发展，综合国力不断增强，人民生活水平日益提高，人们迫切需要改善， 提高工作和生活环境，而智能建筑正是适应这一需求的重要途径之一；二是由于现代通 讯技术，计算机及网络技术和控制技术的迅速发展，为智能建筑提供了充分的技术条件。 智能建筑在我国的出现，立即受到政府部门、高等院校、科研设计院所，企业厂商等的 极大关注和支持，并在上海、广州、深圳和北京等相继建成了一批具有一定智能化水平 的智能大厦这一阶段的特点：一是建筑智能化的对象主要是宾馆和商务楼；- - 是技术产 品主要是采用国外产品；三是出现了片面追求高标准的现象。 发展阶段( 1 9 9 6 年至今) ：自1 9 9 6 年以来，我国智能建筑取得了较大发展。智能建 筑技术在全国范围内得到推广应用，其对象由宾馆、商务楼向银行、证券、办公、图书 馆、博物馆、展览馆以及住宅等( 含住宅小区) 拓展。智能建筑队伍迅速成长，初步形成 了一支具有一定规模的智能建筑设计、施工力量以及系统集成商和产品供应商。1 9 9 9 年以来，我国智能建筑技术日趋成熟，各地积累了一定的工程经验，基本上适应了国内 各类建筑对智能化的需求。人们对智能建筑开始注重理性化，对智能建筑有了更深入的 理解，智能建筑