文稿110101——现代建筑的绿色与节能控制技术

1 现代建筑电气的绿色环保与节能控制技术的应用理念与思考现代建筑电气的绿色环保与节能控制技术的应用理念与思考 邵民杰 华东建筑设计研究院有限公司 上海 200002 摘摘 要要 本文主要阐述了现代建筑中电气绿色环保与节能控制技术的应 用理念 并揭示了建筑电气的绿色 环保 节能对于构建绿色建筑具有重要的 意义 关键词关键词 绿色建筑 光伏发电 电气节能 节能控制技术 楼宇监控 1 概述 绿色 节能已成为当今现代建筑业发展的一个重要因素 也是未来全球 可持续发展的主题 所谓绿色建筑 就是在建筑周期内 最大限度地节约资源 节能 节地 节水 节材 保护环境和减少污染 为人们提供键康 适用 和高效的使用空间 与自然和谐共生的建筑 绿色建筑倡导建设者注重绿色 节能和可持续发展 将低碳环保技术 节能控制技术 智能信息技术应用于各 个方面 用最新的理念 先进的技术去解决生态节能与环境舒适问题 我国正处在经济的高速发展时期 经济的高速发展所带来的能源短缺是 国家所面临的重大挑战 我国的能源消耗要比国际先进国家高出数倍之多 我 国单位 GDP 能耗约为美国的 3 4 倍 日本的 9 倍 2008 年我国 GDP 约占世界的 6 一次能源消耗约占世界的 18 CO2 排放量约占世界的 20 已成为世界第 一大碳排放国 加之我国能源人均储量小 消耗总量大 耗能高 因此有效节 约使用能源 已不仅是经济问题 更是关系到国家的战略问题 我国政府承诺 到 2020 年单位 GDP CO2 排放量要比 2005 年降低 40 45 我国的节能减碳面临 着巨大的挑战 我国建设领域的高能耗现象也相当严重 目前建筑能耗约占全国总能耗 的 28 左右 作为大量消耗能源和资源的建筑业 做好建筑 特别是现代大型 公共建筑 的节能降耗工作 改变当前高投入 高消耗 高污染 低效率的模 式 对政府所倡导的生态环保 节能减排能起到重要作用 2 建筑电气业的绿色节能 绿色建筑追求的是自然 建筑与人三者之间的和谐统一 他的重点就是绿色 2 节能 现代建筑业的绿色 节能涉及到诸多方面 就建筑电气行业就有许多 例如 太阳能 风能等可再生能源的有效利用 国内的一些建筑做了许多建筑 一体化太阳能光伏发电系统 BIPV 而且发电容量很大 如 2010年上海世 博场馆工程及配套工程 上海虹桥枢纽京沪高铁站 上海世博主题馆 上 海世博中心场馆等 并与建筑体结合得非常好 其中虹桥枢纽京沪高铁站总装 机容量6688千瓦 年均发电可达630万度 每年发电可供12000户居民使用一年 项目每年可以减排二氧化碳6600多吨 节约标准煤2254吨 其经济效益和节能 减排作用十分明显 虽然目前这些可再生能源利用的新技术会存在着投入价格 与产出以及某些技术的制约 从投入产出比的关系上看可能回收的时间要很长 但从绿色环保的理念去考虑 这是对绿色建筑的一种贡献 国家标准 绿色建 筑评价标准 GB T50378 2006也将这一内容列为了评价指标的优选项之一 当然还有电气系统自身的绿色节能 如供配电环节的节能 变电站的设 置靠近负荷中心 尽可能地减少线路的损耗 在变压器容量的选择上考虑变压 器的节能性以及经济运行要求 变压器是供配电系统中的主要耗电设备之一 变压器容量偏小 负荷率过高会引起负载损耗增大 效率变低 寿命变短 而 变压器容量偏大 负荷率过低 又会引起空载损耗增大 效率也变低 因此要 根据实际负荷情况合理选择变压器容量 使变压器尽可能运行在最佳负荷状态 变压器自身也要采用节能型变压器 并在各个环节采取提高功率因数的措施 还有照明系统的节能措施 如建筑室内照明充分利用自然光 达到节能效果以 及高光效光源 高效率灯具的使用 节能 环保 耗电低的LED光源来替代传统 光源等等 另外还要考虑对谐波的治理和降损节能 由于较多建筑物中电力电子设备 使用较多 会产生许多谐波 除变压器 电力电容器外 各种电力电子装置 变频装置 电子镇流器 VAV 空调等非线性的设备都会产生谐波 谐波电流流 入电网后 通过电网阻抗产生谐波压降 从而引起电网的电压畸变 给配电系 统的各个环节带来严重的谐波问题 谐波也降低了电能的利用率 引起用电设 备涡流损耗增加 过热 绝缘老化 甚至发生故障或烧毁 因此治理谐波有助 于提高设备的使用寿命 减少电能损耗 达到节能目的 选用的电气设备还要 注重产品的环保性 材料可再生利用 这些都是对建筑绿色环保节能的贡献 3 电气绿色节能的方法还有很多 除了设备自身固有的节能因素外 另一个不 可忽视因素就是对设施进行节能控制运行管理 而且这又是个极为有效的主动 性节能方法 例如在现代大型建筑物中常会采用楼宇监控管理系统来对楼内设 施进行节能控制与管理 可以说也这是实现现代建筑绿色节能的有效方法之一 3 楼宇监控管理系统是实现建筑绿色节能的有效方法 建筑绿色节能离不开采用先进的智能化技术手段来实现 而楼宇监控管 理系统则是实现建筑绿色节能的有效方法之一 楼宇监控管理系统是运用现代控制技术 计算机技术 网络通信技术 结合科学有效的管理方式 策略 对建筑内部环境参数 机电设施运行状况 能源使用进行监测 节能控制与管理 提供一个安全可靠 舒适环保 高效节 能的生活与工作环境 在现代建筑中 每实现一项功能都要配置相关的设施 例如 空调 照 明 电梯 水泵 智能化设施等 这些设施的运行 又是建立在电气 设备的 用能之上 而据统计 我们现有的建筑用能设备的设计选择通常是以能满足较 高负荷情况下正常运行为原则的 实际测试情况也表明 在那些并未采取节能 运行措施的大部分机电设备中 一旦设备开启 大多是处于高限运行或满负荷 运行状态 这样其不仅过多的消耗能源 同时还降低设备运行寿命 因此有必 要对其进行监控 节能运行管理 另一方面 随着社会的不断进步 人们对现代建筑要求的多样化与服务 需求日益提高 越来越重视生活工作条件和环境的舒适性 设施运行的安全高 效性 管理服务的完善性 而楼宇设备监控系统成为能够解决这些问题 满足 这些需求的一个不可缺失的重要组成部分 4 楼宇监控管理系统实现建筑绿色节能的主要功效体现 楼宇监控管理系统实现的绿色 节能功效主要体现在以下几个方面 1 实现环境监测控制 国外一项调查发现在办公建筑中 合适的家具 适宜的照明 舒适合理 的环境温湿度 清洁的空气等几个因素对办公人员的效率影响很大 可能会导 4 致增加或减少 40 50 的工作效率 而以改善人们工作环境 提高工作效率的 环境监测控制能够很好地满足环境舒适度这一要求 楼宇自控系统通过对工作环境照明的监测控制 利用光照传感器使环境 的照度基本维持在适合的范围中 并可最大限度地利用好自然光 通过对工作 环境温湿度 二氧化碳浓度的监测 动态控制室外新风空气的取入量 动态增 减室外新风的风量 根据不同季节对温湿度的需求 合理调节室内温湿度 使 室内保持在舒适的环境中 并可实现对有害污染物排放浓度超标进行实时监测 报警 2 实现对楼宇用能设施的监测 控制 管理 对建筑内用能设施 包括 用电 用气 用水 用煤 冷热源等进行全 面监测 计量 对电力 空调 照明等主要用电设备的供电回路进行监测计量 对冷热源进行监测计量 对空调末端用能 空调用水 生活用水监测计量 对 厨房餐厅用水用气以及燃油 燃气用量进行监测计量 所有实时监测的各用能 计量数据被按不同种类 不同区域进行归类 计算 存储 并进行能耗分析 评估 在需要时可利用现代负荷预测方法 提供用电负荷的预测 空调新风量 需求预测 空调环境温湿度控制预测等 并建立好能耗数据与相关机电设备的 互联关系 通过对建筑内各用能设施的监测计量 有助于发现设备运行的问题及用 能薄弱环节 有助于系统进行分析评估 从而通过管理手段来全面降低建筑设 施的能源消耗和运行成本 另外能够根据实际需求对建筑内各用能设施进行节能控制管理 主要包 括 1 实施对空调冷热源设施的最优投运控制 2 室内温湿度控制 室内温湿度的变化与能耗有着密切的关系 保持 好室内温湿度也是建筑室内舒适度的重要指标之一 夏季若将室内温度 设定值下调 1 C 可增加 8 9 的能耗 如果对室内环境温度不加控制的话 极可能造成夏季室内温度过低 冬季温度过高的现象 不但浪费能源 舒适性也不好 3 设备的最佳启停控制 最佳能量控制 5 4 负荷间隙运行控制 也就是在满足舒适性要求的极限范围内 按实 测温度和负荷确定循环周期与分断时间 通过固定周期性或可变周期性 间隙运行某些设备来减少设备开启时间 减少能耗 5 焓值控制 焓值是温度和湿度的综合 其表示在单位空气中温度和 湿度综合后的能力刻度 由于空调主要是对空气进行加热 制冷 加湿 除湿处理 如果单单比较温度就不够全面 要根据室外气候条件进行多 种工况控制 比如在过渡季节对新风阀的开关控制 当室外空气的焓值 低于室内空气的焓值 说明不需要制冷就可直接引入 这样就能最大限 度地利用室外新风来节能 大幅度减少冷源的消耗 亦可改善室内空气 质量 6 最小新风量 CO2浓度 控制 我们知道新风负荷在空调设计负荷中 要占到空调系统总能耗的 30 甚至更高 向室内引入新风是为了稀释各 种有害气体 保证人体的健康 在非过渡季节 在满足卫生条件的前提 下 减小新风量 有显著的节能效果 7 空调系统变风量控制 由于空调系统在全年大部分时间里是在部分 负荷下运行 而变风量空调系统是通过改变送风量来调节室温的 在节 约使用空调冷热源的同时也可以较大幅度减少送风风机的动力耗能 我 们知道 风量与转速的关系为 Q1 Q2 n1 n2 风压与转速的关系为 H1 H2 n1 n2 风机所需轴功率与转速的关系为 P1 P2 Q1H1 Q2H2 n1 n2 由上述关系可知 轴功率与转速的三次方成正比 就是说 随着风量 或转速 的下降 轴功率将立方倍地下降 例如 风量下降到 50 时 轴功率将下降到 12 5 可见节能相当可观 8 变流量控制 9 零能量区域控制 也就是设置的冷却和加热两个设定值 其间有一 个既不用制冷也不用加热的区域 实现空间温度在该舒适范围内不消耗 冷 热能源 零能区 的控制 进一步节约能源 10 通风窗的启闭控制 6 11 供水系统的压力 水位控制 12 照明系统的分时分区控制 室内照度控制 动静探测控制 3 实现对电力系统的监控 包括 变电站中各配电设施配电回路 的运行状态 用电负荷的监控 可再生能源 风力发电 太阳能光伏 发电系统的监控管理 智能遮阳系统的监控管理 电梯系统的监测管理 等 通常一幢公共建筑在实施了楼宇监控管理系统管理后 其节能和管理效 果会有较大幅的提高 据统计 每年空调使用的冷热源平均可节省约 20 左右 每年各建筑用电设备可平均节省电能约 25 30 平均节水超过 30 使用能耗 监测计量又可节能约 5 如果按照有关部门提供的数据 节约电能 1 kWh 相 当于节约 0 36kg 标准煤 1kg 标准煤可产生 2 49kg CO2 进行换算 哪么 每年 可节约标准煤 减少排放 CO2的量是相当可观的 其社会效益也是显而易见的 引入楼宇设备监控系统管理后除了对各用能设施进行监测 节能控制 还能有效减少设备运行时间 平均节省设备运行时间可达 1 2h day 这样可 间接降低设备故障的发生率 延长设备的使用寿命 从而减少设备维护和更新 费用 另外系统的投入能有效提高设备管理的效率 减少维护 管理人员的投 入 节约人力资源 楼宇监控管理系统能够方便 有序 快捷地实现监测控制管理功能 并 在建筑中得以广泛应用 一定程度上也有赖于系统开放 灵活的网络通信方式 采用灵活 标准的通信软件和通信结构形式使以太网连接和组网简便易行 也 为开放的管理软件提供了良好的平台 并可根据需求来集成不同的系统或第三 方的智能系统 满足整个楼宇设备监控系统的集成优化管理需求 并可实施有 效的远程管理模式 楼宇监控管理系统是当今现代建筑中多学科高新技术的综合应用 其体 现了舒适环保 节能高效 安全管理和可持续发展的综合效能 是现代建筑中 创造舒适环境 体现节能效果的最具价值的智能化系统之一 5 结语 7 在现代建筑业大力倡导绿色 环保 节能的今天 建筑电