能源节能全过程管理与集成化设计

全过程管理与集成化设计,全过程管理与集成化设计,1全过程管理是建筑节能的发展方向2设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计3模拟分析工具介绍4相关案例介绍,全过程管理,1.1全过程管理的重要性1.2总原则：基于“用能数据”的全过程节能管理1.3实现途径：全过程管理的具体工作内容,全过程管理的重要性,建筑从可研-设计-施工-验收-使用，整个过程跨度很大，各阶段协调不足，各有标准，各自为政工种之间配合不足：建筑设备，工艺控制，设计运行，导致节能目标无法实现下面以一些案例进行说明；,规划阶段的问题举例,在传统城市规划过程中，对城市的用能是以传统用能方式为基础进行规划，由于规划过程中往往抱有“宁大勿小”的思想，安全系数被多次重复叠加，造成能源负荷的选取偏大，造成的能源利用效率偏低，高能耗，高碳排放量等问题。,规划阶段的问题举例,传统能源规划方式,新的能源规划方式,兼顾实际使用情况的能源规划方式，可大大降低项目整体能源系统的初投资,设计阶段的问题举例,冷机、水泵以及水冷机前后的阀门联动,平时常闭,设计阶段的问题举例-排风热回收,40m,乙二醇溶液热回收方式只能对排风中的显热进行热回收；溶液管道过长是否会影响热回收效率，是否会增加溶液泵的功耗？,施工阶段的问题举例,调试不合格软管连接部位，软管打结风阀没有进行初调节等,运行阶段的问题举例-转轮热回收,风阀位置决定其运行工况设计工况,某低能耗示范政府办公楼,开,开,关,关,冬夏,运行阶段的问题举例-转轮热回收,风阀位置决定其运行工况设计工况,某低能耗示范政府办公楼,关,关,开,开,过渡季,运行阶段的问题举例-转轮热回收,风阀位置决定其运行工况实际工况,某低能耗示范政府办公楼,开,开,开,开,夏天,根本没有起到作用,全过程管理,1.1全过程管理的重要性1.2总原则：基于“用能数据”的全过程节能管理1.3实现途径：全过程管理的具体工作内容,基于“用能数据”的全过程节能管理,确定建筑合理用能数据用以约束设计、施工、运行等阶段各个阶段均应以检查是否满足建筑能耗指标为整体的要求，从而将节能管理贯穿于全过程之中,立项阶段,设计阶段,施工阶段,运行阶段,建筑用能数据,基于“用能数据”的全过程节能管理,在建筑立项时建筑具体设计还未明确，因此不必具体落实在项目中将使用哪些具体的节能技术项目业主参与制定建筑全过程定量节能管理的能源数据,基于“用能数据”的全过程节能管理,在方案招投标时，建筑规划用能量就成为了招投标的标的项目投标方在标书中需要提供充分的论证材料，证明项目如何能够达到规划用能量的要求项目评标方通过组织专家的形式，对论证材料进行评审,基于“用能数据”的全过程节能管理,在项目中标后，设计方首先将建筑规划用能量分配到各专业各专业通过计算方法，得到设计方案的具体能源消耗量考察其是否达到能源规划的节能数值,基于“用能数据”的全过程节能管理,在施工图设计阶段，各设计专业通过计算的方法，将规划的用能量通过具体的系统方案和设备选择落实通过施工图设计，确定各设备的容量及具体性能参数,基于“用能数据”的全过程节能管理,在设备招投标阶段，设计选择的设备具体性能成为设备招投标的标的各设备投标方根据标的提出的性能要求提供相应设备,基于“用能数据”的全过程节能管理,建立工程竣工节能验收，通过现场测试各设备与子系统的性能，进而估算全年能耗考察是否达到规划的用能量，确保施工过程符合要求及保证系统调试合格,基于“用能数据”的全过程节能管理,实行公共建筑“用电分项计量和数据集中采集系统”对各分项系统的用能指标进行集中的动态监测与管理，不断地与用能标准进行比较杜绝各种由于管理运行的疏忽造成的能耗增加,基于“用能数据”的全过程节能管理,在节能改造后，也需通过节能指标的具体变化，对节能改造的成果给予合理评价。,GovernmentofficebuildinginBeijing,全过程管理,1.1全过程管理的重要性1.2总原则：基于“用能数据”的全过程节能管理1.3实现途径：全过程管理的具体工作内容,全过程管理的具体工作内容,改善小区的微气候，减小热岛效应采用低反射下垫面采用浅色屋顶绿化技术加强小区内自然通风，避免通风死角保证建筑自然采光,全过程管理的具体工作内容,能源系统能源负荷的准确预估常规能源利用的合理配置合理利用可再生能源充分利用现有资源，如工厂余热等水系统中水系统-污废水回用雨水收集、回用系统垃圾处理建立沼气池或生物垃圾处理系统,全过程管理的具体工作内容,方案招投标项目投标方在标书中需要提供充分的论证材料，证明项目如何能够达到节能要求；通过对设计方案的模拟分析（建筑外环境和建筑本体），保证设计方案的节能效果；对整体能源方案进行合理设计，保证能源供给系统高效节能；,全过程管理的具体工作内容,建筑与机电方案设计优化建筑体型、遮阳技术加强自然通风、利用自然采光降低建筑物本身的能源需求建筑负荷的准确计算，并配置高效适宜的能源系统和设备绿色照明技术等自动控制系统,全过程管理的具体工作内容,建筑与机电施工图设计空调系统优化设计复杂空间空调系统设计确定各设备的容量和性能参数系统运行效果预测及能耗预测特殊系统或设备的模拟分析，如蓄冷系统、温湿度独立控制系统、三联供系统等；建筑整体的节能评估；,关于设计阶段的相关问题，将在下一节集成化设计内展开介绍。,全过程管理的具体工作内容,设备招投标施工图设计阶段确定的设备具体性能参数成为设备招标的依据，不仅包括额定工况产品性能，还包括常用工况的产品性能；厂商需要提供充分的材料，如设备的产品样本、特性曲线及相关测试数据等，证明设备如何能够达到标书要求；,全过程管理的具体工作内容,施工调试阶段通过现场测试各设备与子系统的性能，确保施工过程符合要求及保证系统调试合格风系统调试水系统调试自控系统调试，并确定全年运行策略,全过程管理的具体工作内容,运行管理阶段实行公共建筑“用电分项计量和数据集中采集系统”，对各分项系统的用能指标进行集中的动态监测与分析建筑节能运行管理导则设备定期检测、维护与设备运行管理人员进行交流培训,全过程管理与集成化设计,1全过程管理是建筑节能的发展方向2设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计3模拟分析工具介绍4相关案例介绍,设计过程建筑节能的核心环节,2.1良好的设计是节能运行的基础2.2集成化设计方法2.3模拟分析技术在辅助设计中的应用,良好的设计是建筑节能运行的基础,大量诊断案例表明：设计的先天不足是建筑不节能运行、不舒适运行的根源不节能的各类问题所占比重,例：某政府机构办公楼,完全满足公共建筑节能设计标准采用了low-e镀膜双层窗，多种保温性能良好的围护结构部件安装了转轮热回收装置等高性能空调设备先进的自动控制系统空调年电耗70kWh/m2，是其他被测建筑的34倍空调系统结构形式不合理运行调节策略不当，导致冷机、水泵、风机等没有工作在最佳工况点,问题举例：冷机选型偏大,装机容量：大型离心式冷水机组31758kW最大运行台数：一台负荷率：一台，90%时间负荷率70%,2005年夏季，冷水机组运行电耗达18.1万kWh若冷机维持COP5.5，则可节电4.1万kWh，节能率达到22%,离心式冷冻机COP随负荷变化规律,问题举例：冷机选型偏大,离心式冷机能效比COP随冷机负荷的减小而迅速下降，导致制冷效率降低,问题举例：冷机选型偏大,B建筑冷站共有同样型号的离心式冷机10台，平时仅开启其中两台就能满足要求，最多开启4台。冷机台数过多不仅增加初投资，还使得冷站复杂，旁通、混水现象时有发生，运行调节困难。,问题举例：水泵扬程和流量过大,普遍现象水泵实际流量超过设计2030%，实际扬程低于设计值水泵效率普遍在60以下原因管道选粗了，S值减小，水泵设计扬程却没有相应减小盲目增加安全余量不做认真的水力计算，只用冷水机组的流量和标准的扬程上限来确定水泵的型号危害造成水泵性能与管路实际阻力状况不匹配导致水泵长期在低效率点工作，电流和能耗超标、甚至有烧毁电机的危险,问题举例：水泵选型偏大，温差小电耗高,大部分建筑空调冷冻水供回温差仅有2度,A1,A2,G建筑2006年7月,问题举例：水泵效率实测结果,实测六座政府机构公共建筑中央空调系统36台冷冻泵、冷却泵效率，最高效率为65，最低效率仅为36,六座政府办公楼空调系统水泵夏天耗电139.7万kWh/年提高泵效达到国家建筑节能标准规定的能效限值可节电39.4万kWh，节能率达到28%,实例：实际上只需要17m扬程，但却选了51m的水泵。工作点严重偏离设计点，效率降为30%-50%。,问题举例：冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门,问题举例：VAV系统分区不当,症状：冷热不当，难以调整原因风系统分区不当水系统分区不当东内区和北向外区的风系统由同一支水立管负责。在冬季或过渡季，会出现东内区需要供冷北外区需要供热,一根水管供两个空调箱,问题举例：VAV系统分区不当,在夏季较热的情况下，窗附近感觉过冷，而离开窗一定距离又感觉偏热。通过负荷模拟分析，发现东南外区设计进深为2m，外区设计进深过小。东北角区域2被并入东南外区。实际上此区域的全年负荷特性更接近北向外区。西南角1区也有类似的问题。,外区设计进深2米，太小,建成使用后很难通过调节或简单改造来解决通过科学的设计方法，减少和避免设计不当问题，是建筑节能的首要环节,设计过程建筑节能的核心环节,2.1良好的设计是节能运行的基础2.2集成化设计方法2.3模拟分析技术在辅助设计中的应用,集成化设计方法,背景建筑设计是建筑节能技术推广、使用中最重要的环节传统的线性化设计模式很难真正有效地利用各种节能建筑技术（尤其是建筑与机电专业的协作不畅）集成化设计概念（注重不同工种的同步协同）不同专业的设计人员、在不同设计阶段都能够在建筑全寿命周期能耗分析的基础上，共同对设计过程进行优化，以正确选择建筑材料、部件、技术和设备,集成化设计方法,将传统的建筑功能和建筑节能做为同等重要的双重目标，变线性化设计为环状的协同化设计,集成化设计的特点,以技术集成为中心的设计过程;涉及到整个设计过程的各个不同阶段多学科合作，涉及不同专业的设计人员在不同环境下使用各种手段进行同步的沟通，涵盖设计的所有方面配合模拟仿真技术等手段以及综合评价，保证设计过程的科学性,追求成熟的、低成本的、因地制宜的技术，而非一味推崇高科技技术追求建筑本体、机电系统、运行管理、建筑使用的有机结合，不是各项节能技术的简单堆砌,设计过程建筑节能的核心环节,2.1良好的设计是节能运行的基础2.2集成化设计方法2.3模拟分析技术在辅助设计中的应用,模拟计算,比较分析,提出方案,模拟分析技术在设计中的应用,2.3.1建筑外环境模拟,热岛效应模拟室外风环境模拟阴影遮挡模拟,夏季主导风向南风,北风冬季主导风向,2.3.2建筑本体模拟日照采光遮阳,夏季,建筑物形式通风开口方式气候特点不同季节的通风策略,2.3.3建筑本体模拟自然通风,2.3.2建筑本体模拟室内空气场,室内空气温度场、风速场模拟,2.3.2建筑本体模拟负荷计算,复杂空间特殊围护结构,冷热源优化设计空调系统优化设计热电冷三联供设计蓄能系统分析特殊设备系统模拟系统运行风险预测,2.3.3建筑系统及能耗优化,全过程管理与集成化设计,1全过程管理是建筑节能的发展方向2设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计3模拟分析工具介绍4相关案例介绍,国内外建筑模拟的发展,开发具有我国完全自主知识产权的建筑节能模拟分析平台的必要性,国外软件，只能使用美国卫星监测的气象数据数据国外软件计算方法不符合我国国情，导致计算出夏热冬冷地区55.6kWh/m2；自然通风和使用方式建筑使用方式、建筑特点不同、建筑节能重点不同,DeST开发历史,DeST软件架构,采光、日照、阴影、通风、室温、负荷、系统能耗等计算模块,相关评价,1993年DeST参加了IEA（国际能源组织）组织的世界各国模拟软件评比，并被评为“所有参加软件评比中最好的软件之一”；2007年获得IBPSA（InternationalBuildingPerformanceSimulationAssociation）杰出贡献奖；2008年主办了BuildingSimulationJournal国际季刊，是该领域第一个国际学术期刊；2008年度获得国家科学技术进步二等奖；,DeST应用情况,各类建筑节能标准制订10余部国家和地方的节能标准重大建筑项目的质量保证和节能优化开具应用证明的使用DeST进行节能模拟分析的建筑已达2500万平米国家大剧院、国家主体育场、国家游泳中心、中南海、人民大会堂、金茂大厦等建筑节能评估及节能诊断,分阶段设计、分阶段模拟（模拟辅助设计）,规划设计,方案设计,施工图设计,空调系统设计,设计方案,通过模拟计算进行分析评价,设计者满意否？,下一阶段,Yes,No,每个阶段中应用，形成小循环，避免推翻前期工作,空气处理方案,空气处理设备,设计的各个阶段都需要模拟分析方法设计是分阶段的，而各个阶段又是不断缺乏数据和不断获得数据的过程，前一阶段的结果将成为后续阶段的已知条件因此辅助设计的模拟工作也应是分阶段进行的,清华大学开发的其他建筑模拟工具,SunShine、BSAT建筑日照与遮阳模拟软件STACH-3建筑环境三维CFD模拟软件SPOTE室外建筑群微气候模拟平台STESS地铁热环境模拟软件TNFIRE地铁火灾烟气模拟软件HACNET热网水力工况模拟软件VentPlus建筑自然通风模拟软件UndTube地道风模拟软件,上述软件将集成于DeST的模拟分析平台内；同时制定出符合建筑实际设计过程的“模拟辅助设计”规程国家科技支撑计划“十一五”课题；,全过程管理与集成化设计,1全过程管理是建筑节能的发展方向2设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计3模拟分析工具介绍4相关案例介绍,通州商务园,园区全过程节能管理：园区整体能源规划建筑优化设计：降低建筑物能耗需求机电系统优化设计,杭州绿色科技馆,冷辐射表面的防结露方案设计与实施自然通风利用方案设计与实施地源热泵系统，并增加换热器利