淺談建筑節(jié)能技術(shù)與節(jié)能計量方案

淺談建筑節(jié)能技術(shù)與節(jié)能計量方案夏麗平上海安科瑞電氣股份有限公司嘉定2018011概述建筑能耗即建筑使用能耗，包括采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、炊事、家用電器等方面的能耗。其中，以建筑采暖和空調(diào)能耗為主，占建筑總能耗的50%~70%。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑能耗日益增長。1999年我國建筑能耗占社會總能耗的比例已達到20%～25%。而在西方國家，建筑能耗一般占全國總能耗的30%～40%。所以，隨著人民生活水平的不斷提高、城鎮(zhèn)化進程的加快以及住房體制改革的深化，我國的建筑能耗必將進一步增加。建筑能耗在我國增長空間很大，是我國今后能源消耗的一個主要增長點。1999年，美國的能源消費總量約占全世界能源消費總量的26%，其中的建筑能耗已經(jīng)接近于我國的能源消費總量。因為我國的人口是美國人口的4.5倍左右，設(shè)想如果我國的人均建筑能耗水平達到目前美國的人均水平，那么我國的建筑能耗將占當前全世界總能耗的40%。這種情況是難以想象的。隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，人們對建筑室內(nèi)環(huán)境舒適程度要求的不斷提高，我國建筑節(jié)能究竟如何辦呢?但建筑節(jié)能不能以犧牲人的舒適和健康為代價，否則節(jié)能便失去了意義。所謂的建筑節(jié)能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的資源和最小的能源消費代價取得最大的經(jīng)濟和社會效應(yīng)。因此，建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、實現(xiàn)國家節(jié)能規(guī)劃目標、減排溫室氣體的重要措施，符合全球發(fā)展趨勢。其解決途徑只有兩種：一方面通過開發(fā)利用可再生能源及節(jié)能建材等途徑降低建筑能耗的需求;另一方面要提高能耗系統(tǒng)的效率，從而降低終端能源使用量。2實現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑及動態(tài)經(jīng)粗略估算，采取周密、有效的建筑技術(shù)措施可以降低2/3～3/4的建筑能耗。因此，在建筑規(guī)劃設(shè)計、建造和使用過程中，在滿足室內(nèi)環(huán)境舒適、衛(wèi)生、健康的條件下，采取合理有效的建筑節(jié)能技術(shù)，有利于實現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保共進的目標。日本最近提出“建筑的節(jié)能與環(huán)境共存設(shè)計”的概念便是這一思想的體現(xiàn)。一般來說，實現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑為：盡量減少建筑內(nèi)能源總需求量的同時，大力開發(fā)利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領(lǐng)域內(nèi)易引起環(huán)境污染的能源。2.1減少建筑內(nèi)的能源總需求量據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家，空調(diào)采暖能耗占建筑能耗的65%。目前，我國的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長速度己明顯高于能量生產(chǎn)的增長速度，因此，減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容，一般可從以下幾方面實現(xiàn)。2.1.1建筑規(guī)劃與設(shè)計面對全球能源環(huán)境問題，不少全新的設(shè)計理念應(yīng)運而生，如低能耗建筑、零能建筑和綠色建筑等，它們本質(zhì)上都要求建筑師從整體綜合設(shè)計概念出發(fā)，堅持與能源分析專家、環(huán)境專家、設(shè)備師和結(jié)構(gòu)師緊密配合。在建筑規(guī)劃和設(shè)計時，根據(jù)大范圍的氣候條件影響，針對建筑自身所處的具體環(huán)境氣候特征，重視利用自然環(huán)境(如外界氣流、雨水、湖泊和綠化、地形等)創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)微氣候，以盡量減少對建筑設(shè)備的依賴。具體措施可歸納為以下三個方面：合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設(shè)計(主要方法為：在建筑周圍布置樹木、植被、水面、假山、圍墻)；合理設(shè)計建筑形體(包括建筑整體體量和建筑朝向的確定)，以改善既有的微氣候;合理的建筑形體設(shè)計是充分利用建筑室外微環(huán)境來改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關(guān)鍵部分，主要通過建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計得以實現(xiàn)。同時，可借助相關(guān)軟件進行優(yōu)化設(shè)計，如運用天正建筑(Ⅱ)中建筑陰影模擬，輔助設(shè)計建筑朝向和居住小區(qū)的道路、綠化、室外消閑空間及利用CFD軟件，如：PHOENICS，F(xiàn)luent等，分析室內(nèi)外空氣流動是否通暢。2.1.2圍護結(jié)構(gòu)建筑圍護結(jié)構(gòu)組成部件(屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設(shè)施)的設(shè)計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響。一般增大圍護結(jié)構(gòu)的費用僅為總投資的3%～6%，而節(jié)能卻可達20%～40%。通過改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失，使建筑熱環(huán)境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護結(jié)構(gòu)各組成部件的熱工性能，一般通過改變其組成材料的熱工性能實行，如歐盟新研制的熱二極管墻體(低費用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱，可以產(chǎn)生隔熱效果)和熱工性能隨季節(jié)動態(tài)變化的玻璃。然后，根據(jù)當?shù)氐臍夂?、建筑的地理位置和朝向，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結(jié)果為指導(dǎo)，選擇圍護結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計方法。最后，評估圍護結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)經(jīng)濟可行性，以確定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的圍護結(jié)構(gòu)。2.1.3提高終端用戶用能效率高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與上述削減室內(nèi)冷熱負荷的措施并行，才能真正地減少采暖、空調(diào)能耗。首先，根據(jù)建筑的特點和功能，設(shè)計高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)，例如：熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后，在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環(huán)境的溫、濕度和日照強度，然后基于建筑動態(tài)模型預(yù)測采暖和空調(diào)負荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設(shè)備方面，應(yīng)盡量使用節(jié)能認證的產(chǎn)品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產(chǎn)品，而澳大利亞對耗能大的家電產(chǎn)品實施最低能效標準(MEPS)。2.1.4提高總的能源利用效率從一次能源轉(zhuǎn)換到建筑設(shè)備系統(tǒng)使用的終端能源的過程中，能源損失很大。因此，應(yīng)從全過程(包括開采、處理、輸送、儲存、分配和終端利用)進行評價，才能全面反映能源利用效率和能源對環(huán)境的影響。建筑中的能耗設(shè)備，如空調(diào)、熱水器、洗衣機等應(yīng)選用能源效率高的能源供應(yīng)。例如，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統(tǒng)，可充分利用不同品位熱能，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)。2.2利用新能源在節(jié)約能源、保護環(huán)境方面，新能源的利用起至關(guān)重要的作用。新能源通常指非常規(guī)的可再生能源，包括有太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。人們對各種太陽能利用方式進行了廣泛的探索，逐步明確了發(fā)展方向，使太陽能初步得到一些利用，如：①作為太陽能利用中的重要項目，太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，美國、以色列、澳大利亞等國投資興建了一批試驗性太陽能熱發(fā)電站，以后可望實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電商業(yè)化;②隨著太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展，國外己建成不少光伏電站和“太陽屋頂”示范工程，將促進并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)快速發(fā)展;③目前，全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運行;④太陽熱水器技術(shù)比較成熟，已具備相應(yīng)的技術(shù)標準和規(guī)范，但仍需進一步地完善太陽熱水器的功能，并加強太陽能建筑一體化建設(shè);⑤被動式太陽能建筑因構(gòu)造簡單、造價低，已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用，其設(shè)計技術(shù)已相對較為成熟，已有可供參考的設(shè)計手冊;⑥太陽能吸收式制冷技術(shù)出現(xiàn)較早，目前已應(yīng)用在大型空調(diào)領(lǐng)域;太陽能吸附式制冷目前處于樣機研制和實驗研究階段;⑦太陽能干燥和太陽灶已得到一定的推廣應(yīng)用。但從總體而言，目前太陽能利用的規(guī)模還不大，技術(shù)尚不完善，商品化程度也較低，仍需要繼續(xù)深入廣泛地研究。在利用地?zé)崮軙r，一方面可利用高溫地?zé)崮馨l(fā)電或直接用不僅能利用太陽能采暖，太陽能熱水器還能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并且將光電產(chǎn)品與建筑構(gòu)件合為一體，如光電屋面板、光電外墻板、光電遮陽板、光電窗間墻、光電天窗以及光電玻璃幕墻等，使耗能變成產(chǎn)能。4建筑節(jié)能新材料的開發(fā)4.1外墻保溫及飾面系統(tǒng)(EIFS)該系統(tǒng)是在上世紀70年代末的最后一次能源危機時期出現(xiàn)的，最先應(yīng)用于商業(yè)建筑，隨后開始了在民用建筑中的應(yīng)用。今天，EIFS系統(tǒng)在商業(yè)建筑外墻使用中占17.0%，在民用建筑外墻使用中占3.5%，并且在民用建筑中的使用正以每年17.0%～18.0%的速度增長。此系統(tǒng)是多層復(fù)合的外墻保溫系統(tǒng)，在民用建筑和商業(yè)建筑中都可以應(yīng)用。ELFS系統(tǒng)包括以下幾部分：主體部分是由聚苯乙烯泡沫塑料制成的保溫板，一般是30～120mm厚，該部分以合成黏結(jié)劑或機械方式固定于建筑外墻;中間部分是持久的、防水的聚合物砂漿基層，此基層主要用于保溫板上，以玻璃纖維網(wǎng)來增強并傳達外力的作用;最外面部分是美觀持久的表面覆蓋層。為了防褪色、防裂，覆蓋層材料一般采用丙烯酸共聚物涂料技術(shù)，此種涂料有多種顏色和質(zhì)地可以選用，具有很強的耐久性和耐腐蝕能力。4.2建筑保溫絕熱板系統(tǒng)(SIPS)此材料可用于民用建筑和商業(yè)建筑，是高性能的墻體、樓板和屋面材料。板材的中間是聚苯乙烯泡沫或聚亞氨脂泡沫夾心層，一般120～240mm厚，兩面根據(jù)需要可采用不同的平板面層，例如，在房屋建筑中兩面可以采用工程化的膠合板類木制產(chǎn)品。用此材料建成的建筑具有強度高、保溫效果好、造價低、施工簡單、節(jié)約能源、保護環(huán)境的特點。SIPS一般1.2m寬，最大可以做到8m長，尺寸成系列化，很多工廠還可以根據(jù)工程需要按照實際尺寸定制，成套供應(yīng)，承建商只需在工地現(xiàn)場進行組裝即可，真正實現(xiàn)了住宅生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化。4.3隔熱水泥模板外墻系統(tǒng)(ICFS)該產(chǎn)品是一種絕緣模板系統(tǒng)，主要由循環(huán)利用的聚苯乙烯泡沫塑料和水泥類的膠凝材料制成模板，用于現(xiàn)場澆筑混凝土墻或基礎(chǔ)。施工時在模板內(nèi)部水平或垂直配筋，墻體建成后，該絕緣模板將作為永久墻體的一部分，形成在墻體外部和內(nèi)部同時保溫絕熱的混凝土墻體?；炷翂γ嫱獍哪０宀牧蠞M足了建筑外墻所需的保溫、隔聲、防火等要求。5電力儀表在建筑能耗分項計量中的選型方案Acrel(安科瑞)公司研發(fā)的Acrel-5000建筑能耗分析管理系統(tǒng)，可以通過ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、導(dǎo)軌式電能表，對商場、賓館、學(xué)校、醫(yī)院、銀行、體育館、政府機關(guān)等大型公建進行電能分項計量和能耗分析管理。大型公共建筑電能計量宜采用智能電力儀表作為內(nèi)部管理電表，電力儀表在用戶安裝供電部門收費電表的基礎(chǔ)上，考慮內(nèi)部電能計量與節(jié)能管理的需要安裝，用于建筑內(nèi)部電量的統(tǒng)計與管理。因此用戶可自主選擇采購，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計量許可證。電力儀表可以完成對各回路、各樓層或各分項計量區(qū)的電能數(shù)據(jù)的采集，通過Acrel-5000能耗分項計量系統(tǒng)完成對大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能計量管理。電力儀表是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大型公共建筑的電力監(jiān)控與電能管理需求而設(shè)計的。它能高精度的測量所有常用的電力參數(shù)，如三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等，采用可視度高的LCD來顯示儀表測量參數(shù)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行信息。電力儀表功能、型號繁多，價格也各不相同，電能計量方案也多種多樣，因此，應(yīng)合理選配，達到較佳的性價比。根據(jù)滬建交[2008]828號文件，對大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)實行分類計量，對電量按動力用電、照明與插座用電、空調(diào)用電和特殊用電進行分項計量管理。因此，針對宿舍、商鋪、賓館客房等需單獨計量的地方，可采用DDS1352或DDSF1352電表；DDS1352單相電表，又稱為ADL10；單相電能計量表，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為1個模數(shù)（即寬為18mm），一次最大接入單相電流30A，精度1.0級。該儀表尺寸小，價格低，缺點是沒有通訊功能，不能組網(wǎng)，但有脈沖輸出可與ARTU-P32連接進行組網(wǎng)。DDSF1352單相電表，又稱為ADL100，同樣為DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為4個模數(shù)，一次最大接入單相電流為80A圖1DDS1352電表外形，DDSF1352電表外形及其應(yīng)用針對用電設(shè)施按照明與插座用電、動力用電、空調(diào)用電、特殊用電進行分項計量，對學(xué)校教室、醫(yī)療病房、賓館客房按樓層或功能分區(qū)計量時，可選用DTSF1352或ACR120EL電表。采用DTSF1352三相四線電表（見圖2），又稱ADL300，用于三相電能計量，具有尖、峰、平、谷電能分時復(fù)費率計量功能，DIN35mm導(dǎo)軌安裝，寬度為7個模數(shù)，可安裝在照明箱或動力箱中，一次最大接入三相電流80A，80A以上可經(jīng)電流互感器二次接入，精度0.5級，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議或DL/T645通訊規(guī)約，可組網(wǎng)[1]ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表，可以很方便地安裝在配電柜（箱）背面的導(dǎo)軌上，不需要對面板進行開孔，這種一對一式的計量，對于系統(tǒng)的檢修維護是非常方便的。圖2DTSF1352電表外形及其在動力箱中的應(yīng)用采用ACR120EL多功能電表，該表為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，開孔為76mm×76mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經(jīng)互感器二次接入，精度0.5級，可測量電流、電壓、功率、頻率、功率因數(shù)、四象限電能等電參量，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議。對于一些重要回路需檢測諧波含量的，可采用ACR230ELH多功能電表，滬建交[2008]828號文規(guī)定，在變壓器低壓側(cè)（AC230／400V）總進線處，應(yīng)當設(shè)置多功能電能表，至少具有監(jiān)測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)、有功電能、最大需量、總諧波含量和2-21次各次諧波分量的功能。因此，采用ACR230ELH多功能電表，嵌入式安裝在配電柜門板上，面框尺寸為96mm×96mm，除測量所有電參量外，還具有最大需量，2-31次電流、電壓諧波分量、電壓