建筑节能设备及系统设计的应用

    1 　概述

    随着社会经济发展、人民生活水平不断提高，建筑能耗持续上升。其原因，一是建筑面积增加，二是居民家用设备快速增长，建筑照明条件也愈益改善，三是人们对建筑热舒适性要求越来越高，空调制冷面积不断扩大，时间也在延长，能源消耗随之增加。目前普遍认为建筑节能是节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。因此，采取建筑节能技术措施不仅能改善室内热环境、减少空调耗能量，还能减少空调机排放的废热废气等改善大气环境，且对削减用电高峰负荷意义重大。

    为了贯彻国家有关能源规定和政策，提高设备和能源利用效率，提高建筑节能设计水平，使建筑节能设计人员更好地掌握节能设计方法、熟悉节能设备选用。Acrel(安科瑞)公司研发的Acrel-5000建筑能耗分析管理系统，可以通过ACR网络电力仪表、谐波表、导轨式电能表，对商场、宾馆、学校、医院、银行、体育馆、政府机关等大型公建进行电能分项计量和能耗分析管理。希望能对人们的建筑节能意识起到引导作用，为建筑设计人员提供参考，使建筑与节能一体化设计，达到更好的节能效果。

    在建筑节能设备设计应用中应大力利用可再生能源，如利用地下水作为空调系统的冷却水和热源水，用制冷（热泵）从低品位热源中提取所需的冷（热）量为建筑供冷（热）；又如太阳能是清洁而且用之不尽的可再生能源，不仅可提供生活热水，还可进行光伏发电，为建筑的照明系统提供光源。另外将太阳能应用于空调技术，可以有效降低由于使用常规机械压缩制冷设备带来的大量电力消耗，从而减轻由于燃烧化石能源发电所带来的环境污染。所以设计人员在建筑节能设计中，应该努力探索可再生能源与建筑的结合方式，构建节约型社会。

    2 　基本知识

    2.1建筑能耗设备

    建筑设备包括建筑电气、供暖、通风、空调、消防、给排水、楼宇自动化等。

    建筑内的能耗设备主要包括空调、照明、热水供应设备等。南方地区空调系统和照明系统的耗能在大多数的民用建筑能耗中占主要份额，空调系统的能耗更达到建筑能耗40%～60%，成为建筑节能的主要控制对象。

    2.2建筑设备节能设计应注意的问题

    建筑的节能设计，必须依据当地具体的气候条件，首先保证室内热环境质量，同时，还要提高采暖、通风、空调和照明系统的能源利用效率，以实现国家的节能目标、可持续发展战略和能源发展战略。

    1）合适、合理地降低设计参数

    合适、合理的降低设计参数不是消极被动地以牺牲人类的舒适、健康为前提。空调的设计参数，夏季空调温度可适当提高一点如25～26℃、冬季的供暖温度可适当低一点。

    2）建筑设备规模要合理

    建筑设备系统功率大小的选择应适当。如果功率选择过大，设备常部分负荷而非满负荷运行，导致设备工作效率低下或闲置，造成不必要的浪费。如果功率选择过小，达 不到满意的舒适度，势必要改造、改建，也是一种浪费。建筑物的供冷范围和外界热扰量基本是固定的，出现变化的主要是人员热扰和设备热扰，因此选择空调系统时主要考虑这些因素。同时，还应考虑随着社会经济的发展，新电气产品不断涌现，应注意在使用周期内所留容量能够满足发展的需求。

    3）建筑设备设计应综合考虑

    建筑设备之间的热量有时起到节能作用，但是有时候则是冷热抵消。如夏季照明设备所散发的能量将直接转化为房间热扰，消耗更多冷量。而冬天的照明设备所散发的热量将增加室内温度，减少供热量。所以，在满足合理的照度下，宜采用光通量高的节能灯，并能达到冬夏季节能要求的照明灯具。

    4）建筑能源管理系统自动化

    建筑能源管理系统（EMS，Building Automation System）是建立在建筑自动化系统（BAS，Building Automatic System）的平台之上，是以节能和能源的有效利用为目标来控制建筑设备的运行。它针对现代楼宇能源管理的需要，通过现场总线把大楼中的功率因数、温度、流量等能耗数据采集到上位管理系统，将全楼的水、电力、燃料等的用量由计算机集中处理，实现动态显示、报表生成。并根据这些数据实现系统的优化管理，最大限度地提高能源的利用效率。BAS系统造价相当于建筑物总投资的0.5％～1％，年运行费用节约率约为10％，一般4～5年可回收全部费用。

    5）建筑物空调方式及设备的选择，应根据当地资源情况，充分考虑节能、环保、合理等因素，通过经济技术性分析后确定。

    3 　Acrel-5000建筑能耗分析管理系统

    3.1系统构成

    能耗分析管理系统是指通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑安装分类和分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点建筑能耗的在线监测和动态分析功能的硬件系统和软件系统的统称。其中，分类能耗是指根据国家机关办公建筑和大型公共建筑消耗的主要能源种类划分进行采集和整理的能耗数据，如：电、燃气、水等。分项能耗是指根据各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，例如，电量分项能耗应当包括：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电。

    3.2数据传输技术

    建筑物能耗监测系统的自动计量装置所采集的能耗数据，通过RS485接口，并采用TCP／IP通信协议自动并实时上传给数据中心，以保证数据得到有效的管理和支持高效率的查询服务，同时数据传输采取一定的编码规则，实现数据组织、存储及交换的一致性。

    3.3数据中心

    数据中心也就是数据库，接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行处理、分析、展示和发布。数据中心具备设置数据更新的时间间隔，访问历史数据，报警，打印报表，实时与历史曲线，图表的绘制，并预留相应扩展功能。

    3.4系统结构

    Acrel-5000建筑能耗分析管理系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，根据现场实际情况采用现场总线、光纤环网或无线通讯中的一种或多种结合的最优化的组网方式，为大型公共建筑的实时数据采集及远程管理与控制提供了基础平台，它可以和检测设备构成任意复杂的监控系统。开放性、网络化、单元化、组态化的采用面向对象的分层、分级、分布式智能一体化结构。建立如下层次结构：

    3.5系统功能

    Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、液化石油、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至数据中心。

    3.6大型公建或楼宇建筑的信息管理

    系统提供标准的手工信息录入界面，可对各栋监控建筑的基本信息进行整理和录入，并支持手工录入历史能耗数据的功能。

    Acrel-5000建筑能耗分析管理系统的数据库建立也完全依据114号文，根据建筑的使用功能和用能特点，将国家机关办公建筑和大型公共建筑分为如下8类：

    1、办公建筑                   2、商场建筑

    3、宾馆饭店建筑               4、文化教育建筑

    5、医疗卫生建筑               6、体育建筑

    7、综合建筑                   8、其它建筑

    3.6.1能耗数据的实时监测

    系统采集站定时采集各监控点的仪表参数并上传至本地建筑能耗分析管理系统数据库，用户可于当地实时查询能耗监测情况。

    3.6.2建筑分类能耗分析

    系统在完成数据处理与上传的同时，将建筑能耗进行分类分析，该部分功能符合114号文的定义，即将建筑能耗分类为如下六类：

    1、耗电量

    2、耗水量

    3、耗气量（天然气量或者煤气量）

    4、集中供热耗热量

    5、集中供冷耗冷量

    6、其他能源应用量（如集中热水供应量、煤、油、可再生能源等）

    3.6.3电量分项能耗分析

    照明插座用电：为建筑物主要功能区域的照明、插座等室内设备用电。主要包括照明和插座用电、走廊和应急照明用电、室外景观照明用电。

    空调用电：主要包括冷热站用电、空调末端用电。

    动力用电：主要包括电梯用电、水泵用电、通风机用电。

    特殊用电：主要包括信息中心、洗衣房、厨房餐厅、游泳池、健身房或者其他特殊用电。

    3.6.5建筑节能辅助诊断

    系统可提取各能耗数据进行同、环对比分析，确立标杆值并对各监控点的能耗情况进行能耗水平判定，对能耗改善提出一套完整的诊断流程，并给出能耗分析报告。

    4 　系统报价

    建筑能耗分析软件(Acrel-5000)