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【關鍵詞】節能評估;Fortran;清水離心泵
0 引言
依據國家發改委2010年第6號令要求[1],年綜合能源消費量3000噸標準煤以上,或者電力年消費量500萬千瓦時以上,或年石油消費量1000噸以上,或年天然氣消費量100萬立方米以上的固定資產投資項目,應單獨編制節能評估報告書[1]。該文件及其審查意見,將作為項目審批、核準及開工建設的前置性條件以及項目設計、施工和竣工驗收的依據。因此,公司對于節能報告書編寫給予極高重視。工藝系統設計人員在參與該項工作時,需核算各主要用電設備參數,依據設備⑹及相應標準,計算出目標能效限定值及節能評價值,并做出能效評價。由于該項工作一般要求在項目申請階段完成,設備尚未訂貨,其參數往往出現變化。手動計算不僅效率低下,而且在計算中稍有疏忽,會大大影響計算結果,經常需要2,3位工程師進行互相驗證,以保證計算結果的準確性。針對這一問題,本文以Fortran為開發平臺,開發相應工具程序,實現了核島工藝系統主要耗電設備的數據自動處理,降低設計員工的工作強度,保證了計算結果的準確性。
1 開發工具簡介
本程序是利用Compaq Visual Fortran v6.6開發的,該程序也簡稱為CVF, 編程標準為Fortran 90。隨著微型計算機的發展和普及,越來越多的工程技術人員選擇編寫計算程序來解決一些工程問題。Fortran程序起源于20世紀50年代,具有流程簡潔、易懂,矩陣計算能力強大等優點。此外,它還擁有大量豐富、開源的源程序,工程技術人員可以便利地移植到自己的程序中,避免了不必要的重復勞動[2]。
目前常見的Fortran編輯器有兩個,分別是Compaq Visual Fortran(CVF) 以及Intel Visual Fortran (IVF)。CVF 與IVF均源于微軟的Fortran PowerStation 4.0,與IVF相比,CVF具有應用范圍廣、下載方便、免費、體積小及配置要求低等優點,完全可以滿足正常工程計算編程應用。
2 開發過程
2.1 程序流程圖
程序開發及計算流程圖如圖1所示。
2.2 設計依據
本計算的依據為GB 17962-2007――清水離心泵能效限定值及節能評價值。該標準于2007年11月,2008年7月開始實施,部分章節為強制性標準。標準中給出了關于清水離心泵的能效限定值和節能評價值的定義及計算方法,適用于多數單級及多級清水離心泵。標準中還指出,在該標準執行3年之后(即2011年以后),以目標能效限定值取代能效限定值來對清水離心泵的節能水平進行評價[3]。
2.2.1 獲取泵的基本參數
獲取泵參數,需要輸入的泵參數有:泵為單吸還是雙吸,泵的級數、流量、揚程及轉速等,并給出適當的輸入提示,參見圖2。使用的參數為基本的Fortran讀寫參數,并提前規定了參數的數據類型,如果不按照要求進行輸入,程序則自動終止。
2.2.2 判斷比轉速及流量是否符合條件
《清水離心泵能效限定值及節能評價值》中指出,對于流量大于10000m3/h的清水離心泵,其目標能效限定值及節能評估值可以直接給出,無需計算。此外,該標準中只給出了比轉速為20到300之間的泵的計算方法,超出該范圍的泵也不適用于該標準。
因此,在編程中,利用while if的循環語句,對于上述兩種情況進行單獨處理,對于滿足該標準條件的清水離心泵,利用該標準進行計算。部分代碼如圖3所示。
2.2.3 對于參數符合條件的清水離心泵的計算
依據國標《清水離心泵能效限定值及節能評價值》對參數符合條件的泵進行計算。計算過程為:首先將標準中參照的圖表轉化為數據源并存儲在程序中,其次依據定義公式計算出泵的比轉速,之后結合泵的級數及比轉速選取對應的程序內置數據源進行插值,最后得出該清水離心泵的目標能效限定值和節能評價值。
2.2.4 結果輸出
在經過上述的計算步驟后,可以選用write函數或者print函數進行結果輸出。這兩個函數的區別就在于,write函數具有賦值輸出位置的能力,print命令只能針對屏幕使用,因此,更建議采用write函數進行輸出。此外,如果需要將結果轉換到文件匯總,使用WRITE命令的程序改寫起來會比較容易,只需將UNIT值指到另一個輸出位置就可以了。
2.3 程序運行結果
將程序計算的結果與之前手算的結果相對比,完全一致,詳見圖4。整個計算過程,從輸入數據到得到結果的計算時間約為1、2分鐘,大大節約了計算時間。經過多個泵數據的驗算,計算結果與之前手算的結果完全吻合。
3 結論
程序開發完成后,經過多個工程項目的節能評估計算測試,手動計算10個泵的目標能效限定值及節能評價值,最少需要半天的時間,而使用該工具進行計算,20分鐘即可完成,且能避免由于手動計算帶來的錯誤,大大提高了勞動效率。
利用編程完成一些在設計工作中重復出現的迭代、查表等計算問題,可以減少設計人員的手工計算工作,使設計人員更專注于設計工作。該程序的循環及插值模塊,可以在類似的計算編程中得到重復利用。本程序由于囿于時間所限,單純采用Fortran編程,界面比較簡單,之后的工作中,可以考慮利用混合編程提高輸入輸出界面的美觀程度。
【參考文獻】
[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會2010年第6號令.
為了充分發揮計量技術機構服務企業能源計量工作的有效性,為政府提供公正權威的量值數據依據,幫助政府部門準確合理地分析、評價本地區的能源利用狀況和水平,按照總局《能源計量監督管理辦法》中對技術機構提供能源計量服務工作的要求,通過向地方政府申報“能源計量檢測與能效評估公共服務平臺”(以下簡稱“服務平臺”)來推動能源計量服務的開展。1服務平臺總體布局服務平臺以計量技術為基礎,通過對工業企業和重點用能單位提供能源計量檢測、能源數據監測和以能源計量審查、能效對標為主要載體的能源計量服務,實現對用能單位能源計量管理水平的總體評價,為政府和有關部門科學統計單位GDP能耗、考核評價節能減排可靠的基礎數據和事實依據。服務平臺總體布局。2服務平臺職能定位服務平臺建設任務主要包括以下四個方面:一是開展能源計量器具的檢定/校準和重點能耗設備的檢測;二是開展能源計量數據采集、監測,探索能源計量數據管理和應用的有效途徑;三是開展能源計量審查、能效對標工作,為節能技術改造診斷、審核、評估等提供技術服務;四是開展能源計量技術研究及檢測方法、技術規范和標準的制定。服務平臺主要職能定位。
二、能源計量服務具體舉措
圍繞服務平臺的總體布局和職能定位,在認真完成政府有關能源計量工作要求的同時,積極探索能源計量服務方式,多次深入重點耗能企業了解能源計量服務需求,尋求技術服務對接。經過近三年的嘗試和實踐,逐漸形成了以能效對標、能源(水)計量器具檢查(審查)為主要載體,以能耗設備檢測、水平衡測試主要技術支撐的能源計量服務模式。1用能設備能效檢測電動機廣泛應用于拖動風機、泵、鼓風機、空氣壓縮機、制冷機等機械裝置及其他各類電氣設備,是量大面廣的能耗終端。電機系統包括電動機、被拖動裝置、傳動控制系統及管網負荷。據不完全統計,我國電機系統用電量約占全國用電量的60%。用能設備能效檢測主要是針對重點用能單位使用的電機系統實際運行狀況進行檢測、評價,幫助企業摸清重點耗能設備能源利用現狀和推廣節能技術應用,促進企業節能降耗取得實效。在對接企業耗能設備能效檢測需求的同時,蘇州市計量測試研究所能源計量中心不斷投入與之相關的項目能力建設,先后完成了泵類液體輸送系統、風機機組與管網系統、空氣壓縮機組及供氣系統等5項與用能設備能效檢測緊密相關的檢測資質認可。與此同時,通過項目資質獲取,檢測專業人員也得到了培訓和鍛煉。三年來累計為20余家重點耗能單位的109臺耗能設備進行了能效檢測和分析,檢測合格率為88.1%,對耗能設備出具了完整的檢測報告和合理使用的建議。2能源(水)計量器具檢查眾所周知,能源計量是圍繞能源(水)計量器具為核心展開的,在此基礎上,分別提出能源計量制度管理、人員管理和數據管理等幾方面內容。針對能源和水計量器具配備和管理要求,國家相繼實施了GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》和GB24789-2009《用水單位水計量器具配備和管理通則》。為擴大技術機構能源計量服務領域與范圍,依據ISO/IEC17020建立了檢查機構的質量管理體系,獲得了CNAS檢查機構資質,取得了用能單位能源計量器具、用水單位計量器具2個領域4個項目的檢查能力認可(見表2)。能源(水)計量器具檢查主要針對重點用能單位能源計量器具和用水單位水計量器具的配備和管理是否符合國家相應的強制標準要求,接受客戶(政府或企業)委托,圍繞用能單位能源計量器具和用水單位水計量器配備和管理,依據相應的國家標準開展檢查服務,并向委托方報告檢查結果。3能效對標活動能效水平對標活動(簡稱能效對標活動)是指企業為提高能效水平,與國際國內同行業先進企業能效指標進行對比分析,確定標桿,通過節能管理和采取技術措施,達到標桿或更高能效水平的實踐活動。開展能效對標活動,可使重點用能企業主要產品單位能耗、重點工序能耗大幅度下降,部分行業企業能效水平達到同行業國際先進水平或國內領先水平,使行業能效整體水平大幅度提高。能效對標可以說是企業內部圍繞能源計量為核心的一項系統工程,涉及企業生產規模、產品結構、能源消耗、生產流程、工序設備等,通過對產品主要工序能源消耗的準確分析,得出產品綜合能耗。由此可見,能源消耗的準確計量是能效對標工作的基礎。技術機構可以按照能效對標活動開展的方法和要求,利用自身的技術優勢,積極介入企業能效對標活動中,通過對標活動的開展,推動企業對能源計量工作的重視。同時能源計量技術人員的技術能力和水平也得到了顯著的鍛煉和提升。4水平衡測試水計量器具同能源計量器具一樣,其平衡測試也是能源計量服務的一個方面。水平衡測試是企業加強用水科學管理、合理用水的有效辦法和措施,也是進一步做好城市節約用水工作的基礎。它的意義在于,通過水平衡測試能夠全面了解用水單位管網狀況和各部位(單元)用水現狀;依據水平衡圖和測定的水量數據,找出水量平衡關系;采取相應的措施,挖掘節水潛力,達到加強用水管理和提高合理用水水平的目的。技術機構應充分利用自身技術優勢,開拓水平衡測試項目,進一步延伸能源計量服務范圍和領域。近幾年我們先后為本地區20余家重點用水單位開展了水平衡測試工作,水平衡測試項目分別通過了CMA認定和CNAS認可,并被當地節水辦確定為水平衡測試推薦單位,同時也獲得了中國城鎮供水排水協會節約用水工作委員會頒發的“水平衡測試能力評價許可證”。5能源計量審查《能源計量監督管理辦法》中明確指出:質量技術監督部門應當對重點用能單位的能源計量器具配備和使用,計量數據管理以及能源計量工作人員配備和培訓等能源計量工作情況開展定期審查。據此,國家質檢總局制定了JJF1356-2012《重點用能單位能源計量審查規范》,對審查內容、審查要求、審查方法及結果做出詳細規定,并計劃利用三年(2013年~2015年)完成對全國17000家重點用能單位的首次能源計量審查工作。技術機構應積極協助各級質量技術監督部門做好能源計量審查工作,為審查工作的推進提供有力的技術支撐。立足于提高能源計量審查的工作質量和效率,為重點用能單位和政府搭建信息化和智能化服務平臺,依據《重點用能單位能源計量審查規范》開發了“重點用能單位能源計量審查在線填報系統”。重點用能單位通過該系統可以及時了解能源計量審查的具體要求,在線填寫和上傳能源計量審查所需的資料,平臺可自動匯總生成“企業能源計量自查報告”;同時該系統借助“便攜式離線審查功能”,審查專家組到企業現場核實和審查相關數據及文件,并自動生成“能源計量審查報告”,從而有力推動本地區重點用能單位的能源計量審查工作開展。
三、能源計量服務后續設想
由于能源計量在節能減排工作中處于基礎地位,因此現實工作中存在用能單位普遍重視不足的現象,進而造成能源計量服務市場需求不足的現狀。目前,國家層面上,節能減排工作由國家發改委下屬國家節能中心負責全國節能監督管理,主要工作是開展固定資產投資項目節能評估和審查;在地方層面上經信委是節能工作的主管部門,負責本行政區域內的節能監督管理工作。鑒于上述情況,計量技術機構在后續能源計量服務中應進一步拓展工作思路:1)加強與節能減排相關主管部門溝通、協作。力爭成為第三方節能服務機構和固定資產投資項目節能咨詢機構庫成員,提升政府部門對計量的認可度和公信度;同時加強與當地從事節能減排服務的相關技術機構或公司建立工作溝通機制,尋求合作模式。2)開展能源計量數據采集、監測服務。建設完整的軟硬件平臺,實現本區域內重點耗能企業現場能源計量數據實時采集、傳輸和能源計量器具檔案網上直報;運用各種分析、統計方法對數據進行多種計算分析,實現對各重點耗能企業能源消耗的監控、管理、分析和預測,滿足工業企業的設備能效計算和用能系統節能診斷,為政府及節能主管部門實施節能管理提供客觀數據和決策依據。3)開展節能技術改造診斷、節能測量、驗證服務。當前國內外可用的節能減排技術很多,但現實應用中卻存在很大的“技術障礙”,突出表現為三個不到位:檢測能力不到位、技術服務不到位、項目服務不到位,即能源檢測、統計、評估能力不足。技術機構應以建設一個權威、公正、獨立的第三方能源檢測/統計機構為目標,服務企業的節能技術改造診斷和能效評估,并開展節能測量和驗證服務。
四、結語
關鍵詞:建筑能效測評;標識;應用問題
中圖分類號:TU201.5文獻標識碼:A文章編號:16749944(2013)02021902
1引言
2008年住房和城鄉建設部制定了《民用建筑能效測評標識技術導則》,并開始推行民用建筑能效測評標識制度,接著上海、重慶、江蘇等相繼出臺了地方的能效測評標識標準和《建筑能效標識技術標準》。在穩步推進民用建筑能效測評標識工作過程時,研究實際民用建筑能效測評過程的問題,并進行歸納總結提出建議,對進一步建立并完善民用建筑能效測評標識技術和民用建筑能效測評質量控制有一定現實意義。
2建筑能效測評與標識的主體
建筑能效標識應以建筑能效測評結果為依據進行標識。建筑能效測評是前提,標識是目的。
建筑能效測評是對反映建筑物能源消耗量及建筑物用能系統效率等性能指標進行檢測、計算,并給出其所處水平。建筑能效測評的主體是建設主管部門認定的建筑能效測評機構。
建筑能效標識是將反映建筑物能源消耗量及建筑物用能系統效率等性能指標以信息標識的形式進行明示。建筑能效標識的主體是建設主管部門。
3建筑能效測評與標識的時間節點
《建筑能效標識技術標準》中規定建筑能效標識應在建筑物竣工驗收之前進行。在建筑物正常使用后應進行建筑能效實測評估。但測評與標識的時間節點還是比較抽象不清晰。建筑能效測評標識應包括建筑能效理論值測評標識和建筑能效實測值測評標識兩個階段。
3.1建筑能效測評的節點
建筑能效理論值測評標識應在建筑節能分部工程質量驗收之前進行(既有建筑節能改造項目建筑能效理論值測評標識應在改造工程竣工驗收之前進行)。建筑能效實測值測評標識應在建筑物正常使用后進行。
3.2建筑能效標識的節點
《民用建筑能效測評報告》提交后,建設主管部門依據《民用建筑能效測評報告》核發建筑能效測評標識證書和標志。
4基礎項能耗計算與建筑節能設計計算
在民用建筑能效測評標識中常出現將能效測評基礎項能耗計算與節能設計計算混為一談,讓軟件的研發單位和能效測評機構的技術人員如在云里霧里,所以分清楚二者的關系對建筑能效理論值測評是有意義的。
4.1基礎項能耗計算
民用建筑能效理論值測評標識的建模計算,用于量化計算民用建筑的能耗水平和節能率,為建筑能效測評標識提供基礎項能耗數據。
能效測評基礎項能耗計算是通過軟件對測評標識建筑和基準建筑(一般取20世紀80年代初的建筑)進行縱向模擬計算的比較,從而得到測評標識建筑能耗及節能率。
4.2建筑節能設計計算
建筑節能設計計算根據軟件提供的大量不同保溫體系的墻體、屋面和樓板類型,查詢各種保溫體系的適用范圍和特點,并完成所有相關的熱工計算;通過計算建筑物的體形系數和窗墻比等參數,讀取在建筑設計中的各種門、窗、墻、屋面、柱、房間等設計參數,并根據節能設計標準規范進行校核驗算。
建筑節能設計計算主要是為驗證節能設計是否符合國家及當地規范的要求(節能50%或者節能65%),并輸出當地節能審查所需的報告,不同地區的計算方法和評價方式各有不同。
4.3基礎項能耗計算與建筑節能設計計算關系
基礎項能耗計算是能效測評軟件根據項目的設計和施工以及現場檢測的熱工性能參數進行計算的;而建筑節能設計計算是為了滿足節能是否達到50%或65%而進行的圍護結構涉及的各種設計參數的選擇和確定。二者的關系:建筑節能設計計算關注的是達到國家及當地規范的節能要求,能效測評基礎項能耗計算關注的是實際計算出的能耗和節能率,二者是一個逆向過程。
2013年2月綠色科技第2期
龔紅衛,等:民用建筑能效測評標識應用問題工程技術
5建筑能效測評的基本資料
資料收集是民用建筑能效測評的重要前提,然而諸多的原因會導致資料收集不完整,讓民用建筑能效測評工作難以順利展開。
5.1建筑能效測評標識應具備的資料
申請建筑能效標識應具備下列資料:項目立項、審批等文件(土地使用證、立項批復文件、規劃許可證、施工許可證等);建筑施工設計文件審查報告及審查意見;全套竣工驗收合格的項目資料和一套完整的竣工圖紙;與建筑節能相關的設備、材料和部品的產品合格證;由國家認可的檢測機構出具的項目圍護結構部品熱工性能及產品節能性能檢測報告,門窗可提供建筑門窗節能性能標識證書和標簽;節能工程及隱蔽工程施工質量檢查記錄和驗收報告;供暖空調系統運行調試報告;應用節能新技術的情況報告;滿足建筑能效標識規定項中計算和其他所需要的資料。
申請建筑能效實測評估時,應具備下列資料:供暖空調能耗計量報告;與建筑節能相關的設備運行記錄;應用節能新技術的運行情況報告。
5.2資料收集不完整原因
由于建筑的過程非常復雜,取決于很多因素,而在實際資料收集中, 民用建筑能效測評的節點對收集資料內容的影響,是項目竣工前還是項目竣工后,是節能分部工程竣工前還是節能分部工程竣工后,模糊不清。
建設單位對能效測評工作流程、內容不了解,導致資料收集不完整及設計單位、施工單位、監理單位和檢測單位對民用建筑能效測評工作的理解不深,沒有意識到其重要性。
民用建筑能效測評機構資料收集的經驗不足。
5.3建筑能效測評資料收集解決途徑
(1)調整簡化所需資料。建設項目基礎文件資料省去,民用建筑能效理論值測評標識資料如項目立項、審批等文件(土地使用證、立項批復文件、規劃許可證、施工許可證等)和建筑施工設計文件審查報告及審查意見可以考慮省去;增加建筑節能設計文件審查報告及審查意見;全套竣工驗收合格的項目資料、節能工程及隱蔽工程施工質量檢查記錄和驗收報告合并為建筑節能分部工程全部驗收資料等。
(2)民用建筑能效測評宣傳和培訓。對建設單位、設計單位、施工單位、監理單位和檢測單位的建筑能效測評標識進行宣傳和培訓。
(3)建立資料收集機制。將該項工作納入工程項目管理體系,通過能效測評機構提供所需測評資料目錄,建設單位組織設計單位、施工單位、監理單位和檢測單位進行資料的收集。
(4)現場核查取證代替不足資料。方法是施工現場實地照片取證。 參考文獻:
[1]中華人民共和國建設部,中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50189-2005公共建筑節能設計標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2005.
[2]江蘇省住房和城鄉建議廳DGJ32/TJ 135-2012民用建筑能效測評標識標準[S].南京:江蘇科學技術出版社,2012.
[3]江蘇省住房和城鄉建設廳.DGJ32/J 96-2010公共建筑節能設計標準[S].南京:江蘇科學技術出版社,2010.
[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ/T 288-2012建筑能效標識技術標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2012.
收稿日期:20130120
1前言
在可持續發展成為全世界所追求的目標時,建筑行業也在關注能源以及環保的可持續發展問題。在中國,建筑能耗目前占國民經濟總能耗的25%左右,且呈遞增趨勢,因此開展建筑節能工作有巨大潛力。建筑能耗不僅僅影響國家能源供應,而且能源使用效率的高低還影響環境,例如據有關測試[1]表明:在城市內建筑四周掛滿分體式空調時,將造成局部“熱島”現象,空調機的運行能效比COP顯著下降,建筑周圍熱環境也被嚴重惡化。也就說,建筑節能和居住環境是兩個相互關聯、相互影響的問題。
隨著人民對生活質量要求的快速提高,建筑能耗以更高的速度增加,例如冬季供熱地區正迅速南擴,而北方地區空調器擁有量也迅速增加。建筑物壽命一般較長,建筑節能改造難度很大,因此在設計之初便考慮建筑能耗與環境影響便顯得至關重要。而我國廣大地區、不同氣候、不同類型的建筑節能不是依靠墻體保溫等措施就可以解決的[2],更需要從建筑設計到建筑細布構造處理以及環境控制設備及系統等各種技術的集成來解決。
另一方面,建筑環境特別是居住環境質量受到越來越多的重視,居住區內的空氣質量、辦公或居室內的空氣品質、噪聲水平以及交通狀況都是人們關注的問題。一些房地產開發商也注意到這一現象,相繼推出了以“綠色”、“生態”為宣傳點的建設項目,但真正的“綠色生態”建筑或住區不僅僅是依靠多綠化就能解決的,更重要的是要考慮建筑物理環境中綜合因素的影響,包括聲、光、氣流、熱、能耗等諸多方面。
利用信息技術,以計算機模擬為主要手段,從建筑聲學、光學、氣流、微氣候、空氣品質、能耗等角度,對建筑設計方案進行全面的評價,不僅有助于房地產開發商提高建設水平、增強項目市場競爭力,也有助于提高普通消費者的生態意識、節能意識和環保意識,對于促進我國可持續發展具有重要意義。本文簡要介紹由清華大學提出的建筑生態環境與節能效果綜合評價的方法、策略等,并通過實例介紹了具體的評價內容,以期為我國實施建筑“星級”評價標準進行有益的探索。
2評價系統簡介
2.1國外經驗
關于建筑節能的評價,國外已經有了一些已經成熟并在實施的規范,并且有相應的標準模擬軟件來評價建筑的節能狀況以保證規范的實施。在美國有“節能之星”標準(EnergyStar),這個標準實施已經有10年了。它比美國“標準能源法案”(ModelenergyCode)要求更加節能30%。通過這套標準的實施,在不增加初投資的前提下可以節省30~50%能源消耗,可以節省50%的建造時間。也是因為有了這套標準,可以創造出激勵一些具有創新意義的節能技術和建材發明的氛圍。由于這套標準針對美國某地區而專門制訂的,因此在美國并沒有一個全國性的統一標準,例如Title-24標準主要在加州實施。
芬蘭建立了一套叫做“能耗認證系統”的標準(EnergyCertificationSystem)。在香港也通過授予“建筑認證證書”(BuildingPass)的方式來對建筑的能耗情況進行規范。俄羅斯在莫斯科也實行了一種叫做“能耗護照”(EnergyPassport)的建筑節能規范。它包括一套新的節能標準MGSN,希望能夠控制建筑設計、建造以及運行的質量,而且它可以為節能建筑提供潛在的購買者等信息,從而來促進節能建筑的良性發展。這些規范中都沒有包括環境質量的評價內容,然而實際上節能的最終目的是為了提高環境水平,減少污染排放,從而真正做到可持續發展,所以完整的建筑生態環境與節能評價標準中應將環境質量的評價納入其中。
2.2主要內容
建筑生態環境和節能效果評價系統是對建筑生態環境進行綜合分析,從技術、經濟、環境、能源及社會等角度給予研究,從而對建筑環境給出客觀的評價和可行的建議。建筑生態環境的評價系統涉及內容廣泛,包括小區規劃評價、建筑單體評價、環境控制系統方案評價等等;牽涉到的關鍵技術較多,如建筑熱環境模擬、計算流體力學(CFD),建筑日照分析與采光技術,噪聲控制以及建筑材料技術等。這些內容的有機結合和相互交叉形成了建筑生態環境評價系統的技術核心。
開發成熟的軟件系統實施建筑生態環境評價方法的基礎。在我國形成可實施的評價系統,最終可能的有效途徑之一,就是開發一套可以廣泛運用的評價建筑生態與節能效果的軟件平臺,并形成相應的激勵、保障實施措施,從而形成體系。
2.3評價方法
一個重要的工作是研究住區生態與節能效果評價指標,以及如何從模塊化軟件的模擬仿真結果中提煉出能充分反映建筑生態環境、能耗特征的評價參數,從而建立一套可操作的建筑環境評價軟件平臺的評價方法。
評價方法可采用的是模擬其運行狀況的方法。這個方法有兩個層次的標準,首先對于規劃設計層次來說,可以通過模擬其日照、噪聲、空氣流場以及微氣候等,對其規劃和建筑設計直接進行評價。第二個層次,對于節能效果,需要對其進行全年模擬分析,而不是僅僅依靠穩態計算或者是設計計算,從而給出節能效果星級評價等級。這兩個層次應該是必須同時滿足的。
2.4評價策略
對于評價策略,可以分兩步:一、在房屋建造之前,運用評價軟件對規劃和設計圖紙進行模擬,給出相應審核評價(Plansreview);二、在建造完成之后,對建筑進行實地抽查考核,以確定建造是否與審核后的圖紙相一致,如果是一致的,可相應授予一定的環境和節能效果星級等級。
2.5系統特點
歸納起來,這一評價系統具有以下主要特點:
a、清晰明了,易于理解與實施
b、相對靈活,可允許通過不同的手段達到相同的環境和節能效果;;
c、數據豐富且準確,能給予用戶和房地產開發商明確的結論和指導依據;
d、激勵機制完善,可操作。
3評價實例
以下通過實例,簡要介紹建筑生態環境與節能效果綜合評價的主要內容。
3.1居住小區聲環境
某居住小區位于北京東四環路東側,距四環路約400m,被現狀住宅區和規劃的城市干道分成東、西兩區。小區總面積26公頃,容積率2.0,戶型以一梯兩戶或三戶的高層、小高層單元(11~18層)組成的板樓為主,邊角處輔以一梯四戶或六戶的點式高層(14~18層),板樓前后間距40至60m。小區的周邊環境好,交通便捷,但是隨著小區及周邊道路、用地建設的完善,過境交通量可能會增大,小區的安靜可能會受到干擾,為此業主要求進行聲環境評價。
經現場實測,圖中的三個主要帶狀噪聲源可能影響到居住小區聲環境,為此分別進行了模擬分析。
圖1—居住小區聲環境分析
在分析的基礎上,得到居住小區內的噪聲分布,可以看到,顏色愈深的建筑所處的聲環境越差,在沒有采取設防噪綠帶等降噪措施的情況下,其臨街一面的室外噪聲級不能滿足居住區室外白天低于55dB、夜晚低于45dB的國家標準。為此,筆者對合理降噪提出了建議。
圖2—居住小區噪聲分布及小區示意圖
3.2建筑群空氣流場分析
仍以前述居住小區為例,這種高層建筑、多層建筑混合存在的小區,其建筑群內部的空氣流動情況對其微氣候有著重要的影響,局部風速太大可能對人們的生活、行動造成不便,也有可能在某些地方形成旋渦和死角,不利于室內的自然通風。因此,業主提出在規劃設計階段預測居住小區內的空氣流動狀況,以對小區內微氣候作出合理的評價。
圖3—建筑群空氣流場分析
上圖給出了該居住小區在北京冬季典型工況(北風,風速5m/s)下,1m水平高度上的空氣流速分布圖,暖色調表示風速高。原本業主擔心在建筑群中部的南北大通道上會有較強的氣流,但由于建筑布局比較合理,模擬分析顯示在這一大通道區域內風速基本小于1.2m/s,適于居民走動、生活。倒是在建筑群的一些其他局部發現,由于繞流等的影響會形成局部氣流過強,筆者對此也提出了合理的建議。值得說明的是,此分析結果可以多媒體三維動畫顯示,效果更加逼真。
3.3建筑群日照分析
當現代建筑越來越密集,從鋼筋水泥的叢林中穿過的一縷陽光顯得彌足珍貴,因此建筑群日照分析被越來越重視,人們不滿足于冬至日一小時日射這樣的要求,而更關心在周圍建筑物遮擋和建筑物自身遮擋的情況下,究竟自己等實實在在接受多少陽光。下圖給出某建筑群在夏季清晨的日照與遮擋狀況,而利用多媒體技術的三維動畫效果可將分析結果表現得更加逼真。
圖5—建筑群日照分析
3.4居住小區微氣候與熱環境分析評價
居住小區微氣候與熱環境的評價內容,主要是考察人們在室外生活時切身感受到的諸如室外溫度、濕度、太陽輻射、氣流組織和綠化狀況等微氣候參數。其中溫度作為人們感受居住環境好壞的主要參數,對評價小區熱環境至關重要,也是影響人們在室外生活質量的主要因素,它同時綜合反映了諸如小區的太陽輻射及綠化狀況等其它因素的作用,也是就目前的技術手段而言相對較容易進行預測和比較的熱環境參數。
值得指出的是,即便是同一個地區的氣候情況也并不是處處相同的。“城市熱島”現象就是其中一個很好的例子。它是城市化對氣溫影響的最突出特征,顯著反映了由于城市化的結果使得城市氣溫與郊區或其它地區氣溫的不同,并將給城市居民的工作生活帶來深刻影響。一般說來,認為某個區域的實際氣溫是由基礎氣溫、太陽輻射、長波輻射的線性疊加得到的。區域地貌、建筑密度、建筑材料、建筑布局、綠地率等因素決定了區域溫度。即:M(I,t,x)=C(I,t,x)+L(I,t,x)+E(I,t,x)
其中M是區域氣溫,C是基礎氣溫,L是局地地貌,E是城市化程度,I是天氣狀況,t是時間,x是地點。具體來說,在建筑群集地區,小區不同地方的溫度環境在受相鄰位置的建筑的材料結構和布局、小區的下墊面(如沙土或水泥路面)、綠化情況(包括水景布置)、以及交通和家電等人為排熱因素的影響下,可能使得局地氣溫出現熱島或冷島、以及滯后或提前等現象。
結合建筑群空氣流動分析,在相關研究的基礎上,筆者預測居住小區不同位置小范圍內的逐時氣溫,同時進行比較并給出評價;所得結果既可供居民選擇適合個人習慣的工作生活環境提出參考意見,同時也能為改善居住小區熱環境指明方向。
下圖是某居住小區中不同位置的“熱島強度”變化情況。從中可以看出,居住小區內熱島強度小,溫度適宜,利于人們的室外活動以及室內持續進行自然通風,溫度環境令人滿意。其中的原因在于居住小區建筑布局合理,建筑間距選擇合適(天空視角系數較高而利于長波輻射冷卻);且集中綠地多,綠化好,并或多或少地采用了人工水景布置(使得其與空氣的熱濕交換加強,有效地降低了空氣的溫度)。值得一提的是,環境最好的區域均為小區居民日常生活、起居、休憩、娛樂等活動的主要場所,該區域內的健康適宜的溫度環境將極大地利于居民的室內外的生活質量的提高。
圖6—居住小區微氣候與熱環境分析評價
4小結
目前,該項目以被列為建設部國家十五科技攻關項目,并逐步開展整合軟件系統、實際檢驗使用情況的工作,從對建筑生態環境和節能效果綜合評價的項目入手,在實踐中完善這一評價系統,并通過將建筑環境和節能效果綜合評價理念的應用,明晰建筑生態環境的真正內涵,推廣建筑節能概念,并為我國可持續發展做一定的探索。
參考文獻
[1].T.T.Chow,Z.Lin,ThermalProblemsofSplit-typeAir-conditioningUnitsInstalledatHigh-riseBuildingsofHongkong,ProceedingsofInternationalConferenceofAirConditioninginHighRiseBuildings’97,pp108-113.
【關鍵詞】中央空調;節能措施;節能設計
隨著我國經濟的迅猛發展、城市化步伐的加快和人民生活水平的不斷提高,中央空調的應用越來越廣泛。空調在給人們的生活帶來舒適的同時,也帶來了新的問題。最突出的就是能源消耗問題。我國人均能源占有量比較少,僅為世界平均值的39%。近幾年由于房地產的快速發展,建筑能耗越來越大,約占全國總能耗的11.7%,而空調能耗又占建筑能耗中的50%左右,特別對于商場和綜合大樓可能要高達60%以上。
1 中央空調的日常管理
日常管理是中央空調節能的另一重要手段。設計優良的空調系統,如果管理不善,也同樣會造成能源的浪費。就空調的節能目的來說,日常管理的節能措施有一下幾點:加強對空調操作人員的培訓,提高節能意識。隨著空調節能技術的不斷發展,尤其是節能技術的應用,使得空調的操作更加復雜。對操作人員的培訓也就成為勢在必行的事情。對操作人員的培訓目的在于讓操作人員對空調系統有正確全面的認識,在掌握節能操作技術的基礎上,對節能原理有一定的認知,提高節能意識和節能能力。加強日常維護,定期對設備和系統進行維護和清洗。管路系統中的水或空氣是攜帶冷量或熱量的介質,管路系統的泄漏直接造成能量的損失。所以,經常對管道設備進行檢查是一項很重要的工作。加大對節能技術的研究。節能技術的發展有利于企業降低成本,同時有利于節約型社會的建設。加大對節能技術研究的投入,從技術方面開拓解決節能的新途徑。同時還要引進新的節能技術,保證節能工作的順利開展。
2 中央空調的能耗問題分析
中央空調節能不僅體現在技術和管理方面,而且是在建筑工程設計時就應該考慮的問題,是關系到建筑、空調、設計、產品和運行管理等各方面的系統問題。所以中央空調節能問題的解決需要各方面的合作,從設計到操作,從建設到管理,齊抓共管,共建節約型社會。
2.1 重投資成本核算
中央空調系統的經濟性分析包括系統的初投資、年運行費用以及制冷設備占有面積等方面。在系統方案設計中,初投資與運行費用通常是矛盾的兩個方面。一般節能、運行費用低的系統方案其初投資比較大。用戶或投資者由于對中央空調系統的性能指標,尤其是初投資和運行費用的綜合經濟性指標缺乏專業認識,容易忽略綜合投資收益計算。在選擇方案時,偏重權衡商品價格和初投資成本的大小,不重視運行能耗的高低。這導致工程建設方對采用高成本的節能方案沒有積極性,往往就采用成本小、初投資低的設計方案,以較低的競爭價格贏取工程項目。這使很多初投資低但能耗大、運行費用高的中央空調系統大行其道。例如:地源熱泵空調用循環冷卻水系統代替地耦換熱器,室外系統工程造價降低,但機組的高能效比優勢沒有發揮出來;冷凝器、蒸發器的傳熱面積過小,設備價格降低,但系統匹配不好,運行時間增加;冷凍水采用大循環供水而不使用變水量控制,控制系統簡單、成本低,但水泵能耗增加;送、回風管和冷凍水管的保溫層過薄,密封性不夠,輸送能耗增加;用風冷代替水冷,冷卻系統簡單投資省,但增加城市熱島效應等等。
2.2 缺乏全局性能效指標
為緩解空調使用造成的能源及環境問題,2004年8月23日經國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準了三項空調能效國家標準,規定了房問空氣調節器、單元式空氣調節機和冷水機組的能源效率限定值及能效等級。但是,中央空調是一項復雜的系統工程,中央空調能源有效利用的評價不能單純地停留在對機器設備的評價上,對整個系統的評價更為重要,是否節能不僅與空調設備有關,而且與系統設計思想、管網設計、各部分匹配、施工優劣,運行管理水平以及建筑物熱特性等因素有關。新的空調能效國家標準只規定了冷水機組的能源效率限定值及能效等級,仍需進一步制定各分部系統和總系統的能效指標。
2.3 缺乏有效節能監控
從自身利益出發,建設方沒有承擔起中央空調節能的責任。由于專業知識的限制,大多數投資方無法承擔中央空調節能的任務,投資方與建設方目標不同,專業技術水平存在差異,缺乏全面和通盤的考慮。中央空調系統建設投資大,沒有重復性。實際使用中,不同方案之間的經濟性比較一般只是理論分析比較,無法也不會進行實物、實驗比較。由于中央空調系統的復雜性和專業性,超出了投資者個人生活經驗辨別評價水平,即使建設方提供了投資與運行費用的綜合經濟分析,投資者也難以對經濟分析報告的正確性和準確性做出判斷。中央空調工程市場上,虛假的或含有不實成份的經濟性分析報告比比皆是。這些從建設方自身利益出發并提供的經濟性分析報告難以幫助投資者做出正確的節能選擇。
3 中央空調系統的節能措施
3.1 中央空調系統設計節能措施
首先應在建筑設計中及早吸納設備的加入,使建筑與設備成為一個整體計劃,這樣能有效避免后期的設備安裝與建筑結構的矛盾。其次是要改善建筑物的外形設計,提高建筑圍護結構的保溫性能。建筑物體型應簡潔完整,避免復雜輪廓,以減少熱消耗。減少窗墻比可以減少熱負荷和冷負荷。根據節能要求設計后,圍護結構的節能效果顯著,但是工程造價也會增加,因此,在采用節能措施后,應做經濟分析,控制節能投資。也就是說既要做到節能,又要盡量降低工程造價。采用科學的空調設計方法。在設計中央空調時,不能只考慮初投資費用和設計工況,還應考慮整個運行過程中的費用情況。
此外,還應注重優化運行調節過程,采用蓄能式系統,充分利用需求低谷期的廉價電力。確定合理的空調冷負荷。空調冷負荷由空調房間的冷負荷、室外新風負荷和自身系統冷負荷三部分組成,設計時應通過合理的計算,綜合考慮圍護結構傳熱、太陽輻射散熱、外界的氣候條件、人體散熱、散濕等因素對冷負荷的影響,準確確定能耗,最大限度降低運行費。合理降低室內溫濕度的設計標準。合理確定新風量的設計標準。冬季、夏季選用最小新風量,其他季節增大新風量,并控制室外空氣的取入量,合理增減室內新風量。合理選擇空調系統的形式。在滿足空調精度和工藝要求的前提下,盡可能加大供回水溫差,并采用低流速,以減少輸送系統的動力能耗。
3.2 空調系統的管理與維護節能措施
中央空調系統的合理管理。空調系統是一個復雜的、自動化程度高的系統。在投入使用過程中,很多自控空調系統只有開機、停機以及轉換季節操作,這種不根據實際情況所進行的管理必然加大空調的能耗。因此,空調系統需要有科學的管理制度:制定崗位責任制,規定配備人員的職責范圍和要求;制定巡回檢查制度,明確定時檢查的內容、路線和做好相關的記錄項目;制定交接班制度,明確交接班要求、內容及手續;按空調機、制冷機及其輔助沒備使用說明書,與制造廠商一起制定設備的操作規程,保證空調得到正確、安全的操作。
4 結束語
綜上所述,要促進綠色節能建筑的發展,必須將建筑節能項目納入建設程序,形成長效管理機制;同時要努力探索合同能源管理模式,按照市場化運作方式推進建筑節能工作,充分體現綠色節能建筑的社會效益和經濟效益;在能源緊張的情況下,應該首先關注節能余量最大的部分,力爭用最短的時間,最少的改動,達到最大的節能效果。中央空調系統是一個主要的部分。因此,政府有關部門也應當給予必要的政策支持,堅持因地制宜、分步實施、穩步推進的原則,從而達到節約能源,保護環境,實現社會的可持續發展。
參考文獻