建筑节能能源审计运用

建筑能源审计(BuildingEnergyAudit)是对建筑的能源系统的能效所作的定期检查，以确保建筑物的能源利用能达到最大效益，是建筑能效管理的重要环节。建筑能源审计的目的是计量建筑物的能耗和能源费状况，检查建筑物的能源利用在技术上和在经济上是否合理，诊断主要耗能系统的性能状态，找出建筑的节能潜力，确定节能解决方案。能源审计为建筑能效管理提供了必要的信息。通过能源审计中对设备和建筑物的诊断，可以使管理者对设施的能耗现状有一个全面的、清晰的和量化的认识，找出设备和建筑本身在能耗方面的问题所在。根据审计结果，建筑管理者可以对其进行必要的节能改造，提高能效、减少开支。通过设备和建筑物的不断改造和完善，一方面可以减少能源费开支，降低经营成本；另一方面可以为主业提供更好的工作环境，创造更大的效益。另外，通过建筑能源审计，可以计算出不同层次的建筑的能耗指标，有利于对既有建筑的能源使用情进行有效的监督和合理的考核。

通过建筑能源审计可以了解建筑节能标准的贯彻情况与实施效果，改善管理、改进服务，获得实质性节能(embodiedenergy)，推进既有建筑节能改造和合同能源管理事业的发展[1]。建筑能源审计有两种实施策略：①基于方案的审计(Solution-BasedAudits)，这种策略一般是带着几种比较成熟的节能技术方案，看其在对象建筑中是否适合应用。提高某一单体设备的能效并不等于系统能效的优化。另外，这种能源审计相对而言技术含量较低，节能效果不太容易验证。②基于系统的审计(Sys-tem-BasedAudits)，基于系统的能源审计需要把建筑物中的各个能耗系统区分开来(例如分成照明系统、空调系统、热水系统等)，对能耗系统中各主要设备(例如，制冷机、水泵、风机、冷却塔)的能效都进行评价和测试，对症下药。这种能源审计专业性强，一般采取合同制能源管理(CEM)方式，委托专业公司进行。本文以北京某体育用品运营中心为例，对其设备和建筑进行基于系统的建筑能源审计，通过审计找到该建筑供能系统的节能潜力，提出节能解决方案，并针对每种节能解决方案进行了节能量计算。

1研究对象

1.1项目概况

北京某运营中心的总部大楼为集研发、办公、展销、体育休闲为一体的现代化建筑群，2008年投入使用，采用中央空调系统对各个建筑进行供冷和供热。整个项目由8座大楼组成，1号楼、2号楼、3号楼为办公区域，全部由地上3层、地下1层建筑组成，地上建筑面积为22770m2，地下面积为9837m2，建筑层高为4.2m，建筑为全玻璃幕墙结构(6+12+6浅灰色Low-E中空玻璃，遮蔽系数0.7左右)，中间采用中空中庭，中庭上方采用自然采光(夹层玻璃的遮蔽系数约为0.85)，人员基本采用大开间办公风格，较少采用独立办公室办公。其中，1号楼、2号楼的使用率相对较高；3号楼人员密度相对较低；4号楼为展览馆(地上1层建筑)；5号楼为一狭长的区域，地上分为两层，下层为商业用房(包括游泳馆)，上层为各个分割会议室和员工餐厅，建筑面积为7514m2；6号楼、7号楼、8号楼为体育馆，6号楼、7号楼为地上1层建筑，8号楼为地上1层、地下1层建筑。其能耗分布如图1。另外，该运营中心目前春季、秋季和冬季都采用三步制电价(工作时间计算平均电价为0.9127元/kW•h)，夏季由于存在尖峰电价，因此，为四步制电价(工作时间计算平均电价为0.9323元/kW•h)。天然气的价格为冬季1.95元/Nm3，夏季1.85元/Nm3。在总能耗用中，天然气占84%，电力占16%。

1.2主要设备参数

根据现场采集设备运行参数和设备运行记录，该项目采用700冷吨溴化锂吸收式机组作为冷源，该机组吸收机的风机的满负荷输入功率为20kW，盐溶液循环泵的满负荷电流为40A，冷冻水进出水设定温度为7/12℃，冷却水进出水设定温度为32/37℃；直燃式吸收机，夏季供冷，冬季供热。空调系统采用一次水系统，为每1台冷水机组配备了相应的冷冻水泵(单台扬程32m，功率55kW，流量425m3/h)和冷却水泵(单台功率75kW，流量700m3/h)，水泵采用2用1备的形式；同时，为每台主机配备了1台冷却塔(单台风机数量为6台，功率5.5kW，容量150m3/h)；空调末端全部采用两管制组合空调箱(风机的功率413.5kW)进行夏季供冷，冬季供热，空调箱为典型的定风量运行模式，新风和回风混合后送入空调箱处理后送入室内。目前，体育场馆的热水供应采用一套太阳能热水系统负责供应员工洗澡用水。

1.3运行策略

该运营中心的正常上班时间为上午9：00，9：00前会有部分员工提前到达，在5号楼西侧的员工餐厅吃完早餐后进入各自所在的办公楼工作，中午12：00工作时间结束后进入员工餐厅吃中饭，吃完中饭后约在13：00左右，部分员工选择到体育场馆锻炼，其余则回办公室休息。13：30开始下午正常办公，17：30分员工下班后离开单位(部分员工加班1～2h)。一般情况下，周一早晨需要在6：00开启直燃机组，对系统进行提前供冷和供热。而在正常工作日，需要在早晨7：00提前开启直燃机组，在18：00办公时间结束后停止1台直燃机组，如果仍然有员工在加班工作，则通过空调系统内部水循环来进行供冷和供热，在19点全部人员离开后停止空调冷热源。

2节能潜力分析

2.1空调水系统的节能潜力分析

目前，该运营中心空调系统的所有设备基本处于相对独立的运行状态，溴化锂机组启动后，冷冻水温度没有明确的设定值，同时冷冻水泵和冷却水泵都相对独立地处于定流量运行状态，其运行流量与制冷主机所需要的额定运行水量并不匹配。现场测试发现，冷冻泵的平均效率(输送效率通过测试水泵的流量、扬程及电机输入功率得到)仅为48.52%(1#)和49.78%(2#)，冷却水泵平均效率仅为59.52%(1#)和57.25%(2#)，均低于水泵的正常效率60%～90%。原因是由于在设计时水泵选型偏大，冷冻水泵和冷却水泵在安装调试时将阀门开度调至最小。而水泵运行中的高扬程和大流量均抵消在管路上的阀门等阻力部件上，因此，水泵与系统严重不匹配，造成了大量的不必要能耗.

2.2空调风系统的节能潜力分析

现场检查发现，该运营中心的空调箱存在较大问题，部分空调箱在BA水阀系统显示水阀开度为0时，空调箱冷冻水进出水温差较大，空调箱读取进出水压差较小(如表1所示)。原因是由于定风量空调箱不制送风温度，而根据回风温度来控制的，当室内温度满足要求时，水阀关闭，室内回风经过盘管时盘管内的水被加热而温度上升，而送风温度也趋于接近回风温度。因此，空调箱无法根据室内负荷需求来调节送风量。

2.3围护结构的节能潜力分析

目前，该运营中心除体育馆外主要以玻璃幕墙为围护结构，而玻璃幕墙主要由玻璃和金属型材组成，它的传热系数都相对较高，幕墙是建筑能耗散失的最薄弱部位，同时玻璃作为一种透明材料，热透射率高，其能耗占建筑总能耗的比例较大，其中传热损失约为1/3，空气渗透约为1/3。相关的研究表明玻璃幕墙的能耗是普通墙体的5～6倍[1]。因此，存在较大的节能空间。

2.4室内空气质量的提升潜力分析

选某个典型办公房间，使用温湿度仪测量室内典型工作区域的温度和湿度，用点式测温仪测量出风口温度。测试时在现场感觉室内空气质量较差，有异味，导致原因是项目场地上风口向的垃圾填埋场正在进行垃圾填埋处理。场内办公楼空气质量较差，主要体现在室内空气中有垃圾场的臭味，严重影响室内办公人员的舒适度。臭气的主要成分是NH3、H2S、SO2等，容易对人的身心健康产生不同程度危害(见图3)。

3节能解决方案

3.1水泵变频

通过对冷冻水泵进行变频将原来的定流量系统改为一次变流量系统，当室内负荷降低，制冷机需要的冷却水量也会减少，冷却水泵可以通过减少流经制冷机组的冷冻水量来调节供应的冷量，水量需求减小时，变频器通过降低水泵的输入频率来降低水泵的转速，调整系统供水量，恒定供回水温差，从而降低水泵能耗，达到节能的目的。

3.2空调箱风机变频

空调箱风机采用变频调速后，除了可以像水泵变频一样在部分负荷时减小输入功率，还可以使空调箱启动比较平稳，实现低速运行，风机的振动、噪音和温度明显降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封、轴承的寿命。另外，还有效地延长了检修周期，减少了维护量，节约维护费用。因此，通过空调箱与冷却塔风机的变频调速运行,既能方便改变风机运行工况点，又能提高主扇风机运行效率、运行稳定性和自动化程度，节约大量电能.3.3玻璃贴膜隔热膜通过真空蒸镀或磁控溅射技术将铝、铜、银、铬、钛等金属或金属氧化物覆盖在PET聚合物基片上，从而达到阳光控制的目的。把隔热膜装贴在玻璃上，当阳光照射时，太阳能将被分为三部分：一部分被反射掉，一部分透过，另一部分被吸收，吸收后的太阳能会变成热辐射，分别向两侧传播，从而达到阻隔太阳热辐射的目的。

3.4安装TiO2

光催化杀菌器纳米TiO2光催化杀菌器能够利用空气中的氧气和固有湿度形成氧化力极强的氢氧自由基和超级氧化离子分解各种污染物，将有机的碳氢化合物氧化分解成水和CO2，不产生二次污染物，有效改善室内空气质量。

4节能量计算

根据工程实测数据，利用建筑能耗模拟软件，建立对应的模型，并利用历史能耗数据对所建模型进行校验，使所建模型的能耗状况在电力和燃气两方面的模拟值与实测值两者全年偏差均控制在5%以内，达到可以代替实际模型的效果[2-4]。

4.1水泵变频后的节能量

在模拟中考虑将空调水系统中原来的定频泵(冷冻水泵和冷却水泵)均换成变频泵(变频范围为60%～100%)，即采用变流量调节。通过比较与计算，可以发现水泵变频以后对溴化锂机组的燃气消耗量的影响非常小，各月的燃气节约量均较小，全年的燃气节气率仅为0.8%，而燃气全部是由溴化锂机组所消耗，所以变流量以后对溴化锂机组的影响可以忽略不计。然而，对空调系统的耗电量来说，变流量的影响比较显著.从图4可以看出，由于水泵的电耗原来占整个建筑总电耗的11%，而采用变流量系统后，水泵的电耗占建筑总电耗的9%，因此，变流量后水泵的电耗降低23.6%左右。

4.2风机均变频后的节能量

在模拟中同时考虑了将原来的定风量空调系统换成变风量系统(变频范围为60%～100%)，即采用变风量调节。通过比较与计算，可以发现风机变频以后对溴化锂机组的燃气消耗量的影响同样非常小。然而，对空调系统的耗电量来说，变风量的影响比较显著。从图5可以看出，由于原来风机的电耗占整个建筑电耗的25%，而采用变风量系统以后，风机的耗电量占整个建筑的耗电量的15%，因此，变流量以后水泵的电耗降低41.6%。

4.3玻璃贴膜的节能量

该运营中心除了体育馆的围护结构外，立面均采用6+12+6的浅灰色Low-E中空玻璃幕墙，遮蔽系数0.7左右；中庭采用夹层玻璃，遮蔽系数0.85左右。根据玻璃贴膜厂家提供的试验结果，采用贴膜后可将外立面玻璃遮阳系数从0.7降至0.32，中庭玻璃遮阳系数从0.85降至0.25。因此，将基准模型中的外立面玻璃遮阳系数从0.7降至0.32，中庭玻璃遮阳系数从0.85降至0.25。通过比较与计算，可以发现，玻璃贴膜后对溴化锂机组的燃气消耗量的影响冬夏不一致，冬季会使耗气量增加，夏季会使耗气量减少，但总体来说耗气量的减少量大于增加量，能够起到降低燃气消耗量的作用。这主要是因为玻璃贴膜以后使遮阳系数降低，即阻隔太阳热辐射，在夏季能够起到降低室内冷负荷的作用，但在冬季也会增加室内热负荷。同时，玻璃贴膜对于建筑耗电量的影响不如对耗气量的影响显著，这主要是因为建筑的电力消耗主要来自于照明和办公设备等，只有一部分被溴化锂机组利用。玻璃贴膜后电力消耗项和燃气消耗项的组成对比如图6。从图6可以看出，采用玻璃贴膜后用于制热的耗电量所占的份额有所增加，而风机的耗电量所占的份额有所降低，这主要是因为，玻璃贴膜在阻隔太阳热辐射时也增加了冬季室内的热负荷，从而需要用于制热的耗电量增加。而玻璃贴膜在夏季却可以有效减少室内冷负荷，从而使室内的送风量减少，同时，由于玻璃贴膜对夏季的影响大于对冬季的影响，因此，风机的能耗降低。同时，玻璃贴膜后燃气消耗项中，用于制冷的份额降低，用于制热的份额增加，这主要是因为贴膜夏季能够降低冷负荷，但冬季却增加了热负荷的缘故。

5结语

合同能源管理的实施必须基于对整个能耗系统的充分了解和充分分析，对不同节能方案进行比较后得出最佳节能方案才能最终实施，实现项目节能效果最大化和风险最小化。因此，建筑能源审计是合同能源管理项目中非常重要的一环[5-6]。本文所介绍的建筑能源审计在北京某办公建筑中的应用，不仅使建筑管理者了解了目前建筑的能耗状况，而且为其提供了有效的节能解决方案，为该项目采取合同能源管理模式进行节能改造提供了有力的技术支持。