（环境科学专业论文）公共建筑的室内环境控制与节能运行管理.pdf

英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y se c o n o m y , t h ep r o b l e ：i no fe n e r g y s h o r t a g eh a sb e e nah a r dn u tt oc r a c ka r o u n dt h ew o r l d m a n yc i t i e s a r es h o r to f d e e t r i e i t ya n do t h e re n e r g ys o u r c e s e n e r g yc o n s u m p t i o ni nb u i l d i n g sa c c o u n t sf o ra l a r g ep e r c e n t a g eo f t h et o t a le n e r g yc o n s u m p t i o n , e s p e c i a l l yf o rt h ec o n s u m p t i o n o nt h e a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m r e d u c i n gt h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mi s r e q u i r e dt oag r e a te x t e n do nt h ec o n d i t i o no fh u m a nc o m f o r tt h a n k st ot h ei n c r e a s i n g e n e r g ys h o r t a g ea n dh a b i t a n t s g r a d 删i m p r o v e m e n to i lt h et h e r m a le n v i r o n m e n ta n d t a q t h o u g ht h ee n e r g ys a v i n gm e a s u f eo ft h ec e n t r a la i rc o n d i t i o n i n gs y s t e ms h o u l d c o n s i d e rt h es e l e c t i o no fu n i t sa n da l l o c a t i o no fe q u i p m e n t sa tf i r s t , e n e r g ys a v i n g d e s i g no f t h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e ms h o u l db em o l ei m p o r t a n t t h i sp a p e rd e a l sw i t l l h o wt or e a l i z ea u t o m a t i cc o n t r o lo ft h et e r m i n a le q u i p m e n ta n do p t i m i z et h et e r m i n a l a u t o m a t i cc o n t r o li no r d e rt oa c h i e v et h ee n e r g ys a v i n go p e r a t i o nf o rt h ec e n t r a la i r c o n d i t i o n i n gs y s t e ma n ds a v et h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni nb u i l d i n g su l t i m a t e l y f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n t r o ls y s t e mt h a tt h es u b j e c ti n v e s t i g a t e dh a s a d o p t e d ，t h a ti s ，g e n e r a ls i t u a t i o no ft h ec o l l e c t o rd i s t r i b u t o rc o n t r o ls y s t e m , g e n e r a l s i t u a t i o no f t h ep r o j e c ta n dt h ei n t e g r a lr e q u i r e m e n to f t h ea u t o m a t i cs y s t e m s e c o n d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e sc o n t r o lo ft h e f l e s hu n i t s f i r s to fa 1 1 t h e s u p e r v i s i o na n dr e q u i r e m e n to ft h et y p i c a lf l e s hu n i t sa r ee x p l a i n e d t h e n , p r o p e r m o n i t o rm o d e st h a ta r es u i t a b l ef o rt h i sp r o j e c ta r ep r o p o s e d f o re x a m p l eh o wt o a c h i e v et h ec o n t r o lo ft h ef l e s ha i rt e m p e r a t u r ea n dw h a tt h er e l a t i v ed e m a n dt h e s o r w a r ea n dh a r d w a r ei s f i n a l l y , t h ee n e r g ys a v i n gm e a s u r e sw h i c hc a ns a v ee n e r g y c o n s u m p t i o ni ss t a t e do nt h eb a s eo f s u p e r v i s i o nt ot h e 疗e s hu n i t s t h i r d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n t r o lo f a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m s f i r s to f a l l ，t h e s u p e r v i s i o na n dr e q u i r e m e n to ft h ea i rc o n d i t i o n i n gu n i t sa r ee x p l a i n e d t h e n , p r o p e r m o n i t o rm o d e st h a ta r es u i t a b l ef o rt h i sp r o j e c ta r ep r o p o s e d t h ed i f f e r e n c eo fa i r c o n d i t i o n i n gu n i t sa n df r e s hu n i t sa r ec o m p a r e di nt h i sp a p e r t h e n , t h ec o n t r o lo ff l e s h u n i t sw h i c hc a l lb ee a s i l yg o ti sa v a i l a b l et or e a l i z ec o n t r o lo ft h ea i rc o n d i t i o n i n g s y s t e m ss u p e r v i s i o n i na d d i t i o n , h o wt om a k eu s eo ft h ef r e s ha i ri sa n a l y z e da n d f e a s i b l es c h e m e sa r ep r o p o s e di nt h i sp a p e r f i n a l l y , t h ee n e r g ys a v i n gm e a s u r e sw h i c h c a l lb ea d o p t e di nt h ep r o j e c ti sd e p i c t e d f i n a l l y , t h i sp a p e ra n a l y z e st h em a i nc o n t r o lm e t h o d st h a tv a v a i rc o n d i t i o n i n g i l l 重庆大学硕士学位论文 s y s t e ma d o p t s ，w h i c hi s t h em e t h o do fs t a t i c p r e s s u r ec o n t r 0 1 t h e r ea r es o m e d i s a d v a n m g e so fv a v a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m t h em u l t i t u d i n o u sc o n t r o l l i n gu n i t s i n f l u e n c ee a c ho t h e r , a n dp r o b l e m ss u c ha si n s u f f i c i e n tf r e s ha i rs u p p l y , b a da i r - f l o w o r g a n i z a t i o na n du n s t a b l eo p e r a t i o ns y s t e mc a l le a s i l yh a p p e n o nb a s eo ft h ea n a l y s i s a b o v e , c o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h es u b j e c ti n v e s t i g a t e di nt h i st a s k ，p r o p e r c o n t r o lm e t h o dt h a ti sf i tt ot h i sp r o j e c th a sb e e nb r o u g h tf o r w a r d o n eo ft h ek e y st os a v ee n e r g yu s e di nb u i l d i n g si st or e d u c et h ee n e r g y c o n s u m p t i o nt h a tc e n t r a la i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m sc o n s u m e t h ea u t h o rh o p e st h a tt h i s p a p e rc a l ld oaf a v o ra n db eag o o dr e f e r e n c ef o ro p e r a t o r sw o r k i n go ne n e r g y c o n s e r v a t i o ni nc e n t r a la i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m s b e s i d e s ，t h ea u t h o rw i s h e st h i sp a p e r c a nc o n t r i b u t et ot h ec a r e e ro f e n e r g ys a v i n gi nc h i n a k e y w o r d s ：b u i l d i n g a u t o m a t i o n ，a i rc o n d i t i o n i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n ，s i m u l a t i o n ， r u n i n gm a n a g e m e n t , e n e r g y - s a v i n gm e a s u r e s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 褥的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重迭盍堂 或其媲教育机构的学位或证书面使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：高小柱 签字日期：扩莎年月潞目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重箧太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向因家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重鏖太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据摩进行检索，可以采用影印、缩印或扫捶等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在龟解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：高， t 参 签字日期： 口多年r f 月潞墨 导师签名：予荦 签字日期： 衫年，f 冀坶酲 1 绪论 1 绪论 1 1 引言 1 1 1 建筑节能的重要性与迫切性 “人类在利用和改造自然的过程中，取得了骄人的成绩，同时也付出了高昂的 代价”【1 】。为了阻止能源危机的爆发和地球自然环境的逐渐恶化，可持续发展和“绿 色饯展的概念已渗透到各个行业和领域。作为全球能源消耗比例占到百分之三十 的建筑类行业，更应贯彻“绿色”发展的概念并且担负起可持续发展的义务。 绿色建筑是通过科学的整体设计，集成绿色配置、自然通风、自然采光、低 能耗维护结构、新能源利用、中水回用、绿色建材和智能控制等高新技术，具有 选址规划合理、资源利用高效循环、节能措施综合有效、建筑环境健康舒适、废 物排放减量无害、建筑功能灵活适宜等六大特点：而构成绿色建筑的主要因素是 建筑的节能( e n e r g ys a v i n g ) 与提高能耗效率( e n e r g ye f f i c i e n c y ) 。因为节约 建筑中的能源消耗不仅可以减少有害的室内气体的排放，减少对自然环境的污染 与影响，同时也能减少定程度的废气物，甚至改善室内的空气质量。所以在绿 色建筑的设计与评估的过程中，都将建筑的节能作为设计的主要目的和评估的主 要因素。 随着我国经济发展和国民实力的增强，空调设备的应用日益广泛，随之而来 的是能耗的日益增多。工业发达国家用于空气调节的电能占全国电能的3 0 左右， 美国在夏季高峰时2 0 - 4 0 的电力用于制冷和空调，在我国一些大型企业空调耗能 约占4 0 以上【1 】【2 】。而且中国人口众多，不仅中国国内，全世界都关心中国的能耗 问题，中国的能耗及节能状况对中国乃至世界的能源资源及其结构都有着重要的 影响。建筑及空调系统的节能问题已成为我国迫切需要解决的重大课题之一。 1 1 2 我国建筑能耗状况和节能潜力 建筑的全过程不仅耗用全球资源中5 0 的能源、4 2 的水资源和5 0 的原材 料，而且导致了全球5 0 的空气污染、4 2 的温度效应、5 0 的水污染、4 8 的固 体废物和5 0 的氟氯化物。我国建筑规模巨大，大量建造高能耗建筑，会过多地 消耗能源，同时严重污染环境，致使国家能源消耗和生态的临界点提前到来。 建筑节能已经成为我国节能的重点，节能优先已成为我国可持续能源的战略 决策。我国城镇化正处于高速期，平均每年约有1 5 0 0 万人口从农村转移进入城市， 而每个城市人口的能耗为乡村人口的3 5 倍；我国人均g d p 超过1 0 0 0 美元，这正 是居民消费进入结构升级阶段，人民生活条件将进一步改善，对建筑热舒适性的 要求己越来越高，采暖和空调的使用越来越普遍，人均能耗速度增加。我国建筑 重庆大学硕士学位论文 单位面积采暖能耗高于气候条件相近的发达国家2 - 3 倍，甚至更高。面对建筑能耗 持续快速增长的局面，如果我国建筑节能工作仍维持目前这样的情况，到2 0 2 0 年 建筑能耗将达到1 0 8 9 亿吨标准煤，为2 0 0 0 年的3 倍以上；如果全面推进建筑节 能工作，则2 0 2 0 年建筑能耗可降到7 5 4 亿吨标准煤，增长约为l 倍【3 】o 我国目前城镇建筑消耗的能源为全国商品能源的2 3 2 6 。此数值仅为建筑 运行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程能耗。目前发达国 家的建筑能耗一般在总能的l 3 左右。随着我国城市化程度的不断提高，第三产业 占g d p 比例的加大以及制造业结构的调整，建筑能耗的比例将继续提高，最终接 近发达国家目前的水平。根据近3 0 年来能源界的研究和实践，目前普遍认为建筑 节能是各种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。 我国城镇建筑能源消耗按其性质可分为如下五类： 北方地区采暖能耗； 除采暖外的住宅能耗( 照明、炊事、生活用水、家电、空调) ； 除采暖外的普通公共建筑能耗( 办公室、中小型商店、学校等) ； 除采暖外的大型公共建筑能耗( 写字楼、星级酒店、大型购物中心等) ； 工业建筑能耗。 采暖能耗占北方地区建筑能耗的5 0 以上( 按总量计算) ；在实施建筑节能标 准之前建造的建筑冬季采暖平均热指标在3 0 5 0 w m 2 ，为北欧相同气候条件下建筑 采暖能耗的2 3 倍。通过建筑保温、管网系统调节、提高热源效率这三方面的改进， 我国北方地区采暖能耗至少可降低6 0 7 0 。 除了采暖，住宅能耗中的用电量为1 0 3 0 度( m 2 年) ，随着人们生活水平的 提高目前呈上升趋势；推广节能灯和节能家电对降低住宅电耗有重要作用；改进 建筑设计、降低夏季空调能耗，也可以使住宅电耗减少3 - 8 度( m 2 年) 。普通公 共建筑的能源消耗性质接近住宅。其照明和电器耗电更大，但炊事和生活热水能 耗要小。改善建筑设计可降低空调和照明能耗，推广节能灯具及其他用电设备可 减少电耗，这两项措施应能使此类建筑能耗降低3 0 一4 0 4 1 。 值得注意的是大型公共建筑，这类建筑目前仅占城镇总建筑面积的5 7 ， 但其用电为1 0 0 3 0 0 度( m 2 年) ，为住宅建筑用电量的1 0 倍以上( 不包括采暖) 。 在我国大型和特大型城市，这类建筑的总耗电大于全市所有居民住宅的总电耗。 “九五”到“十五”期间我国城市建筑的重点是住宅建筑，但目前已逐渐转向大型公共 建筑，这将导致建筑用电量的急剧增加，因此必须采取有效措施，抑制这部分能 耗的增加。大型公共建筑中，空调用电占5 0 一6 0 ，照明用电2 5 3 5 ，其余为 电梯和办公电器设备用电。与发达国家相比，我国大型公共建筑的平均能耗值高 2 1 绪论 于日本水平，与美国的平均值大体相近。而当在建筑、空调、照明灯等方面采用 先进技术，产生创新性突破时，也可使这部分的电耗降到目前的5 0 以下。 综上所述，我国建筑节能的重点应为：建筑本体的节能、采暖系统节能、提 高照明和其它电器的效率、大型公共建筑的节能。通过这四方面的努力，有可能 使我国单位建筑面积能耗降低3 0 - 4 0 ，这意味着建筑节能有可能使我国总的能 源需求量可降低1 0 。 我国建筑节能的目标，就是要通过全面推进建筑节能工作，到2 0 1 0 年，城镇 建筑达到节能5 0 的设计标准，其中各特大城市和部分城市率先实施节能6 5 的 标准：开展城市既有居住和公共建筑的节能改造；大城市完成改造面积2 5 ，中 等城市完成1 5 ，小城市完成1 0 。在此基础上，到2 0 2 0 年实现大部分既有建筑 的节能改造；新建建筑东部地区要实现节能7 5 ，中部和西部也要争取实现节能 6 5 。同时在节能模式上；绿色建筑亦应同步发展，逐步提高绿色建筑的比重。其 中大城市、特大城市和公用建筑应率先采用绿色建筑的标准规范。 1 2 国内外公共建筑设备节能研究的发展及现状 国外对公共建筑能耗的调研和测试早在8 0 年代就开始了，而中国是2 0 世纪9 0 年代才开始进行这项工作的，而且全国各地区的发展水平相差很大，上海、北京 在当地科研院所的技术支持下，走在了全国的前面，其他城市如：天津、武汉、 长沙、深圳、广州才刚开始开展这方面的工作。 1 2 1 国外对建筑设备节能的研究 5 1 各国的建筑节能工作大体经历了四个阶段：一是能源的节约，即尽可能少用 能源。二是能源守恒，即尽可能不增加能源消耗，保持经济增长；三是能源效率， 即提高能源的利用效率；四是减少温室气体排放。相应的建筑节能技术也已从最 早的节能建筑，低能耗建筑，零能耗建筑，生态建筑，可持续发展建筑发展到当 今的绿色建筑；空调系统的节能是与建筑节能紧密的联系在一起的，各国都编制 了各种建筑节能规范，来减少建筑能耗。 美国国家标准局0 怕s ) 于1 9 7 4 年制定了“新建建筑物的节能设计及评价标准”， 美国a s h r a e 于1 9 7 5 年编制了“新建建筑物节能规范”，同时编制了“已建建筑物节 能规范”( a s h r a e l 0 0 ) ；a s h r a e 编制的建筑物节能规范至今己成为美国政府f 能 源政策法令j ( e n e r g yp o l i c ya c t ) 指定的标准【6 】1 7 。 加拿大沿用美国的概念去发展其建筑节能标准，强调”p e r f o r m a n c e 的标准可 以更有效、更方便地推行节能措旎，鼓励创新建筑设计。在1 9 7 8 年由国家研究院 编制了新建建筑物的节能措施，1 9 8 3 年对其进行了修汀，1 9 9 5 年改写为国 家建筑节能规范，同时考虑住宅出版了国家住宅节能规范。 国家建筑节 3 重庆大学硕士学位论文 能规范分为强制性条款和指导性条款两个部分，分别对建筑物的围护结构，供 熟、通风、空调系统，照明系统，生活热水系统，供电系统等的节能做了规定。 该规范在对各种系统设计做出了种种限制的同时，也允许设计人员在必要情况下 的突破，但建筑总能耗不能超过指导性条款下建筑物的能耗，否则建筑节能设计 就必须采取其他的补偿措施。它的节能要求的建立是运用寿命周期费用分析法对 全国各省和地区的围护结构进行了经济分析，考虑了气候、能源种类及价格、利 率、通货膨胀、建筑物的使用寿命、材料价格、空调和供热设备效率等多种因素。 另外，规范中的节能措施还考虑了不同区域的人力、建材、能源等价格的不同， 把全国划分为3 4 个区域，寿命周期费用分析也是建立在各区域的相应参数基础上 进行的，由此得出的建筑物围护结构的传热系数更加合理，节能规范应用于不同 的区域时，采用不同的设计参数，确保了节能措施的经济合理。 英国于1 9 8 5 年编制了英国建筑能效实施标准，1 9 9 4 年进行了修订。它包 含设计方法、经济分析、能量管理等内容。设计方法解决了如何从建筑设计方面 去减少能耗，通过检查列表详尽规定了建筑的选型和布局、建筑围护结构、供热 通风、内外照明、冷热水供应、动力用能等各方面设计过程中对节能的考虑，使 设计人员在设计进行的各个阶段，时时对照检查节能设计，使建筑设计应采取一 切可能的方法，尽量考虑到每一个节能的可能性，最大限度的减少能源的使用。 经济分析主要从经济的角度分析评价节能方法是否可行，是否最优，常用的经济 分析方法及其适用情况。能量管理则是在建筑物交付使用后，通过对运行管理上 的一些细节性的规定，把建筑节能从设计落实到实际运行。 德国于2 0 世纪7 0 年代颁布了建筑节能法、保温法规、采暖设备规 范等，德国按形体大小划分建筑物的级别，规定各类建筑物的单位体积热( 冷) 损失不得超过一定标准。美国和加拿大等国家，则是根据室外温度，直接规定建 筑物各部位的最大允许传热系数。 法国的建筑节能标准经历了三个阶段：1 9 7 4 年首次制订了住宅外围护结构、通 风换气节能标准，规定了在原有基础上节能2 5 的目标；1 9 8 2 年进一步对住宅采暖 系统的控制与调节作出了新的规定，确定了在1 9 7 4 年标准的基础上节能2 5 的目 标；1 9 8 9 年又对锅炉、供热管网、设备等能耗作了规定，确定在1 9 8 2 年标准的基础 上再节能2 5 的目标【8 】。 日本早在1 9 7 2 年就设立了日本热能源技术协会，并于1 9 7 8 年成立了“节能中心”。 4 1 绪 论 表1 1 一些国家的公共建筑节能标准 t a b l 1e n e r g y e f f i c i e n c ys t a n d a r d so f c o m m e r c i a lb u i l d i n g so f s e v e r a lc o u n t r i e s 由表1 1 可以看出，这些国家对公共建筑的节能很早就非常重视；有些标准仅 仅对公共建筑的围护结构设计做了要求，而有些标准不仅对围护结构的设计而且 对动力、通风和照明的设计也同样做了要求。 1 2 2 我国对建筑设备节能的调查与研究 。 我国从八十年代中期开始，越来越重视加强对建筑节能工作的推行，并目制 定了相应的标准和法规：1 9 9 3 年9 月，国家技术监督局与建设部联合发布了旅游 旅馆建筑热工与空调调节节能设计标准( g b 5 0 1 8 9 9 3 ) ，这是最早的公共建筑的节 能设计标准和建筑节能评价标准；1 9 9 9 年试行了重庆市民用建筑热环境与节能 设计标准；2 0 0 0 年2 月1 8 日建设部颁发了民用建筑节能管理规定，并定于2 0 0 0 年l o 月1 号开始执行。夏热冬冷地区居住建筑节能设计标j g j l 3 4 - 2 0 0 1 己于2 0 0 1 年7 月颁布，t 刍2 0 m 年1 0 月1 目起施行。上海市的公共建筑节能设计标准2 0 0 4 年1 月1 日实施。 上海市的公共建筑节能设计标准主要对建筑物的围护结构、通风与空调 调节的方式、室内设计参数和负荷计算、设备配置和选择等方面进行了规定，同 时它又给出了建筑物年能耗费用的评估法，对设计建筑建立相应的标准建筑来评 价建筑年能耗费用的优劣，给设计师一定的灵活性。 于2 0 0 5 年7 月1 日开始施行的公共建筑节能设计标准是我国最新的公共建 筑的节能设计标准。此标准从建筑、建筑热工以及暖通空调设计方面提出控制指 标和节能措施。标准强调了建筑室内热环境和设计计算参数的综合优化，从建筑 围护结构节能设计、采暖、通风、空调系统节能技术等各方面实现对能源的优化 利用，并对建筑节能监测和控制提出了具体的要求。标准同时使用权衡判断法来 判定围护结构的总体热工性能是否能符合节能要求，这样给了建筑师的创作的灵 活性，又使所设计的建筑虽不符合强制性条文的要求，但总体能够符合节能设计 标准的要求。标准的实施，将从设计环节来控制和降低建筑的能耗水平，它促使 5 重庆大学硕士学位论文 设计人员以规范标准为指导，开动脑筋，创造性的去解决问题，以达到建筑节能、 环保的目的。 香港早在9 0 年代初期就对旅馆类建筑的耗电情况进行了调研分析，随后香港 理工大学在1 9 9 8 年对香港的1 6 家酒店在1 9 9 5 年的能耗费用进行了统计，对调研 建筑的基本情况和空调系统信息采取直接访问的方式调查；得到了酒店类建筑各 部分用能的构成( 见图1 1 ) ，并对酒店建筑能耗和酒店建成年份、室外温度变化、 酒店等级、建筑面积以及入住率等之间的关系进行了分析。2 0 0 3 年香港城市大学 对香港的2 0 座办公楼从1 9 9 6 到2 0 0 0 年之间的用电量进行了统计分析，得到了香 港办公楼类建筑各设备系统耗电比例( 见图1 2 ) 。并分析了办公楼类建筑耗电和 空调度日数( c d d ) 以及综合传热值( o t t v ) 之间的关系【9 1 。香港城市大学在 1 9 9 9 2 0 0 1 年还对两栋酒店的空气源热泵机组和水一水热泵机组的c o p 值进行了 测试和分析。 图1 i 香港酒店建筑能耗构成 f i 9 1 1t h e b u i l d i n g e 耀：y f o r m i nh o n gk o n gh o t e l 图1 2 香港办公类建筑耗电比例 f i 9 1 2t h ep r o p o r t i o no f e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n i nh o n g k o n go f f i c eb u i l d i n g 同济大学武建勋在1 9 9 6 年根据己有大量的空调建筑进行现场实测的基础上建 立了空调系统能耗统计回归模型，采用主元分析法判别周围环境气温，含湿量、 太阳辐射强度、室内照明和设备用电量为耗冷量和耗热量的主要因素【1 0 1 。龙惟定 教授1 9 9 8 年在上海公共建筑能耗现状及节能潜力分析一文中论述了上海的能源 情况紧张、上海公共建筑空调系统的现状( 包括冷热源的配置和围护结构负荷的情 况及设计负荷偏大等情况) ，指出了上海的公共建筑的能耗情况是用能水平不高， 用能效率低、节能观念落后、节能潜力大。他从负荷计算、节能重点、自动控制、 蓄冷空调以及节能评价方面提出了节能的一些措施，希望走出一条有中国特色的 6 1 绪论 节能之路来。 同济大学的许雷、范存养，龙惟定在2 0 0 0 年就上海市的高层建筑的冷热源 装置及建筑能耗情况做了次大调查，一共调查了2 0 0 幢大楼( 如表1 2 ) ，在此 基础上，上海市于2 0 0 4 年颁布了上海市的公共建筑节能设计标准。 表1 2 上海地区商业建筑能耗成分比例 t a b l e l 2t h ep r o p o r t i o no f t h ec o m m e r c i a lb u i l d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o ni ns h a n g h a i 空调( ) 照明( ) 卫生热水( ) 动力设备及其他( ) 饭店4 6 11 3 53 19 4 商场 4 0 53 3 71 0 71 5 2 写字楼 4 9 73 3 32 71 7 医院3 0 31 3 9 4 1 8 1 4 北京清华大学自1 9 9 8 年以来对北京市1 0 个大型商场，6 家甲级写字楼，1 5 家三星级以上酒店做了调研和现场测试，得到了北京市这三类建筑的用能特点， 以及这三类建筑照明、采暖空调、动力系统、生活用水等各部分的用电比例，并 以某一建筑为典型分析了暖通空调各部分的用能情况( 见1 3 ) 。根据调查和实测 的数据提出了对大型公共建筑节能潜力的分析。 图a 商场设备耗电比例图b 写字楼设备耗电比例 图c 酒店设备耗电比 图1 3 不同建筑内设备耗电比 f i 9 1 3t h ee l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o nr a t i oo f t h ee q u i p m e n ti nd i f f e r e n tb u i l d i n g 武汉科技大学和武汉市建筑节能办公室的李玉云等在2 0 0 1 年对武汉的9 幢公 共建筑的空调系统的能耗做了调研。在全年的能耗数据中，假定照明、动力的等 基本负荷全年稳定，然后将最低两个月的能耗的平均值作为基本负荷，再用全年 能耗减去基本负荷的1 2 倍就从数据中分出了空调能耗。该文献同时指出了武汉市 集中空调系统运行的缺陷。同年，天津也做了公共建筑的能耗调查，通过与日本 7 重庆大学硕士学位论文 神户地区的公共建筑能耗做对比，说明了中国公共建筑用能效率较低，指出了现 今空调系统的存在的一些问题，并在能源管理、冷源选择与设计、运行管理等方 面提出了一些空调制冷系统的节能参考意见【1 。 哈尔滨工业大学的梁珍、赵加宁等对深圳市高层办公建筑进行抽样调查，对 其中1 5 幢大楼进行分析，得到了建筑能耗的基本状况，并对深圳市该类建筑的节 能潜力进行了分析。同时，梁珍利用建筑能耗模拟软件d o e - 2 1 2 】作为模拟工具， 采用正交试验设计理论安排模拟计算，利用方差分析法找出了建筑中常见的8 类建 筑全年能耗的主要影响因素，并根据得到能耗主要因素来设计建筑能耗统计方案。 1 2 3 重庆市建筑节能现状 重庆市建设技术发展中心在1 9 9 8 年组织了重庆建筑大学的有关力量对重庆市 建筑空调能耗情况做了一次调查，有效数据二十三幢建筑。主要调查了建筑的窗 墙比、系统形式、冷热源形式等，分析了重庆市空调建筑的实际情况和能耗水平， 发现存在的问题，为重庆市建筑设计节能设计标准的发展提供第一手的数据和资 科【1 3 1 。2 0 0 1 年5 月，由重庆市节能办公室颁布了重庆建筑节能，2 0 0 4 年，又发 布了重庆市建筑节能示范工程建设技术要点。2 0 0 5 年7 月发布了建筑节能文 件资料汇编，并颁布了重庆市建筑节能2 0 0 5 , - - 2 0 1 0 年发展规划，重庆市节能产 业的发展还体现在维护结构材料的革新，新型墙体的品种和产量不断增加。 目前，重庆市节能存在的问题主要有以下几点：受经济发展的制约，全社 会对建筑节能的认知程度还十分有限；对促进建筑节能的相关政策研究较少； 建筑节能的技术支持体系不完善；建筑节能管理结构不健全，与其它部门的 配合力度不够；建筑节能的立法步伐缓慢。 1 3 空调系统中的主要节能措施 建筑节能是我国的长期政策，国家已经制定了一系列的节能标准和法规，目 的是在总体上指导我国的建筑节能工作的开展。但这还远远不够，各用能单位也 应制定符合自身实际的用能管理制度，使节能长期化、制度化，培养有关人员的 节能意识。既要发掘已有空调系统在运行管理方面的节能潜力，更需对新建建筑 的空调系统进行优化设计。 1 3 1 降低系统的设计负荷 室内空气温湿度参数的确定 目前存在着一种倾向，建设单位及业主误认为室内温度夏季越低越好，冬季 越高越好；这是不对的。有研究表明，在广州、上海等一些地区夏季室内温度每 降低1 或冬季提高1 ，暖通空调工程的投资约增加6 ，其能耗将增加8 左右。 此外，加大室内外温差也不符合卫生学要求。对于舒适性空调，可用下面经验公 8 1 绪论 式确定夏季室内允许的最低温度，既：t n = 2 2 + ( t f - 2 1 ) 3 ；式中t f 为当地夏季室外通 风设计温度【1 4 】。如重庆地区t t = 3 2 5 c ，则t 。= 2 2 + ( 3 2 5 2 1 ) 3 = 2 5 8 c ；夏热冬冷地区 居住建筑节能设计标准( j g j l 3 4 2 0 0 1 ) 也规定，夏季室内温度取2 6 2 8 。c ，冬 季取1 6 1 8 c ，设计时，在满足要求的前提下，夏季应尽可能取上限值，冬季尽 可能取下限值。 除了室内设计温度外，合理选取相对湿度的设计值以及温湿度参数的优化也 是减小设计负荷的重要途径，特别是在新风量要求较大的场合，适当提高相对湿 度，可大大降低设计负荷，而在标准范围内( 4 0 6 5 ) ，提高相对湿度设计值 对人体的舒适影响甚微。 负荷分析计算 目前我国的多数设计人员在设计中央空调系统时，往往不进行详细的负荷计 算，而是采用负荷指标进行估算，并且出于安全的考虑，指标往往取得过大，结 果造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大的超过了实 际要求，形成“大马拉小车”的现象，即增加了投资，也不节能。根据同济大学、重 庆大学等单位的调查测试材料，大约有6 7 的宾馆、饭店按单位建筑面积 9 4 - 1 6 3w m 2 的指标选用制冷设备，而实际上8 3 的工程实际开机容量的冷负荷指 标只有5 8 9 3 w m 2 。所以设计人员应该进行仔细的负荷分析计算，以力求与实际 需要相符。 1 3 2 合理搭配冷热水机组 冷热源机组能耗占中央空调系统总能耗的一半以上，节能的潜力很大；众所 周知，制冷机在接近额定负荷下运行效率最高。为了使全年制冷机尽可能在高效 率下运行，必须根据全年动态负荷曲线。确定制冷机台数和每台机组的容量，使 供冷量与变化中的需冷量尽可能保持一致，即同时运行的制冷机容量的总和尽可 能接近建筑物的空调负荷曲线；我们即要避免台数过少，又要避免台数过多，也 不应一味的采用等容量机组；对于大型的制冷机房，当选用制冷量大于或等于 1 1 6 0 k w 的一台或多台离心式制冷机时，宜同时设置一台或两台制冷量较小的离心 式、活塞式或螺杆式等压缩式制冷机【阍。 冷热源主机选择的基础是建筑冷热负荷及设备的c o p 值，只有做好负荷计算， 认真对比各种机组的c o p 值，并对设备在不同的部分负荷状态下的部分负荷能效 比进行比较，选择最合适建筑全年运行工况的设备，才能获得最佳的节能效果 1 6 q s 。 1 3 3 变水量系统【饽】1 2 0 变频调速技术自上世纪八十年代以来得到了越来越广泛地应用，它通过均匀 改变电机定子供电频率达到平滑地改变电机的同步转速。变频调整技术应用于制 9 重庆大学硕士学位论文 冷空调行业，在系统部分负荷条件下产生良好的节能效果。自9 0 年代以来变频调 速器在暖通空调行业逐渐被大家所认识并采用。 变频技术应用在空调水系统，就形成了变水量系统。在空调系统的水系统中， 变频技术在水泵上的应用研究目前比较成熟，在冷水机组上的应用研究还主要集 中在制冷量比较小的机组，虽然在国内一些大型冷水机组采用了变频，但是由于 各种条件的限制没有被广泛采用。空调水系统在设计中冷水泵和冷却水泵的容量 是按照建筑物最大设计负载选定的，且有1 0 的余量，在绝大部分时间内实际负 载远远比设计负载低。一年中负载率在5 0 以下的运行小时数约占全部运行时间 的5 0 以上【2 l 】，系统在流量固定的情况下，在全年绝大部分运行时间内冷水和冷 却水的温差仅为1 0 3 o c ，即在小温差大流量情况下工作，从而增加了管路系统 的能量损失，造成了能源浪费。 目前，变频器应用到空调水系统中由于变频器的价格比较高，建筑业主对其 节能效果，对冷水机组和系统性能影响的存在质疑。因此，虽然变频水泵的技术 已经比较成熟，但是在实际推广上并不是很顺利，特别在酒店、商场这类公共建 筑的中央空调水系统中使用的情况不是很乐观。 1 3 4 变风量系统 变风量空调系统是通过变风量末端装置调节进入房间的风量，并相应地调节 空调机风量来适应系统的风量要求。全空气空调系统通过向空调房间输送足够数 量的、经过一定处理的空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要 的温度和湿度。变风量系统可以通过改变送到房间( 或区域) 风量的办法，来满 足这些地方负荷变化的需要，同时整个系统的总送风量也是变化的。变风量系统 也可以适应一天中同一时间各个朝向房间负荷并不都处于最大值的需要，空调系 统输送的风量可以在建筑物内各个朝向的房间之间进行转移，从而系统的总设计 风量可以减少。这样，空调设备容量也可以减少，既可以节省设备费投资，也进 一步降低了系统运行费用。 变风量空调系统产生于美国6 0 年代中期，该系统凭借节能、系统灵活等特点 在美国、e t 本和欧洲等国家得到广泛应用，但是在国内变风量系统的使用率很低。 从国内外的应用情况来看，变风量系统主要以带风机动力型末端的形式居多。国 内大多数变风量系统设计也都效仿欧美的设计风格 2 2 1 。 变风量系统在国内应用受限有两大原因：其一，初投资问题，目前变风量系 统的大部分设备还需要依赖进口，这使得系统的投资费用偏高，而国外的设备方 面已经日臻完善，相对于投资方面将比较有利；其二，国外的变风量系统更多地 是与低温送风技术相结合。在发达国家，一些较大商用空调工程中最普遍的空调 系统形式为变风量系统。在这方面上国内使变风量系统与低温送风相结合的技术 1 0 1 绪论 还处于落后阶段。变风量空调系统虽有较好的节能性，但许多设计人员、投资商 对该系统的应用还存在顾虑。 变风量系统常应用于办公性建筑物或学校建筑物，但是，变风量系统并不仅 限于这些应用场合，它还可以广泛应用于商场、购物中心，图书馆、医院等各类 公共建筑中，甚至也可以在某些工业建筑中使用】。 1 3 5 热回收技术 热回收系统是回收建筑物内、外的余热( 冷) 或废热( 冷) ，并把回收的热 ( 冷) 量作为供热( 冷) 或其它加热设备的热源而加以利用的系统。热回收系统 可以提高建筑能源的利用率，是建筑节能发展的一个方向。空调系统中可供回 收的余热( 冷) 主要分布在排风和冷凝热中。 排风冷、熟的回收：空调房间一般设有新风系统，同时有许多房间设有排 风系统，由于排风的空气参数接近空调房间的室内参数，排气的温度相对大气温 度有一定的温差，直接排入大气就回造成能量损失。因此，在送入新风时，可以 回收利用这部分排风中的能耗( 包括冷量和热量) ，达到节能效果。对于空调系 统的节能，目前往往忽视对换气排风所带走的冷( 热) 量的回收，造成能量的极大浪 费。在建筑物的空调负荷中，新风负荷所占比例比较大，一般占空调总负荷的2 0 3 0 f 2 5 j 。为保证室内环境卫生，空调运行时要排走室内部分空气，必然会带 走部分能量