摘要：節(jié)能減排，正成為各國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一種共識。中國作為一個負責任的大國，承諾“到2020年單位GDP減排40%~45%”，其中建筑節(jié)能是節(jié)能減排的重要組成部分。根據(jù)江憶院士等學者的研究報告，在2001年我國的建筑運行能耗就已經(jīng)占據(jù)國民經(jīng)濟總能耗的25%左右。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，建筑能耗迅速增加。據(jù)權(quán)威部門公布的數(shù)據(jù)，在我國的建筑類型中，大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的5%，總能耗卻占全國城鎮(zhèn)總耗電量的20%多，2007年國家機關(guān)辦公樓年人均耗電3072.5度，是城鎮(zhèn)居民的10-20倍，由此可見建筑運行能耗浪費嚴重，能源有效利用效率很低。因此研究建筑特別是公共建筑運行能耗的有效利用和運行節(jié)能問題，提高建筑物能效，不僅能夠為有效降低建筑能耗提供理論指導，而且具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益,對于兌現(xiàn)國家的莊嚴承諾具有重大意義。
我國大中型建筑特別是公共建筑的能耗很高，能量浪費現(xiàn)象非常明顯，節(jié)能潛力巨大。造成浪費的原因可主要分為兩類: - 類是系統(tǒng)設(shè)計不夠優(yōu)化，設(shè)備和系統(tǒng)的效率低下，比如“大馬拉小車”造成的設(shè)備低效率運行;另一類是人為造成的浪費，比如辦公室中的“長明燈”，長時間無人時不關(guān)閉空調(diào)等。對于系統(tǒng)設(shè)計不夠.優(yōu)化造成的浪費，目前有多種理論成果和技術(shù)手段對其進行節(jié)能控制和管理。但對于第二現(xiàn)象造成的浪費，卻沒有一種比較好的方法量化能源浪費的狀況，以便于采取相應(yīng)的優(yōu)化策略解決這個問題。
在總建筑能耗中，空調(diào)系統(tǒng)所占比重最大。因此整個空調(diào)系統(tǒng)能效的高低，對于建筑節(jié)能具有重要的意義。構(gòu)成空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備都有明確的能效指標，但這個指標通常是在某特定條件(比如額定功率)下測定的。在實際使用過程中，運行工況不斷變化，滿足額定工況的時間很少，大約只占總工作時間的5%左右，絕大多數(shù)時間的工作負荷只是滿負荷的50-70%。低負荷時設(shè)備消耗的能源必定會降低，究竟降低多少能耗才是合理的?目前最常見的評價方法是比較平均能耗或總能耗，顯然這種評價方式存在較大偏差。無論何種用能設(shè)備，對于特定的建筑負荷，只要設(shè)備的能效或整個建筑的系統(tǒng)能效保持在最優(yōu)狀態(tài)就可以說此時的能耗最低因此將能效作為評價建筑能源消耗效率優(yōu)劣的指標更具科學性。雖然能效可以對獨立工作設(shè)備的效率直接進行評價，但是對于以系統(tǒng)模式工作的用能設(shè)備，比如空調(diào)系統(tǒng)，僅依靠提高單個設(shè)備能效評價降低系統(tǒng)能耗的方式并不是完全可行，運行樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)建筑物的能耗現(xiàn)狀證明了這種方式的局限性。
針對這些問題，本文就提高建筑能源的效率，優(yōu)化建筑能效展開研究，主要的內(nèi)容包括以下幾點:
1.簡要分析了造成建筑高能耗問題的原因，討論了降低建筑運行能耗需要解決的關(guān)鍵問題。建筑圍護結(jié)構(gòu)和建筑材料是影響建筑能耗的重要原因之一;建筑中用能設(shè)備的選擇不合理，“大馬拉小車”造成用能設(shè)備效率降低能耗增加;建筑中存在嚴重的浪費現(xiàn)象;缺乏建筑節(jié)能理論支持。雖然無法改變建筑圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負荷，但是可以通過減少人為浪費，提高建筑用能設(shè)備的能效降低建筑能耗。
目前關(guān)于建筑節(jié)能的研究成果對系統(tǒng)降低建筑能耗的效果并不十分明顯，因此必須解決建筑節(jié)能的關(guān)鍵基礎(chǔ)理論問題，才有可能切實降低建筑能耗。
2.分析了建筑能效優(yōu)化的研究現(xiàn)狀及存在的問題。美國采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)最早采用能效評價制冷機工作效率，但這種方法不能有效評價整個工作周期內(nèi)設(shè)備的能源效率，因此ASHRAE以及我國相關(guān)部門又相繼提出了綜合部分負荷性能系數(shù)(IPLV)、 綜合部分能效(IEER)、 季節(jié)能效(SEER)、設(shè)計能效(DEER) 等指標，從多角度評價制冷機設(shè)備的整體運行效率。近幾年開始有采用系統(tǒng)能效評價中央空調(diào)系統(tǒng)效率和實施節(jié)能控制的報道，但還僅限于比較分析不同狀態(tài)時整個系統(tǒng)的效率，沒有就提高系統(tǒng)能效的優(yōu)化理論展開研究。
雖然系統(tǒng)能效優(yōu)化理論成果還很少，但是注重系統(tǒng)節(jié)能的工程項目卻取得了非常好的效果。比如匯通華城開發(fā)的BKS中央空調(diào)冷凍站模糊控制系統(tǒng),把冷凍站(冷凍水泵、制冷機、冷卻水泵)作為一個整體實施模糊控制，追求系統(tǒng)而不是其中每個設(shè)備最節(jié)能，最高可以達到了51%的節(jié)能效果。因此從理論上研究系統(tǒng)能效模型及其優(yōu)化策略的問題，對于有效降低用能設(shè)備的能耗具有重要意義。
建筑物消耗能源是為了提供舒適的工作、生活環(huán)境，即使建筑用能設(shè)備的效率再高，若人體沒有充分利用舒適的建筑環(huán)境，所消耗的能源也是無效的和無意義的，因此有效降低建筑能耗必須建立能源消耗與人體利用之間的聯(lián)系，研究人體對建筑能耗的利用程度。本文提出了評價建筑能耗有效性的模型一能量利用效率，能量利用效率為定量評價建筑物消耗能源的有效性提供了一種算法，通過能量利用效率模型為建筑末端的用能設(shè)備提供優(yōu)化能效的控制策略。實驗表明能量利用效率模型能夠量化人體對能量的利用程度，對人體的用能模式進行甄別，發(fā)現(xiàn)能量浪費現(xiàn)象并優(yōu)化控制用能設(shè)備的工作狀態(tài)，通過減少或完全切斷無效能耗輸出，到達降低建筑負荷，相應(yīng)提高建筑能效的目的。
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