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从能效理解节能

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-17  来源:《电气&智能建筑》  作者:洪友白
1 从能效理解节能措施
 
为了达到节能目的,应该采取哪些节能措施,才既有针对性又能行之有效,要回答此问题,就有必要理解该节能措施是从减少哪一耗能体系为节能作出贡献的。如果是这样,则节能设计思路就能清晰,最终的节能效果一定明显。
 
所谓的节能措施一般可分为基于先进的技术手段的节能(即技术节能),和人为设定的节能行为(即行为节能)。建筑电气研究的不是行为节能,比如“随手关灯”、“每月少开一次车”等,而是着力研究如何基于技术手段挖掘能效潜力的技术节能,比如“高光效光源”、“照明声光控制”等。技术节能也可分为能效节能和管理节能,其中能效节能还可分为旨在减少能源“损耗”的被动能效节能和旨在控制能源“消费”的主动能效节能。建筑电气所要研究的管理节能则是指基于技术手段,旨在持续改进能效的管理节能。
 
“被动能效节能”之所以称为“被动”是因为这种节能基于电气设备元器件的能效选型,其特点是电气设备元器件选定后其能耗不变。例如,选定节能型变压器后,客观上与一般变压器相比,“被动”地减少了系统损耗,而且这种损耗,例如其铜损是固定不变的。由于“被动能效节能”是针对用电设备选型,因此也可称之为“设备节能”。用电设备固然是一耗能体,但是如果把建筑空间作延伸理解,其实它是一施压在用电设备上,与用电设备捆绑为一体的广义能源消耗体,当其围护结构隔热材料安装确定后,该空间内的热能能效就是确定的。由此可见,不仅电气设备本体存在“被动”能效节能,而且建筑空间作为一广义能源消耗体也存在“被动”能效节能。因此,当针对建筑空间热节能时,“被动能效节能”可拓展比照“设备节能”的能效内涵,将其与电气设备本体一起称之为“建筑空间节能”。由于电气设备和建筑空间都是耗能本体,所以“被动能效节能”还可以通称为“耗能体节能”。
 
“主动能效节能”之所以称为“主动”是因为这种节能基于确定投入了的电气设备情况,在运行过程中自觉“主动”采取的以控制能源“消费”为目的的节能行为。例如,“风机变频调速”。当风机运行所需风量减小时,如果去减小风阀的开度,就是把一部分电能用来克服风路阻力,也就是说,一部分电能在风机运行中“消费”了。如果不是改变风阀的开度,而是通过控制技术自动感测到风量需求的减小,“主动”地调整电源频率来降低电动机转速,使电能不再“消费”在风机运行中,而是将电动机输入的电功率相应地减少,从而达到节能的目的。由于“主动能效节能”是在运行过程中产生的节能效果,因此也称为“运行节能”。
 
综上,基于能效细分节能措施如下图所示。
 
下面以笔者参与部分编写的《福建省绿色建筑评价标准》DBJ/13-118-2010的有关条文为例对技术节能细分作进一步诠释。
 
1.1 条文4.2.13
 
(1)原文
 
“采用的配电变压器,其空载损耗和负载损耗符合《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》GB20052中的节能评价值。变电所位置接近负荷中心,线路路径合理。功率因数数值符合供电部门现行要求。”
 
(2)诠释
 
变压器的空载损耗和负载损耗主要取决于变压器的本体构造,当其结构确定以后,其损耗的内在因素也就随之确定。国家标准就是以空载损耗和负载损耗来制定变压器能效限定值和节能评价值的,并以此促进了变压器自身损耗的不断降低。选择低损耗变压器的设计措施就是一种设备节能措施,由于是旨在减少变压器的固有损耗而非在运行中主动地控制能耗,因此该措施也称为被动能效节能措施。
 
  变电所的选址及其线路布置的合理性,就是要降低配电线路的无谓能耗,一旦变电所选址和布线系统确定以后,其固有的线损也就确定,因此该规定也属设备节能的措施。
 
至于功率因数补偿,如采用基于功率因数测量跟踪自动补偿的,则是在运行中通过利用有效的技术来提供无功电源从而控制能耗,这种措施就是运行节能,由于是依据经过测量的数据,以自动化方式控制优化能耗,而不是像设备选型那样,一旦选定能耗就一成不变,因此该措施也称为主动能效节能措施。
 
1.2 条文4.2.7
 
(1)原文
 
  “建筑东、西外(包括建筑幕墙)、天窗和透光屋顶采用固定或可调的外遮阳设施,并且方便操作和维修。”
 
(2)诠释
 
外遮阳措施是南方夏热冬暖地区重点节能措施之一。外围护结构的隔热措施其实质就是减少建筑空间的热能损失,从而提高空调制冷设备的电能效率。从节能效果看,外遮阳措施最终表现为机电设备的能效提升,其实这种节能措施并不是直接针对特定的机电设备本体的能耗改进,如果再将其称之为机电设备节能措施就不合适了,其实它是对包括了建筑外围护结构在内的整个建筑空间完整的耗能(热能、电能)体的节能措施,因此笔者以为,在被动能效节能措施中把它称为耗能体节能措施更显通用性也更为贴切。
 
1.3 条文7.2.16
 
(1)原文
 
“采用建筑智能化技术实现建筑能耗计量及设备能效监测,并对计量和监测的数据进行统计、分析、记录和管理。”
 
(2)诠释
 
这是管理节能措施。许多节能措施也经常被称之为管理节能,但不是基于技术手段,或者其目的不是为了统计分析来不断改进能效,这种管理节能多半是人为的行为节能。建筑电气所要研究的管理节能是指基于技术手段,旨在持续改进能效的管理节能。为了达到可持续性的节能要求,实现预期的节能目标,应当长期监测评价能效措施的效果,其目的在于发现不合理的用能现象及其过程。需要指出的是:第一,监测应能对不同地区、不同建筑功能、不同用电负荷分门别类进行监测。比如,住建部“关于国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统技术导则”提出的能源分类电能分项监测就是细分监测,以便针对不同对象实施适合的能效改进措施;第二,鉴于技术进步和资金的局限,管理节能应是周而复始的过程,持续不断地发现问题、改进能效,过去做不到,现在可能做得到,当下做不到的,未来也许做得到。
 
综上所述,电气节能设计,当施以被动能效节能措施时,旨在减小能耗,应选用符合国家有关节能评价值的电气设备;当施以主动能效节能措施时,旨在控制能耗,应千方百计采取各种技术手段,包括采用智能化技术,最大限度地提高能源利用效率。前者,节能设计重在选用既有低能耗电气设备,其主动作为有限,而后者的节能设计完全是主动作为,是实现可持续节能的最有力手段之一,因此是电气节能设计的着力点。
 
2 从能效理解节能理念
 
2.1 节能不是不用能
 
提倡节能不是不用能,而是要在不降低生活品质的条件下最大限度地提高能源的利用效率,换言之,“在正确的时间空间正确使用能源。”energy saving是一节能通用词,主要泛指节省能源,但节省的能源不是“省”下来或“存”起来不用。《公共建筑节能设计标准GB50189-2005  Design  standard  for energy efficiency of public  buildings》和《建筑节能工程施工质量验收规范GB50411-2007 Code for acceptance of energy  efficient  building  constrction》等国家规范的“节能”英文权威译词为“Energy efficiency”,其含义是能源效率、能源效能,由此可见“节能”的核心内涵是能效。
 
以照明为例。提倡照明节能,不等于是降低对视觉作业要求和降低照明质量,照明节能基本原则是保证不降低照明场所的视觉要求,在保证照度标准和照明质量的前提下,力求减少照明系统中的能耗,最有效地利用电能。在工程应用上,以照明功率密度(LPD)值作为照明节能指标,力求合理提高照度而降低用电量。
 
下列两种情况都不符合照明节能的能效内涵:一种是,未采用高光效的光源及高效率的灯具,其LPD值满足了的要求,但房间的实际照度达不到规定的标准;另一种情况是,设计采用了高光效的光源及高效率的灯具,但房间未进行照度计算,结果导致虽然LPD值小于规定要求,但照度远远高于规定的照度标准,这也是不节能的。也就是说,这两种情况都没有在正确的时空正确使用电能。
 
2.2 光源综合能效
 
光源的光效已有明确的定义,即光源发出的光通量除以光源功率所得的商。单位为流明每瓦特(lm/W)[4]。如果光源仅是光效较高,但寿命较短,更换过多的光源必然造成生产、运输和销售等全过程的能源浪费,这样的光源不能算节能型光源。同理,照明节能设计,如果仅是选用高效光源,其理论寿命也较长,但因各种原因实际运行寿命却比理论寿命短得多,这样的照明设计同样不能称之为照明节能设计。下面举一实例说明光源的实际运行寿命比理论寿命短得多。某高层住宅,其公共走道、电梯前室、楼梯间灯具,运行一段时间后,70%不会亮——节能灯(紧凑型荧光灯)烧毁。据现场分析,节能灯烧毁不是施工质量问题,也不是节能灯产品质量问题,而是照明节能设计忽视了“节能灯不宜和感应开关,特别是和声光控开关配合使用。”声光控开关当受外界声音干扰便会产生开与关,如电梯升降声、关门声、小业主装修时锤击声,甚至上下几层产生的噪声都会使本层的声光控开关产生频繁的开与关。声光控开关的频繁启闭使节能灯频繁产生自感应高电压,易击穿节能灯内的电子电路,所以声光控开关配合节能灯,貌似节能,但因光源控制不当,使其实际运行寿命比理论寿命要短得多,这在照明节能设计中是不妥的。
 
由上面分析可见,无论是光源本体还是光源的运行,其节能设计方案的能效不仅与光源的光效有关,还与光源的寿命相关。因此,从光效和寿命两个维度全面评价光源的节能效果更具科学性,这种评价方法被称之为综合能效评价法[5],其算术式可表达为:
 
光源综合能效=光效•寿命=光通量•寿命/额定功率,单位:lm•h/W
 
2.3 节省能源的净值
 
在评价节能效果时,不能单一或孤立地评价某一耗能元件的能效,应该把它放在完整的能源利用系统中全面考评,也就是说,某一设备节能方案,可能需要消耗一些不可再生能源,这时应该把省下来的能源扣除为此节能而消耗的其它不可再生能源,以得到的节省能源净值作为节能效果的评价值。比如,太阳能光伏发电系统需要考虑扣除生产光伏板所需要的电能,其生产的可再生能源减去生产光伏板和系统中所必须消耗的电能后的净值,才是该太阳能光伏发电系统对建筑节能的贡献。基于这一理念,太阳能并网光伏发电不推荐蓄电池储能,而一般采用即发即用系统。
 
参考文献
1 Etienne TISON(国际电工委员会第64技术委员会).低压电气装置的电能效率.《建筑电气》,2011(10):14-17
2 福建省住房和城乡建设厅.DBJ/T13-118-2010 福建省绿色建筑评价标准.2010年1月13日
3 洪友白.节能理念及其在住宅电气中的实践.《福建建筑》,2010(11):82-84
4 中国建筑科学研究院.《建筑照明设计标准》(GB 50034-2004).北京:中国建筑工业出版社,2004年8月
5 李炳华.宋镇江.建筑电气节能技术及设计指南.北京:中国建筑工业出版社,2011;44
 
 
 
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