能源節(jié)能全過程管理與集成化設(shè)計課件

全過程管理與集成化設(shè)計全過程管理與集成化設(shè)計1全過程管理是建筑節(jié)能的發(fā)展方向2設(shè)計階段是核心環(huán)節(jié)，須貫徹集成化設(shè)計3模擬分析工具介紹4相關(guān)案例介紹全過程管理1.1全過程管理的重要性1.2總原則：基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理1.3實現(xiàn)途徑：全過程管理的具體工作內(nèi)容全過程管理的重要性建筑從可研->設(shè)計->施工->驗收->使用，整個過程跨度很大，各階段協(xié)調(diào)不足，各有標(biāo)準(zhǔn)，各自為政工種之間配合不足：建筑設(shè)備，工藝控制，設(shè)計運行，導(dǎo)致節(jié)能目標(biāo)無法實現(xiàn)下面以一些案例進(jìn)行說明；規(guī)劃階段的問題舉例

在傳統(tǒng)城市規(guī)劃過程中，對城市的用能是以傳統(tǒng)用能方式為基礎(chǔ)進(jìn)行規(guī)劃，由于規(guī)劃過程中往往抱有“寧大勿小”的思想，安全系數(shù)被多次重復(fù)疊加，造成能源負(fù)荷的選取偏大，造成的能源利用效率偏低，高能耗，高碳排放量等問題。規(guī)劃階段的問題舉例傳統(tǒng)能源規(guī)劃方式新的能源規(guī)劃方式兼顧實際使用情況的能源規(guī)劃方式，可大大降低項目整體能源系統(tǒng)的初投資設(shè)計階段的問題舉例冷機、水泵以及水冷機前后的閥門聯(lián)動平時常閉設(shè)計階段的問題舉例-排風(fēng)熱回收40m乙二醇溶液熱回收方式只能對排風(fēng)中的顯熱進(jìn)行熱回收；溶液管道過長是否會影響熱回收效率，是否會增加溶液泵的功耗？施工階段的問題舉例調(diào)試不合格軟管連接部位，軟管打結(jié)風(fēng)閥沒有進(jìn)行初調(diào)節(jié)等運行階段的問題舉例-轉(zhuǎn)輪熱回收風(fēng)閥位置決定其運行工況－設(shè)計工況某低能耗示范政府辦公樓開開關(guān)關(guān)冬夏運行階段的問題舉例-轉(zhuǎn)輪熱回收風(fēng)閥位置決定其運行工況－設(shè)計工況某低能耗示范政府辦公樓關(guān)關(guān)開開過渡季運行階段的問題舉例-轉(zhuǎn)輪熱回收風(fēng)閥位置決定其運行工況－實際工況某低能耗示范政府辦公樓開開開開夏天根本沒有起到作用全過程管理1.1全過程管理的重要性1.2總原則：基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理1.3實現(xiàn)途徑：全過程管理的具體工作內(nèi)容基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理確定建筑合理用能數(shù)據(jù)用以約束設(shè)計、施工、運行等階段各個階段均應(yīng)以檢查是否滿足建筑能耗指標(biāo)為整體的要求，從而將節(jié)能管理貫穿于全過程之中立項階段設(shè)計階段施工階段運行階段→→→建筑用能數(shù)據(jù)基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理在建筑立項時建筑具體設(shè)計還未明確，因此不必具體落實在項目中將使用哪些具體的節(jié)能技術(shù)項目業(yè)主參與制定建筑全過程定量節(jié)能管理的能源數(shù)據(jù)基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理在方案招投標(biāo)時，建筑規(guī)劃用能量就成為了招投標(biāo)的標(biāo)的項目投標(biāo)方在標(biāo)書中需要提供充分的論證材料，證明項目如何能夠達(dá)到規(guī)劃用能量的要求項目評標(biāo)方通過組織專家的形式，對論證材料進(jìn)行評審基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理在項目中標(biāo)后，設(shè)計方首先將建筑規(guī)劃用能量分配到各專業(yè)各專業(yè)通過計算方法，得到設(shè)計方案的具體能源消耗量考察其是否達(dá)到能源規(guī)劃的節(jié)能數(shù)值基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理在施工圖設(shè)計階段，各設(shè)計專業(yè)通過計算的方法，將規(guī)劃的用能量通過具體的系統(tǒng)方案和設(shè)備選擇落實通過施工圖設(shè)計，確定各設(shè)備的容量及具體性能參數(shù)基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理在設(shè)備招投標(biāo)階段，設(shè)計選擇的設(shè)備具體性能成為設(shè)備招投標(biāo)的標(biāo)的各設(shè)備投標(biāo)方根據(jù)標(biāo)的提出的性能要求提供相應(yīng)設(shè)備基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理建立工程竣工節(jié)能驗收，通過現(xiàn)場測試各設(shè)備與子系統(tǒng)的性能，進(jìn)而估算全年能耗考察是否達(dá)到規(guī)劃的用能量，確保施工過程符合要求及保證系統(tǒng)調(diào)試合格基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理實行公共建筑“用電分項計量和數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)”對各分項系統(tǒng)的用能指標(biāo)進(jìn)行集中的動態(tài)監(jiān)測與管理，不斷地與用能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較杜絕各種由于管理運行的疏忽造成的能耗增加基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理在節(jié)能改造后，也需通過節(jié)能指標(biāo)的具體變化，對節(jié)能改造的成果給予合理評價。GovernmentofficebuildinginBeijing70kWh/m22.94.01030154.83014078kWh/m225kWh/m215kWh/m222kWh/m23kWh/m21kWh/m20.25GJ/m2+5kWh/m237kWh/m23kWh/m24kWh/m234kWh/m27kWh/m2全過程管理1.1全過程管理的重要性1.2總原則：基于“用能數(shù)據(jù)”的全過程節(jié)能管理1.3實現(xiàn)途徑：全過程管理的具體工作內(nèi)容全過程管理的具體工作內(nèi)容改善小區(qū)的微氣候，減小熱島效應(yīng)采用低反射下墊面采用淺色屋頂綠化技術(shù)加強小區(qū)內(nèi)自然通風(fēng)，避免通風(fēng)死角保證建筑自然采光全過程管理的具體工作內(nèi)容能源系統(tǒng)能源負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)估常規(guī)能源利用的合理配置合理利用可再生能源充分利用現(xiàn)有資源，如工廠余熱等水系統(tǒng)中水系統(tǒng)--污廢水回用雨水收集、回用系統(tǒng)垃圾處理建立沼氣池或生物垃圾處理系統(tǒng)初始方案全過程管理的具體工作內(nèi)容方案招投標(biāo)項目投標(biāo)方在標(biāo)書中需要提供充分的論證材料，證明項目如何能夠達(dá)到節(jié)能要求；通過對設(shè)計方案的模擬分析（建筑外環(huán)境和建筑本體），保證設(shè)計方案的節(jié)能效果；對整體能源方案進(jìn)行合理設(shè)計，保證能源供給系統(tǒng)高效節(jié)能；全過程管理的具體工作內(nèi)容建筑與機電方案設(shè)計優(yōu)化建筑體型、遮陽技術(shù)加強自然通風(fēng)、利用自然采光降低建筑物本身的能源需求建筑負(fù)荷的準(zhǔn)確計算，并配置高效適宜的能源系統(tǒng)和設(shè)備綠色照明技術(shù)等自動控制系統(tǒng)全過程管理的具體工作內(nèi)容建筑與機電施工圖設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計復(fù)雜空間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計確定各設(shè)備的容量和性能參數(shù)系統(tǒng)運行效果預(yù)測及能耗預(yù)測特殊系統(tǒng)或設(shè)備的模擬分析，如蓄冷系統(tǒng)、溫濕度獨立控制系統(tǒng)、三聯(lián)供系統(tǒng)等；建筑整體的節(jié)能評估；

關(guān)于設(shè)計階段的相關(guān)問題，將在下一節(jié)集成化設(shè)計內(nèi)展開介紹。全過程管理的具體工作內(nèi)容設(shè)備招投標(biāo)施工圖設(shè)計階段確定的設(shè)備具體性能參數(shù)成為設(shè)備招標(biāo)的依據(jù)，不僅包括額定工況產(chǎn)品性能，還包括常用工況的產(chǎn)品性能；廠商需要提供充分的材料，如設(shè)備的產(chǎn)品樣本、特性曲線及相關(guān)測試數(shù)據(jù)等，證明設(shè)備如何能夠達(dá)到標(biāo)書要求；全過程管理的具體工作內(nèi)容施工調(diào)試階段通過現(xiàn)場測試各設(shè)備與子系統(tǒng)的性能，確保施工過程符合要求及保證系統(tǒng)調(diào)試合格風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試水系統(tǒng)調(diào)試自控系統(tǒng)調(diào)試，并確定全年運行策略全過程管理的具體工作內(nèi)容運行管理階段實行公共建筑“用電分項計量和數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)”，對各分項系統(tǒng)的用能指標(biāo)進(jìn)行集中的動態(tài)監(jiān)測與分析建筑節(jié)能運行管理導(dǎo)則設(shè)備定期檢測、維護與設(shè)備運行管理人員進(jìn)行交流培訓(xùn)全過程管理與集成化設(shè)計1全過程管理是建筑節(jié)能的發(fā)展方向2設(shè)計階段是核心環(huán)節(jié)，須貫徹集成化設(shè)計3模擬分析工具介紹4相關(guān)案例介紹設(shè)計過程——建筑節(jié)能的核心環(huán)節(jié)2.1良好的設(shè)計是節(jié)能運行的基礎(chǔ)2.2集成化設(shè)計方法2.3模擬分析技術(shù)在輔助設(shè)計中的應(yīng)用良好的設(shè)計是建筑節(jié)能運行的基礎(chǔ)大量診斷案例表明：設(shè)計的先天不足是建筑不節(jié)能運行、不舒適運行的根源不節(jié)能的各類問題所占比重

例：某政府機構(gòu)辦公樓完全滿足公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用了low-e鍍膜雙層窗，多種保溫性能良好的圍護結(jié)構(gòu)部件安裝了轉(zhuǎn)輪熱回收裝置等高性能空調(diào)設(shè)備先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)空調(diào)年電耗70kWh/m2，是其他被測建筑的3～4倍空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式不合理運行調(diào)節(jié)策略不當(dāng)，導(dǎo)致冷機、水泵、風(fēng)機等沒有工作在最佳工況點問題舉例：冷機選型偏大裝機容量：大型離心式冷水機組3×1758kW最大運行臺數(shù)：一臺負(fù)荷率：一臺，90%時間負(fù)荷率<70%2005年夏季，冷水機組運行電耗達(dá)18.1萬kWh若冷機維持COP＝5.5，則可節(jié)電4.1萬kWh，節(jié)能率達(dá)到22%離心式冷凍機COP隨負(fù)荷變化規(guī)律問題舉例：冷機選型偏大

離心式冷機能效比COP隨冷機負(fù)荷的減小而迅速下降，導(dǎo)致制冷效率降低問題舉例：冷機選型偏大B建筑冷站共有同樣型號的離心式冷機10臺，平時僅開啟其中兩臺就能滿足要求，最多開啟4臺。冷機臺數(shù)過多不僅增加初投資，還使得冷站復(fù)雜，旁通、混水現(xiàn)象時有發(fā)生，運行調(diào)節(jié)困難。問題舉例：水泵揚程和流量過大普遍現(xiàn)象水泵實際流量超過設(shè)計20～30%，實際揚程低于設(shè)計值水泵效率普遍在60％以下原因管道選粗了，S值減小，水泵設(shè)計揚程卻沒有相應(yīng)減小盲目增加安全余量不做認(rèn)真的水力計算，只用冷水機組的流量和標(biāo)準(zhǔn)的揚程上限來確定水泵的型號危害造成水泵性能與管路實際阻力狀況不匹配導(dǎo)致水泵長期在低效率點工作，電流和能耗超標(biāo)、甚至有燒毀電機的危險問題舉例：水泵選型偏大，溫差小電耗高大部分建筑空調(diào)冷凍水供回溫差僅有2度A1A2G建筑2006年7月問題舉例：水泵效率實測結(jié)果實測六座政府機構(gòu)公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)36臺冷凍泵、冷卻泵效率，最高效率為65％，最低效率僅為36％六座政府辦公樓空調(diào)系統(tǒng)水泵夏天耗電139.7萬kWh/年提高泵效達(dá)到國家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能效限值可節(jié)電39.4萬kWh，節(jié)能率達(dá)到28%實例：實際上只需要17m揚程，但卻選了51m的水泵。工作點嚴(yán)重偏離設(shè)計點，效率降為30%-50%。問題舉例：冷卻水泵選型偏大，為防止電機燒毀，只能關(guān)小閥門

揚程管道阻力流量開閥閥損失管道損失關(guān)閥0.94MPa0.99MPa1.11MPa1.45MPa冷卻塔冷卻塔冷水機組310t/h-12m-34m+51m-5m問題舉例：VAV系統(tǒng)分區(qū)不當(dāng)

癥狀：冷熱不當(dāng)，難以調(diào)整

原因風(fēng)系統(tǒng)分區(qū)不當(dāng)水系統(tǒng)分區(qū)不當(dāng)東內(nèi)區(qū)和北向外區(qū)的風(fēng)系統(tǒng)由同一支水立管負(fù)責(zé)。在冬季或過渡季，會出現(xiàn)東內(nèi)區(qū)需要供冷北外區(qū)需要供熱一根水管供兩個空調(diào)箱問題舉例：VAV系統(tǒng)分區(qū)不當(dāng)

在夏季較熱的情況下，窗附近感覺過冷，而離開窗一定距離又感覺偏熱。通過負(fù)荷模擬分析，發(fā)現(xiàn)東南外區(qū)設(shè)計進(jìn)深為2m，外區(qū)設(shè)計進(jìn)深過小。東北角區(qū)域2被并入東南外區(qū)。實際上此區(qū)域的全年負(fù)荷特性更接近北向外區(qū)。西南角1區(qū)也有類似的問題。外區(qū)設(shè)計進(jìn)深2米，太小建成使用后很難通過調(diào)節(jié)或簡單改造來解決通過科學(xué)的設(shè)計方法，減少和避免設(shè)計不當(dāng)問題，是建筑節(jié)能的首要環(huán)節(jié)設(shè)計過程——建筑節(jié)能的核心環(huán)節(jié)2.1良好的設(shè)計是節(jié)能運行的基礎(chǔ)2.2集成化設(shè)計方法2.3模擬分析技術(shù)在輔助設(shè)計中的應(yīng)用集成化設(shè)計方法背景建筑設(shè)計是建筑節(jié)能技術(shù)推廣、使用中最重要的環(huán)節(jié)傳統(tǒng)的線性化設(shè)計模式很難真正有效地利用各種節(jié)能建筑技術(shù)（尤其是建筑與機電專業(yè)的協(xié)作不暢）集成化設(shè)計概念（注重不同工種的同步協(xié)同）不同專業(yè)的設(shè)計人員、在不同設(shè)計階段都能夠在建筑全壽命周期能耗分析的基礎(chǔ)上，共同對設(shè)計過程進(jìn)行優(yōu)化，以正確選擇建筑材料、部件、技術(shù)和設(shè)備集成化設(shè)計方法將傳統(tǒng)的建筑功能和建筑節(jié)能做為同等重要的雙重目標(biāo)，變線性化設(shè)計為環(huán)狀的協(xié)同化設(shè)計集成化設(shè)計的特點以技術(shù)集成為中心的設(shè)計過程;涉及到整個設(shè)計過程的各個不同階段多學(xué)科合作，涉及不同專業(yè)的設(shè)計人員在不同環(huán)境下使用各種手段進(jìn)行同步的溝通，涵蓋設(shè)計的所有方面配合模擬仿真技術(shù)等手段以及綜合評價，保證設(shè)計過程的科學(xué)性追求成熟的、低成本的、因地制宜的技術(shù)，而非一味推崇高科技技術(shù)追求建筑本體、機電系統(tǒng)、運行管理、建筑使用的有機結(jié)合，不是各項節(jié)能技術(shù)的簡單堆砌設(shè)計過程——建筑節(jié)能的核心環(huán)節(jié)2.1良好的設(shè)計是節(jié)能運行的基礎(chǔ)2.2集成化設(shè)計方法2.3模擬分析技術(shù)在輔助設(shè)計中的應(yīng)用模擬計算比較分析提出方案模擬分析技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用2.3.1建筑外環(huán)境模擬熱島效應(yīng)模擬室外風(fēng)環(huán)境模擬陰影遮擋模擬夏季主導(dǎo)風(fēng)向南風(fēng)北風(fēng)冬季主導(dǎo)風(fēng)向2.3.2建筑本體模擬—日照采光遮陽冬季夏季建筑物形式

通風(fēng)開口方式

氣候特點

不同季節(jié)的通風(fēng)策略2.3.3建筑本體模擬—自然通風(fēng)2.3.2建筑本體模擬—室內(nèi)空氣場室內(nèi)空氣溫度場、風(fēng)速場模擬2.3.2建筑本體模擬—負(fù)荷計算復(fù)雜空間特殊圍護結(jié)構(gòu)冷熱源優(yōu)化設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計熱電冷三聯(lián)供設(shè)計蓄能系統(tǒng)分析特殊設(shè)備系統(tǒng)模擬系統(tǒng)運行風(fēng)險預(yù)測2.3.3建筑系統(tǒng)及能耗優(yōu)化全過程管理與集成化設(shè)計1全過程管理是建筑節(jié)能的發(fā)展方向2設(shè)計階段是核心環(huán)節(jié)，須貫徹集成化設(shè)計3模擬分析工具介紹4相關(guān)案例介紹國內(nèi)外建筑模擬的發(fā)展開發(fā)具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的建筑節(jié)能模擬分析平臺的必要性

國外軟件，只能使用美國衛(wèi)星監(jiān)測的氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)國外軟件計算方法不符合我國國情，導(dǎo)致計算出夏熱冬冷地區(qū)55.6kWh/m2；自然通風(fēng)和使用方式建筑使用方式、建筑特點不同、建筑節(jié)能重點不同DeST開發(fā)歷史DeST軟件架構(gòu)采光、日照、陰影、通風(fēng)、室溫、負(fù)荷、系統(tǒng)能耗等計算模塊相關(guān)評價1993年DeST參加了IEA（國際能源組織）組織的世界各國模擬軟件評比，并被評為“所有參加軟件評比中最好的軟件之一”；2007年獲得IBPSA（InternationalBuildingPerformanceSimulationAssociation）杰出貢獻(xiàn)獎；2008年主辦了BuildingSimulationJournal國際季刊，是該領(lǐng)域第一個國際學(xué)術(shù)期刊；2008年度獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎；DeST應(yīng)用情況各類建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)制訂10余部國家和地方的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)重大建筑項目的質(zhì)量保證和節(jié)能優(yōu)化開具應(yīng)用證明的使用DeST進(jìn)行節(jié)能模擬分析的建筑已達(dá)2500萬平米國家大劇院、國家主體育場、國家游泳中心、中南海、人民大會堂、金茂大廈等建筑節(jié)能評估及節(jié)能診斷分階段設(shè)計、分階段模擬（模擬輔助設(shè)計）規(guī)劃設(shè)計方案設(shè)計施工圖設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計方案通過模擬計算進(jìn)行分析評價設(shè)計者滿意否？下一階段YesNo每個階段中應(yīng)用，形成小循環(huán)，避免推翻前期工作空氣處理方案空氣處理設(shè)備……設(shè)計的各個階段都需要模擬分析方法設(shè)計是分階段的，而各個階段又是不斷缺乏數(shù)據(jù)和不斷獲得數(shù)據(jù)的過程，前一階段的結(jié)果將成為后續(xù)階段的已知條件因此輔助設(shè)計的模擬工作也應(yīng)是分階段進(jìn)行的清華大學(xué)開發(fā)的其他建筑模擬工具SunShine、BSAT

建筑日照與遮陽模擬軟件STACH-3

建筑環(huán)境三維CFD模擬軟件SPOTE

室外建筑群微氣候模擬平臺STESS

地鐵熱環(huán)境模擬軟件TNFIRE

地鐵火災(zāi)煙氣模擬軟件HACNET

熱網(wǎng)水力工況模擬軟件VentPlus

建筑自然通風(fēng)模擬軟件UndTube地道風(fēng)模擬軟件…………上述軟件將集成于DeST的模擬分析平臺內(nèi)；同時制定出符合建筑實際設(shè)計過程的“模擬輔助設(shè)計”規(guī)程國家科技支撐計劃“十一五”課題；全過程管理與集成化設(shè)計1全過程管理是建筑節(jié)能的發(fā)展方向2設(shè)計階段是核心環(huán)節(jié)，須貫徹集成化設(shè)計3模擬分析工具介紹4相關(guān)案例介紹通州商務(wù)園園區(qū)全過程節(jié)能管理：園區(qū)整體能源規(guī)劃建筑優(yōu)化設(shè)計：降低建筑物能耗需求機電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計杭州綠色科技館冷輻射表面的防結(jié)露方案設(shè)計與實施自然