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摘要：本文对我国当前建筑能耗状况进行了简明介绍，表明了我国建筑高能耗高比例且能源消耗不平衡的实际状况。而该状况如果不能得到改善，我国的能源管理将面临巨大的危机和挑战。因此，通过对能耗构成进行分析，从暖通空调系统的角度出发，给出降低建筑能耗以及平衡能源结构的建议。
关键词：建筑能耗；暖通空调系统；节能降耗；能源平衡
1.我国建筑能耗现状
当前，我国正处于一个高速发展、大力建设的时期。现代化、城市化的目标孕育了大量的建筑工程，成就了诸如中国樽、上海中心、环球金融中心、广州塔等一大批标志性建筑，也成就了众多的城市地产和新农村建设，建筑行业呈现繁荣景象。
然而，令人深感遗憾的是，在一幢幢拔地而起的华丽建筑中，高能耗建筑占比过大。根据前瞻产业研究院发布的《2013－2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》中的数据显示，我国目前既有建筑面积超过500亿平方米，90％以上是高耗能建筑，城镇节能建筑占既有建筑面积的比例仅为23.1％。而如果要达到同样的室内舒适度，中国单位建筑面积能耗是同等气候条件发达国家的2至3倍。这样的高能耗指标，不但会成为我国经济发展的软肋，还将加剧能源危机，而高能耗导致的高排放也会成为环境保护的巨大威胁。
同时，我国建筑能源消耗呈现出了巨大的不平衡。就当前看来，我国建筑的主要消耗能源为电力和天然气，这两种建筑消耗能源都呈现出“峰谷”结构。夏季，白天工作时间空调制冷，造成电力紧张。夜晚，部分公共建筑关闭，电力需求下降；冬季，供暖锅炉启动，天然气需求量大。采暖期结束后，供暖锅炉停止运行，只有热水锅炉运行，导致天然气有所囤积。这样的消耗特点，不紧降低了发电厂和天然气站的运行效率，还使得能源管理变得困难重重。
2.建筑能耗构成
建筑能耗指建筑物内各种用能系统和设备的运行能耗，主要包括采暖、空调、照明、家用电器、办公设备、热水供应、炊事、电梯、通风等能耗。通常所说的建筑能耗仅指非生产性建筑的能耗，即民用建筑能耗。依据建筑功能，民用建筑可以分为住宅建筑和公共建筑两大类。本文主要讨论公共建筑。
图1 建筑能耗系统示意图
然而，在建筑能耗的构成中，暖通空调系统（采暖、空调及通风）的能耗占了整个建筑能耗的50%-60%。
3.能耗过高的原因
由于暖通空调系统在建筑能耗中占的比重较大，因此，降低建筑能耗及平衡能源结构的核心就是优化暖通空调系统在建筑中的应用。根据以往的一些工程案例，暖通空调系统存在一定程度的能源浪费现象，而该现象主要是由于“系统设计不合理”和“运行管理不到位”所导致。
1）系统设计不合理
在一些项目特别是中小型项目中，暖通空调系统的设计没有充分考虑到地域性、功能性、结构性以及建筑材料等因素，一概采用经验来进行设计、选型。暖通空调系统设计的基础是建筑冷热负荷计算，而很多的项目并未根据建筑实际情况进行精确的计算，取而代之的是“指标估算（W/㎡）”。这种方法可以缩短设计周期，但并不准确。“负荷指标”本身只是过往经验的一种大概总结，是一个范围值，在估算的过程中，由于保守的心态，担心将来系统效果不好，就会往大的值估算。另外，在循环泵的选型上也普遍存在扬程高估算的情况。而很多实际案例表明，设备的选型都存在功率过大的情况，因而造成了能耗过高。
此外，一些项目在冷热源设备类型的选择上，没有根据实际情况做到充分论证、评估节能效果，盲目的选型也是造成能耗过高的原因之一。
2）运行管理不到位
系统的运行应当符合建筑的实时需求，在保证了建筑舒适度的同时减少能源消耗。然而，在过往的很多项目中，系统的操控主要由人工进行，由于对一些信息（气象参数、使用面积等）的变化把握不准，不能做到让系统的工作状态随环境的变化而及时作出调整，也会造成能源浪费。
4.改善途径
1）规范设计、合理选择
在建筑的暖通空调系统设计过程中，一定要切合实际，遵循相关设计规范，进行标准设计、合理选择。例如：《建筑工程设计文件编制深度规定》（2016）版明确规定要提供冷热负荷、风量、水量的计算书；《采暖通风与空气调节设计规范》对中央空调设计夏季室内参数规定为22-28℃，冬季工况室内参数为16-24℃。《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）中明确提出供暖空调冷源与热源应根据建筑规模、用途、建设地点的能源条件、结构、价格、以及国家节能减排和环保政策的相关规定，通过综合论证确定。
2）加大自动化控制程度
暖通空调系统的设计是以建筑的最大冷热负荷为依据进行的。然而，建筑的冷热环境并不是一尘不变的。气候条件的变化、使用面积的变化、工作时间的变化都会改变建筑的实际负荷需求。因此，要让系统处于最佳运行状态，就需要及时获取与建筑环境相关的实时参数，才能保证系统的运行与环境变化相一致。而这一工作如果由人工去完成，不仅耗时长，还有可能不精确，从而也就不能对系统运行进行及时调整，达不到节能降耗的目的。
有效的途径是借助计算机网络及信息技术、自动化技术，采用自动控制的方式。虽然建筑设备自动化技术在50世纪50年代后期就引入我国，但是发展一直比较缓慢。近些年，自动化技术在暖通空调系统中的应用取得了一定的成就，但是还不够。比如，控制逻辑不严谨、自动化程度不高、小型项目不应用自动控制等等。因此，在暖通空调系统的基础上，合理设计一套针对性的自动控制系统。根据系统结构，设置相应的参数检测点，利用相关仪表和检测装置完成温湿度、压力、流量、风速等参数的检测，并通过传输线路以数字信号或模拟信号的形式及时反馈至控制器，再由控制器根据预先编制的控制逻辑同样以数字信号或模拟信号的形式发出指令到机组、泵组以及电动阀、电动调节阀、电动风阀、变频器等机构，最终高效、准确的完成对系统运行状态的调整。
5.平衡能源结构
平衡能源结构，就是要“削峰填谷”。前面提到电力和天然气两大能源的使用状况均呈现出“峰谷”结构，这对于能源的开发和管理是极为不利的。在考虑节能降耗的同时，应当还要考虑能源结构的平衡。
1）蓄能技术抑制高峰用电
为了达到电力的“削峰填谷”，我国多地电力需求管理侧推行了峰谷电价政策。以北京为例：
图2 北京城区非居民用电价格表 图3 北京郊区非居民用电价格表
从价格表中可以看出，以一般工商业1-10KV为例，尖峰价格是低谷价格的4倍之多；高峰价格是低谷价格的近4倍。如果能将白天尖峰、高峰的空调用电转移到夜间低谷，不但能为用户节省大量的电费，还能实现电力的“削峰填谷”。在这样的政策背景下，中、大型暖通空调系统设计应当优先考虑使用蓄能式系统，即冰蓄冷、水蓄冷、水蓄热。
图4 蓄能式系统削峰填谷示意图
然而，虽然有相应的政策支持，但是我国的蓄能技术发展相对美国、日本和韩国，发展非常缓慢。究其原因，主要是用户意识不够，因为蓄能式系统初始投资较普通系统要高。但是后期的运行费用要比普通系统低很多，一般3-5年可将超额投资部分回收，之后的时间可实现收益。因此，设计方在提供蓄能式系统设计方案时应当向用户进行详细的数据分析、充分的收益说明，让用户明白投资蓄能式系统的收益点。这样，政策的支持加用户的意愿，才能将蓄能系统推广开来。
2）燃气热泵助力夏季制冷
燃气热泵（GHP，GAS HEAT PUMP），也可以简单的理解为燃气空调，诞生于日本。1979年世界第二次石油危机爆发，同年日本出现夏季罕见酷暑，全国空调用电量激增，电力公司供电告急。在这样的背景下，1981年日本政府组织相关地方燃气部门、相关企业共同研发燃气热泵。1987年，YANMAR牌燃气热泵诞生，之后，燃气热泵在日泵市场迅速扩张，不但缓解了电力供应，还实现了天然气的“削峰填谷”。
图5 GHP削峰填谷示意图
燃气热泵自2003年进入我国，但发展一直疲软。主要原因在于：第一，企业对设备的宣传、推广不够，导致众多潜在用户并不知道此类设备，甚至很多设计院都不了解。第二，目前国内市场的燃气热泵均为日本品牌，一半以上是原装进口，导致价格过高，很多用户接受不了较高的投资。
因此，要实现良好的“削峰填谷”，还增加燃气热泵的实际应用。首先，企业、燃气部门应当联合起来，结合设计院进行广泛的宣传和推广，让用户明白燃气热泵的优势。燃气热泵除了能在宏观实现“削峰填谷”，就设备而言，还能实现冬季的强劲制热，这是普通空气源热泵（EHP）无法做到的。所以，就这点而言，对于冬季制热需求高的北方特别适用，一套设备可以实现冬夏两季共用，无需再加辅助设备。其次，为了长期的发展，企业应当考虑逐步国产化，这样可以缩短订单周期，也降低用户成本。在天然气供应设施完善、并且价格不太高的地区，可优先考虑使用燃气热泵。
6.结语
建筑的节能降耗是当务之急，但是在节能降耗的同时还应当考虑到整体能源结构的平衡。这样，才有利于能源的管理，才有利于我国经济的持续发展。从这点上讲，就要掌握好新规范、新标准，重视新能源、新技术，并切合建筑实际，设计合理的暖通空调系统。
参考文献
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[5]GB50019-2003.《采暖通风与空气调节设计规范》[S]
[6]GB50189-2015.《公共建筑节能设计标准》[S]
论文作者:童宁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/3
标签：建筑论文; 能源论文; 系统论文; 暖通论文; 燃气论文; 空调系统论文; 我国论文; 《建筑学研究前沿》2018年第28期论文;