全过程管理与集成化设计全过程管理与集成化设计p1 全过程管理是建筑节能的发展方向p2 设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计p3 模拟分析工具介绍p4 相关案例介绍全过程管理1.1 全过程管理的重要性1.2 总原则：基于“用能数据”的全过程节能管理1.3 实现途径：全过程管理的具体工作内容全过程管理的重要性n建筑从可研-设计-施工-验收-使用，整个过程跨度很大，各阶段协调不足，各有标准，各自为政n工种之间配合不足：建筑设备，工艺控制，设计运行，导致节能目标无法实现n下面以一些案例进行说明；规划阶段的问题举例 在传统城市规划过程中，对城市的用能是以传统用能方式为基础进行规划，由于规划过程中往往抱有“宁大勿小”的思想，安全系数被多次重复叠加，造成能源负荷的选取偏大，造成的能源利用效率偏低，高能耗，高碳排放量等问题。规划阶段的问题举例传统能源规划方式新的能源规划方式兼顾实际使用情况的能源规划方式，可大大降低项目整体能源系统的初投资设计阶段的问题举例n冷机、水泵以及水冷机前后的阀门联动平时常闭平时常闭平时常闭平时常闭设计阶段的问题举例-排风热回收40mn乙二醇溶液热回收方式只能对排风中的显热进行热回收；n溶液管道过长是否会影响热回收效率，是否会增加溶液泵的功耗？施工阶段的问题举例调试不合格n软管连接部位，软管打结n风阀没有进行初调节等运行阶段的问题举例-转轮热回收n风阀位置决定其运行工况设计工况某低能耗示范某低能耗示范某低能耗示范某低能耗示范政府办公楼政府办公楼政府办公楼政府办公楼 开开开开开开开开关关关关关关关关冬夏冬夏冬夏冬夏运行阶段的问题举例-转轮热回收n风阀位置决定其运行工况设计工况某低能耗示范某低能耗示范某低能耗示范某低能耗示范政府办公楼政府办公楼政府办公楼政府办公楼 关关关关关关关关开开开开开开开开过渡季过渡季过渡季过渡季运行阶段的问题举例-转轮热回收n风阀位置决定其运行工况实际工况某低能耗示范某低能耗示范某低能耗示范某低能耗示范政府办公楼政府办公楼政府办公楼政府办公楼 开开开开开开开开开开开开开开开开夏天夏天夏天夏天根本没有根本没有根本没有根本没有起到作用起到作用起到作用起到作用全过程管理1.1 全过程管理的重要性1.2 总原则：基于“用能数据”的全过程节能管理1.3 实现途径：全过程管理的具体工作内容基于“用能数据”的全过程节能管理n确定建筑合理用能数据用以约束设计、施工、运行等阶段n各个阶段均应以检查是否满足建筑能耗指标为整体的要求，从而将节能管理贯穿于全过程之中立项阶段设计阶段施工阶段运行阶段建筑用能数据基于“用能数据”的全过程节能管理n在建筑立项时建筑具体设计还未明确，因此不必具体落实在项目中将使用哪些具体的节能技术n项目业主参与制定建筑全过程定量节能管理的能源数据基于“用能数据”的全过程节能管理n在方案招投标时，建筑规划用能量就成为了招投标的标的n项目投标方在标书中需要提供充分的论证材料，证明项目如何能够达到规划用能量的要求n项目评标方通过组织专家的形式，对论证材料进行评审基于“用能数据”的全过程节能管理n在项目中标后，设计方首先将建筑规划用能量分配到各专业n各专业通过计算方法，得到设计方案的具体能源消耗量n考察其是否达到能源规划的节能数值 基于“用能数据”的全过程节能管理n在施工图设计阶段，各设计专业通过计算的方法，将规划的用能量通过具体的系统方案和设备选择落实n通过施工图设计，确定各设备的容量及具体性能参数基于“用能数据”的全过程节能管理n在设备招投标阶段，设计选择的设备具体性能成为设备招投标的标的n各设备投标方根据标的提出的性能要求提供相应设备基于“用能数据”的全过程节能管理n建立工程竣工节能验收，通过现场测试各设备与子系统的性能，进而估算全年能耗n考察是否达到规划的用能量，确保施工过程符合要求及保证系统调试合格 基于“用能数据”的全过程节能管理n实行公共建筑“用电分项计量和数据集中采集系统”n对各分项系统的用能指标进行集中的动态监测与管理，不断地与用能标准进行比较n杜绝各种由于管理运行的疏忽造成的能耗增加基于“用能数据”的全过程节能管理n在节能改造后，也需通过节能指标的具体变化，对节能改造的成果给予合理评价。 Government office building in Beijing70kWh/m22.94.01030154.83014078kWh/m225kWh/m215kWh/m222kWh/m23kWh/m21kWh/m20.25GJ/m2+5kWh/m237kWh/m23kWh/m24kWh/m234kWh/m27kWh/m2全过程管理1.1 全过程管理的重要性1.2 总原则：基于“用能数据”的全过程节能管理1.3 实现途径：全过程管理的具体工作内容全过程管理的具体工作内容改善小区的微气候，减小热岛效应n采用低反射下垫面n采用浅色屋顶n绿化技术n加强小区内自然通风，避免通风死角n保证建筑自然采光全过程管理的具体工作内容n能源系统q能源负荷的准确预估能源负荷的准确预估q常规能源利用的合理配置q合理利用可再生能源q充分利用现有资源，如工厂余热等n水系统q中水系统-污废水回用q雨水收集、回用系统n垃圾处理q建立沼气池或生物垃圾处理系统初始方案全过程管理的具体工作内容方案招投标n项目投标方在标书中需要提供充分的论证材料，证明项目如何能够达到节能要求；n通过对设计方案的模拟分析（建筑外环境和建筑本体），保证设计方案的节能效果；n对整体能源方案进行合理设计，保证能源供给系统高效节能；全过程管理的具体工作内容建筑与机电方案设计n优化建筑体型、遮阳技术n加强自然通风、利用自然采光n降低建筑物本身的能源需求n建筑负荷的准确计算，并配置高效适宜的能源系统和设备n绿色照明技术等n自动控制系统全过程管理的具体工作内容建筑与机电施工图设计n空调系统优化设计n复杂空间复杂空间空调系统设计n确定各设备的容量和性能参数n系统运行效果预测系统运行效果预测及能耗预测n特殊系统或设备的模拟分析，如蓄冷系统、温湿度独立控制系统、三联供系统等；n建筑整体的节能评估； 关于设计阶段的相关问题，将在下一节集成化设计内展开介绍。全过程管理的具体工作内容设备招投标n施工图设计阶段确定的设备具体性能参数成为设备招标的依据，不仅包括额定工况产品性能，还包括常用工况的产品性能；n厂商需要提供充分的材料，如设备的产品样本、特性曲线及相关测试数据等，证明设备如何能够达到标书要求；全过程管理的具体工作内容施工调试阶段n通过现场测试各设备与子系统的性能，确保施工过程符合要求及保证系统调试合格n风系统调试n水系统调试n自控系统调试，并确定全年运行策略全过程管理的具体工作内容运行管理阶段n实行公共建筑“用电分项计量和数据集中采集系统”，对各分项系统的用能指标进行集中的动态监测与分析n建筑节能运行管理导则n设备定期检测、维护n与设备运行管理人员进行交流培训全过程管理与集成化设计p1 全过程管理是建筑节能的发展方向p2 设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计p3 模拟分析工具介绍p4 相关案例介绍设计过程建筑节能的核心环节n2.1 良好的设计是节能运行的基础n2.2 集成化设计方法n2.3 模拟分析技术在辅助设计中的应用良好的设计是建筑节能运行的基础n大量诊断案例表明：设计的先天不足是建筑不节能运行、不舒适运行的根源不节能的各类问题所占比重 例：某政府机构办公楼n完全满足公共建筑节能设计标准q采用了low-e镀膜双层窗，多种保温性能良好的围护结构部件q安装了转轮热回收装置等高性能空调设备q先进的自动控制系统n空调年电耗70kWh/m2，是其他被测建筑的34倍q空调系统结构形式不合理q运行调节策略不当，导致冷机、水泵、风机等没有工作在最佳工况点问题举例：冷机选型偏大n装机容量：大型离心式冷水机组31758kWn最大运行台数：一台n负荷率：一台，90%时间负荷率70%n2005年夏季，冷水机组运行电耗达18.1万kWhn若冷机维持COP5.5，则可节电4.1万kWh，节能率达到22% 离心式冷冻机离心式冷冻机离心式冷冻机离心式冷冻机COPCOP随负荷变化规律随负荷变化规律随负荷变化规律随负荷变化规律 问题举例：冷机选型偏大 离心式冷机能效离心式冷机能效离心式冷机能效离心式冷机能效比比比比COPCOPCOPCOP随冷机负荷的随冷机负荷的随冷机负荷的随冷机负荷的减小而迅速下降，导减小而迅速下降，导减小而迅速下降，导减小而迅速下降，导致制冷效率降低致制冷效率降低致制冷效率降低致制冷效率降低问题举例：冷机选型偏大nB建筑冷站共有同样型号的离心式冷机10台，平时仅开启其中两台就能满足要求，最多开启4台。n冷机台数过多不仅增加初投资，还使得冷站复杂，旁通、混水现象时有发生，运行调节困难。问题举例：水泵扬程和流量过大n普遍现象q水泵实际流量超过设计2030%，实际扬程低于设计值q水泵效率普遍在60以下n原因q管道选粗了，S值减小，水泵设计扬程却没有相应减小q盲目增加安全余量q不做认真的水力计算，只用冷水机组的流量和标准的扬程上限来确定水泵的型号n危害q造成水泵性能与管路实际阻力状况不匹配q导致水泵长期在低效率点工作，电流和能耗超标、甚至有烧毁电机的危险问题举例：水泵选型偏大，温差小电耗高n大部分建筑空调冷冻水供回温差仅有2度A1A2G建筑建筑2006年年7月月问题举例：水泵效率实测结果n实测六座政府机构公共建筑中央空调系统36台冷冻泵、冷却泵效率，最高效率为65，最低效率仅为36六座政府办公楼空调系统水泵夏天耗电139.7万kWh/年提高泵效达到国家建筑节能标准规定的能效限值可节电39.4万kWh，节能率达到28%实例：实际上只需要实例：实际上只需要17m17m扬扬程，但却选了程，但却选了51m51m的水泵。的水泵。工作点严重偏离设计点，工作点严重偏离设计点，效率降为效率降为30%-50%30%-50%。问题举例：冷却水泵选型偏大，为防止电机烧毁，只能关小阀门 扬程扬程管道阻力管道阻力流量流量开阀开阀阀损失阀损失管道损失管道损失关阀关阀0.94MPa0.99MPa1.11MPa1.45MPa冷却塔冷却塔冷却塔冷却塔冷水机组冷水机组310 t/h-12m-34m+51m-5m问题举例：VAV系统分区不当 n症状：冷热不当，难以调整 n原因q风系统分区不当 q水系统分区不当n东内区和北向外区的风系统由同一支水立管负责。n在冬季或过渡季，会出现q东内区需要供冷q北外区需要供热一根水管供两一根水管供两个空调箱个空调箱问题举例：VAV系统分区不当 n在夏季较热的情况下，窗附近感觉过冷，而离开窗一定距离又感觉偏热。通过负荷模拟分析，发现东南外区设计进深为2m，外区设计进深过小。n东北角区域2被并入东南外区。实际上此区域的全年负荷特性更接近北向外区。n西南角1区也有类似的问题。外区设计进深外区设计进深2米，太小米，太小建成使用后很难通过调节或简单改造来解决通过科学的设计方法，减少和避免设计不当问题，是建筑节能的首要环节设计过程建筑节能的核心环节n2.1 良好的设计是节能运行的基础n2.2 集成化设计方法n2.3 模拟分析技术在辅助设计中的应用集成化设计方法n背景q建筑设计是建筑节能技术推广、使用中最重要的环节q传统的线性化设计模式很难真正有效地利用各种节能建筑技术（尤其是建筑与机电专业的协作不畅尤其是建筑与机电专业的协作不畅）n集成化设计概念（注重不同工种的同步协同）q不同专业的设计人员、在不同设计阶段都能够在建筑全寿命周期能耗分析的基础上，共同对设计过程进行优化，以正确选择建筑材料、部件、技术和设备集成化设计方法n将传统的建筑功能和建筑节能做为同等重要的双重目标，变线性化设计为环状的协同化设计集成化设计的特点n以技术集成为中心的设计过程;n涉及到整个设计过程的各个不同阶段n多学科合作，涉及不同专业的设计人员在不同环境下使用各种手段进行同步的沟通，涵盖设计的所有方面n配合模拟仿真技术模拟仿真技术等手段以及综合评价，保证设计过程的科学性追求成熟的、低成本的、因地制宜的技术，而非一味推崇高科技技术追求建筑本体、机电系统、运行管理、建筑使用的有机结合，不是各项节能技术的简单堆砌设计过程建筑节能的核心环节n2.1 良好的设计是节能运行的基础n2.2 集成化设计方法n2.3 模拟分析技术在辅助设计中的应用模拟计算模拟计算比较分析比较分析提出方案提出方案模拟分析技术在设计中的应用2.3.1建筑外环境模拟n热岛效应模拟n室外风环境模拟n阴影遮挡模拟夏季主导风向夏季主导风向夏季主导风向夏季主导风向南风南风南风南风北风北风北风北风冬季主导风向冬季主导风向冬季主导风向冬季主导风向2.3.2建筑本体模拟日照 采光 遮阳冬季冬季冬季冬季夏季夏季夏季夏季建筑物形式通风开口方式气候特点不同季节的通风策略2.3.3建筑本体模拟自然通风2.3.2建筑本体模拟室内空气场n室内空气温度场、风速场模拟2.3.2建筑本体模拟负荷计算n复杂空间n特殊围护结构n冷热源优化设计n空调系统优化设计n热电冷三联供设计n蓄能系统分析n特殊设备系统模拟n系统运行风险预测2.3.3建筑系统及能耗优化全过程管理与集成化设计p1 全过程管理是建筑节能的发展方向p2 设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计p3 模拟分析工具介绍p4 相关案例介绍国内外建筑模拟的发展开发具有我国完全自主知识产权的建筑节能模拟分析平台的必要性u 国外软件，只能使用美国卫星监测的气象数据数据u 国外软件计算方法不符合我国国情，导致计算出夏热冬冷地区55.6kWh/m2；u自然通风和使用方式u建筑使用方式、建筑特点不同、建筑节能重点不同DeST开发历史DeST软件架构采光、日照、阴影、通风、室温、负荷、系统能耗等计算模块采光、日照、阴影、通风、室温、负荷、系统能耗等计算模块相关评价u1993年DeST参加了IEA（国际能源组织）组织的世界各国模拟软件评比，并被评为“所有参加软件评比中最好的软件之一”；u2007年获得IBPSA（International Building Performance Simulation Association）杰出贡献奖；u2008年主办了Building Simulation Journal国际季刊，是该领域第一个国际学术期刊；u2008年度获得国家科学技术进步二等奖；DeST应用情况n各类建筑节能标准制订q10余部国家和地方的节能标准n重大建筑项目的质量保证和节能优化q开具应用证明的使用DeST进行节能模拟分析的建筑已达2500万平米q国家大剧院、国家主体育场、国家游泳中心、中南海、人民大会堂、金茂大厦等n建筑节能评估及节能诊断分阶段设计、分阶段模拟（模拟辅助设计）规划设计规划设计规划设计规划设计方案设计方案设计方案设计方案设计施工图设计施工图设计施工图设计施工图设计空调系统设计空调系统设计空调系统设计空调系统设计设计设计设计设计方案方案方案方案通过模拟计算通过模拟计算通过模拟计算通过模拟计算进行分析评价进行分析评价进行分析评价进行分析评价设计者满意否？设计者满意否？设计者满意否？设计者满意否？下一下一下一下一阶段阶段阶段阶段YesYesNoNo每个阶段中应用，形成小每个阶段中应用，形成小每个阶段中应用，形成小每个阶段中应用，形成小循环，避免推翻前期工作循环，避免推翻前期工作循环，避免推翻前期工作循环，避免推翻前期工作空气处理方案空气处理方案空气处理方案空气处理方案空气处理设备空气处理设备空气处理设备空气处理设备设计的各个阶段都需要模设计的各个阶段都需要模拟分析方法拟分析方法设计是分阶段的，而各个设计是分阶段的，而各个阶段又是不断缺乏数据和不阶段又是不断缺乏数据和不断获得数据的过程，前一阶断获得数据的过程，前一阶段的结果将成为后续阶段的段的结果将成为后续阶段的已知条件已知条件因此辅助设计的模拟工作因此辅助设计的模拟工作也应是分阶段进行的也应是分阶段进行的清华大学开发的其他建筑模拟工具 nSunShine、BSAT 建筑日照与遮阳模拟软件nSTACH-3 建筑环境三维CFD模拟软件nSPOTE 室外建筑群微气候模拟平台nSTESS 地铁热环境模拟软件nTNFIRE 地铁火灾烟气模拟软件nHACNET 热网水力工况模拟软件nVentPlus 建筑自然通风模拟软件nUndTube 地道风模拟软件nn上述软件将集成于DeST的模拟分析平台内；n同时制定出符合建筑实际设计过程的“模拟辅助设计”规程n国家科技支撑计划“十一五”课题；全过程管理与集成化设计p1 全过程管理是建筑节能的发展方向p2 设计阶段是核心环节，须贯彻集成化设计p3 模拟分析工具介绍p4 相关案例介绍通州商务园园区全过程节能管理：n园区整体能源规划n建筑优化设计：降低建筑物能耗需求n机电系统优化设计杭州绿色科技馆n冷辐射表面的防结露方案设计与实施n自然通风利用方案设计与实施n地源热泵系统，并增加换热器利用地下免费冷源的方案n噪声解决方案与实施n智能照明控制方案n分项计量方案水立方n合理设置膜层结构，使得建筑物满足不同季节的节能要求n解决膜层防结露问题n利用自然通风对夹层空腔进行冷却降温n室外新风合理利用方案n热回收设计方案国家大剧院n大空间的负荷模拟计算和空调选型n大空间的温度分布和气流组织设计n室外新风合理利用方案n空调系统全年运行策略 首都国际机场T3航站楼n建筑遮挡对围护结构负荷的影响n玻璃幕墙热工性能分析n研究航站楼空调负荷的构成，并分析节能措施的实施效果n航站楼空调负荷的全年模拟，为冷热源的选择提供设计依据 凤凰卫视n分析建筑造型对室外风环境的影响，并提出改进建议n建筑围护结构的优化设计n外围护遮阳设备的设计n自然通风模拟分析，设计建筑的开窗位置及面积n中庭热环境的模拟分析，对中庭极端状况下的室内舒适度评价 咸阳机场T3航站楼n分析围护结构表面全年逐时日影状况；n全年空调负荷模拟计算和设备选型；n地板辐射供冷能力分析；n空调系统全年能耗模拟计算；n大空间湿度场的研究；将台路商务中心 n建筑外形与周边布局对建筑风环境的分析n建筑对周边建筑的自然采光效果的分析n建筑常用区域的换气效率和内部封闭区域的新风供给水平n建筑的自然采光效果n四季花园空调系统优化设计n建筑围护不同彩釉点比例的优化设计 CCTV新台址 广州烟草大厦 交通枢纽项目广州火车站广州火车站（中庭环境设计）（中庭环境设计）天津枢纽站天津枢纽站（温湿度独立控制）（温湿度独立控制）北京南站北京南站（热电冷三联供系统）（热电冷三联供系统）12座新建奥运建筑节能评估n科技大学体育馆科技大学体育馆12座新建奥运建筑节能评估谢谢各位！2011.03.23