建筑能效的评价指标

第六章建筑能效的评价指标主要内容围护结构总传热值（OTTV）制冷机和热泵的性能系数全年负荷系数PAL和能源消费系数CEC评价指标建筑节能的目标或建筑能效管理的效果，需要用某种可以量化的指标来评价。不同建筑物之间具有可比性。数据的可获得性。性能性（Performance）评价指标，即注重结果的综合性指标。规定性（Compellent）指标和性能性指标结合。可比性习惯上用每平米每年（或每月）消耗多少一次能（或二次能）。但单位面积能耗量对不同档次、不同功能的建筑是不一样的。例如，五星级酒店与汽车旅馆的能耗没有可比性建筑节能的评价指标应该是效率指标如果五星级酒店在能耗绝对值上高于汽车旅馆，而它的能源利用效率也高于后者，那么应该肯定五星级酒店比汽车旅馆节能。可获得性评价的依据应通过建筑能源审计、能源管理系统的监测记录或简单的现场测定便可以得到。尽量用实际运行的数据。减少对模拟、仿真得到的“虚拟”数据的依赖性。性能性（Performance）评价指标注重结果的综合性指标实现某一节能目标可以选择各种手段和技术措施。某一方面的单项指标不达标，可以在另一方面来弥补。两类性能性指标固定能耗指标（FixedBudget）变动的能耗指标（CustomBudget）固定能耗指标对各类建筑设定在标准条件下每年每平方米采暖空调能耗限值。优点是能效管理的目标明确缺点是刚性的能耗限值不一定合理。变动的能耗指标根据实际建筑建立一个虚拟的“参考建筑”，“参考建筑”在标准条件下计算得到的采暖空调能耗作为实际建筑的能耗限值。优点是灵活，比较合理。缺点是计算比较麻烦。规定性（Compellent）指标凡是符合所有这些指标要求的建筑，运行时能耗比较低，可以被认定为节能建筑。要经过大量的计算、分析、比较，才能合理地列出这些指标。例如墙体、屋顶等的传热系数、外表面的太阳辐射吸收系数，以及玻璃幕墙和窗户的太阳辐射吸收率、透过率等，对空调采暖负荷影响非常显著，一般要作为规定性指标加以限制。1．围护结构总传热值（OTTV）围护结构总传热值（OTTV）OTTV是总传热值（OverallThermalTransferValue）的英文缩写。OTTV是通过围护结构的以下三部分进入室内的得热量：通过不透明围护结构的导热Qwc；通过玻璃窗的导热Qgc；通过玻璃窗的太阳辐射Qgs。围护结构的传热QOTTVA式中，Q——通过围护结构传入的总热量（W）A——围护结构的总面积（m2）对某一外墙wcgcgsQQQOTTVA外墙OTTV表达式的一般形式式中，Aw,Af——墙和窗的面积(m2);Ai=Aw+AfUw,Uf——墙和窗的传热系数U值(W/m2.K)；TDeq——墙体的冷负荷温差(℃)DT——实际温差(℃)SC——玻璃窗的遮阳系数SF——窗的日射得热因数(W/m2)围护结构的OTTV按各墙体面积加权平均：OTTV评价指标为OTTV确定一定的标准，可以用来控制围护结构设计。规定的是围护结构的总传热量，因此在符合标准的前提下，建筑师仍可以有发挥和调整的余地。如果设计较大的窗墙比（窗面积较大），可以通过选择较好的玻璃（遮阳系数较小）使OTTV仍然符合标准。各国和地区的OTTV标准国家或地区OTTV标准（W/m2）中国香港高层建筑塔楼≤35；高层建筑裙楼≤80泰国屋顶≤25；空调建筑外墙≤45（新建建筑）；≤55（既有建筑）新加坡一般建筑≤45；空调建筑≤35巴基斯坦外墙≤95（平均）；屋顶≤26.82.制冷机和热泵的性能系数制冷机的制冷量制冷机的制冷量是指在单位时间内从被冷却物质（例如空调的媒体空气或水）中提取的热量。制冷量用来度量制冷机或空调系统的制冷能力。制冷量用国际单位表示时是W（瓦）或kW（千瓦）；用工程单位表示时是kcal/h（千卡/小时）。制冷量单位美国常用Btu/h（BritishThermalUnit，英热单位/小时）。换算关系：1W=0.86kcal/h=3.412Btu/h；1Btu/h=0.252kcal/h美国还常用“冷吨”来表示制冷量，1冷吨是指1吨0℃的水在24小时内凝结成0℃的冰所需要提取的热量。1USRt（美国冷吨）＝3517W＝3024kcal/h＝12000Btu/h性能系数（CoefficientOfPerformance，COP）制冷机在制冷循环中，所产生的制冷量与所消耗的功量之比，称为制冷机的制冷系数，或称为性能系数。eQCOPW式中，Qe——制冷量（W或kW）W——消耗功率（W或kW）性能系数和能效比在国际单位制（SI）中，性能系数是无因次量。在美国，有时也用英热单位表示性能系数，并将用Btu/kWh表示的性能系数称为能效比（EnergyEfficientRatio，EER）。在中国，也有人将COP和EER混用，尽管EER也成为一个无因次量（kW/kW）。但似乎也有一个约定俗成：用COP时是单指制冷压缩机的性能系数；而用EER时则是指整台机组甚至整个系统的能效比。制冷机评价在评价一台制冷机组时，不仅要看压缩机的功耗，还要加上其它辅助设备的功耗。例如，有一台名义制冷量为315kW的空气源冷水机组，其压缩机的电机功率为98.3kW，那么它的COP应为3.2；而如果加上其冷凝器冷却风机的电机功率4.5kW，那么它的EER就降低到3.06。热泵机组的COP在热泵循环时消耗能量W，从低温热源提取热量Qe转换为高温热源的热量Q1提供给建筑物采暖。Q1与W之比，称为热泵的制热系数或性能系数。1hQCOPW因为1eQQW所以1ehQWCOPCOPW热泵机组的性能系数热泵的性能系数永远大于1。用热泵供热，比用电直接加热要经济得多。离心式水冷冷水机组的性能系数要求名称制冷量范围（kW）≤527527~11631163水冷式额定工况性能系数COP3.84.24.7风冷式或蒸发冷却式额定工况性能系数COP2.652.4额定工况条件为供冷水温度7℃，回水温度12℃，水冷式机组冷却水供水温度32℃，回水温度37℃；风冷式机组室外空气温度35℃。容积式冷水（含热泵制冷）机组的性能系数要求压缩机类型往复式螺杆式及其他旋转容积式制冷量（kW）≤4545~116116≤116116~230230水冷式3.43.53.63.653.753.85风冷和蒸发冷却式2.392.482.572.462.552.64容积式冷水（含热泵制冷）机组名义工况时的温度条件项目使用侧热源侧（或放热侧）冷、热水水冷式风冷式蒸发冷却式进口水温出口水温进口水温出口水温干球温度湿度温度干球温度湿度温度制冷127303524①35②24热泵供热404515.576-①使用于湿球温度对冷凝器热交换产生影响的机组（利用凝结水等的潜热作为热源型式的机组）。②干球温度仅作为参考，补充水温30℃。蒸汽溴化锂吸收式冷水机组的性能指标要求额定工况性能指标型式加热源冷水出口温度℃冷却水进口温度℃名义制冷量范围kW单位制冷量冷却水流量m3/kW单位制冷量蒸气耗量kg/kW.h蒸气压力(表)MPa单效型0.10732≥1160.2852.35双效型0.25131.450.407101.350.607101.300.807直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的能耗要求项目制冷供热额定工况冷（热）水出口温度℃760冷水进、出口温度差5-冷却水进口温度32-单位制冷量冷却水流量m3/(h∙kW)0.260-冷（热）水、冷却水侧污垢系数m2∙℃/kW0.086单位制冷（供热）量燃料耗量轻柴油kg/(h∙kW)Nm3/(h∙kW)0.0770.093重油0.0790.095人工煤气0.2210.271天然气0.0910.112注：1.标准状态（101.325kPa,0℃）下的燃气体积单位以Nm3表示。2.单位制冷（供热）量燃料消耗量是指下列热值下的数值：即：轻柴油低热值：42.9MJ/kg；重油低热值：41.9MJ/kg；人工煤气高位热值：16.3MJ/Nm3；天然气高位热值：39.5MJ/Nm3。美国ARI标准从美国进口的离心或螺杆机组。如果没有特别指明，这些冷水机组都是按美国制冷学会（AmericaRefrigerationInstitute，ARI）的标准（ARI550/590）生产的。ARI离心式和螺杆式冷水机组标准（ARI550-92）中对建筑负荷变化的分析便是采用美国采暖制冷空调工程师学会（ASHRAE）总部所在地——美国佐治亚州的亚特兰大市的气象参数。中美之间离心机和螺杆机COP的最大差异在工况温度和水的污垢系数上。ARI550/590-1998标准中规定的标准工况水冷式蒸发冷却式风冷式冷却水入口温度29.4℃水流量0.054L/sperkW冷凝器污垢系数水侧0.000044m2℃/W空气侧0.000m2℃/W0.000m2℃/W空气入口条件干球35.0℃湿球23.9℃冷水出口温度6.7℃水流量0.043L/sperkW蒸发器污垢系数水侧0.000018m2℃/W注：ARI550-590标准的1998标准到2003再到2011年的标准工况无变化。ARI550/590标准中额定工况参数的变化标准版本工况参数ARI550-83ARI550-92ARI550/590-1998ARI590-81ARI590-92温度冷冻水进出水温度6.7℃/12.3℃冷却水进出水温度29.4℃/35℃水侧污垢系数冷冻水侧0.086m2·℃/kW0.044m2·℃/kW0.018m2·℃/kW冷却水侧0.086m2·℃/kW0.044m2·℃/kW0.044m2·℃/kW注：ARI550-590标准的1998标准到2003再到2011年的额定工况参数无变化。我国冷水机组标准我国冷水机组应用的主要地区夏季不仅干球温度较高，而且大多数地区平均湿球温度也较高，冷却塔出水温度要达到32℃以下是相当困难的。我国冷水机组标准中将冷却水进水温度定为32℃。我国大部分地区常常应用地下水作为工业用水，也没有完备的水处理条件，水质较差。因此在我国冷水机组标准中规定冷冻水、冷却水侧的污垢系数为0.086m2·℃/kW。ARI工况和中国工况我国空调工况冷却水进水温度高于ARI标准，机组在较高的冷凝温度下运行，因此在ARI工况下运行的冷水机组在中国工况下的满负荷效率（COP）下降值可估算为5％。同一台冷水机组在我国水侧污垢系数较高的条件下，与ARI工况相比，其满负荷效率（COP）的降低幅度平均可达5%～10%。综合ARI空调工况和中国空调工况在冷却水温度和污垢系数方面的差异分析可以得出：同一台冷水机组在ARI空调工况时的名义满负荷效率（COP）在中国空调工况下要降低10%～15%。制冷机组的季节能效比制冷机组的季节能效比用SEER（SeasonalEnergyEfficiencyRatio）表示。SEER取决于机组的部分负荷效率，美国的各种建筑节能标准中都要求冷水机组制造厂商提供SEER的数据，美国ARI标准也规定了测试SEER的工况条件。美国用的SEER单位是Btu/kWh，我国用的单位是W/W。二者之间相差3.412倍。SEER制冷机在整个供冷季节提供的冷量制冷机在整个供冷季节所消耗的功率热泵采暖季节性能系数采暖季节性能系数HSPF（HeatingSeasonalPerformanceFactor）HSPF热泵在整个采暖季节所提供的热量＋辅助加热装置提供的热量热泵在采暖季所消耗的总功率＋辅助加热装置消耗的功率平衡温度空气源热泵在供热工况下运行时，遇到的最大问题之一就是当室外气温很低时，建筑散热量增加、采暖负荷加大，但空气源热泵在低温下的效率降低，制热量减少。气温越低、越供不出热。空气源热泵有一个平衡温度。当室外气温低于平衡温度时，需要辅助热源补充供热。这个平衡温度与建筑围护结构的保温情况（即总传热系数OTTV）有关。OTTV越小，保温越好，平衡温度便越低。空气源热泵的供热平衡温度CDABA’OEF温