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建筑运维可以为节能减排做些什么

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发表于 2016-11-17 11:14:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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作者:某人

来源:知乎


托目前公司这个平台的福,对从方案、施工图、系统调试、竣工验收,甚至运行管理都有一些了解。就从上述各个阶段入手,抛砖引玉地谈一谈暖通节能有哪些可以做的,一些浅见仅供同行们参考。当然其中有可能并不是直接和节能有关的,但最终却会影响到整个系统节能效果的,也提出来供大家探讨。

关于第一个问题,相信前面的答案已经说得比较透彻了,我也比较认可在某些具体项目中超过50%的说法。整体而言应该在50%上下,这个视项目所在地的气象条件而定,比如广州、深圳、北京、哈尔滨等空调或采暖运行时间长,能耗比例会高些。而像成都、昆明这些地方空调运行时间短,能耗比例自然就低低些。所以在这里就不展开细说具体占到多少比例的问题了,总之一个共识就是很高,节能潜力巨大、暖通能为节能减排做的非常多。因为我在南方,只做过两三个采暖项目,了解不够深入不敢妄言,所以主要从空调的角度来说一下。

下面这张图代表了我的主要观点:空调系统运行效率低下,设计、施工、调试、运行等等各个环节都难辞其咎,都存在较大的提升空间。但相对而言,运行管理水平的低下,是其中最主要原因。图片做得有点渣,请无视~



一、设计阶段
        设计阶段存在的主要问题有:负荷计算存在问题,主机选型过大;空调水系统水力失调;控制设计不详或与实际脱节。当然还有很多其他方面的问题,但因为我个人经验的原因,只能着重说说这三个方面。至于其他的问题,在其他环节里面可能也会讲到,这里就先不赘述。

1. 负荷计算存在问题,主机选型过大
    这个问题基本是从南到北,从大院到小院,从设计院到顾问公司,无一幸免。究其原因,无非就是喜欢参考别的项目经验,不认真按照规范要求进行详细的逐时逐项负荷计算。就算是进行了逐时逐项负荷计算的项目,要么只是为了后期审图能通过,要么是为了去凑出方案阶段估算的负荷总量而不断调整各项输入参数。这不是本末倒置吗?这个问题近几年在大型城市综合体项目中愈演愈烈,不得不说罪魁祸首就是一票机电顾问公司,他们拿着香港那种人挤人的中环、海港城的负荷指标生拉硬拽地往任何一个项目上套,结果当然是高得离谱。而设计院在早期因为缺乏类似超大型综合体项目经验,也只有听顾问公司的,做了几个项目之后,又回过头去参考“过往项目经验”...... 久而久之这种高负荷指标的项目遍地都是。据我所知,我们这里很多最高峰负荷时只用开到装机容量的50~70%的,而负荷不够的项目目前还没听说过--至少最近几年的新建项目中没听说过。

           综合体尤其是商业的负荷指标直接取决于人员密度、餐饮比例等,不是每个项目都能达到2m2/人的夸张人流量。主机选型过大的直接后果,除了浪费初投资之外,就是主机负荷无法很好地和末端负荷匹配,存在大马拉小车的问题。众所周知,主机最高效的运行区间大概是在70%~90%负荷率范围内,主机台数越多运行调节越灵活,可以让尽可能多大主机运行在高效区间。而如果你只能投入原来一半数量的主机,调节性能差不说,大多数时候是运行在低效区的,主机效率自然就会下降。

           当然,主机容量、台数与末端需求负荷需要很好匹配这个目的,最好的方式当然是进行全年运行能耗模拟,根据模拟结果来选型。考虑到目前国内设计院的实际情况,这还不太现实,所以只有尽可能在把主机总容量选在合适的这方面来下功夫了。

    2.  空调水系统水力失调
(推荐一本水力平衡方面的书  全面水力平衡暖通空调水力系统设计与应用手册 (豆瓣)
    水力失调造成的能源浪费,我查了一些资料,目前好像还没这方面比较权威的数据,所以我也不敢擅自量化。我只是就自己看到的设计中出现水力失调的问题,简单说一下吧。大家都知道,规范中有规定当水力失调度超过15%时,应采取一定的水力平衡措施,也都知道水力平衡措施无非就是采用同程式系统、设平衡阀这两种方式。但通过与身边的设计人员打交道,我发现再深究下去,好多人就是没什么概念了。下面是设计中一些常见的水力平衡问题,看看就知道是多么令人痛心疾首了:

-- 一次泵变流量系统(主机侧也是变流量的)的冷冻水侧设动态流量平衡阀。徒增阻力不说,还能变流量吗?

     -- 已经设置了静态平衡阀的环路,还是设同程式系统。我知道这很多老设计院的老专家眼中,同程式系统永远比几个阀门可靠,但你也不要两个同时采用好么?

     -- 一个20万m2的购物中心,单层面积4万+m2,除了手动蝶阀之外,没有任何水力平衡措施。系统形式也是异程式。没经历过商铺分批开业阶段调试的人,是不懂这种系统的痛...
     --  动态压差平衡阀两级串联。这个怎么说呢,要么是被厂家公关了,要么就是被厂家忽悠了。动态压差平衡阀很贵、很贵、很贵的好不好?重要的事情要说三遍~

3. 控制设计不详或与实际脱节
            其实说控制策略不得当,算是比较客气的说法。不得当的前提是得有,但很多图中就一句话带过“冷水机组的加减机通过机组自带的群控系统实现”。冷水机组加减机无非就是总冷量、回水温度、压缩机电流等等几种方式控制,哪怕你是提一下用哪种方式控制也好过一句话带过啊。能够理解设计院传统做法都不管控制那块,暖通设计人员对弱电、自控一知半解也是正常现象。这种放在以前那种几千上万平米的小项目,厂家也就顺手帮你做了。可现在这种动辄几万、几十万的超大型综合项目,再指望厂家来深化就说不过去了。

          好了,吐槽完了,正经说说不得当的地方吧,跟水力失调一样的格式~

     -- 二次泵系统,加减机却靠回水温度或者压缩机电流控制。直接后果就是造成控制系统无法跟踪末端负荷变化,形成逆向混水的恶果。这个细说起来太复杂了,这里就不展开了。有兴趣的朋友可以去查相关文献。

     -- 车库通风靠CO浓度控制,变新风系统靠CO2浓度控制。这些都是规范上有规定的,这么设计没有问题。但是问题来了,CO/CO2浓度传感器设几个?设在哪里?维护保养有啥要求?浓度阈值怎么设定?这些都是暖通专业该做的,弱电专业根本就不知道怎么做。要知道,气体浓度传感器那玩意儿光是设备就是2000多一个,还不算连接到线管和DDC控制器,而且空气质量稍微差一点,就很容易蒙上灰尘失效。

    --  过渡季节通过室外焓值调节全新风运行。全新风运行也是节能运行中鼓励的设计,本身完全没问题。但是焓值很难测而且经常变换好吗?只是新风全新风运行,排风联动控制的话,新风也是送不进去的啊。尤其是如果还是变新风量运行,排风也得跟着变好吧。

    -- 厨房排油烟风机变频运行,变频依据五花八门。有靠总风管的静压控制,也有靠燃气灶个数运行的。厨房排油烟系统油烟很重,如果是川菜的话,不出一个月,保证静压传感器完全瘫痪。燃气灶个数运行没问题,无非就是成本高了点,但一定要在每个灶台的排风支管上设联动开关的风阀才行啊。

     -- 控制阀门直接按水管口径选型。这个应该是比上面提到的负荷偏大还要普遍的现象,可能跟规范中没有特别明确的规定有关。只是提到了按阀权度选型,可很多人连阀权度的概念都没搞懂...... 为什么要按口径选型说多了又是一个专题,这里也不展开了。就说说按管径选型的坏处吧——通常都会大1~2号,造成在低负荷时阀门开度很小,流量控制精度下降,甚至阀门频繁开关,影响阀门寿命等等。

二、施工阶段

按照国内的建筑工程管理体制,施工和调试都是一家承包商负责,照理说施工和调试应该合在一起来说的,但考虑到调试的不受重视程度以及其重要性,这里就分开来说了。因为我没有在施工单位待过,只是有些项目每周需要替业主去工地巡视一两次,我就从这个角度来说说自己的看法。具体施工工艺什么的,就留待相关的资深人士来解答了。
历史原因,国内的施工单位基本都只能照图施工,绝大多数都不具备图纸深化能力。对,我说的是绝大多数,包括中字头的单位。而施工单位的二次深化能力和水平,直接影响到空调系统最后的效果。

在设计之初,一般只会确定设备的主要参数,如制冷机组、空调机组的冷量、供回水温度等,对于其他参数(主要是设备水阻力)一般不会明确也没法明确。因为不同厂家、相同厂家的不同系列等设备水阻力相差都很大,设计师最多只能参考其中某一家的水阻力,但完全无法左右施工单位最后选择哪一家的设备。鉴于此,为保险起见,设计师一般都会按其中的较大者来选水泵。这就造成水泵扬程一般都会超过最后实际所需,还不说一些设计师特别喜欢考虑1.1甚至1.2的安全系数。曾经见过常压燃气热水锅炉一次侧水泵扬程做到22m的。

所以,施工单位根据最终采购的设备水阻力,并结合施工过程中水管走向的一些调整,来重新复核水泵扬程的工作就变得非常有必要了。曾经有一个商业项目,是某大院做的设计,最后在考虑1.2的安全系数的情况下的优化结果如下(隐藏了部分内容):



上面只是举了一个最典型的例子。除了水泵扬程之外,常规的如空调机组、新风机组、各类送排风机的压头,再细一点的如控制阀、平衡阀等根据Kv值和两端阻力的选型计算等等也非常有必要。这种类似的复核计算,除了设计阶段本身保守的因素外,其余大多都只有等采购的设备参数确定了之后才能进行,所以这一责任只能落在施工单位身上。但遗憾的是,国内的建筑工程运行体制的问题,施工单位这方面的能力先天不足,很多甲方也没认识到其重要性和必要性。而港资/外资公司在这方面就做得好多了(当然它们也不是一点问题都没有,下面会讲到)。

要想改变这种现状,只有靠甲方、设计院、施工单位等各方通力合作才行。结合我自己比较主观的经验,总结了一下造成现在施工阶段种种问题的原因:司空见惯的低价中标;不合常理的施工进度;丧心病狂的净高为王。

1.     司空见惯的低价中标
有些项目的投标报价,低得令人发指,早就低过成本价。这和甲方的评标侧重点有关,也是施工单位低价中标+后期追加费用组合拳中的第一招,更是因为整个建筑工程市场不成熟、竞争惨烈。总之在这种情况下,施工单位中标后的心思根本就不在怎么把工程做好、把系统优化得尽善尽美,他们只有一门心思地想着追加、变更、索赔。资本有它逐利的本性,大家都是出来赚钱的,谁也不想辛辛苦苦看好几年,没有赚到一分钱。就个体而言,施工单位本身并没有错,问题出在这个行业的大环境、大气候。什么时候甲方不再一味压低投标报价,施工单位有一定合理利润的情况下,不再为盈亏焦头烂额的时候,他们自然才会花心思去把工程尽量做好。这也符合马斯洛需求层次理论---说不一定拿个鲁班奖、安装奖之类的,自己脸上也有光啊对不?曾经有个项目施工单位非常配合,各种复核计算也尽心尽力,自己算不了就专门花钱找设计院的人来算,后来跟他们聊天才知道,他们那个项目利润率在20%左右。所以说,不是能力的问题,归根结底还是钱的问题。


2.   不合常理的施工进度
说起这个,就不得不提号称18个月开一个综合体的万达了。和他家没有合作过,其招商资源整合能力、工程团队的管理和执行能力都只是有所耳闻,从未亲眼见过,也就不便于评价。但我觉得,对大多数开发商而言,根本不具备万达那样的资源和能力,但却总是在喊模仿万达的口号,这就很要命了。从上面提到的方方面面其实可以看出(后面也会讲到),空调系统真正的节能运行,并不是依靠多么深不可测的新技术、新系统,而是下足功夫把现有系统做好、做精、做全面。在紧张得近乎变态的工期安排下,施工单位主要就是在抢进度,根本无暇顾其他。


      跟保证施工单位合理的利润一样的道理,给他们相对合理的时间,甲方再高标准、严要求地把控各个环节,应该会有所改观。可惜的是现在好多开发商,尤其是刚由住宅转做商业的中小型开发商,还是带着做快消品住宅的老观念来做自持商业。他们的团队配置仍然是当初做住宅时那一帮观念落伍、经验匮乏、甚至智商都已欠费的老功臣。请原谅我用这么偏激的词语,你要是见过一个大型商业综合体居然不做空调,后期土建都施工完了之后又来砸楼板增加,你也忍不住会跟我一样~

3.    丧心病狂的净高为王

      前面两点主要是针对国内开发商,相对而言港外资开发商在这方面做得好很多。但第三点就主要是针对港外资开发商的了,他们在这方面的要求有多么变态?曾经有两个项目因为净高达不到要求而停工了小半年,其中一个项目还因此换了两任项目总监。在港外资开发商眼中,一个项目的档次=净高,他们对净高有着图腾式的崇拜。具体是为什么,我了解不够深入也不敢妄言,个人感觉是他们的大老板就是这么认为的,而下面的人只有无条件服从,哪怕大老板认为的净高根本做不到,他们也会停下来为之和各方撕逼、扯皮、以致停工。


有了这个不合理的净高要求放在前面,所有的机电管线都只能像贪吃蛇一样,哪里有缝哪里钻,哪里有空哪里躲,被压得上下翻滚、七弯八拐。控制阀、平衡阀没有足够的直管段安装、水管上翻处集气、冷凝水管无法放坡、弯头徒增阻力、过滤器检修更换困难等等问题都会出现,其直接或间接的后果,都会造成系统运行效率低下。

      前面说的那些,只是我个人体会特别深刻的一些方面。重点拎出来说,并不代表其他方面就不重要了,比如甲方对施工质量现场管控能力这类老生常谈的的问题了。曾经见过某粤系开发商的一个超五星酒店项目,酒店厨房烧烤间温度高达50多度,门把手都烫手。酒店方一直投诉,多次检查才发现,原设计2000*500mm的排油烟风管在某一段被施工单位擅自改成1000*400mm了。因为厨房在地下,排油烟风管是上至塔楼屋顶排放的,投入使用后再改造非常困难,后来好像不了了之了。

      不知道是该同情那家酒店的厨师每天在烤乳猪的同时还在烤自己,还是该恭喜他在大雪纷飞的寒夜里都能拿高温补贴了~


三、调试阶段

     上面有提到过,之所以把调试单独拎出来说,是因为它真的太重要,也太不受重视了。调试本身应该是对于施工成果的检验和监督,无论如何都不应该由施工单位来做。从逻辑上来看,自己对自己的成功进行监督和检验,这不是监守自盗嘛?效果请参考天朝公务员队伍。你能想象你家里用的电器都只有厂家自己贴的“合格证”,而没有检验报告或诸如此类的证书吗?从技术方面来看,因为先天原因,施工单位没有能力做好调试,大多只能靠厂家的技术支持。但空调系统本身是各种设备的集合应用,并不是单单依靠某一个厂家管好自己的一幕三分地就可以了,它需要的是有经验的调试人员从整个系统的层面来掌控。

      好吧,我承认在我眼中国内的施工单位先天不足的地方太多了,一方面是因为它们负责的东西太多但又太浅了。另一方面中国建筑施工市场没有对外资开放,在国内它们面临的竞争不足,走出去之后都是去支援非洲兄弟了(好不容易有一个波兰首都华沙的高速公路项目可以借机打入欧盟内部,却因为“低价中标+后期追加”的基因给害了 ),和国际先进的承包商之间缺乏直接对话,二者之间在观念、运作模式、技术能力等方方面面差距巨大。从这个方面来看,国内大多数施工单位其实就是有资质的劳务分包。


     至于调试效果和水平怎么样,就说直观感受得到、看得到的,其他看不到、感受不到的方面的就不说了。据我所知我们这里好几个做VAV的办公楼都是夏冷冬热,舒适性还不如两管制风机盘管系统。还有下图中的那个红丝带大家都不陌生吧?这就是我们风量调试的依据:

为了解决上面这些问题,我接触过的一些港外资项目甚至一些大型国内开发商的项目,一般都会单独聘期第三方调试顾问,他们的职责就是真正按照设计意图对系统进行调试,不仅达到设计的温湿度参数,也使系统在相对高效、节能的工况下运行。他们的调试水平较高、专业性较强,同时对于设计、施工的要求也高。他们会在项目前期就介入,对存在的各种问题提出自己的意见和建议,比如设计阶段对控制策略设计不详或不切实际的、传感器、执行器等控制仪表没设置到位的、平衡阀处没标注流量的,以及施工阶段的水管测量孔、风管测量孔、冷凝水起始端吹扫口等提出要求。这些要求都是本着他们调试方便、能够达到调试效果的角度出发的,因此相对来说比较中肯,对甲方的帮助也较大。爆两张图片吧,他们的意见通常是这样的:



除了上面这些,还有一些息息相关的细节要求,对于调试和节能运行也特别重要。举个例子,施工现场的工序管理非常重要。比如说一般传感器(比如CO、CO2浓度传感器)对灰尘很敏感,所以必须要求在主要的机电设备安装完初步清灰完成后,才能安装传感器,否则你刚装上就已经失效了。再比如说是动态压差平衡阀、动态压差电动调节阀(俗称一体阀)、电动控制阀(座阀结构,不是球阀)等,其阀芯构造复杂、流道面积小,所以必须在水管冲洗后再安装,否则容易堵塞或损坏阀芯。后期不仅没法调试,还要花大量工作来查找堵塞或损坏点,费时费力。

四、运行阶段

说一个我印象特别深刻的事,公司办公楼是位于市中心核心地段、自称超甲级写字楼,物管公司为号称国际五大行的仲量联行。我们刚搬进去那半年,公司刚装修味道很大,物管又老是不开新风。到后来变成了猫捉老鼠:你不投诉他就不开,你投诉电话一过去他就开了。有一次冬天,我们发现没开新风又投诉,结果上来一个物管工程人员告诉我们说,开新风的时候隔壁那家公司的人嫌冷,所以就全部关了。当时真的很无语,问他们新风机组是不是没开热水,他说设计就是那样的,他们也没办法。不管那个人真的是不懂,还是只是为了省钱不想开,也懒得去和他扯了。现阶段机电系统运行管理水平,由此可见一斑。

目前绝大多数项目的运行管理水平基本还停留在起停机、小问题自己修、大问题找售后的阶段,对于运行数据记录和管理、控制策略优化调整、运行参数重新设定等等和空调系统运行能耗直接相关的环节基本还处于没有概念的状态。

空调系统中的设计参数一般都会有一个设计值,比如冷却水温度为32/37℃,冷冻水温度为7/12℃。这个设计值之所以确定为这个数值,有很多方面原因。比如国标工况用于测试机组性能,比如大多数设备都能达到,比如规范推荐为这个区间…… 最最常见的莫过于,前代设计人员都用这个数值,这一代也就沿袭下来了。但是,设计值并不代表是系统运行的最佳工况,更不代表它就是一成不变的运行值,因为空调系统的运行能耗取决于末端负荷情况、气象参数、甚至控制策略。要想系统能够高效节能地运行,必须根据前述参数的变化不断优化供回水设定温度。
重设冷却水、冷冻水温度对于节能的意义有多大呢?我们可以看一下下面这一组图片吧:

PS:鉴于国内项目这方面数据比较少,某些为了骗补贴的项目数据也不可信。资料来源为日本--高桥隆勇著,刘军、王春生译的《空调自动控制与节能》(传送门空调自动控制与节能 (豆瓣) ),项目数据为日本某项目。


冷冻水供水温度2006年设定为7℃,2007年设定为12℃.


冷却水供水温度2006年设定为25℃,2007年设定为18℃.
2006年运行耗电量为115859kwh,2007年为72659kwh,重设运行水温后,节能率约为44%。


上面只是一个对机组运行能耗影响最典型的案例,同样的设备和系统的情况下,运行得好与不要,节能率能达到40%以上。如果后期运行水平高一些,你前期设计选COP6.0和5.5的机组差别还大吗?

变流量系统中用作变频依据的供回水管压差,也非常有必要根据实际运行情况来重设。设计之初通常都只会明确靠压差控制,不会给一个准确的压差值,该压差值通常都是自控施工单位在初次调试时设定的。准不准确先不说,后期运行情况变化莫测,对于分批次开业、经营过程中不断调整业态的商业尤其如此。所以你不能说设计没给、初调试设定值不准,一定得结合后期实际运行情况不断优化调整,这对节省水泵运行能耗甚至机组COP都非常有帮助啊。

除了上面提到的重要参数,其余参数设定值,比如CO/CO2传感器浓度阈值、温湿度设定值、风管静压值等等,都是需要结合实际情况不断调整的。可这些工作别说目前的物管人员,就连前期的设计人员、部分厂家技术支持人员,都还无法完全胜任,所以需要全行业的共同努力才行。个人觉得,随着房地产市场的降温,新建项目的量逐渐萎缩,需要的前期设计、施工等人员的数量越来越少。随着时间的推移,一部分低水平的人员被淘汰出局,另一部分前期人员逐步开始转移到后期运行维护的工作中去,整个行业的设计、施工、调试、运行水平才能整体提升吧。

PS:不要认为设计人员去干后期运行维护很丢人,发达国家好多都是这样的。国内像太古地产也在很久之前就意识到这一点了,他们招物管机电经理的要求都很高,一般需要6~8年以上机电设计经验,暖通背景者更佳,待遇也并不比设计差。正因为如此,太古是少有的几家整体COP能达到5.0甚至5.5的。这是一个什么概念,看一下下面这张图片就知道了。



最后,我们看一下在能源匮乏的日本,从事后期节能运行工作的人员都是一些什么背景吧:


最后,包括我在内的各位同行得努力了啊,尽量把空调的能耗降下来,避免给人口实,牵强附会地让空调背上所谓误导建筑史发展方向的黑锅了啊


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