技术解读：KNX技术应用新发展
摘要：介绍了当前在商业建筑节能中央空调、照明、给水排水、电气等系统的低成本改造技术，并对各种技术进行分析比较，指出商业建筑低成本节能改造应该优先考虑主机房模糊变频控制系统；更换节能光源与灯具；冷却水节水技术；安装改善电力品质设备。
关键词：商业建筑，低成本，节能改造
前言
国民经济和社会发展“十一五”规划纲要提出，到2010年单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%，即“十一五”期间年均降耗4%，2006年平均降耗1.2%，今后几年节能压力很大。2007年10月28日，全国人大通过《中华人民共和国节约能源法（修正）》，明确规定年综合能源消费总量一万吨标准煤以上的用能单位为用能重点监测单位，重点用能单位需要重点进行节能规划和节能改造，大型商业建筑基本都属于重点用能单位，在竞争日益激烈的情况下，节能显得更加紧迫。
1.大型商业建筑能耗现状
随着经济的快速增长，我国商业建筑（酒店、写字楼、大型商场、综合性大楼等）的面积日趋扩大，商业建筑的面积占全国建筑总面积的25.4％，目前已经建成的高级宾馆约2000幢，高级写字楼3000多家，大型医院800余家，大型商场800余家。[1]
一般来讲，大型商业建筑除特殊设备使用外，主要的能耗包括中央空调系统能耗、照明系统能耗、冷热水能耗、动力及其他能耗。以上海地区为例，根据调查，建筑中照明系统能耗比例约为10~20%，空调系统的能耗约为40~60%，其它动力系统的能耗约为30~40%。[2]
2.大型商业建筑主要的低成本节能改造措施
对于大型商业建筑而言，主要的节能对象有中央空调、给水排水、照明和电气节能。
2.1中央空调低成本改造技术
中央空调能耗占商业建筑总能耗的40％～60％，因此中央空调节能是商业建筑节能的重要手段。从目前中央空调运行情况来看，普遍存在“大马拉小车”的情况，即中央空调系统主机和水泵等设备的选型都大于系统实际负荷需求，造成大量的能量的浪费，尽管目前针对中央空调节能改造的手段很多，按时大多改造难度大，改造成本高，例如采用地源和水源热泵技术、冰蓄冷技术等，目前，能够应用在中央空调系统节能改造且成本较低的技术手段主要有：
2.1.1中央空调自动控制技术（BA）
中央空调自动控制技术可以方便的与楼宇自动控制技术实现集成联网控制，可以根据商业建筑实时的负荷调整主机和其他空调设备，在保证室内温度和湿度的前提下，尽可能的节约能源。中央空调自动控制系统包含冷热源（制冷主机、锅炉等）的控制、水泵（冷冻泵、冷却泵、热水泵、补水泵等）控制、冷却设备（冷却塔、冷却井）控制、末端设备（新风机组、组合式空调机组、风机盘管等）的控制、以及各种风机、阀门等的控制。
采用中央空调自动控制技术主要的优点有：可以自动检测室温，降低空调设备的能耗；提供能够自动调节的舒适环境；预防突发事故发生，保护设备的投资；延长设备使用寿命，降低管理运作成本；将整个建筑内的所有空调设备统一管理；在图形化操作界面上完成一切操作。其主要的缺点和不足表现在：需要现场二次编程，人为因素影响大；由于缺乏先进的控制算法模型，节能效率不理想；后期维护成本高；节能效果难易评估。
2.1.2主机房模糊变频控制技术
主机房模糊变频控制系统主要对冷冻机房内的耗能设备进行节能运行管理，由于冷冻机房设备耗能一半占到商业建筑能耗的50%左右，故该技术在商业建筑中的应用非常有价值。
主机房模糊变频控制技术原理图
如上图所示，其原理为通过全面的参数采集，运用现代模糊控制技术，实现冷冻水系统的模糊预期控制、冷却水系统的自适应模糊优化控制和主机系统的间接（或启停）控制，实现空调冷媒流量跟随负荷的变化而动态调节，确保整个空调系统始终保持高效、协调地运行，从而最大限度地降低空调系统能耗，实现主机房设备节能20%～40%。
主机房模糊变频技术主要优势有：节能改造只是局限于主机房，改造周期短，容易实现；大型商场的空调节能率可以高达20%以上；投资较省，投资回收期短，一般为三年左右；也可以方便地将末端设备的变频控制纳入本系统；可以将该系统与BA系统联网或配合使用，非常方便。其主要的不足在于：节能率随季节与客流变化有所波动，节能率测定工作量较大；该系统寿命较短，约为15年。
2.1.3 新风换气技术
大型商业建筑为人群极为密集的场所，而且空调运行时，一般来说除一楼外其他楼层门窗较为密闭，从而使室内自然换气次数极小。需要依靠空调系统输送新风到室内，同时排风系统需要将室内空气排出与新风量相同的数量到室外，以满足人群卫生的要求。由于夏季排风温度较低而新风温度较高，让新风与排风进行热交换，以降低新风的进风温度，可以节省制冷机大量的冷量，因而也是一种科学的的节能措施。同时，加强室内外的通风换气是彻底改善商场室内空气品质的最有效方法。例如，在夏季运行工况下，当室内排出的（26℃）冷空气能量经过热交换器把外面的（33℃）热空气预冷变为29℃的清新空气送入室内。如图.当室外33℃的空气和室内26℃的空气经过热交换器后,送入室内的清新空气约29℃，空调只需再减温3℃即可保持舒适的室温和清新空气。
新风换气机原理图
采用新风换气技术主要的优点有：可以将室内空气的冷热量回收，大量节省冷冻机或锅炉耗能；大型商场的空调节能率可以高达20%；投资较省，投资回收期短，一般为两年。其主要的缺点和不足在于：体积较大，需要较大的空调机房，并且改造风管系统，对于已建成的商场改造难度较大；由于空气积尘需要定期清理，故维护工作量较大。
2.2 照明节能技术
商业建筑中照明能耗一般仅次于中央空调，但是照明节能改造必须要在保证建筑内照度的基础上才能完成，如果以牺牲照度来实现节能会造成建筑内人员不舒适，影响商业建筑的经营效果，常用的照明节能低成本改造的技术有：更换节能器具、安装照明节电器和照明自动控制系统。
2.2.1更换节能照明器具
目前商业建筑中使用的灯多数是T8型荧光灯、紧凑型荧光灯或者用于突出商品和建筑特点而使用的金卤灯、卤钨灯等。大型商场由于实际使用需求和安装特点，灯具更换难度较大，但是在大型超市、写字楼、医院以及商业建筑大型的地下停车场内普遍使用的是T8的荧光灯，照明时间也很长，因此，更换灯具有广阔的节能前景。
专业数据显示，节能灯比白炽灯节电80%，寿命是白炽灯的5倍，光效是白炽灯的3.5倍。尽管成本要高出几倍，但价格的差距可以在随后的使用中节省出来，并且更加划算。
实践证明，在不影响照明效果的前提下更换节能光源和灯具是最行之有效的照明节能措施。但是目前节能灯具层出不穷，产品质量也良莠不齐，选择更换照明灯具要严格按照实际使用的需求，选取合适的产品。
2.2.2 安装照明节电器
安装照明节电器可以起到稳压、滤波、提高功率因数的作用，达到节能与延长灯具使用寿命的结果。但是安装照明节电器在电力品质较好的建筑物中没有什么效果，有的会降低建筑中的照度，因此在对照度有严格要求的场合，不适合使用照明节电器。
2.2.3照明自动控制系统
智能灯光控制系统可以对大型商业建筑灯光系统进行智能化的、灵活的控制其启停及调光，在保证照度的同时尽可能地使灯光系统更节能以及具有更艺术化的表现能力。具体包含：自动定时开闭灯光；根据照度自动开闭；根据照度自动调光；变换预设的场景亮灯模式。
照明自动控制技术的主要优势有：可以灵活地进行场景控制；根据照度或人员进入情况控制照明；可以计算机统一控制管理，提高效率；可以遥控控制。其主要缺点和不足有：系统结构复杂，需要较高水平的运行维护人员；节能效果评估较为困难；该系统以提高管理效率为主，节能为辅，可计量的节能率并不高。
2.3建筑物给水排水系统节能
商业建筑用水量是建筑能耗的重要组成部分，目前面对水资源日益紧缺的局势，商业建筑节水也具有重要的意义。但是由于建筑结构复杂，改造难度大，例如中水回用等技术在既有建筑中难于实现，常用的给水排水低成本改造技术有：更换节水器具和空调冷却水节水。
2.3.1更换节水器具
使用节水器具是商业建筑节水最直接的手段，例如安装节水型马桶、安装红外感应型水龙头与小便器、节水型淋浴器；或者安装节水阀可以往水龙头或淋浴头的出水中加气泡，节省大量用水。
2.3.2冷却水节水技术
空调冷却水的用水量巨大，夏季用水量占商场、写字楼总用水量的50％，对于一个循环水量 1000 m3/h的冷却水系统，正常的蒸发水量约8.5 m3/ h，每天约100吨；漂水量约2.5 m3/ h 每天约30吨；排污水量约4 m3/ h，每天约50吨。其中除蒸发水量为必要损失外，漂水和排污水都有巨大的节水空间。
在冷却塔风扇下方，通过一定波形的挡水板，阻止水滴飞溅，可以有效地减少冷却水漂水量80％，但是空气阻力有所上升。
利用冷却塔的排污水冲厕和进行绿化灌溉是冷却水节水的重要措施。大型商业建筑的冲厕水量一般来说大于冷却水的排污水量50%以上，用冷却水冲厕的好处体现为：加大排污水量，提高了冷却水质；节省了冷却塔的加药量；低温自来水的补充降低了冷却水温，从而减少主机与冷却塔耗电。
2.4电气节能
商业建筑电气节能主要的改造措施有安装改善电力品质设备、电梯动能回馈节能、扶梯节能控制系统。
2.4.1安装改善电力品质设备
谐波和无功功率的大量存在，不仅会给商业建筑设备正常使用带来不利影响，也会干扰电力计量，造成用电损失。通过安装改善电力品质的设备可以有效改善商业建筑的用电质量，在宾馆和写字楼的节能效率可以达到8～15％。
改善电力品质节能的优势主要有：设备安装在建筑物的配电房内，改造不影响营业；改造工程量小，易于实现；投资小，见效快，节能效果易于测量与评估。 主要的不足有：高压侧节能设备的安装要取得电力部门的许可，给改造带来一定的难度；电力品质随项目的不同有不同的解决方式，前期调研评估的工作量较大。
2.4.2 电梯动能回馈节能技术
变频调速器通过电动机可以将电梯减速，或者轿厢和对重平衡块的质量差带来的电梯运行时的机械能转变成电能存储在变频器直流环节的大电容中，通过有源能量回馈器将大电容中储存的电量无消耗地回送给电网。从而既达到节电目的，又无耗电发热大功率电阻。大大改善了系统的运行环境。
分析计算和样机实测表明，电梯的梯速越快，楼层越高，机械传动消耗越小，则可以回送电网的能量越多，最多回送电量可达电梯总消耗量的40％。
2.4.3 扶梯节能控制系统
在扶手电梯的入口处增加载客感应器，无乘客到达时停止运行。当有乘客到达入口感应区域时，电梯自动启动运行。在一个运客周期后如没有新乘客到达，电梯自动停止运行。运客周期从最后一位乘客到达时开始计算。
电梯的启动和停止平稳顺畅，无跳动感觉。启动时逐渐加速到全速，停止时逐渐减速到零速停止。
扶梯节能控制系统节能效果显著，通常节能效率可以达到20～60％。
3.节能技术的比较分析
目前商业建筑中节能技术很多，结合目前商业建筑的节能现状，可以对上述低成本改造技术进行模糊分析比较，比较结果见下表：
商业建筑低成本节能技术比较
注：
1、技术成熟度一栏比较规则为：技术很成熟－5，技术较成熟－4，技术一般成熟－3，技术较不成熟－2，技术不成熟－1；
2、市场容量一栏比较规则为：市场容量很大－5，市场容量较大－4，市场容量一般－3，市场容量较小－2，市场容量很小－1；
3、市场急迫度一栏比较规则为：市场需求很急迫－5，市场需求较急迫－4，市场需求一般急迫－3，市场需求较不急迫－2，市场不急迫－1；
4、客户接受度一栏比较规则为：客户非常接受－5，客户较容易接受－4，通过谈判客户可以接受－3；通过谈判客户也较难接受－2，通过谈判客户也很难接受－1；
5、能改造难易度一栏比较规则为：改造很简单－5，改造较简单－4，改造一般简单－3，改造较难－2，改造很难－1。
6、投资回收快速度一栏比较规则为：很快可以回收投资－5，回收较快－4，回收速度一般－3，回收较慢－2，回收很慢－1；
通过比较可以发现，商场的节能改造应优先选择下述四种技术：主机房模糊变频控制系统；更换节能光源与灯具；冷却水节水技术；安装改善电力品质设备。它们共同的特点主要体现在：
（1） 节能技术成熟，节能改造量大，风险小
（2） 节能改造简单，成本低，不影响商业建筑正常使用
（3） 节能效益可计量，能够方便进行节能比较和分析
（4） 投资回收期短，投资回报高。
4．结论
大型商业建筑能耗大，据统计，其单位建筑面积的能耗是住宅的10-15倍，大约有25%－30%的节能空间。由于成本的原因，大型商业建筑偏向于采用无成本或低成本的节能技术进行改造，从节能投资与收益比较而言，节能改造应该优先考虑主机房模糊变频控制系统、更换节能光源与灯具、冷却水节水技术以及安装改善电力品质设备。
参考文献：
[1] 陈文，袁立新.商业建筑中央空调节能技术实现及投资模式分析.建筑节能.2007(4)：46-50
[2] 李峥嵘等.上海市公共建筑能耗与运行管理现状调查.暖通空调.2005(5)：134-136
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