能源诊断:工作总结

能源诊断的总结包括确定能源区域的问题与选择目标的优化,同时用性能指数衡量优化目标的重要性。毕竟,要达到这些目标还需要采用优化策略的经济技术分析。在本文评价了“节能机会(ORE)”和全面检查的“管理和维护方法(PG&M)”。其中,用数字分析方式对技术和经济的可行性进行了说明。
本文将试图为该目的提供进一步的评价工具,它们使用效果好,能够媲美那些在编纂各种能耗有关表格和图表时已经被熟知和获取的工具。因此,这将是一个能源性能指数及其计算和使用的一个主题。我们将看到,由于这些指数来自审计时被做到表格里的那些数据,所以它们对于理解所分析的情况以及完成相关的选择来说比这些更有用。最后,将通过最终用户处所得到的性能工具简短地谈一下能源诊断总结的主题。
能源性能指数的确定
为了便于分析通过改造措施而获得的效果,并慎重的从各备选改造方案中做出选择,以确定定量预测的基准值能够优化能源性能。这些值显然是建筑设备系统的能源性能指数,对于一个居住型建筑来说,它们可以被概括为以下几个因数:a)被供暖总容积的有效热功率指数(Ip); b)针对热用途的一次能源消耗指数(EPT); c)总电能消耗指数(EE); d)单辅助设备的能源性能指数(EPX); e)单辅助设备热性能指数(ETX); f)热能成本指数(CQh)。列出的这些指数的计算是根据管理文件中所获得的数据(发票和业主大会的会议记录),或者从能源监测操作中收集到的数据。
还有其它一些对于评价热系统有用的指数,比如生产率(g)、输送率(d)、调节率 (r) 和排放率(e),这些指数能够计算供暖系统的总效率(risc)。通常只有当其设备上没有设置任何热能测量系统时才会用到这些比率。然而当在热力装置中存在能量测量装置时就可以计算实际生产率(gn)。如果在设备中还有其它的测量和计量系统的话,也可以计算其它的比率。
在确定大楼外墙所需要锅炉的适宜度时,以及对于考察设备在各种不同工作状况下其运行的区段来说,有效热功率指数(Ip)是很有用的。通过 Ip 确定冬季中不同月份机器的各个部分载荷,能够估计供暖系统生产率的变动。可以通过下文的这些经验公式,根据机器载荷因数 CR 进行该比率的估算。如果是传统设计的锅炉的话,效率修正系数 FCR 与机器载荷因数 CR 相关,通过如下关系进行估算:
对于温度可无级调节的高效锅炉来说,用于近似估计效率修正系数的方程可表示为:
对于温度可无级调节的冷凝式锅炉来说,该修正系数可通过以下方程进行估算:
在图1中显示了一种只能处于固定温度且不可调节供应功率的老式锅炉的生产效率变化曲线。位置靠下的曲线是通过公式(1)得到的。而该图中位置靠上的曲线是用在能源监测过程中所进行的测量得到的数据进行插值得到的。鉴于该试验曲线的相似度、所得数据的分布和两个曲线的相同走势,我们可以确定,在没有现场精心测量得到数据的情况下,可以用公式(1)近似度很好地构建出部分载荷生产效率的真实走势。公式(2)和(3)可以同样用于估算现代锅炉在原地可得到的效果。
用于热力用途的一次能源消耗指数(EPT),单位为 kWh/m3 或 kWh/m2。其定义规定,其大楼管理要对热力设备的燃料消耗进行至少两年或三年统计。我们将燃料消耗乘以热值,来计算所消耗掉的一次能源。最后我们将年平均消耗和被供暖的总容积或被供暖的有效面积代入公式:
在公式(4)和(5)中各个量具有以下含义:EPT 用于热力用途的一次能源消耗指数,根据不同情况,其单位可以是 kWh/(m3年) 或 kWh/(m2年);Ep,ve 用于产热系统能源媒介的一次能源(通常是石化燃料,但在有蒸汽压缩式热泵的情况中还有使用电能),其单位为 kWh;V 被供暖总容积,其单位为 m3;S 被供暖的有效面积,其单位为 m2。对于在热力设备中直接使用能量媒介来生产热能的设备(锅炉、热泵、热电联产设备)或可以改善一次能源使用系数的辅助设备来说,该指数可以用于定义和检查这些设备或辅助设备上的改造措施。
电能总消耗指数(EE),单位为 kWh/m3 或 kWh/m2。其定义规定其大楼管理对电能消耗进行至少两年或三年的统计。我们将年平均消耗和被供暖的总容积或被供暖的有效面积代入公式得到电能消耗指数:
在公式(6)和(7)中各个量具有以下含义:EE 电能消耗指数,根据不同情况,单位可取 kWh/(m3 年) 或 kWh/(m2 年);Ee 电能,单位为 kWh;V 被供暖总容积,单位为 m3; S 被供暖的有效面积,其单位为 m2。对于热力系统的辅助设备以及建筑中的其它用电方面(特别是照明和电力线路),通过对于其电力系统的改造,该指数可以用于定义和检查目标建筑中电能使用系统的改造措施。
针对建筑中各种能源使用(供暖 X=h,制冷 X=c,生活热水 X=dhw)的能源性能指数(EPX)。在这种情况中能源性能指数可以取单位 kWh/m3 或 kWh/m2。我们将每个辅助设备的一次能源需求和被供暖的总容积或被供暖的有效面积直接代入公式得到能源性能指数:
在公式(8)和(9)中各个量具有以下含义:EPX 辅助设备“X”的能源性能指数,单位为 kWh/(m3年) 或 kWh/(m2年); EPp,X  设备“X”所消耗的一次能源,单位为 kWh; V 被供暖总容积,单位为 m3; S 被供暖的有效面积,其单位为 m2。该指数可以用于定义和检查目标建筑中一次能源使用系统的全部改造措施。
针对建筑中各种能源使用(供暖 X=h,制冷 X=c,生活热水 X=dhw)的热力性能指数(ETX)可以取单位 kWh/m3 或 kWh/m2。我们将每个辅助设备的热能需求和被供暖的总容积或被供暖的有效面积直接代入公式得到能源性能指数:
在公式(10)和(11)中各个量具有以下含义:ETX 辅助设备“X”的热能性能指数,单位为 kWh/(m3年) 或 kWh/(m2年); Qgn,out,X 产热系统给设备“X”输送的热能,单位为 kWh; V 被供暖总容积,单位为 m3; S 被供暖的有效面积,其单位为 m2。该指数可以用于定义和检查通过消除泄漏和散热造成的能源浪费减少各种不同辅助设备的能源需求的全部改造措施。
在能源分析中还有一个评价因素,就是热能费用指数 CQh,单位是 €/kWh。指数 CQh  提供了一些经济类的信息,可以用于为能源翻新改造技术方案的选择提供支持。用某设备的各种实际管理成本除以测量到的或估算出来其使用的热能,可得到该指数。针对与改造措施有关的各种能源成本和能源消耗估算数据所反复计算的该比值(该指数)可以为建筑设备系统的能源管理中节能方面提供一个有用的信息:
在公式(12)中,C 表示管理成本,单位是欧元,Qh 是被用的热能,单位是 kWh,在 C 中,除了与能源媒介有关的成本之外,还要考虑定期维护和非常规维护的必要性。
能源成本指数是指超过翻新改造的回报期的经济边际,它们构成了该设备相对于之前过时情况的一种收益率。指数 CQh 在各种评价中代替投资回收期的计算,作为一种补充的评价,与投资回收期并列。
基准的重要性
在任何情况中,不管选择哪种类型的性能指数,确定基准值都是非常重要的,要根据该基准数值决定各种不同的改造和改造的优先级或紧急程度。如果是第一级诊断,那么可以通过各标准或文献中记载的平均统计数据来确定基准。比如,对于各个能源性能指数来说,可以采用关于建筑中能源效率方面的地区法令基准表中的那些 EP 值。如果是第二级诊断,那么是通过采用在审计过程中所收集的能源媒介的使用数据、用标准化工具(比如,它们使用 UNI 技术标准)进行的能源需求计算来确定基准的。如果是第三级的诊断,那么是通过在审计和能源监测中获得的运行数据的基础上进行校准后的动态模拟来确定基准。
工作总结
在确定基准之后,以及在对确定各种能源原则所需要的数据和计算进行所有各种分析操作之后,我们进行节能机会(ORE)确定以及建筑维护和管理程序 PM&G 的优化。
在确定各项原则之后,开始进行 ORE 和 PM&G 的确定,这时要创建对现有建筑的改造的各种场景,同时要考虑:a)建筑外墙的能源性能优化;b)通过更换或改造设备零件来优化机械技术设备的性能;c)通过更换或改造电气设备的零件来优化电气设备的性能;d)确定根据已出现的严重性更新过的管理和维护程序。对于这些场景中的每一个场景来说,如果需要则在认为合适的地方确定一些改造措施,根据它们的紧急程度将其排序,并根据建筑用户方面所需要的可用期来确定它们的期限。
对于每个改造措施,之后都需要确定相对于我们所订下的那些目标可达到的效果,以降低能源消耗和对环境的影响。那些表概括了所检测和所估算到的数据,那些曲线图也能直观地替换所检测到的之前情况的图像和被预视到的未来的图像,这是非常有用的。对于任何改造措施,之后要确定所表现出来的经济上的效益,以便进行经济分析从而确定投资回报期。除了用于对翻新改造之前和之后情况进行分析建模的详细数据之外,还应选择并考虑在具体情况中被认为更加合适的那些性能指数。要在每个设备运转技术案情中可能出现的可能性“落点”范围中选择最佳方案。
表1—多标准分析在采取同样的纠正措施下,五种不同的操作可行性。
1_副本
对于同一个改造措施有不同可能的技术方案选项,应该通过对更多性能指数进行多条件分析来在这些选项中进行选择,以合理地达到最好的选择结果。在表1中列出了一个多条件比较分析的案例。在“对比措施”中列出了同样问题的不同解决方案的说明。在翻新改造目标清单的几列(如第2、3和4列)中列出了分析结果数据,即针对不同改造措施所预见的性能指数的数值。在该案例中我们使用了投资回收时间、一次能源消耗指数 EPT 相对于原始数值的差值以及热能费用指数 CQh。在建成对比矩阵之后,根据最终用户所期待的结果,确定可接受的方案的最低水平。在该案例的具体情况中(第2和3列最后一行),最长回收期为10年,石化燃料消耗指数差最大为7kWh/(m3年) ,而实际情况中该指数为32kWh/(m3年)。在确定各指数的最大限度之后,需要确立它们的相对权重(倒数第2行第2、3列),对于每个被评价的性能指数都设立一个百分比权重。为了完成一个选择,这时需要将这些结果标准化,将它们表示为从零到一的数值范围的一个得分。这样就可以对比具有不同单位不同数值刻度的各个不同的指数,在某些情况中,还可以用大小排序。
根据以下两种情况,用两种不同方法来进行这个标准化:a)基于所考虑的性能指数的最佳数值来打分;b)基于相对于由审计员预先设立的一个基准值(在该表之外也行)的最佳结果来打分(比如,在核实了旧设备的 EPT 是32kWh/(m3年)之后,审计员确定新设备的最小结果为25kWh/(m3年),从而将差值基准定为7kWh/(m3年)。在这两种情况中,又一次涉及到正确地选择基准的问题。
在 a 类标准化中,提供分值结果的方程为:
在公式(13)和(14)中,“Indicatorex”是被考虑的方案的基准值,而“Benchmark”是所考虑的所有方案的同一个指数的最佳值。当在用不同的方案所获得的值中“Benchmark”是最大值时,则使用方程(13)。当在用不同的方案所获得的值中(Benchmark)是最小值时,则使用方程(14)。
在 b 类标准化中,提供得分结果的方程为:
在公式(15)中,“Indicatorex”是被考虑的方案的基准值,而“Benchmark”是由审计员所选择的基准值。
很明显,在这些多条件评价中要这样确定最终选择:对于每个被考虑的方案的不同得分进行平均衡量,选择结果最高的分值。
结论
在很多情况中,当进行一个能源诊断且知晓需要问和做的事情时,可以收集大量的信息和指数用以进行翻新改造的各种分析。但是如果进行诊断工作时没有很好的组织和批判的精神,那么通常在检查过程中所能使用的大量数据是不容易操作的。另外,同建筑的最终用户之间的关系也不容易处理的,最终用户并不总是能充分理解审计员所进行的工作,因此很容易低估或忽视该工作。

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