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强制性新规出台!建筑能效升级,地源热泵再启“蓝海”

   2022-05-12 地源热泵网970
核心提示:该规范为强制性工程建设规范,全部条文必须严格执行,现行工程建设标准相关强制性条文同时废止。
 强化规范管理 促进地源热泵高质量发展

——业内人士热议《建筑节能与可再生能源利用通用规范》

近日,备受业界关注的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》国家标准已于2022年4月1日起正式实施。该规范为强制性工程建设规范,全部条文必须严格执行,现行工程建设标准相关强制性条文同时废止。出台《规范》的现实针对性是什么?这部《规范》的意义和亮点是什么?对于地源热泵行业将带来怎样的影响?近日,有关业内人士就此接受了《中国地热》记者采访。 

“全文强制性”建设规范,凸显节能降耗决心

“今年4月1日起执行的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》是建筑节能与可再生能源利用领域唯一的一本以技术专业为对象的强制性工程建设规范,与法律、行政法规、部门规章中的技术性规定共同构成“技术法规”体系。”中信建筑设计研究总院建筑科学研究院副总工程师於仲义告诉记者,规范的全部条文强制执行,明显区别于以往的规范标准中强制性条文和非强制条文共存的形式。

《规范》的出台旨在更好地执行国家有关节约能源、保护生态环境、应对气候变化的法律、法规,落实碳达峰、碳中和决策部署,提高能源资源利用效率,推动可再生能源利用,降低建筑碳排放,营造良好的建筑室内环境,满足经济社会高质量发展的需要。

相对于各类现行国家标准,於仲义认为《规范》的主要亮点体现以下几点:一是规范覆盖面广。涉及的建筑类型不仅包含民用建筑,也包含工业建筑,新增温和地区设置供暖空调系统的工业建筑节能设计指标,拓展工业标准适用范围。二是被动节能措施优先。建筑节能应以保证生活和生产所必需的室内环境参数和使用功能为前提,遵循被动节能措施优先的原则。三是新建建筑节能设计水平进一步提升。四是可再生能源利用要求细化。《规范》中对太阳能利用、空气源热泵、地源热泵等可再生能源系统提出了明确指标和技术要求。五是建筑碳排放计算作为强制要求。六是暖通空调系统效率和照明要求全面提升。

值得一提的是,《规范》提高了居住建筑、公共建筑的热工性能限值要求,与大部分地区现行节能标准不同,平均设计能耗水平在现行节能设计国家标准和行业标准的基础上分别降低30%和20%。严寒和寒冷地区居住建筑平均节能率应为 75%;其他气候区居住建筑平均节能率应为 65%;公共建筑平均节能率应为72%。对此,业内人士向本刊记者表示,“建筑节能设计水平的进一步提升,实质是对建筑实施过程和运行均提出了要求,对于暖通行业而言,实现过程和结果的双重节能是适应建筑节能要求的必由之路。”

综合规范诸多亮点,西安交通大学建筑节能研究中心蔡皖龙博士认为,这是一部具有标志性意义的暖通行业节能设计纲领性规范。“新规范的亮点不仅将可再生建筑能源系统的设计、施工、运行管理等全链条环节考虑在内,还将建筑碳排放强度水平作为强制要求,充分体现了碳达峰碳中和远景目标下暖通空调行业节能降耗的决心。”他认为,该规范的实施必将为建筑节能技术发展和建筑节能设计水平提升奠定坚实基础,助力双碳目标实现。

浙江省建筑科学设计研究院有限公司空调研究所所长王建奎认为,《规范》首次将可再生能源利用与建筑节能提到了并列的关系。建筑节能是“节流”,可再生能源利用是“开源”,是一个问题的两个方面,“开源”和“节流”并重的新思路,体现了在“双碳”背景下,有效降低建筑碳排放的总体策略和基本技术路径。

业内人士告诉记者,在当前“双碳”愿景下,以太阳能、地源热泵等为代表的可再生能源建筑供能技术毫无疑问将成为未来新建建筑不可或缺的组成部分。

提升可再生能源系统能效,助力能源低碳转型

能源效率提升是当前能源发展现实条件下实现高质量碳达峰的重要手段,也是未来实现碳中和的重要途径之一。《规范》着重提出,提高能源资源利用效率,推动可再生能源利用,降低建筑碳排放。《规范》第5章节将“可再生能源建筑应用系统设计”单列一章,从工程勘察、系统设计、产品能效、安全保障等方面对可再生能源利用作了细则要求。

清华大学建筑学院博士后邓杰文表示,将“可再生能源建筑应用系统设计”单列一章,就使得新建建筑在节能降耗的基础上能够进一步结合可再生能源系统,提升可再生能源利用比率和应用效果,实现更加深入的节能减排。这对建筑领域节能低碳发展,助力国家“双碳“目标提供了更好的支撑与工具。

目前,我国建筑领域缺乏从设计、施工、调试到运行的全过程精细化管理,导致各个环节间缺乏联动,设计意图难以全部有效落实,最终导致实际运行效果不佳。邓杰文认为,《新规》有了明确的规定后,能够促使新建项目更加严格把控工程建设质量,严格进行设备和系统的调试与验收,并为相关工作的开展提供了方法、目标和支撑。从而形成良好的闭环和全过程的精细化管理,不断提高系统实际运行效率和节能减排效果,更好的促进城乡建设领域节能低碳转型与发展。

於仲义说,我国可再生能源建筑应用从单个项目示范到城市级示范、集中连片示范,其应用发展具有明显的时域特征。在新的时代背景下,我国建筑业迈入高质量发展新阶段。从应用的需求和品质要求方面,《新规》对可再生能源建筑应用系统设计提出的明确规定,特别是以实际运行能耗、能效和碳排放为直接考核目标,进一步促进可再生能源系统在应用质量方面的提升与促进。

建筑能效的提升,离不开建筑设备技术改造和产品升级。对标GB50189-2015《公共建筑节能设计标准》,《规范》提高了对冷水机组、风冷多联机等设备和热泵系统的能效指标要求。这为热泵厂家带来了机遇,同时也提出了挑战。

山东格瑞德集团有限公司相关负责人表示,机组效率要求全面提升,对热泵厂家性能设计、制作工艺等提出了更高的要求,推动厂家技术能力提升和创新,有利于厂家向市场提供性能更好、更节能的设备。作为集中央空调系统设备研发、制造、销售及服务为一体的大型企业集团,昆山台佳机电有限公司负责人向本刊记者表示,为适应新《规范》的要求,热泵厂家需要顺应要求进化升级:一是通过技术的更新迭代,以及地源热泵等可再生能源的利用,提升效率。二是需要转换思维,从传统的冷热源设备供应,向系统的解决方案转变,以科学的管理方法,统筹热泵系统设计、选型、生产、装配以及运维,从而实现全流程的高效节能。

随着行业的持续进步与发展,单纯提升设备部件的效率已遇到了瓶颈,投入大但提升效果有限。对此,邓杰文表示在这种情况下就需要设备厂家积极转换思路,从局部部件的优化,向整体性的技术创新,包括压缩机形式、电机形式、更高效环保的冷媒及系统形式等。另外,优化设备面向不同使用场景的运行控制和调节能力,特别是针对运行过程中变化的冷热供应需求、设备运行工况,从传统的尖峰工况够不够的跳高思路向长期运行、变工况运行能效好不好的跳远思路转变,给出更有针对性、更加智慧高效的调节策略。

蔡皖龙表示,在提高设备和系统额定工况效能指标的基础上更加注重变负荷工况的性能优化,才能真正实现建筑全生命周期内的持续高效节能运行,从而使得产品具有独特竞争力,最终占领市场。“通过与科研院校和研究机构合作,开展产学研用一体化研究和应用工作,是未来设备厂家提升自身竞争力,加速企业发展的必要手段,未来将成为行业内主流发展模式。”蔡皖龙说。

由粗放型向精细化转变,地源热泵再启“蓝海”

目前我国地源热泵系统在设计施工、运行等阶段存在的问题,受访业内人士大多指出,“不少工程项目设计未进行全年动态负荷及吸、排热量计算”“地埋管打井存在不规范,回填未按规范进行”“部分系统未做热物性实验或后期没有地温监测系统”。业内人士表示,对于地源热泵系统施工而言,这些“隐蔽工程”是项目施工质量的“生命线”。新时代新使命中,践行能源革命,推动地源热泵等可再生能源应用高质量发展,实现由粗放型发展向精细化发展转型势在必行。

传统地源热泵工程项目大多设计、施工、运行管理“三权分立”,由于不熟悉设计细节和实际施工情况,第三方运维人员在项目日常维护和运行管理过程中可能会忽略对系统性能和地温变化开展持续监测评估,不能根据工程运行情况及时调整运行策略,无法最大限度发挥地源热泵技术优势,有时甚至出现工程能效过低、项目运行成本高昂等情况。

鉴于目前地源热泵系统在实际工程应用中存在精细化管理不足的问题,邓杰文建议,在设计阶段要明确项目未来实际运行的需求和特点,进行针对性的设计,一方面避免过大的装机选型,不仅带来了投资冗余,还不利于未来的变工况运行。另一方面需要关注冷热供应需求的动态变化,也就是要进行逐时的负荷计算,这一点能够更好的指导设备的选型和运行控制策略的制定。特别是对于地源热泵系统,给出全年累积的冷热供应需求,就能够充分考虑全年取热与排热的平衡,来指导系统设计。

受访业内人士指出,精细化设计更重要的一点是在设计阶段定量的给出未来运行的目标,包括供冷供热量的目标、能耗能效和碳排放的目标,从而作为指导依据贯穿整个建设和未来运行过程,严格把控工程建设质量,严格进行设备和系统的调试与验收。

山东建筑大学热能工程学院副院长崔萍告诉本刊记者,单一地源热泵系统在南方或北方建筑应用均会出现地下冷热不平衡问题,同时大集群埋管,换热器输送能耗较高,这些均会导致地源热泵系统综合能效比低。“针对这个问题,现在越来越多的大型项目多采用多能互补的复合地源热泵系统。对于复合地源热泵系统,现有的设计多采用工程经验或静态设计方法,也容易导致冷热不平衡、容量不匹配、多能协同利用差等问题;同时复合系统在运行管理方面也缺乏科学精准的控制策略。”崔萍说。

针对我国现阶段地源热泵施工存在的上述问题,《规范》明确提出“当浅层地埋管地源热泵系统的应用建筑面积大于或等于5000m²时,应进行现场岩土热响应试验”,同时还强制性要求,浅层地埋管换热系统设计应进行所负担建筑物全年动态负荷及吸、排热量计算,最小计算周期不应小于1年。建筑面积50000m²以上大规模地埋管地源热泵系统,应进行10年以上地源侧热平衡计算。

蔡皖龙表示,《规范》的出台明确了对大型地源热泵系统必须开展动态负荷分析和生命周期岩土平衡计算的要求,这将有力规范相关工程项目的设计流程,确保项目方案设计合理性。同时,这无疑将倒逼地源热泵产业链在实际项目应用中建立健全覆盖项目全生命周期设计-施工-运行管理各阶段的一体化产业联动体系。他认为,具有自主设计、施工和后期运行维护能力的地源热泵行业综合服务聚合商将成为未来地源热泵产业发展的中坚力量。

崔萍认为,《规范》中对浅层地埋管地源热泵系统的设计及施工安装做了强制要求,对地源热泵工程设备性能、安装与验收有了更为严格的规范要求。她相信《规范》的实施,将加快地源热泵市场由粗放模式向精细模式转型,助力地源热泵相关产业健康快速发展。

於仲义向记者表示,此次国家将可再生能源纳入到新建建筑及建筑群的总体规划之中,推动可再生能源建筑用能升级,这对于太阳能、地源热泵行业而言可谓是再启“蓝海”,迎来新的发展机遇和契机。

守牢发展底线,以高标准要求推动高质量发展

近年来,全国多地发生了因地热回灌问题而引发的地热封井事件,引发社会关注。地热回灌涉及地热资源的可持续利用和环境保护问题,是地热开发中不可回避的一个重要课题。作为强制性条文,《规范》明确提出,“地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠回灌措施,确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层,不得对地下水资源造成浪费及污染。”

热源井抽水和回灌试验,是保障工程低位热源供应稳定的前提。《规范》强调,地下水源热泵的热源井应进行抽水试验和回灌试验,并应单独验收,其持续出水量和回灌量应稳定,且应对照图纸核查;抽水试验结束前应在抽水设备的出口处采集水样进行水质和含砂量测定,水质和含砂量应满足系统设备的使用要求。

目前一些地源热泵工程因粗放开发,地下施工的监督管理未有效进行,质量控制存在缺失环节,导致部分项目失败或节能效果欠佳。受访者表示,《规范》从工程系统全生命周期考虑,对施工调试验收与运行管理等强制要求,对地源热泵整个系统的应用能力进行提升,这就要求相关产业链进行技术升级做好配套服务。“相信《规范》的实施对整个地源热泵产业链技术是一个大的提升,地源热泵应用品质也将会得到大浮提升。”

邓杰文表示,项目在未来长期运行过程中,要不断的对标目标设定值,对实际运行性能进行持续监测、评估、诊断与优化,并且充分利用运行数据对系统设计和相应目标值的设定进行反馈与优化,从而形成良好的闭环和全过程的精细化管理,实现地源热泵系统工程应用质量不断提升,实际运行效率和节能减排效果的不断提升,更好的促进地源热泵行业的发展。

“打铁还需自身硬,要对可再生能源利用工程中存在的问题,查找不足,不断优化,凝练技术,及早发现,及早解决,才能真正发挥可再生能源的作用。”於仲义表示,无论南北市场,还是纵深融合发展,地源热泵的利用都需要综合考虑时间、空间、气候环境、资源条件等因素,做到因地制宜,才能保障地源热泵等可再生建筑应用趋于向良性可持续发展。

面向新的发展机遇和挑战,邓杰文建言:可再生能源系统一定要对自身提出更高的要求,不断修炼“内功”,从更加合理的设计方法,更加因地制宜、特别是多能耦合的系统形式,加强施工质量监管、严格开展调试验收,结合大数据与人工智能技术、打造智慧化综合能源管控系统,实现节能降耗减排运行等方面不断提升工程质量,强化节能减排效果,以更积极主动的态度、更先进的技术、更高质量的工程赋能地源热泵行业持续高质量发展。

王建奎认为,《规范》的颁布为行业吹响了前进的号角,同时也给从业者敲响了责任的警钟,为了保障地源热泵等可再生能源建筑应用的健康发展,《规范》明确了规划、设计、施工、运行的强制要求,构筑了行业发展的底线。“大量的工程案例说明,盲目的大干快上、急功近利会毁了我们的事业。行业从业者必须时刻保持清醒的头脑,以《规范》作为我们行动的准则,守牢底线,不碰红线,以优异的技术、优质的工程作为我们对社会的答卷,不忘初衷,才能使我们的事业行稳致远。”王建奎说。(文/戴海雷)
 
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