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1、我们毕业啦 其实是答辩的标题地方 实验室能效问题研究-以高校为例 刘刘 东东 同济大学机械与能源工程学院 2016年06月14日 1 研究背景与内容 2 实验室环境控制系统特点 3 高校典型实验室能耗调研 4 实验楼空调系统节能分析 5 通风系统节能分析 6 结论 目录 1 研究背景 与研究内容 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 近年来我国实验室建 设发展迅速，各种实 验室的数量和规模都 有不同程度的增加 根据实验室的功能 分为化学实验室、 生物实验室和物理 实验室 实验室尤其是化学类实 验室的单位面积能耗
2、远 超出普通民用建筑 空调通风系统是控制实 验室空气污染的重要系 统，也是实验室的主要 耗能部分 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 实验室环境控 制系统特点，实 验室能耗影响因 素总结 文献、标准文献、标准 调研调研 能耗模拟能耗模拟 数值模拟、实测验证数值模拟、实测验证 高校典型实验 建筑能耗统计与 对比分析，了解 实验楼能耗现状 实验室空调系统实验室空调系统 节能分析节能分析 实验室通风系统实验室通风系统 节能分析节能分析 以某生命科学大楼 为例，分析冷梁系 统的节能情况 建立某化学实验室 的模型，分析
3、不同 换气次数、气流组 织下的通风性能 研究内容 2 实验室环境 控制系统特点 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 通风系统引起的空调新风负荷可以达 到实验室总空调负荷的40%90%，是 实验室空调负荷的重要组成部分 环境控制要求 空调负荷特性 通风系统 能耗影响因素 全面通风、局部通风； 定风量、变风量：送风系统类 型由排风系统确定 大多为100%全新风 常规负荷围护结构负荷、人员 负荷和照明负荷 特殊负荷实验设备负荷和实验 室通风负荷 实验 室 空调系统形式 冷热源系统 实验室智能化 洁净度 污染物浓度
4、气流组织 等等 温湿度 静压 噪声 实验室自身因素 最小换气次数 排风柜排风量 3 高校典型实 验室能耗调研 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 基于能源审计报告 序号序号 名称名称 建筑面积（建筑面积（m2） 建筑年代建筑年代 W1 华东师范大学实验楼A楼 21711 2005 W2 华东师范大学物理楼 19819 2005 W3 二工大实验实训楼 40134 2003 W4 上海电机学院工业中心 13617 2011 W5 上海电机学院技术中心A区 12500 2002 H1 复旦大学先进材料实验室 22574 2007
5、H2 上海大学生命科学大楼 21772 2007 H3 上海交通大学医学院综合实验A楼 10105 1993 H4 上海中医药大学科研实验楼 9646 2003 H5 同济大学医学院2010年 23165 2003 H6 上海交通大学生物药学大楼 40508 2006 H7 上海交通大学农业与生物大楼 19824 2007 H8 上海师范大学测试实验中心 4454 - Q1 同济大学地面交通工具风洞中心 21095 2007 Q2 同济大学汽车试验中心2010年 13506 2004 Z1 上海电力学院综合实验楼 7487 1980 Z2 上海海洋大学公共实验楼 23622 2008 Z3 上
6、海交通大学综合实验楼 24661 2010 Z4 上海立信会计学院松江校区学验楼 15989 - 物理类5栋 化学类8栋 交通类2栋 综合类4栋 调研对象概况 实验建筑面积集中在 10000m230000m2之 间 大部分实验建筑 建成时间较早 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 冷冷热热源源形式形式 数量数量 冷水冷水机组机组+锅炉锅炉 1 风冷热泵风冷热泵 7 VRV 13 分体式空调分体式空调 12 末端形式末端形式 数量数量 组合式空调箱组合式空调箱 4 吊顶式空调箱吊顶式空调箱+新风新风 1 风机盘
7、管风机盘管+新风新风 6 VRV 13 分体式分体式 12 灵活性、自主调节性强 不占用机房、系统简单又便于统一管理 某交通类实验室风洞中心，建筑面积大，舒 适性空调+工艺空调需求，空调供暖负荷大 常规的系统形式 调研对象概况 研究背景 与内容 进风大多采用自然进风或百叶窗进风，除了有特殊通风和压力需求的实 验室，如解剖室、无菌室、细菌室等，一般不设专门的机械补风系统， 而实验楼内的新风系统也很少开启。 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Z2 W1 Z1 W
8、3 H4 H3 Z4 H5 H6 W4 Q1 H2 W2 Z3 H8 W5 Q2 H7 H1 kWh/m2 单位面积能耗 平均值 全年总能耗 各实验楼全年总能耗指标 研究背景 与内容 平均年能耗指标为81.62kWh/m2 最大能耗指标为162.6 kWh/m2，最小能耗指标 为25.36 kWh/m2 耗能最大的两个实验室均为生物化学类实验室 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 68.68 97.34 94.56 61.50 51.07 61.03 40.79 41.10 0 20 40 60 80 100 120 物理类
9、生物化学类 交通类 综合 kWh/m2 总能耗指标 扣除实验设备后能耗指标 同类型不同建筑之间以及不同类型建筑之 间均存在一定能耗差异 生物化学类实验室四分位距大，能耗相对 比较分散，能耗差异最大 不同类别实验室能耗情况 四类实验室年能耗指标 不同类型实验室能耗比较 研究背景 与内容 020406080100120140160180物理生物化学交通综合全年总能耗指标 ( kWh/m2 ) 生物化学类的实验室能耗最高，平均为 97.34kWh/m2，其次是交通类的实验室，平均 为94.56 kWh/m2，综合实验室相对而言能耗较 低 交通类实验室的常规能耗并不高，比其他三类 实验室均要低 实验室
10、环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 0 2 4 6 8 10 12 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 单位面积能耗 ( kWh/m2 ) 月份 物理 生物化学 交通 综合 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 单位面积能耗 ( kWh/m2 ) 月份 综合服务 办公设备 照明 空调通风 综合服务、办公设备和照明系统能耗可认为在全年 范围内是稳定电耗； 空调通风系统能耗占比最大，且随季节波动大； 供冷季节（69月）空调能耗占全年44%，供暖季节 （123月）空调
11、能耗占全年39%，过渡季节也存在 空调通风能耗 实验室节能的重点应为空调通风系统的节能 逐月能耗分析 四类实验室的逐月总能耗指标变化情况 逐月分项能耗指标变化情况（扣除实验设备） 能耗拆分 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 物理类 生物化学类 交通类 综合 占比% 空调 照明 办公设备 综合服务 四类实验室能耗拆分（扣除实验设备） 四类实验楼的空调通风系统能耗所占比例分别为 49%，64%，68%和67%，远远高于照明、办公设备 等其他类能耗 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析
12、 结论 24% 13% 12% 18% 9% 3% 21% 科研实验楼 办公楼 图书馆 宿舍 浴室 教学楼 其他 实验楼在高校整体能耗中的比重最大 上海市高校平均能耗指标：49.8kWh/m2 上海市高校办公类建筑平均能耗指标：46.2kWh/m2 上海市高校图书馆类建筑平均能耗指标：64.8 kWh/m2 上海市高校实验楼年平均能耗指标：81.62kWh/m2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 W1 W2 W3 W4 W5 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 Q1 Q2 Z1 Z2 Z3 Z4 单位面积能耗（kWh/m2） 3级指标 1级指标 实
13、际能耗 平均能耗 有9栋实验楼能耗为等级一，有7栋 实验楼能耗为等级二，仅有3栋实 验楼能耗较低，为等级三，而所有 实验楼的能耗平均值则接近1级指 标线 与高校其他类型建筑的比较 高校实验楼能耗对标情况 高校实验楼能耗与高等学校建筑合理用能指南指标对比 某高校各类型建筑能耗占全校总能耗比例 研究背景 与内容 实验楼是高校建筑的重点耗能对象 4 实验楼空调系 统节能分析 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 上海某高校生命科学大楼，总建筑面积 28950m2，高40.45m，地上八层 冷热源系统：能源中心供冷热水 功能区功能区 比
14、例（比例（%） 实验室 47 办公、会议、公共区 域 32 非空调区域 21 功能区功能区 空调系统空调系统 比例（比例（%） 普通办公室、会议室、 通风柜实验室 FCU+OA 54 公共区域 CAV 23 显微镜室、离心机、 冰箱间、仪器间等 VRV+OA 2 非空调区 - 21 空调系统 通风系统：变风量 模型中的供冷供热系统采用虚拟的冷水机组 和虚拟的锅炉代替，虚拟冷水机组的平均 COP为4.4，虚拟锅炉的平均效率为70% 建筑概况 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 0 500 1000 1500 2
15、000 2500 3000 3500 1 338 675 1012 1349 1686 2023 2360 2697 3034 3371 3708 4045 4382 4719 5056 5393 5730 6067 6404 6741 7078 7415 7752 8089 8426 冷负荷kW 时刻h -2000 -1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 1 338 675 1012 1349 1686 2023 2360 2697 3034 3371 3708 4045 4382 4719 5056 5393 5730 606
16、7 6404 6741 7078 7415 7752 8089 8426 热负荷kW 时刻h 07.10, 5:00pm 夏季最大冷负荷指标为112.2W/m2 12.29, 8:00am 冬季最大热负荷指标为64.3 W/m2 全年冷热负荷 生命科学大楼效果图 研究背景 与内容 实验室环境控 制系统特点 高校典型实验 室能耗调研 实验楼空调系 统节能分析 通风系统 节能分析 结论 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能耗kWh 月份 设备 照明 水泵 风机 制冷 制热 总 13.3% 33.7% 20.8% 15.3%
