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【关键词】 胫骨内侧平台骨折 有限元分析
合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折是一种较严重的平台骨折,发生率约占胫骨平台骨折的10%[1]。这种骨折不仅在内侧平台有较大的骨折块,还有外侧平台、髁间棘的骨折以及韧带松弛而合并膝关节的半脱位,往往需手术治疗。但是手术复位固定较困难,目前已有很多固定方法,如内侧双钢板(MDP)、双侧双钢板(BDP)、外侧锁定钢板+拉力螺钉(LLP)、内侧T型单钢板+拉力螺钉(MSP)等,哪种方法更好仍在不断的实践和研究中。Jiang等[1]用生物力学测定的方法比较了以上4种不同内固定方法的稳定性,认为MDP最可靠,LLP最差。本研究采用有限元分析方法比较了这4种内固定方法的稳定性。
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 胫骨 Synbone人工骨,型号1118,瑞士Synthes医疗器械有限公司。
1.1.2 内固定器材 4.5系统不锈钢“T”型支撑钢板及螺钉及3.5系统钛合金有限接触动力加压钢板(LC-DCP)、螺钉,武进医疗器械公司。微创内固定系统(LISS),瑞士Synthes医疗器械有限公司。
1.1.3 三维有限元模型建立的硬件设备及软件条件 DELL PRESIONTTM 650工作站。医学影像控制系统Mimics 10.0(Materiaise′s Interactive Medical Image Control System, UK);有限元分析软件ANSYS 10.0;计算机辅助设计软件Pro/Engineer 2001;绘图软件Auto CAD 14.0、3D MAX 6.0、CINEMA 4D 9.0;图像处理软件Photoshop 10.0。
1.2 方法
1.2.1 有限元模型的重建 对一完整的Synbone人工骨的胫骨(型号1118)进行CT(西门子CT扫描机)断层成像。在CT成像过程中,将扫描对象置于扫描视野中心,保持纵轴方向不动,扫描条件为:140 kV,320 mA,层厚1 mm。扫描范围从胫骨平台到胫骨远端1/3,得到CT图片,在Mimics中转化为数字信号,处理后生成合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折三维CAD模型并输出,见图1。
图1 合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折
三维CAD模型多视角截图
1.2.2 4种内固定后模型的三维重建 以绘图软件Auto CAD、3D MAX、CINEMA 4D等重建内固定物,外形尺寸数据由内固定物的生产商(瑞士Synthes医疗器械有限公司,江苏武进医疗器械公司)提供。将上一步的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折的三维CAD模型导入Pro/Engineer 2001中,将两部分按实际相对位置和尺寸比例相结合,螺钉在胫骨内部的部分也完全按原比例结合,最终生成三维CAD模型,储存时的几何精度与第一步的三维重建模型相同,以确保不损失数据。
1.2.3 4种内固定方法生物力学性能的ANSYS分析
1.2.3.1 网格划分 将上一步最终生成的CAD模型导入ANSYS软件,采用ANSYS前处理系统,胫骨选择SOLID98号单元,钢板采用PLANE42号单元,螺钉采用LINK8号单元,划分网格,高应力区自动网格加密处理,获得合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折不同固定方法的有限元模型。
1.2.3.2 接触条件 骨骼视为正交各向同性材料,其他所有材料均为弹性材料。拉力螺钉在胫骨平台及胫骨干内为完全固定,摩擦系数为0.3, 骨折界面摩擦系数亦为0.3,微创内固定系统(LISS)钢板与螺钉间为刚性连接。
1.2.3.3 载荷及边界条件 将固定后的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折三维有限元模型远端固支,即远端各节点在X、Y、Z轴上的位移为0。以500、1000、1500 N的纵向静载荷分别进行加载。
1.2.3.4 生物力学性能分析 对不同固定方法固定后的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折有限元模型分析胫骨近端的应力分布,得出最大应力值。
2 结 果
2.1 应力分布 各模型加载500、1000、1500 N后胫骨近端的应力图见图2,最大应力值及其集中部位见表1。从这些结果可以看出,4种固定方法固定后的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折最大应力分布区域均位于内侧骨折块内。
2.2 应力值 4种固定方法的最大应力值在不同载荷强度下均依次为LLP>MSP>BDP>MDP,LLP固定的最大应力值是其他3种固定方法的2.8~6.3倍。
3 讨 论
合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折多由高能量的内翻应力和轴向应力所致,骨折累及包括部分外侧平台、髁间棘及整个内侧平台在内的大块区域,通常都伴有一个较大的内侧或后内侧的“关键骨块”[1]。由于前后交叉韧带的附着点分别位于髁间棘偏内及后方,因此虽然此型骨折中股骨髁与内侧平台骨块相互关系仍可保持一致,但外侧平台可因失去了交叉韧带的控制而向外上方移位,导致膝关节半脱位。这种骨折非常不稳定,预后也较其他类型的平台骨折差[1-2]。其原因不仅包括骨折时较多的软组织合并伤,也很大程度上与这种骨折的复位固定较难、术后并发症较多有关[3]。这种骨折的处理较难,手术要恢复骨与关节正确的解剖关系,并给予可靠的固定,以利于膝关节早期活动。虽然文献报道有多种治疗方法可供选择,但钢板内固定仍是最有效的治疗方法[1]。
转贴于 目前临床上最常用的方法是通过髌旁内侧入路使用支撑钢板结合前后位拉力螺钉固定,这种方法虽然可经单一切口完成骨折固定,但是其对于后内侧骨块的复位及固定均有一定难度。由于膝关节屈曲时平台后内侧的剪切应力较大,如果这些骨块复位不佳或固定不稳均容易导致内侧股骨髁向后下方半脱位,将严重影响膝关节的功能[2]。为了解决这些问题,可采用内外侧双切口联合入路的方法。由于人体正常步态周期中膝关节应力的60%~75%由内侧平台承载,加之下肢的解剖轴线及机械轴线均位于膝关节内侧方,因此内侧平台骨折的移位趋势主要是内翻下沉移位。根据这一特点,内侧双钢板技术被应用于合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折的治疗。这项技术仍然使用后内侧切口防滑钢板对后内侧骨块进行复位固定,同时为了增加对内侧干骺端的支撑,更有效地对抗内翻及轴向应力,将以往外侧的支撑钢板应用于前内侧[1]。此外LISS由于钢板与螺钉锁定后具有角稳定性,因而可以防止干骺端骨折或累及胫骨内侧髁骨折后的内翻塌陷。
本研究中4种方法固定后胫骨近端的应力分布结果表明:MDP固定后的应力最小,其后依次为BDP与MSP,而LLP固定的应力最高。根据骨折固定的生物力学原理,作用在胫骨平台上的应力主要由刚度较高的内固定物承担。MDP和BDP固定中2块钢板在不同平面上对内侧骨折块进行固定,在这种双柱固定方式中,应力可以通过2块钢板和较多的螺钉均匀分散,从而大大减少了应力集中。MSP固定时内侧应力的传递主要有2种途径:一是经钢板跨过干骺端传递至胫骨干,二是通过螺钉将应力传递至外侧平台及外侧干骺端。由于其应力仅由1块钢板及相对较少的螺钉承担,因此每一承载单元的应力明显高于MDP和BDP 2种双柱固定方法。而LLP固定时内侧应力大部分是经过作用在内侧平台的锁定螺钉及拉力螺钉传递至外侧平台及外侧干骺端,小部分经由骨折接触面传递至胫骨干,由于其承载部位更为有限,因此每一承载单元的应力极高。这种高应力必然导致骨折端的高应变,从骨折愈合角度来讲,这种高应变不利于骨折局部骨痂的生长。本研究中选用的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折模型仅是一种相对理想化的模型,临床上此型骨折还可能伴有干骺端的粉碎和后内侧的劈裂等,这些病理变化又加重了骨折端的不稳定。通过有限元分析的结果可以看到,LLP固定由于承载部位有限而导致应力较高,因而从生物力学角度看,并不适用于合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折;在局部软组织允许的条件下,MDP固定是治疗合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折较理想的固定方法。
有限元分析是一种新兴的虚拟现实技术,在医学研究中应用的可靠性已得到公认[5],近年来, 有限元分析方法开始越来越多的被用于骨折内外固定方法的生物力学评价中[1,6],为临床选择有效的固定方法提供了实验依据。
本研究中三维有限元模型的建立采用CT扫描技术,通过对Synbone人工骨结构的扫描,利用ANSYS软件重建胫骨近端的有限元模型,在此基础上制备的合并膝关节脱位的胫骨内侧平台骨折三维有限元模型进行生物力学数据分析。由于这种人工骨是完全按照人体骨的形态结构制备的,因此其扫描后骨的组织结构和构成比例也与人体骨相似,赋予人体骨的特性参数后完全符合实验需要。
由于腓骨对应力分散作用的影响较小,仅占4.6%左右[1],因此在分析中我们忽略了腓骨的作用。膝关节在正常生理活动中要承受弯曲、扭转、剪切、压缩等不同类型的复杂应力,其在不同步态周期及运动状态下力的作用类型与大小又有很大差异,但垂直压缩应力是导致骨折块移位及内固定失效的最主要成分,因此实验中我们仅对胫骨平台施加了垂直方向的静载荷,以观察不同固定方法固定后胫骨近端的应力分布情况,不同步态周期及运动状态下的作用结果还有待进一步的研究。
参考文献
[1] Jiang R, Luo CF, Zeng BF. Biomechanical evaluation of different fixation methods for fracture dislocation involving the proximal tibia [J].Clin Biomech (Bristol, Avon), 2008, May 15.[Epub ahead of print] [2] Papagelopoulos PJ, Partsinevelos AA, Themistocleous GS, et al. Complications after tibia plateau fracture surgery [J].Injury, 2006, 7(6): 475-484.
[3] Luo CF, Jiang R. Medial double-plating for fracture dislocations involving the proximal tibia [J].Knee, 2006, 13(5): 389-394.
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[5] Georgiadis GM. Combined anterior and posterior approaches for complex tibial plateau fractures [J]. J Bone Joint Surg Br, 1994, 76(2):285-289.
【关键词】固定资产投资项目节能评估
一、引言
长期以来,投资、消费和出口是拉动我国经济发展的三驾马车。投资是我国经济增长的主要方式,通过扩大投资规模来推动经济发展。伴随着经济发展的客观形势,为了有效遏制高排放和高效能行业过快过热增长和低水平重复建设,经济发展方式的转变和产业结构的调整已是当前经济建设的重要课题。作为经济发展的重要一环,固定资产投资项目节能评估工作无疑对抑制随意的高排放、高污染和高消耗企业有着重大作用,对环境改善和生态保护也有着重要作用。
所谓固定资产投资项目节能评估工作,是指根据相关节能法规和标准,通过分析和评估固定资产投资项目的能源利用是否合理科学,以编制节能评估报告表、节能评估报告书和填写节能登记表的行为。2006年8月,《国务院关于加强节能工作的决定》这一文件中明确指出,能源问题对我国的经济和社会发展有着重大影响。2008年4月,新的《节约能源法》开始实施,这意味着固定资产投资项目节能评估和审查制度在全国推行了,对于不符合节能标准的投资项目,相关核准机构不得进行审批、核准和开工建设。2010年9月,国家发展和改革委员会颁布了《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》,以进一步对扩建、改建和新建的年能源消耗量大的项目实行更为严格的分类管理。由此可见,加强节能评估工作,进一步做好和完善固定资产投资项目节能评估工作,已成为政府和相关评估机构关注的重要主题。
二、当前固定资产投资项目节能评估工作存在的问题
目前,项目投资建设的程序如下:首先是投资者编制项目建议书;然后,编制项目投资可行性研究报告;其次,相关建设单位进行工程设计,并报核准单位进行审查、核准和审批;再次,获得审批后,项目投入建设实施中;仅次,施工单位竣工后,交由投资者和相关单位进行验收;最后,验收通过后,既可交付运营了。在这一系列复杂的程序中,要确保节能评估报告中经审查的节能措施得到落实,每一个环节都必须进行严格、有序的监管。
然而,由于新的节约能源法、固定资产投资项目节能评估和审查制度才刚刚实行,对于现实中出现的问题和漏洞无法通过制度给予解决,加上评估机构和相关核准单位缺乏经验和利益的驱动,使得固定资产投资项目节能评估和审查工作仍存在着很多的不足之处。
(一)节能评估和管理体制未能及时完善
节能管理体制改革滞后,缺乏统一的、明确的、成体系的和完善的规定,这在主管部门、建设取向和项目性质不同之间表现最为突出。此外,能源价格没有完全顺清,价格供应机制没能发挥应有的市场经济作用,缺乏具体、明确的法律法规。另外,投资项目审批的前置条件是在可行性研究阶段完成节能评估和审查报告,并获得审批,可是一些投资者反而是“先斩后奏”,甚至有一些根本就没有申报相关单位,致使国家遭受损失、环境遭到破坏。
(二)节能评估审查监管制度缺乏和滞后
在整个评估审查过程中,只有评估机构和审核单位参与其中,缺乏全过程的强有力的监督。投资项目的节能评估报告是否经过审批和如何经过审批,项目的工程设计是否合理,建设设施是否到位、合格,竣工验收是否通过,这些所有的程序一旦有一个没有监管到位,将会使节能措施得不到落实,出现重复低水平的建设和随意投资的现象。此外,针对不同的投资项目,主管部门也不同,监管重点不同,这就加大了对正常耗能项目监管的难度。
(三) 节能评估机构鱼龙混杂、技术人员水平各有不同
目前我国的固定资产节能评估工作起步晚、技术低,缺乏专门的、明确的节能评估报告编制单位资格认定制度。节能评估机构的设立和运营市场准入较低,没有严格的审批制度,致使节能评估机构鱼龙混杂。此外,虽然目前我国有约10万人以上从事节能评估审查工作,但是这些人员大都是工程设计师、咨询师、一线生产人员和其他相关管理单位转岗而来,对于技术水平和知识结构及管理能力各有不同,致使评估工作的质量大大受到影响。
三、做好固定资产投资项目节能评估工作的若干建议
针对固定资产投资项目节能评估工作的复杂性和精细性,要做好对这一投资项目的评估工作,可以从以下几点出发:
(一)全面熟练掌握节能评估各阶段的评估方法
在固定资产投资项目评估过程中,有四大类评估方法可供选用,它们分别是能源分析法、能耗预测法、合理用能法、现状调查法。
首先,针对能源分析法,就是从项目规划、设计材料和可行性研究报告及项目信息等资料的详尽程度出发,对现有能源做出分析的方法,具体可以分为类比分析法、平衡计算法和查阅参考资料等其他分析方法。在类比分析法中,通过利用现有的技术数据和已知的材料来分析投资项目节能情况的方法;对于平衡计算法,就是根据能量守恒定律,对项目所消耗的能源进行分析的方法;查阅参考资料法,就是利用数据库等多种媒介来查阅参考资料以确定能源工程情况。在这三个分析法中,应该首先采用类比分析法,然后是平衡计算法,只有在所要评估的项目能耗相对较低而且要求低和时间短的情况下,才使用第三种分析方法。
其次,能耗预测法。通过准确合理预测所评估项目的能耗情况,对项目的能源利用状况制定出正确的评价,并为项目后期工作做好基础。此外,能耗的预测应该采用成熟、简单且通用的方法。
再次,合理用能法。合理用能法有单项评价法和综合评价法两类。根据国家和地方相关规定,评定项目单个能耗等技术参数的准确性和合理性,这就是单项评价法。所谓综合评价法,便是评价所要评估项目的多种情况,有已预测的所有能源利用相关参数、经济发展水平中的GDP、税收、二氧化碳减排量和能耗量,还有对环境保护和经济循环的贡献作用等。
最后,现状调查法。通过现场收集资料和勘探调查,对所建项目进行评估分析,这便是现状调查法。此方法在针对改扩建项目的时候,最为重要。
(二)严格市场准入,完善节能评估制度
目前的评估机构市场门槛和准入相对较低,评估机构良莠不齐,千差万别。固定资产投资项目节能评估工作编制差异较大,能耗指标不规范。因此,建议统一能源消耗核算,规范节能项目审批。关于节能评估机构的认证问题,相关审核机构要严格按照程序办事,健全和完善对评估机构的认证和监管制度。对那些达不到要求和标准的评估机构一律不予批准,务必确保评估机构的质量,坚持“宁缺毋滥”原则,提高评估机构的市场准入门槛。
此外,由于节能评估工作的管理体制未能及时得到完善及其存在的滞后性,阻碍了节能评估工作的顺利进行。因此要不断加快推进体制改革和制度创新,确定限制能耗最低值。以前的许多能耗标准如今已不能适应不断变化的实际情况,因此要尽快更新和完善相关限制能源消费量表和节能量表,从而使节能评估工作能够更加顺利开展。
(三)注重专业知识,提高评估机构人员技术水平
目前,国内从事节能评估、节能审计、节能技术咨询服务的等节能工程咨询的专业工作人员约有10万人以上,但是这些人员都没有经过专业化的学习和培训,都是有其他岗位转化而来,技术能力和知识结构水平不一样。针对评估机构人员技术水平参差不齐的情况,应该为机构人员提供培训的机会。一些高校和科学院应设立节能管理专业学科,注重从教育层面上炸抓起,注重知识和专业。
此外,应该把节能评估主管部门和监管部门联合起来建立专业人员职业资格评审制度,推行职业资格评估认证,建立健全评估机构专业人才考核制度,实行专业人员职业准入和退出机制。
(四)加大节能评估基础投入,建立健全节能基础资料数据库
由于固定资产投资项目节能评估涉及到较高的知识水平,包括相关专业知识、统计资料等各个方面的参考资料和文献,尤其是在可行性研究阶段,其制定的项目方案应是非常详细和具体的。然而,权威部门比较全面的能源消耗量包括工业产品、交通、建筑等方方面面的统计资料还是比较少,往往难以找到权威部门的具有代表性的能源消耗统计资料。
因此,政府应该加大对节能评估的投入,把节能评估的成本纳入政府预算。利用财政职能和税收职能,鼓励具备专业性的商业性的评估机构进行评估。同时,积极建立节能基础数据库,组织动员相关单位和行业制定节能设计手册、建筑耗能特性手册等有关节能设计的多种手册,实现社会共享。
参考文献
[1].于少杰,辛升,赵凤忠.固定资产投资项目节能评估方法[J].中国资源综合利用,2009(8):58-60.
[2].李晓丹,王建.固定资产投资项目节能评估和审查工作的探讨与实践[J].中国能源,2008(30):17-20.
[3].蒙明元.固定资产投资项目节能评估工作中存在的主要问题[J].中国工程咨询,2010(12):25-26.
[4].佟立志.固定资产投资项目节能评估(一)[J].中国工程咨询,2011(1):76-77.
第二条全市年综合能源消费总量(含增加消费量)1000吨标准煤或年用电250万千瓦时(新增变压器500kva)以上的固定资产投资项目(含新建、改建、扩建项目)必须进行节能评估和审查。对全市年综合能源消费总量(含增加消费量)1000吨标准煤或年用电250万千瓦时(新增变压器500kva)以下的固定资产投资项目(含新建、改建、扩建项目)合理用能情况由各县(市、区)、开发区及有关主管部门自行确定管理办法。
第三条项目节能评估应委托有法定资质的能源利用监测机构(或有资质的其他审核机构)进行,并出具评估意见。
第四条市经贸委是全市节能行政主管部门,负责全市固定资产投资项目节能评估的审核和监督管理工作,市发展改革委、市建管局及相关部门按照各自职能负责相关领域工作。各县(市、区)经贸部门负责本地区相关工作。
第五条固定资产投资项目应符合国家相关法律法规、规划和产业政策,符合建设标准、技术标准和《中国节能技术政策大纲》的节能要求。项目节能评估报告应当包括以下内容:
(一)能耗指标:分品种实物能耗总量、综合能耗总量、单位产品(产值)综合能耗、可比能耗,按单一能源品种考核的实物单耗、主要工序(工艺)单耗等;
(二)单位产品能耗和主要工序(工艺)能耗指标与国际国内对比分析,设计指标应达到同行业国内先进水平,有条件的重点产品应达到国际先进水平;
(三)主要工艺流程采取的节能新工艺、新技术,主要工艺设备的能效指标;
(四)主要耗能设备和换热设备的热效率和热力指标;
(五)余热、余压和放散可燃气体的回收利用;
(六)炉窑、热力管网系统的保温;
(七)能源计量仪表的配备和设置;
(八)工业锅炉的热电联产等其他单列节能工程;
(九)供、变电系统的能效指标和节电措施,泵类、风机和空气压缩机等通用机械设备的能效指标;
(十)工业用水的数量和有关用水量指标,节约用水的新技术和工业废水的回收利用情况;
(十一)生产、管理部门和公共附属建筑结构保温隔热水平(外墙、屋顶、地板传热系数和门窗密封指标、级别)和单位面积能耗指数水平;
(十二)生产部门、管理部门和公共附属建筑的采暖、空调、照明和生活用热水、燃料的实物能耗和综合能耗总量;
(十三)节能建筑设备与产品的采用;
(十四)资源综合利用及其它能耗和节能措施等。
第六条固定资产投资项目节能审核内容:确定项目用能总量及用能品种是否合理,项目能耗指标是否达到国内(国际)先进水平,项目是否符合国家、地方和行业节能设计规范、标准,主要工艺流程是否采用节能新技术,单项节能项目(如热电联产、集中供热)和建筑能耗指标是否符合国家和地方有关标准,有无选用已公布淘汰的机电产品以及国家产业政策限制内的产业序列和规模容量或行业已公布限制(或停止)的旧工艺,对节能措施等进行综合评价。
第七条节能评估机构应在10个工作日内完成评估报告,并上报市节能主管部门审核。
第八条节能评估审核部门对节能评估符合规定要求的项目,应于5个工作日内出具审核意见,项目审批、核准、登记、备案部门给予办理相关手续。
第九条评估报告节能篇(章)不符合规定要求或未按规定进行节能评估的项目,审批部门不予办理申报、备案、核准、批复立项手续,建设单位不得建设。
第十条项目建设过程中,市节能主管部门负责组织对项目节能标准和规范执行情况监督检查。对未按节能标准和规范建设的项目,限期改正;情节严重的,依法追究有关单位的法律责任。
第十一条项目建成后,应将项目节能措施完成情况作为主体工程竣工验收的重要内容纳入验收程序。达不到节能标准的,限期整改。
第十二条经批准的项目,其节能方案发生变更时,项目单位应向节能审核部门重新报批变更修改后的节能方案。
第十三条节能评估机构应公平、公正地开展评估工作,凡参与某项目节能篇(章)编制工作的咨询机构不得作为该项目节能的评估机构。
第十四条节能评估机构不按时出具或出具虚假评估报告的,责令其改正;情节严重的,依法取消其评估资格。
根据目前国内外各专业厂家的制造和同类工程机组运行经验,水泵电机可采用同步电机和异步电机两种形式。若选用同步电机,其功能因素高,稳定性好,但须增加励磁装置,而且控制设备复杂,运行维护工作量大,配用设备占地面积较大。故本工程泵站的水泵电机拟选用效率高,噪声低,工作可靠,保养维护简便的2套立式异步电动机及1套低压电动机,提水泵站的电机电压拟采用10kV级。电机型号分别为YKK355—2、YKK400—2、YKK100—2。评估认为:主要耗能设备的选型,充分考虑了节约能源和工程造价,达到一定的能效指标和能效水平,不会对能源消费构成不利影响。下阶段,应对电动机及水泵进行优化选型,使其满足《评价企业合理用电技术导则》GB/T3485—1998和《清水离心泵能效限定值及节能评价值》GB19762—2007。提高功率因数,减小无功损耗。
变压器能效评估分析
目前国内使用的变压器主要有9型、10型、11型等几种类型。由于技术进步10型和11型从经济角度考虑相差不多,本工程选用的11型低损耗变压器,其能耗值远低于GB20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能平均值》,与9型、10型变压器相比其具有:体积小、重量轻、效率高、损耗低、噪声低、运行可靠的特点,可减少大量的电网损耗和运行费用。从而降低了电气设备的能耗量。本项评估认为:目前选用的SC11—315/10型三相节能型变压器,根据《三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB20052—2006》标准规定,该容量电压器能效限定值为空载损耗P0=880W,负载损耗Pk(100℃)=3270W。该项目所选变压器满足《三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB20052—2006》能效限定值要求(空载和负载损耗偏差允许在7.5%以内),属于节能降耗产品。
节能措施效果评估
本项目是自来水厂工程,原料为河水,产品为经过处理后达到饮用水标准的清洁水,生产过程中,主要消耗的为电能。对厂内所有用电设备(含日常照明、通风、空调、工艺设备等厂内日常用电)的功率、效率以及工作时间进行统计。水厂生产规模为3.0万m3/d,自来水厂设备用电总量为490.979万kW,折合标准煤603.341t。项目水能耗指标为0.58kW•h/t。本项目充分考虑自来水厂的项目特点,结合国家各种节能标准和规范,在规划、设计、建造和运行过程中,通过采用新型墙体材料,执行建造节能标准,加强构筑物用能设备的运行管理,合理设计建筑围护结构的热工性能,提高工艺、运行、用电等的效率,降低能源消耗,合理、有效地利用能源。
结语
1)建立完善的能源消耗定额考核机制,制订详细的能耗考核指标,并与绩效考核挂钩,设立节能工作的节奖超罚制度,对节能工作中做出贡献的单位和个人给予一定表彰和奖励,以有效推进节能降耗工作。
【关键词】 建筑节能,评价体系,经济指标
中图分类号: TE08 文献标识码: A
一.建筑节能技术评价概述
建筑节能技术的“绿色节能”该如何来定义?这就需要合适的评价标准来确定,因为节能建筑评价标准有较强的主观性。不同的国家和地区因为经济水平的不同,文化理念的差异,资源储藏的多少,节能建筑发展程度的高低等因素决定了节能建筑的评价标准不能放之四海而皆准,必须有很强的适用性和针对性。评价建筑节能技术所关注的重点一般有资源消耗、经济投入、室内外环境、以及环境负荷所组成。
建筑作为一个具有较长使用寿命的产品(一般50~100年),在从设计-施工-使用-报废的全生命周期过程中,影响建筑的各种因素此消彼长,交替变化,在不同的阶段有不同的重要程度。因此,对建筑节能技术评价必须要从全生命周期的角度去进行评价和审核,才能做到全面、客观和准确。
二.建筑节能技术评价的重要意义
建筑节能技术进行评价的重要意义主要体现在以下几个方面:
1.节能技术的评价是减少资源绝对数量使用,提高资源有效利用率的有效途径。人们生活的地球资源有限,消耗量又随经济发展不断增加,如果继续大幅挥霍自然资源,势必对子孙后代的发展造成严重的隐患。建筑作为资源消耗的大户,采用节能技术势在必行。而节能效果如何需要用评价来体现,只有客观的反映出节能所带来的经济效果,才能推动技术的发展,努力提高资源的使用效率,间接减少能源的使用。
2.节能技术的评价是推动节能技术快速发展的重要手段。对于技术,人们追求的最终目的是成熟的技术,低廉的成本,即最佳性价比。一项技术性价比的高低是能否得到发展的关键。但是如何界定技术的性价比需要客观的经济评价来断定,所以系统的对技术进行经济评价能加快技术的优胜劣汰。
3.节能技术的评价是降低投资风险的可靠保证。盲目的凭主观意愿做决定,很有可能会造成人力、物力、财力的浪费。若是在技术实行前对技术方案论证评价,可以及时发现问题,否定或者更换方案,避免不必要损失,全面降低投资风险,保证投资的收益。对于先进合理的绿色节能技术,评价可以划分阶段,量化成果,使投资者与使用者明确产出,加深认识,加大推广。
4.节能技术的评价是推动可持续建筑新能源,低碳建筑发展的有力保证。减少化石能源的使用只是“节流”,而新能源的利用则是“开源”。我国今后将大力发展太阳能、风能、地热能、空气能等新能源和可再生能源。新能源地区的适用性需要经济评价来完成。找出适用的新能源并加以合理的开发利用可以逐步改善以传统化石能源为主的结构,缓解与能源相关的环境污染问题,协调能源、经济与环境的关系,实现可持续发展目标。
5.节能技术的评价是加快既有耗能建筑改造的关键推手。我国建筑总量的96%是耗能建筑,这些在每年的运营中能量的损耗远远大于节能建筑。对节能技术进行的评价可以对比既有建筑的耗能情况,核算既有建筑的改造成本,从而利用合适的节能技术对既有建筑进行改造,完成节能减排的社会目标
三.建筑节能技术评价体系的现状
国外在建筑节能评价体系的研究中,以可持续发展为目标,各国相继颁布了各自的评价体系。表1显示了几个主要国家评价体系
评估体系 研究机构 适用建筑类型 评价内容
LEED 美国绿色建筑促进会 公共建筑 住宅 评价周边环境,建筑节能,材料和资源,室内环境质量,水资源和创新设计,将得分分为四个等级:白金、金、银、通过
BRFFAM 英国建筑科学研究院 公共建筑 住宅生态建筑 评估重点在于资源消耗,材料和能源消耗,环境负荷和对人自身影响,将得分分为四个等级:优秀、非常好、好、通过
CASBFF 日本建筑物综合环境评价委员会 公共建筑 住宅 对建筑环境质量和性能以及建筑环境负荷进行总体评估
NABERS 澳大利亚建筑环境评估体系 公共建筑 住宅 分为14个评估指标,评价结构由项目嵌套子项目组成。得分按0~5星打分,总项目得分由子项目得分平均得出
表1 国外节能建筑评估体系比较
各国的评价体系在实际应用过程中受到研究时间的早晚,技术和能力的制约,对建筑节能的认识理念不同,都有其局限性,简而言之包含:
1. 评估体系都各自独立,没有可比性,不能促进国际发展;
2. 评估要素的选择及权重安排缺乏科学合理的办法,对各指标项目的整体相关性反映不足;
3. 单项指标的“评价方法“和“评价标准”方面的基础研究工作不足,影响评价合理性和可操作性;
4. 部分评价体系的非要费用过高,过程繁琐,难于普及。
相对于发达国家,我国建筑节能技术起步晚,研究水平低,评估体系不完整。但近年来,随着建筑节能工作的大量开展,作为相辅助的评估体系也逐渐成熟,诸多研究机构针对不同建筑类型和研究目的,自主研制了评估体系,参见以下表2。
表2 中国国内节能建筑评估体系比较
评估体系 研究机构 适用建筑类型 评价方式 评价内容
绿色建筑评价标准 绿色建筑委员会 住宅、办公、商场和旅馆建筑 一星、二星、三星 节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源应用、室内环境质量和运营管理共6项
中国生态住宅技术评估手册 全国工商联住宅产业商会 住宅 定量指标 住区环境规划设计、能源与环境、室内环境质量、住区水环境、材料与资源共5个子项
绿色奥运评估体系 清华大学等 公共建筑 Q/L打分体系 设计规划阶段、详细设计阶段、施工阶段、调试共4阶段
这些建筑节能评价体系填补了我国在建筑节能评价方面的空白,他们的出现使建筑节能的评价有了量化标准,并且这些评价体系对积极引导建筑节能关键技术在我国的研究与发展, 推进我国进一步开发针对各种类型建筑的绿色建筑评价体系积累了必要的技术基础和法规架构。
但由于研发时间较短,这些体系仍然存在一些不足之处, 包括以下几点。
1.评价项目的局限性。其编制的评价项目与国际上较为成熟的评价体系相比, 不仅数量上不足, 而且内容也相对简单。
2.评价标准的模糊性。采用打分制(1~5分) 的评价项目较少, 而采用措施评价( 好、中、差) 的项目较多, 这就增加了评价的模糊性, 不利于对建筑的准确评价。
纵观国外与国内的绿色建筑经济评价方法,当前的评价体系指标还不完善,并没有形成一套成型且可操作性强的评价标准。而且建筑技术经济评价所涉及的内容没有从单个绿色建筑项目的角度出发考虑不同受益主体所能获得的收益,没有将绿色建筑所增加的经济效益做一个有效分配,特别是对消费者来说,不能明确购买售价高于传统建筑的绿色节能建筑到底能给自己带来多少潜在收益,对销售经营性绿色建筑的开发商来说,也不能明确绿色节能建筑的初始增量投资费用到底能给他们带来多少利润。
四.节能技术评价体系建立原则
节能技术的评价指标是对节能技术进行评价的依据。由于技术的复杂性,任何一种具体的评价指标都只能反映建设项目的某一侧面或某些侧面,而忽略其他方面,所以仅凭单一指标很难达到全面评价项目的目的。因此,为了系统而全面地评价一个项目,往往需要采用多个评价指标,从多个方面对技术的经济性、合理性、可行性进行分析考察。这些既互相联系又相对独立的评价指标,就构成了节能技术评价的指标体系。
要建立一套科学合理的评价体系必须依靠一定的原则去分析和判断,才能较好的作出合理的推论结果。一般应遵循以下原则:
1.科学性及系统性原则。评价指标体系首先要用科学理论做指导,以事实为依据,抓住评价的实质。其次要用科学、合理、公正的方法对指标进行考量、选择和评价。最后要得出科学的结论和建议。其次指标之间并非独立,存在着相互制约和联系,要使整体评价体系能系统的运行,不能造成指标之间的自相矛盾。在概念定义和逻辑框架结构上严谨、合理,具有针对性和适用性。
2.定性与定量相结合,定量为主,定性为辅原则。评价节能技术是一个复杂的工作,其中涉及的指标不可能全部精准量化,必然有一些指标带有不确定性,无法用数字表示,因此,评价体系要能客观的反映节能状况,必须将定性和定量指标结合。其中定量指标用数据来表示,简单明了,清晰易懂,应作为评价的主要参考对象。定性指标反映的往往是人的主观意愿,无法量化,但又对评价非常重要,故作为辅助指标。
3.静态与动态指标相结合原则:静态指标计算方便,简单易懂,便于理解,但是不考虑时间因素的影响,在国家利率,材料价格大幅波动的情况下,计算的结果往往同实际产生较大的偏差;动态指标将时间因素计算在内,往往更准确,能比较客观的反映实际情况。但是动态指标的计算比较复杂,需要掌握更多的资料,在事前评价难度较大。
4.局部指标与整体指标相结合原则:评价体系是是一个系统工程,具有自身复杂的结构。要使评估具有可操作性,需要把整个评价体系拆分成各个单独的局部指标来反映单一方面的具体情况。但是整体指标不仅仅是指标体系内各个局部指标的简单相加,整体指标还有部分效果反映在各要素的相互联系和相互作用之中。因此,要将整体指标和局部指标相结合起来,依托之间的有机联系,做好客观评价。
五、结语
在我国目前实行的市场经济条件下,节能效果的综合正确评价是企业决定是否顺利推行节能项目的重要基础。因此,在新形势下,研究节能项目技术经济评价指标和体系十分必要。只有因地制宜的分析和选取合理有效的建筑节能评价体系,才能判断政府是否应该鼓励此类结束的发展并深入寻找政府鼓励此类项目发展的途径。同时,从国家选择推广优秀节能项目的角度考虑,对已有节能项目进行评价审核,也可以加速推进我国政府在行政、法律、经济等一系列方面的节能工作。
参考文献
[1] 孙佳媚等,绿色建筑评价体系在国内外的发展现状。《建筑技术》,2008年
(一)总体思路。在建立健全能耗统计指标体系的基础上,通过对各项能耗指标的数据质量实施全面监测,评估各地、各重点企业能
耗数据质量,客观、公正、科学地评价节能降耗工作进展,全面、真实地反映省、市、县(市、区)以及重点耗能企业的节能降耗进展情况和取得的成效。
(二)工作要求。在加强能耗各项指标统计的同时,对能耗指标的数据质量进行监测,确保各项能耗指标的真实、准确。深入研究能耗指标与有关经济指标的关系,科学设置监测指标体系。制订科学、统一的能耗指标与GDP核算方案,从核算基础、核算方法、工作机制等方面对单位GDP能耗及其他监测指标的核算进行严格规范,不断完善主要监测指标核算的体制和机制。制定严格的数据质量评估办法,切实保障数据质量。节能降耗指标及其数据质量分别由上一级统计部门认定并实施监测。年耗能5000吨以上重点耗能企业主要由省统计局和省经贸委负责监测,各市、县(市、区)政府也要对本地区重点耗能企业进行监测。从20*年起,各市、县(市、区)统计局按省、市统一要求建立季度、年度能源消费总量和单位GDP能耗核算制度,进一步完善能反映各地特点的能耗数据质量评估办法。
二、监测的主要内容
(一)对全省及各市、县(市、区)节能降耗进展情况的监测。
监测指标:单位GDP能耗、单位工业增加值能耗、单位GDP电耗、单位工业增加值电耗及上述指标降低率;单位产品能耗,重点耗能产品产量及其增长速度;主要耗能行业产值及其增长速度等。
(二)对主要耗能行业节能降耗进展情况的监测。
主要耗能行业包括:钢铁、有色、建材、石油、化工、化纤、电力、造纸、纺织等。
监测指标:单位增加值能耗,单位产品能耗。
(三)对重点耗能企业的监测。
重点耗能企业:省级为年耗能5000吨标准煤以上的企业,各市、县(市、区)根据当地情况自行确定。
监测指标:单位产品能耗,能源加工转换效率,节能降耗投资等。
(四)对资源循环利用状况和“十一五”期间十大重点节能工程建设情况的监测。
监测指标:资源循环利用指标,十大重点节能工程的节能量。
三、监测的主要方式
(一)按年度编写全省能源利用状况白皮书并召开新闻会,向社会公布全年能源利用状况。
(二)按季度全省及各市、县(市、区)节能降耗情况公报。
(三)建立重点耗能企业能源消耗状况内部通报制度,按月向省政府及相关部门通报重点耗能企业节能降耗情况。
(四)组织开展对各市、县(市、区)能源统计工作的督查和对重点企业能耗统计数据质量的稽查。
(五)按季度召开
省级有关部门联席会议,交流和通报各部门节能降耗有关情况。
(六)按季度召开全省统计系统内能源数据质量联审评估会议,对节能降耗主要指标进行评估监测。
(七)各市、县(市、区)也要相应开展节能降耗情况监测。
四、对单位GDP能耗及其降低率数据质量的监测
GDP和主要能耗数据实行下管一级。每季度全省统一组织核算、评估各市GDP数据和主要能耗数据。各市统计局按省统计局有关文件精神,统一组织核算、评估所辖各县(市、区)GDP数据和主要能耗数据。各地数据使用前必须经上级统计局核准,未经核准一律不得对外使用,以确保省、市、县三级数据的基本衔接和横向可比。
(一)对GDP数据质量的监测。
第一组:地区GDP总量的逆向指标,用于检验GDP总量是否正常。
1.地区财政收入占GDP的比重。
2.地区各项税收占第二和第三产业增加值之和的比重。
3.地区城乡居民储蓄存款增加额占GDP的比重。
第二组:与地区GDP增长速度相关的指标,用于检验现价GDP增长速度是否正常。
1.地区各项税收增长速度。
2.地区各项贷款增长速度。
3.地区城镇居民家庭人均可支配收入增长速度。
4.地区农村居民家庭人均纯收入增长速度。
第三组:与地区第三产业增加值相关的指标,用于检验第三产业增加值是否正常。
1.地区第三产业税收占全部税收的比重。
2.地区第三产业税收收入增长速度。
(二)对能源消费总量数据质量的监测。
1.电力消费占终端能源消费的比重,用以监测终端能源消费量是否正常。
2.规模以上工业能源消费占地区能源消费总量的比重,用以监测地区能源消费总量是否正常。
3.三次产业、各行业能源消费的比重,用以监测地区各产业、行业能源消费总量是否正常。
4.火力发电、供热、煤炭洗选、煤制品加工、炼油、炼焦、制气等加工转换效率,用以监测涉及计算各种能源消费量的相关系数是否正常。
5.对各产业、行业能源消费增长速度与工业增加值增长速度进行比较,结合节能技术运用情况,用以监测各产业、行业能源消费与行业增长是否相衔接。
6.主要产品产量、单位产品能耗,用以监测重点耗能产品能源消费情况。
关键词:建筑节能;评估;方法;体系
建筑节能已成为现代城市建筑的一个重要标准,随着我国经济建设的逐步深入,建筑节能问题已经成为经济发展的重要环节之一。现今,我国的建筑能耗一般占总能耗的25%,而对比同纬度国家的建筑能耗,我国的建筑能耗要高出2--3倍,造成能源的极大浪费,所以科学的评估建筑能耗,节约能源支出,对我国的经济发展有着非常重要的意义。本文从现代城市建筑节能评估的主要依据出发,论述了建筑节能评估体系的关键因素,并详细的分析了建筑节能评估的主要方法。
一、现代城市建筑节能评估的主要依据
近年来我国的建筑能耗已成为国家经济发展的重要指标之一,建设部与中国建筑设计院也出台了《全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇》、《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007、《国家建筑标准设计节能系列图集》、《民用建筑节能条例》等相关规范,其内容主要是指出我国建筑节能中因技术、设计、施工过程中存在的节能漏洞,意在施工与设计阶段处理好建筑的整体节能,以减少建筑运营中的能源消耗。以上标准与规范都是建筑节能评估的重要依据,其覆盖的内容较为丰富,其中包括:建筑外墙、门窗、采暖、空调、动力、给排水、电力电气设备节能、地源热泵等。建筑建设过程中要严格的按着以上标准与规范进行施工,以此来推进建筑节能工作的顺利开展。
二、建筑节能评估体系构建的关键因素
(一)立足点与目标
建筑节能评估体系的立足点要建立在可持续发展的基础上,要以绿色建筑的决策与设计为指引,提高建筑的环保标准与节能标准,同时评估体系的目标要经得起市场经济范围内的考验,并建立一套适合我国建筑节能评估的考核办法和框架,促进建筑节能的规范化发展。
(二)关注点与专业性
建筑节能评估体系应明确建筑的分类及组织体系,切实的把关注点放到可持续发展与评估标准的制定上,准确的理清节能评估标准的定性与定量,为评估工作提供更为清晰的理论依据。评估方法上要体现其专业性,同时数据与方法的评估不意味着评估过程的全面,所以评估过程还需要进行有针对性的对比,例如:同类建筑能耗对比、墙体材料对比、采暖方式对比等等。
三、建筑节能的评估方法
(一)节能综合指标限值法
指标限值法是建筑节能评估方法的一种,其评估内容是在规范与条例内进行的,符合我国建筑节能评估的标准,评估方法主要是以建筑物自身的采暖年耗电量和空调的年耗电量之和为依据,对比同一城市内相似建筑的能耗,如果计算值高于规范的限值,则认为该建筑没有达到节能要求,此时需要对该建筑热工性能进行调整,直至满足规范要求为止。建筑节能评估也要适时的对比不同城市的气候条件,例如:对两栋相同建筑面积的楼体进行空调耗电量的模拟,其建筑都是南北朝向,4个单元每层3户,每户建筑都小于80 m2,分别为2个 卧室,1个起居室,1个厨房,空调主要控制卧室和起居室的换气次数与温度,窗户都有水平遮阳,其中一个建筑外墙的传热系数为1.32W/(㎡*K),楼顶传热系数为0.85 W/(㎡*K),另一个建筑外墙的传热系数为1.87W/(㎡*K),楼顶传热系数为0.63W/(㎡*K),两栋建筑的相关数据还有很多,对比过程中需要把这类传热数据按采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26回归,以此得到建筑耗热量(耗冷量)指标和采暖(空调)年耗电量关系根据回归得到的关系式计算并绘制出对应不同采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26下的建筑物节能综合指标限值的数据表格,通过这种计算可以算出建筑节能的综合指标,并确定多层建筑全年的采暖和空调的耗电量,不同纬度的建筑要考虑到四季气温和日照的变化。
(二)对比评定法
对比评定法主要是利用建筑物采暖空调的能耗与相应的建筑物的采暖空调进行对比,并依据对比结果来评估出建筑物是否符合国家的节能要求。对比评定法的关键因素在于对比建筑是虚构出来,对比过程中需要对建筑物的外形、方向、建筑面积、主体结构、外墙面积、屋面面积等数据进行细致的分析,同时对参照的虚拟建筑数据进行统计,其中参照建筑朝向的外窗面积应减小到,使该朝向窗墙比达到规定的上限值。如果建筑的能耗与参照建筑的能耗对比值较大,应认为此建筑不能满足节能要求,应进热工系统的调整。
参考文献:
[1]范宏武,卜震.高层建筑节能评估方法研究[J].墙材革新与建筑节能,2005,5
【关键词】 高校 合同能源管理 节能 机制创新
一、合同能源管理必将成为高校节能工作的核心机制
所谓合同能源管理,简单的说就是节能服务商通过和客户签订能源管理合同,为客户提供节能服务,帮助客户节能降耗,并与客户分享节能效益,以此取得节能服务报酬和合理利润的一种商业运作模式。其实质是一种以减少能源费来支付节能项目部分或全部成本的节能投资方式,其突出特点是:零投入、零风险,客户不用出一分钱,也不负责设计施工等所有事物,一切节能改造的工作均由节能服务公司承担,且客户还能按合同比例分享节能利润,合同到期后所有节能设备和节能收益均归客户。合同能源管理节能机制根据客户和节能服务公司各自所承担的责任以及用户向节能服务公司付款方式的不同可分为节能效益分享型、节能量保证型、能源费用托管型和节能设备租赁型四种模式。目前,节能效益分享型项目占据主流,同时节能量保证型项目增长迅猛,能源费用托管型项目和节能设备租赁型项目也纷纷涌现。
1、国家政策助推高校实施合同能源管理
合同能源管理解决了我国企业和单位节能投资意识不强、节能资金不足、效率不高等一系列问题,促进了各种高效节能措施的推广,减少了能源消耗。2010年我国政府全面出台政策法规推进合同能源管理的实施,4月国务院了《关于加快推进合同能源管理促进节能服务产业发展意见的通知》,为落实意见的实施,财政部及国家发改委又先后了《合同能源管理项目财政奖励资金管理暂行办法》、《合同能源管理项目财政奖励资金需求及节能服务公司审核备案有关事项的通知》。相应的全国各大省市也纷纷按照意见精神结合自身情况出台了相关规定和办法促进节能工作中合同能源管理机制的应用。如《北京市合同能源管理项目扶持办法(试行)》、《河南省公共机构合同能源管理(暂行)办法》、《安徽省合同能源管理项目节能量审核机构管理办法》、《山西省合同能源管理奖励资金管理办法》,从加大资金支持力度、实施税收扶持、完善相关会计制度、改善金融服务、明确申请合同能源管理奖励资金的依据和程序等各个方面提出了具体措施,积极培育节能服务这个新兴行业。
2、高校实施合同能源管理的双赢双促作用
合同能源管理作为一种面向市场的节能新机制,在高校有其广阔的应用发展前景。首先,合同能源管理解决了高校节能资金短缺问题。节能服务公司与高校通过签订合同能源管理合同,为其提供资金支持和项目设计、实施、维修等一系列节能管理服务,使高校在缺少资金及专业管理人员的背景下节能工作得以顺利开展。其次,节能服务公司为高校提供了专业化的节能新技术、新产品。其充分发挥合同能源管理模式技术先进、管理全面、服务专业的特点,使高校由自我管理转变为专业管理,解决了节能技术系统和管理系统的问题,有效地减少了项目成本,稳定地提高了节能效率。高校通过合同能源管理模式不仅获得了节能收益,而且将无偿得到高效节能设备,长期受益。再者,合同能源管理在高校的实施具有深远的社会示范作用和指导意义,合作中不仅能为节能服务公司起到积极的宣传作用,还能为其储备大量的技术及人才力量,有效地促进了节能服务公司的快速发展。显然,运用合同能源管理机制开展节能工作实现了高校与节能服务公司的双赢,不仅有利于整个社会的节能减排工作,而且有利于节能服务公司的发展壮大。
3、高校实施合同能源管理的种种优势
(1)高校能耗高,节能潜力大,市场广阔。近几年,随着高校规模的不断扩大,各大高校校园建筑面积都有了大幅度增加,高校已逐渐成为重要的能源消耗单位,建设绿色节约型校园势在必行。此外,很多高校建校时间长,设备陈旧,能源利用率低,管理粗放,浪费严重。虽然近几年各高校都加大了用能管理力度,进行了一些节能改造工作,但仍然存在不少问题,具备较大的节能潜力和广阔的节能市场。
(2)高校体制健全,信用好、风险小。采用合同能源管理模式进行节能技改的项目回报期一般较长,节能服务公司普遍担心在改造项目结束后用能单位以其没有支付能力、政策变化、体制改革、领导更换等各种理由违反约定不支付款项。在社会诚信和商业诚信相对缺失、司法成本偏高、体制不够完善的情况下,节能服务公司对合同能源管理这种中长期的投资普遍感到风险性较大。高校情况则不同,作为人才培养的主阵地,人员稳定、管理规范、信用良好,具有健全的财务制度,避免了因单位机构改革和人员变动带来的风险,是实行合同能源管理项目的优质客源。
(3)高校用能稳定,易于核定节能量,操作简便。节能量的计算与核定涉及节能效益的分配,是合同能源管理的重要内容之一。高校在校园建设基本完成、学生规模相对稳定的情况下,用能主要体现在教学、科研、生活几方面,具有一定的规律性,且高校节能量的计算方式比较简单,与节能服务公司在节能服务合同的具体条款上易于达成一致。
二、高校实施合同能源管理中存在的主要问题
1、项目资金短缺造成的合作困难
高校实施合同能源管理项目主要集中于两种模式:节能效益分享型和节能量保证型。前者要求节能服务公司负责筹措,后者则要求高校用户方自筹大部分资金。但无论采用何种模式,双方由谁出资,都存在困难。高校的核心职能是教学与科研,其资金多用于此。随着学校的发展,基本能耗资金压力越来越大,能用于规模化节能改造的资金是少之又少,因此高校实施合同能源管理项目多希望采用节能效益分享型,由节能服务公司筹措资金规避资金压力。而多数能与高校匹配的节能服务公司均为技术型中小企业,自有资金有限,项目基本都需要融资实施,加之国家对此类项目现有扶持政策的不完善,银行等金融业又对合同能源管理项目不熟悉,缺乏相应的项目评估体系,致使节能服务公司对外融资困难重重。此种情势下,势必造成不少数目的合同能源管理项目因为资金问题而搁浅。
2、高校管理人员节能意识淡薄
高校一般建校时间长,能源管理者管理思想陈旧、成本意识差,用能习惯粗放,只要保障了正常的科研教学秩序,能源开销花多花少一个样,效率高低无人问津;另一方面部分高校能源管理者对未来一段时间的能源价格存在侥幸心理,如改造过后,能源价格波动,则得不偿失。由此造成高校方节能改造工作均较为保守,不到迫不得已,不会主动地实施节能改造。再者在现有的高校能源管理体系中,能源供给方与管理方一般均隶属于高校后勤系统,属于自供自管,而高校的能源管理者与使用者――广大的师生、教职工则分属不同部门,一方面造成能源管理者监管起不到实质的作用,另一方面使得能源管理者又对使用者的不良用能行为、习惯无直接管理的能力,长期以来造成能源管理者的管理意识淡薄。而合同能源管理的实施不仅需要先进的技术,更需要各环节的良好管理与支持。
3、高校对合同能源管理认知的偏差
在高校方节能意识、管理意识不足的不良影响下,再加上国内对于合同能源管理机制宣传的偏差,多数高校能源管理者对于合同能源管理的认识非常有限,仅限于节能效益分享模式――用户“零投资”,“零风险”即可实施合同能源管理项目,对其他模式的了解甚微。对于合同能源管理项目实施流程的复杂性和灵活性认识不足,对过程中双方应履行的责任和义务缺乏了解。另外,合同能源管理项目目前又无成熟经验可以借鉴,加之高校相关管理人才的缺失,使得高校多数项目合作都是在摸索中进行。合作中双方一旦出现分歧,由于认知的偏差,问题很难得到有效解决。
4、高校可实施节能项目的局限性
近年来通过对一些高校实施的合同能源管理项目分析可以看出,高校在选择合同能源管理模式实施节能改造项目上还趋于保守。实施的项目都是一些成熟技术在小范围的推广尝试,而在大规模新技术应用上面则缺少魄力,这也与高校能源管理的核心职能――维持稳定的教学、科研秩序的性质有关,大范围、高新技术的改造在高校实施确实存在一定的风险。虽说高校节能项目潜力巨大,但其规模有限,对节能服务公司的吸引力不足。另外,高校节能项目主要集中在建筑节能上,不同于工业节能项目的规模大、节能量大,使得节能服务公司规模化的改造能力体现不出来,单位成本上升,难于管理,收益率降低。这与节能服务公司承担的巨大资金及技术风险不成正比,因而节能服务公司拒绝高校合同能源管理项目的可能性较大。
5、相关政策及法规的不完善
高校作为教育事业单位,在能源管理方面,国家的政策压力及其在各领域都应起到的社会示范作用,是其开展节能减排工作、实施节能项目改造的主要动力。现有的国家能源政策不完善,高校执行不力是高校节能减排工作难以推进的重要原因,使得高校这些“特殊”单位有空可钻,有机可乘;再者国家针对高校实施合同能源管理项目的相关财政和税收激励政策的缺失,现有的财政和税收激励政策一般多针对大型工业节能项目,对于高校来说申请难、审批难、兑现难,兑现周期也较长,自然无法刺激高校合同能源管理项目的展开。
6、权威的第三方评估机构的缺失
目前我国在权威的第三方评估体系的建设方面滞后,项目实施过程中在能耗审计、节能量计算上分歧不断。双方在合同能源管理项目合作中最核心的问题就是节能潜力是多少,实际节能量是多少。这些仅靠双方协商达成共识是不太现实的,我国正是缺少这种权威的双方均认可的第三方评估机构,来告诉用户节能潜力是多少,实施后节能量是多少,通过第三方使得双方在信息上均衡,否则双方的合作就无信任可言。
三、加快高校实施合同能源管理的对策
1、多措并举,合力应对资金短缺问题
高校实施合同能源管理项目所需资金按合作模式的不同主要来自两个方面,即采用节能量保证型时的高校方与节能效益分享型时的节能服务公司。现阶段实施的高校合同能源管理项目,主要是节能效益分享型,高校方不愿意主动承担资金压力与风险。若国家及地方政府积极地政策引导,例如对自筹资金实施合同能源管理项目的高校给予一定的政策性奖励(资金)或在融资时相同条件下优先保障节能量保证型的项目,激励高校方积极自筹资金,资金上不全依靠于节能服务公司,这样不仅能极大地促成合同能源管理项目的实施,而且还可以使节能服务公司专注于专业技术的开发,获得更高的节能效率,更好地服务于高校用户。
目前多数高校确实存在资金压力及融资困难等问题,自筹资金无望必须采用节能效益分享型模式时,项目资金压力就全部倒向了节能服务公司方面。节能服务公司多数要面临融资局面,如何解决融资难问题,是双方项目能否顺利实施的关键。这就必然要涉及到金融行业特别是银行,融资难源于银行对合同能源管理项目和节能服务公司的不熟悉、不信任。针对此问题建议先由银行对节能服务公司建立信用档案,实行信用评级区别对待,对一些信用良好的节能服务公司在贷款利率及额度上实行宽松政策积极扶持,使有技术、有实力的节能服务公司得到迅速的发展,形成良性循环。同时金融行业内部成立或者由政府设立权威的银行认可的项目评估机构,对需要融资的项目进行评估,认定其技术风险等级与预期收益情况,银行以此来判断此项目的可投性。对一些技术风险等级较高预期收益不稳定的项目进行规避,对一些技术成熟且预期收益稳定的项目积极放贷,同时适当引入保险业服务,对项目进行投保,降低项目风险。这样银行既规避了风险又拓展了业务,在逐渐熟悉了合同能源管理项目后,此类项目融资难的问题将会得到一定程度的解决。
2、责任到人,强化管理人员的节能意识
对于节能意识淡薄这个问题,除了高校管理方加大宣传、自觉培养外,很重要的原因就是我们现在的管理者缺少有压力的行政性命令和明确的节能目标。没有了这些硬性的指标,一些管理者就得过且过,侥幸心理重。我国政府应当效仿国外政府对公共事业机构尤其是高校下达明确的节能目标及阶段性时间表,既要切合实际又要保持相当的压力,积极配合、按时完成的进行奖励,拒不配合、到期未完成的给予处罚,使得高校能源管理者无空可钻,必须付之切实有效的节能改造工作。对于管理意识不足、管理不利的问题,必须先解决能源供应者与管理者、能源管理者与使用者关系的问题。高校应摒除能源供应者与管理者为一家的现状,在高校设立独立于能源供给系统之外的管理机构,切实起到能源监管的作用;同时协助能源管理者积极与使用者沟通,使能源管理延伸到使用者内部,建议在各机关单位部门、各院系内部建立能源管理小组或者节能管理小组,实现全方位、全过程、全覆盖的动态化立体管理模式。
3、加强宣传,全面认识合同能源管理机制
在强化节能意识与管理意识的同时,要想促进合同能源管理在节能改造项目中的应用,各级主管部门应积极通过各种途径、形式,比如合同能源管理机制的管理者培训,增设合同能源管理机制的相关课程,校内的节能新机制宣传等,以此加强对合同能源管理的客观全面的宣传,使各级主管部门、用户深入了解学习合同能源管理机制,培养相关人才,掌握其特点、模式、实施流程,消除双方在机制认识上的偏见,提高高校实施合同能源管理项目的自身意识和能力。
4、搭建平台,促进高校节能项目整合
高校节能项目本身的局限性也是双方合作中的一大障碍。节能服务公司具有规模化的节能项目改造能力,希望通过规模化降低单一成本,提高整体收益率,而高校方一般不可能一次性提供大规模的项目平台,基本都是“前期试点”加“逐步覆盖”的模式完成改造。此类项目规模有限,有时还存在多点分散的问题,需要一个良好的节能组织平台――例如高校节能联盟,或建立一个高校节能项目协作平台来协调解决。平台既分享各高校用户节能减排经验与实施合同能源管理项目的心得,又可整合意向高校项目资源,化零为整;同时可以采取收取项目管理费用代替中小用户与节能服务公司达成规模化的节能改造项目,吸引节能服务公司与之合作,这样项目双方的意向匹配度就会高很多。由此高校方、节能服务公司、平台(联盟)相互促进,三方共同发展。
5、完善法规,强化经济调控手段
针对法规及政策不完善的问题,国家及地方政府应依照我国国情或当地经济状况,制定切实可行并带有明确阶段性目标的节能减排计划,严格执行。对于按时提前完成的高校进行奖励,对于完成不力的高校给予一定的惩罚措施,比如取消相关单位、管理人员评先资格,扣发相关单位及人员的精神文明奖,使节能减排工作成效与高校相关管理人员的切身利益直接挂钩,切实推动高校节能减排工作即推进高校合同能源管理项目的实施。除了上级给予的行政压力,我们愿意看到的是高校方在经济、环境因素的影响下主动地进行节能减排工作,选择实施合同能源管理项目,这就要求国家及地方政府在经济调控手段上要到位。现有的相关财政和税收激励政策多针对大型的工业节能项目,建议国家及地方政府推出针对高校合同能源管理项目的相关政策,突出可操作性,例如《关于促进高校实施合同能源管理中小项目的财税细则》等,利用经济调控的杠杆实现推进高校实施此类项目。另外,针对高校合同能源管理项目自身的特点,相对规模较小、节能量较小,单一项目能够获得的财政及税收补贴数目少,高校碍于繁琐的申请、审批程序,相关部门应考虑设立高校中小节能项目申请、审批、支付的绿色通道,方便财政和税收政策的及时落实到位。
6、完善机构,成立权威的第三方评估组织
推进高校实施能源管理项目的重要一环就是建立权威的第三方项目评估机构。我国应在有相关技术能力的权威部门下设立此类组织,用于对项目的节能基准、节能潜力及项目实际节能量作出具有权威效应的评判。以此来平衡用户和节能服务公司在技术层面的信息度,杜绝欺诈行为的发生,起到项目监督、风险提醒的作用,消除双方在节能基准判定方面的顾虑,使双方达成公平的合作。
(注:本文系河南省教育厅2013人文社会科学研究项目:高校实施合同能源管理的现状分析及机制创新研究(项目编号:2013-GH-107)的阶段性研究成果。)
【参考文献】
[1] 史兆宪:能源与节能管理基础[M].北京:中国标准出版社,2010.
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[3] 魏新兴:合同能源管理在节约型校园建设中的应用探究[J].高校后勤研究,2013(2).
关键词:多能互补;冷热联供;优化;评估模型;公共机构
中图分类号:TM619 文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2016)06-0131-02
1 引言
公共机构是能源消费的重要领域。我国公共机构能源消耗指标高、总量大,节约潜力大,是节能工作的一个重要领域。同时,公共机构是社会行为和公共道德的示范和标杆,公共机构对自身节能的重视程度影响着社会公众的能源消费观念。因此,加强公共机构节能工作,不仅是构建和谐社会,缓解资源压力,实现国民经济可持续发展的必然选择,也是落实科学发展观,引导和推进全社会节约能源,建设节约型社会的有效途径。
2 公共机构能耗特点
我国公共机构分布广,气候差异大,且公共机构建筑类型多样化、能源种类各有不同。大型公共建筑的用能设备包括空调、供热、照明、办公设备、电梯等多个系统。其中,采暖、制冷、照明及生活热水能耗占了很重要的一部分,在公共建筑的全年能耗中,大约50%~60%消耗于空调制冷与采暖系统,20%~30%用于照明。尤其是我国北方地区,采暖为主要能耗。除采暖外,所消耗的能源种类根据建筑物内用能系统的不同而有所差别,一般以电为主,辅以天然气、煤、蒸汽等。
3 多能互补冷热联供系统应用分析
冷热联供系统(Combined Heating and Cooling Sys-tern)能根据用户需求生产热水(或低压蒸汽)和冷水,并通过网管系统将它们分配到用户端,实现供暖及制冷。多能互补冷热联供系统是按照不同资源条件和用能对象,采取多种能源互相补充,同时提供冷源及热源以合理保护自然资源,促进生态环境良性循环的系统。充分利用可再生能源、余热能源,积极促进多能互补的冷热联供系统在公共机构的开发和利用,可以降低公共机构制冷和采暖系统的能源消耗,对于推动公共机构节能有重要意义。
多能源互补是当今世界分布式能源系统发展的趋势,包括可再生能源间的集成互补(如太阳能与浅层地热能,太阳能与风能等)、可再生能源与化石能源的互补(如太阳能与燃气三联供、生物质能与热电联产等)、化石能源之间的互补等。公共机构建筑多能源互补系统需要遵循能源综合梯级利用、与环境能源互补,与用能负荷、资源、气候等特点良好结合,系统全工况设计等集成原则。同时需要综合考虑系统热力学及综合能效、经济性指标、环保性能、可靠性等多种目标,此外也需要根据负荷需求,灵活组合发电、制冷、余热利用以及蓄能等技术。
围绕公共机构能源种类及用能特点,研究建立系统集成优化模型,将不同的能源利用情况、用能规律与设备特性相结合,形成最优化的能源供应系统。通过充分集成利用一切可以利用的资源,建立能源优化利用模型。根据公共机构所处地域、气候、建筑结构、能源分布情况的不同,建立通用的和单独适用的最优化模型,并通过中央能源供应系统的集成优化实现能源的梯级利用和综合利用。
4 冷热联供系统优化模型构建
公共建筑所在地域不同的气象条件、不同的资源,必然会决定某地区适合的可再生能源的条件及其相互配合。例如在华南地区,气候炎热,地源热泵冬季运行时间短,夏季运行温度高,必然带来较低的系统效率和经济价值。而在东北地区,地下温度较低,从而冬季运行地源热泵的效率较低,同时由于夏季冷负荷小,冬夏之间存在着较大的取热排热不平衡现象,从而加剧了冬季的运行困难,此时考虑太阳能与地源热泵互补,夏季和过渡季向地下排热就存在着必要性。同时,建筑物使用功能也对其能源供给形式存在着较大的影响,例如商场、医院、学校等公共建筑,使用功能性质不同,冷热负荷使用时段都不同,必然对系统的经济性造成影响。
在多能源互补系统中,首先要分析每一种能源的特性,有针对性地选取与之匹配的能源及控制策略;其次应基于系统综合能效较高、品位对口的原则;第三尽可能减小化石能源的消耗量,减少污染物的排放;第四要使系统简化、投资降低,安全可靠。
系统优化模型的设计将考虑气候特点、建筑特点、经济性等基本影响因素,同时根据不同类型能源单独应用及组合应用的情形,以系统优化运行为导向,兼顾安全可靠、经济可行、节能效果、环境影响等方面,构建一个多目标、多参数的系统优化综合模型。
模型旨在针对公共机构能耗占比较高的采暖、制冷以及生活热水部分能耗,设计多能互补冷热联供系统,暂不考虑电的联供问题。模型总体设计架构如图1。
模型主体内容由一系列模块组成,主要包括公共模块和冷热源系统计算模块。
公共模块包括输入部分:基本气象参数,建筑基本参数、基本经济参数;输出部分:项目技术经济指标。
冷热源系统计算模块包括基准模块、冷热源系统模块(多能互补类型模块、单一能源类型模块)、以及生活热水的能源使用模块。①基准模块。考虑采用目前公共机构建筑比较常用的供能系统为基准模块,作为对比其他各类能源系统优化集成效果的基准供能模式。其中,冷热源系统可以“燃气锅炉+水冷冷水机组”为比较基准,生活热水系统可以燃气锅炉作为比较基准。②多能互补类型模块。可考虑以下组合形式:土壤源+太阳能、空气源+太阳能、地表水+土壤源热泵、污水源热泵+燃气锅炉、太阳能直接供热+燃气锅炉、太阳能季节蓄热+燃气锅炉等。③单一能源类型模块。可考虑以下单一能源:土壤源热泵、空气源热泵、地表水源热泵、污水源热泵。④生活热水模块。可考虑以下形式:太阳能热水系统(电加热辅助)、空气源热泵、太阳能+空气源热泵等。
建筑多能源互补系统在集成过程中将多个能量利用过程整合在一起,既可提高系统的整体性,又能优化系统单独构件的性能。在建筑领域,多能源互补系统将与资源综合利用系统耦合,使得建筑能源系统融入建筑生态系统。从长远的发展来看,降低可再生能源的开发成本,实现多种可再生能源的间的集成互补将越来越重要。
5 冷热联供系统优化评估指标选择
在保证系统安全可靠、稳定运行的前提下,多能互补冷热联供系统优化效果评估指标应关注3个方面:经济指标、节能指标和减排指标(图2)。
5.1 经济指标
经济指标系列可包括总投资、单位平米投资、年采暖运行费、年制冷运行费、年总运行费、寿命期内总能源费现值、项目寿命期总现值、对基准项目的静态投资回收期、对基准项目的动态投资回收期、对基准项目的净现值(NPV)、对基准项目的内部收益率(IRR)等。其中,生活热水系统的经济指标可包括总投资、每吨热水投资、每吨运行费用、年总运行费、寿命期内总能源费现值、项目寿命期总现值、对基准项目的静态投资回收期、对基准项目的动态投资回收期、对基准项目的净现值(NPV)、对基准项目的内部收益率(IRR)。以下给出几个主要指标的计算方法。
(1)寿命期内总能源费现值:
CPV=PI×C+A。
式中,CPV为系统寿命期内总能源费现值;PI为折现系数;C为系统每年的总能源费用;A为系统初投资。
式中:
其中,d为市场折现率;e为年燃料价格上涨率;n为从系统开始运行算起,系统寿命或计算期。
(2)静态投资回收期。静态投资回收期不考虑折现率,能源上涨率,可快速了解系统增加投资的大概回收期。计算过程如下:
式中,y为多能互补系统对基准系统的静态投资回收期;I为多能互补系统的初投资;L为基准系统的初投资;Cb为基准系统的能源运行费用;C为多能互补系统的能源运行费用。
(3)动态投资回收期。动态投资回收期是当多能互补系统运行N年后,其节省的运行费用刚好能够抵消增加的初投资。计算过程如下:
式中,N为多能互补系统对基准系统的动态投资回收期;y为多能互补系统对基准系统的静态投资回收期
(4)对基准项目的净现值NPV。寿命期内基准系统的总能源费现值与多能互补系统的总能源费现值之差理解为净现值NPV。计算过程为:
NPV=CPVb-CPV
式中,CPVb为基准项目的总能源费现值,此外,内部收益率定义为15年内当折现率上升到IRR时,对基准项目的净现值为零。
5.2 节能指标
节能指标系列可包括供暖系统总能耗、每平米能耗、制冷系统总能耗,每平米能耗、年建筑物冷热源系统总能耗、年每平米能耗、对基准项目的年节能量。上述指标计算中,电的折标系数都采用近年来全国电网平均供电煤耗(即电当量折标系数,而非等价折标系数);生活热水系统主要考察每吨热水能耗、项目对基准项目的年节能量。
对基准项目的年总节能量,以下给出一个基本算法:每年内基准项目的总能耗与多能互补系统总能耗之差,即:
E=∑ebi×pi-∑ei×pi
式中,E为年总节能量;ebi为基准系统消耗的第i种能源的实物消耗量;pi为基准系统消耗的第i种能源的折标系数;ei为多能互补系统消耗的第i种能源的实物消耗量。
5.3 环境指标
环境指标系列包括供暖系统总排放、每平米排放、制冷系统总排放、每平米排放、年建筑物冷热源系统总排放、每平米排放、对基准项目的年减排量。上述指标计算中电的排放因子采用本地区电网公布的近年排放因子,其它能源如燃气的排放因此参考燃料供应公司的数据(或采用国家标准);热水项目主要考察每吨热水碳排放、项目对基准项目的年减排量。
对基准项目的年总减排量,以下给出一个基本算法:
每年内基准项目的总排放量与多能互补系统总排放量之差,即:
T=∑ebi×EFi-∑ei×EFi
式中,T为年总减排量;ebi为基准系统消耗的第i种能源的实物消耗量;EFi为基准系统消耗的第i种能源的碳排放因子;ei为多能互补系统消耗的第i种能源的实物消耗量。
年减排量只考虑因使用能源导致的碳排放,未考虑物质消耗碳排放和建设材料生产过程的碳排放。
针对上述3个系列的指标的选择偏好,不同项目会有所取舍,例如公共建筑项目可能更关注节能和减排量、同时也关注项目建成后的年运行费用,而对初投资可以适当增加,需要针对用户的偏好进行不同的指标组合,来评价一个项目的不同方面,引导用户作出恰当的选择。
根据目前中国国内的发展现状,冷热源系统通常可选择燃气锅炉+冷水机组作为基准线,待评估项目通过与基准项目的比较得出是否能够接受该项目的结论,如果认为本地区有其它基准线,例如燃煤锅炉+空气源冷水机组,也可以自行设计基准线及其主要指标数据,然后得到比较结果。