变压器节能技术规范样本.doc

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《三相配电变压器节能技术规范》

编制说明

( 申请备案稿)

中国质量认证中心
10月

第一部分、 《三相配电变压器节能认证规范》编制说明
本技术规范为配合国家政策需要而编制, 节能评价值采用于 10月15日经过审批并同意报备的新版《三相配电变压器能效限定值及能效等级》标准。待新版《三相配电变压器能效限定值及能效等级》标准颁布实施后, 即可进行直接替换。其它引用《三相配电变压器能效限定值及能效等级》编制说明。

第二部分、 引用《三相配电变压器能效限定值及能效等级》编制说明( 报批稿)
一、 标准工作简况
1． 任务来源
电力变压器(包括输电变压器和配电变压器)是国民经济各行业中广泛使用的电气设备。由于使用量大、 运行时间长, 变压器在选择和使用上存在着很大的节能潜力, 特别10kV配电变压器应用量大面广,节能潜力更为显著。降低变压器损耗, 提高供配电效率, 是当前世界各国普遍关注的问题, 也是中国政府抓工业节能工作的重点之一。
自中国改革开放以来, 由于中国国民经济一直保持着高速增长, 人民生活水平不断提高, 电力需求与供给量呈不断上升的趋势, 最高负荷持续攀升, 一度时期出现多省电网拉闸限电的现象, 同时中国输配电损失量也在不断增加。另一方面由于中国针对电力变压器开展了节能措施, 使得中国输配电损耗占总耗电量的比重呈下降的趋势( 如图1所示) 。因此, 经过制定供电设备能效标准, 提高中国输配电运行效率, 降低配电变压器损耗已是中国节能工作的重要任务。

图1 中国输配电损失量及与总消耗量的比重

, 在《中华人民共和国节约能源法》( 以下简称《节能法》) 明确提出了节能产品认证制度、 高耗能产品淘汰制度和能效标识管理制度。为配合《节能法》的实施, 提高配电变压器的能源利用效率、 降低其损耗, 引导企业的节能技术进步, 提高配电变压器产品在国际市场竞争力, 在国家发改委的统一安排下, 提出了制订中国配电变压器的能效标准, 并于 中国发布实施了GB 2- 《三相配电变压器能效限定值的节能评价值》, 该标准的实施大大推动了中国配电变压器产品结构的调整, 中国S11的油浸变压器的比例为6%, S9的比例为93%, 到 S11的比例增加到61.3%, S9的比例下降到14%, 同时S13和S15也获得较大的发展。
由于配电变压器能效标准已将实施4年多的时间, 其中规定的目标能效值在 7月1日已经开始实施, 需制定新的能效限定值和节能评价值。另外中国对一些工业产品实施了能效标识管理制度, 对提高这些工业产品的能源利用效率, 加强能效指标监督提供了有效的政策保障, 为将配电变压器纳入能效标识管理范围, 因此在这些修订配电变压器能效标准时也需将能效等级加入标准之中。随即中国能效标准的归口单位: 全国能源基础与管理标准化技术委员会向原国家质量技术监督局申报修订国家标准《配电变压器能效限定值与节能评价值》项目, 经批准, 该项目被列入了国家标准化管理委员会《 制修订计划 国家标准项目计划》( 项目编号: 1406-Q-469) 。
2．工作过程
1) 信息调研
标准起草组委托调查公司对中国配电变压器生产企业进行了抽样调查, 调查内容主要有配电变压器市场规模和发展趋势、 配电变压器中各类型( 干式、 油浸) 各系列( S9、 S10、 S11、 S13、 S15) 的比例、 配电变压器中按型号、 规格不同的空载损耗、 负载损耗及其价格、 生产能力、 产量和出口量。
2) 国外信息调研
制定和研究能效标准首先要了解、 掌握国际发展动态, 紧跟世界发展趋势。在标准制定期间, 我们对欧洲等国家配电变压器的节能政策、 能效标识及能效标准进行了走访, 并针对中国标准草案进行了对比分析。
3) 标准的研究分析
在掌握行业和产品数据后, 标准主要起草单位又对配电变压器能效标准的各能效指标的确定、 经济可行性做了分析研究, 经过对寿命周期成本的计算, 在现有可行技术下进一步降低配电变压器空载损耗, 除了对配电变压器用户具有较好的节能效果和经济效益, 同时也具有巨大的社会和经济效益。
4) 标准起草组工作会议
中国标准化研究院于 9月8日在北京召开了”三相配电变压器能效标准”修订项目启动会。参加会议的有中国标准化研究院、 机械工业北京电工技术经济研究所、 全国能源基础与管理标准化技术委员会、 中国电器工业协会、 国际铜业协会( 中国) 、 西安交通大学电气工程学院、 顺特阿海珐电气有限公司、 天津市特变电工变压器有限公司、 上海置信电器非晶有限公司、 广东海鸿变压器有限公司、 国网电力科学研究院的专家共16人出席了会议。经过起草组的讨论, 确定了该标准草稿的修改内容和技术修改方向。
3月22日在标准召开了三相配电变压器能效标准起草组工作会议, 主要内容为讨论三相配电变压器能效标准草稿。汇总代表们提出的意见, 主要有以下几点:
1. 应本着协调统一的原则, 结合现有的变压器相关标准, 修订能效标准的相关内容。
2. 建议采用TOC法, 考虑运行成本和制造成本。在提出相应能效指标时, 制造成本的增大是否能弥补运行成本?
3. 建议按照不同材料分能效等级。
4. 各能效指标允许的偏差值有待进一步讨论, 建议与IEC一致。
5. 建议拉大能效2级和3级的差距。
5月11日, 为完成国家标准化委员会下达的”三相配电变压器能效标准修订”的工作任务, 征求三相配电变压器能效标准修订中各项条款和参数的意见, 于 5月11日在北京召开了由中国标准化研究院负责的三相配电变压器能效标准修订项目工作讨论会, 会议邀请了中国电力科学院、 辽宁省电力公司、 广东电网等8个变压器使用部门, 对配电变压器能效标准的内容进行了讨论。用户部门对提高配电变压器能效表示了非常积极的态度。
9月15日全国能标委与全国变压器标准化技术委员会联合向全国变压器主要生产企业和专家发送了标准征求意见函和标准征求意见稿, 并将征求意见材料挂到了变压器行业网站上。10月份对返回意见进行整理, 共收集对标准的修改意见15条。 11月29日在西安召开了起草组扩大会议, 对征集的所有意见进行了研究和讨论, 确定了对意见的采纳和不采纳。
7月5日全国能标委和变压器标准化专业委员会再次征求针对标准送审稿进行了进一步征求意见。共收集意见8条。最后根据所采纳的意见对标准进行修改, 并形成标准送审稿。
全国能源基础与管理标准化技术委员会于 10月15日在北京召开了《配电变压器能效限定值及能效等级》国家标准修订审查会。审查组组长由全国能标委副主任委员白容春担任。标准起草组代表就修订标准背景、 标准的起草过程、 标准主要修订内容等作了比较详细的说明, 之后, 与会专家本着科学求实、 积极负责、 协调一致的原则, 对该标准送审稿的各项内容进行了充分、 认真、 细致的讨论和审查, 并对标准提出了8条修改意见。与会专家一致经过对该标准的审查, 起草组根据审查修改意见对标准稍做修改后即可形成报批稿, 上报国家标准化管理委员会。建议作为强制性国家标准发布实施。
二、 标准制定的依据与指导思想
GB/T1.1— 《标准化工作导则 第1部分: 标准的结构和编写》, 即GB/T1.1的 已在 6月17日正式发布, 并于 1月1日开始实施, 因此本标准是按GB/1.1的 要求格式编写的。
本标准要以相关标准, 特别是要与变压器的产品质量标准、 安全等性能要求很好的衔接, 并在它们的基础之上实施;
本标准应尽量与国际上的相关标准接轨, 但也要充分考虑中国变压器的实际情况和发展水平, 使本标准具有很高的科学性、 先进性和可操作性, 促进中国高效变压器的发展, 增强中国变压器在国内、 国际市场上的竞争力;
本标准的主要内容是中国能源政策实施的技术依据, 因此标准中的技术要求应反映出中国能源政策的导向。
三、 主要技术内容介绍及分析
1． 行业调查
从企业经济规模上看, 中国配电变压器生产企业整体上呈现出企业数量众多, 但大型企业数量少, 中小型企业占多数的特征。就企业数量而论, 当前国内95.5%的配电变压器生产企业都是年营业额都在3亿元人民币以下的中小型企业, 年营业额在1,000万元人民币以下的小型企业占总企业数量的62.5%。而年营业额在15亿元以上的大型龙头企业只有10家。

图 1 中国配电变压器生产企业经济规模分布
从各省份数量分布上看, 辽宁、 江苏、 浙江、 山东、 广东、 河北、 上海等7省市是中国配电变压器生产企业分布最集中的省份, 这7个省市的配电变压器生产企业总数量达1,119家, 占总数量的65.6%。

图2 中国配电变压器生产企业各省份数量分布
至 , 中国配电变压器年产量由 的63.9万台/年增加至 的87.8万台/年, 4年间平均年增长率为11.2%; 总容量由 的26,896万KVA/年增加至 的37,272万KVA/年, 4年间平均年增长率为11.5%。
仅从国内市场销售量来看, 国内市场销售量为63.3万台, 这一数量增加至约86.1万台, 平均增长率约10.8%; 国内市场总销售容量为26,616万KVA, 这一数量增加至36,366万KVA, 平均增长率为10.9%。
从上述数据能够看出, 从 至 , 中国配电变压器的生产整体上保持着较快的发展速度, 无论是总台数还是总容量, 年增长率基本都达到了10%左右, 国内市场的总销量也基本以10%的增长率稳定增长。
至 , 国内市场上油浸式配电变压器和干式配电变压器的销售量基本保持在4:1左右, 近年来干式配电变压器所占比例略有上升, 但上升幅度不大。

图32 - 油浸式及干式配电变压器国内销量对比( 按台数)

当前国内市场上销量最大的是10KV级配电变压器, 占据了国内市场的将近90%, 其次是35KV级配电变压器, 占据国内市场6.8%, 而6KV级配电变压器占据市场份额较少, 仅占3.2%左右, 在实际调查中我们也发现, 由于市场上对6KV的配电变压器需求越来越少, 很多企业已不再单独将6KV配电变压器做为一个种类生产和统计, 而是与10KV级配电变压器归为一类, 这也是造成6KV电压等级的配电变压器统计数量相对偏低的原因。

图4 国内市场上不同电压等级配电变压器销售比例

在 国内市场上销售的86.1万台配电变压器中, 有载调压配电变压器约有1.5万台, 占总比例的1.7%左右, 无励磁调压配电变压器占总量的98.3%, 是当前市场上的主要产品。

图5 国内销售的不同调压方式配电变压器所占比例

当前在中国市场上, 10系列及以上的配电变压器占了市场的主流, 其中干式配电变压器以10系列为主, 油浸式配电变压器以11系列为主。在 国内市场销售的86.1万台配电变压器中, 11系列配电变压器约52.8万台, 占61.3%; 其次是10系列配电变压器, 约占国内总销量的17.9%; 虽然 9系列配电变压器仍占据了14.2%的份额, 但大部分企业已逐步停产该系列配电变压器, 该系列配电变压器很快将被淘汰。

图 6 不同损耗系列配电变压器在国内市场的销售比例

2． 标准适用范围
根据上面图4显示, 当前在中国配电变压器中, 电压等级为10kV占89.6%, 6kV、 35kV及其它电压等级的变压器的比重只占很小一部分, 因此在新修订的能效标准中仍只包含10kV的配电变压器。根据图5显示, 无励磁式变压器也占配电变压器总量的98.3%, 因此有载调压数量较小, 这次修订仍暂不列入本标准中。油浸式配电变压器额定容量在30kVA～1600kVA范围内、 干式配电变压器额定容量在30kVA~2500kVA是量大面广的产品。从产品结构上, 大致包括油浸式和干式两类。非晶合金铁心变压器具有优越的节能性, 为引导变压器在材料和结构上不断改进, 在上一版标准中已把非晶合金铁心变压器纳入该标准范围之内。在06版标准实施后, 中国一些企业又开发出节能、 节材的立体卷铁心配电变压器, 因此在这次修订标准中, 也将这种新型节能变压器纳入本标准。
对于一些特殊用途的配电变压器, 由于结构或材料的限制而达不到该标准要求的, 仍不在本标准范围内, 但这类变压器不能用在一般用途的场合下。例如, 使用特种材料的难燃液浸耐高温变压器, 这类变压器的可靠性或环保性得到提高, 这也是变压器技术的进步。但利用材料的耐高温特性, 在设计中增加变压器的负载损耗, 从而减少变压器材料使用量, 减小变压器的制造成本。这种做法是与国家节能政策是背道而驰的, 如果这种高负载损耗的配电变压器大量流入市场, 将使中国电网损耗进一步增加, 给国家带来经济损失。我们应提倡在本标准能效水平上提高配电变压器的其它性能水平。
3． 定义
能效限定值与节能评价值是能效标准的两项主要内容, 能效限定值是配合中国实施《中华人民共和国节约能源法》中淘汰高耗能产品制度而制定的标准, 它是一个强制性指标, 如果变压器的损耗高于该指标就被认为是高耗能产品, 根据节能法的规定, 这种变压器是不能生产或被销售的, 凡生产和销售这种高耗能变压器的行为将被认为是违法行为, 要受到法律的处罚。因此能效限定值被定义为”在规定测试条件下, 允许配电变压器空载损耗和负载损耗的标准值”。超过标准值加允许偏差的产品即为不合格产品。在此要进一步说明的是, 评价空载和负载损耗一般有计算值、 标准值和保证值三种参数, 经过起草组的讨论, 为了使该标准与产品性能标准相协调, 在本能效标准中采用”标准值”。
在06版标准中, 规定了目标能效限定值, 但从变压器技术发展上看, 当前在4-5年后实施目标能效限定值有一定的难度, 因此经过起草组的讨论, 在这版能效标准中不在定目标能效限定值, 根据今后变压器技术的发展, 适时修订该标准。因此在这次修订中取消了目标能效限定值的定义和内容。
节能评价值是实施节能产品认证的依据, 它是推荐性指标, 当变压器的损耗等于或低于所规定的节能评价值时, 该变压器就可结合其它指标被节能产品认证机构评定为节能产品。获得节能认证的产品将可享受国家鼓励性节能政策, 并进入政府采购目录之中。因此将节能评价值定义为: 在规定测试条件下, 评价配电变压器空载损耗和负载损耗的节能标准值。
4． 技术要求
1） 能效参数的确定
国际上对变压器能效的评价使用不同的参数, 一些国家, 如澳大利亚和美国等使用的效率( %) , 如欧盟等国使用的空载损耗( W) 和负载损耗( W) , 而有的国家使用总损耗( W) 。
中国变压器产品标准一般采用的是IEC标准, 因此中国变压器行业已习惯用空载损耗和负载损耗来评价变压器的能效。而且在中国变压器技术发展中, 中国变压器能效性能也经历了S7、 S9、 S11、 S13和S15几个过程。因此, 该标准中仍使用空载损耗和负载损耗作为能效的评价参数。从当前节能技术发展走向看, 降低空载损耗是今后变压器节能的主要措施, 采用空载损耗和负载损耗有利于在今后修订标准时引导企业提高产品的能效水平。
近年来, 中国工业、 商业和居民用电量急速增加, 其它行业的用电量也保持增加的趋势。中国各大电网最大电力负荷都有持续上升的现象, 增长率最高达22.5%, 从而导致配电变压器负荷不断增大, 这与美国和澳大利亚等发达国家配电变压器负荷较低的情况不同。因此在中国除了降低空载损耗外, 还要严格控制负载损耗, 否则高负载损耗的配电变压器一旦流入市场, 将会在电力输送过程中消耗大量能, 给国家带来巨大的损失。
另外, 配电变压器的实际使用负荷是在不断变化着, 不同行业负荷变化的规律也不同, 更不可能找到适用于所有配电变压器的负荷。而采用空载损耗和负载损耗对配电变压器的能效进行评定也能够回避变压器的实际使用负荷问题。
中国能效标准都是对产品本身的能源利用特性进行规定, 以此设定产品进入市场的门槛或获得节能认证指标。而产品是否在更为经济条件下运行则是产品经济运行标准所规定的内容。能效标准和经济运行标准虽然都属于节能标准, 但它们规定的节能角度不同, 其性质和用途也不相同, 因此, 在产品能效标准中都不规定产品的经济运行指标。
2） 能效等级的确定
当前中国S7型配电变压器产品早已经被市场所淘汰, 根据GB 2- 的规定, 在 7月1日S9型产品也应退出市场, 而 S11和SC10型产品的市场规模已经占主导地位, 因此油浸式配电变压器的能效限定值基于S11的性能指标, 干式配电变压器的能效限定值基于SC10的性能指标; 油浸2级能效为硅钢S13和S15的空载损耗、 负载损耗指标, 干式2级能效为硅钢SC13和SC15的空载损耗、 负载损耗指标; 油浸式硅钢1级空载损与2级相同, 但负载损耗在S13的基础上降低20%, 油浸式非晶1级空载损耗与2级相同, 但负载损耗在S15的基础上下降10%。干式硅钢1级能效基于SC13空载损耗, 但负载损耗在SC13的基础上降低10%; 干式非晶1级能效基于SC15的空载损耗, 但负载损耗在SC15的基础上降低5%。下表为各能效等级与变压器型号的关系。

表1 能效等级及与变压器型号的关系
能效3级
能效2级
能效1级
油浸
干式
油浸
干式
油浸
干式

S11

SC10
硅钢
非晶
硅钢
非晶
硅钢
非晶
硅钢
非晶
S13
S15
SC13
SC15
S13
负载降20%
S15
负载降10%
SC13
负载降10%
SC15
负载降5%
经过节能产品认证的变压器, 其效率不但应达到本标准所规定的要求, 其它性能指标也要达到相关标准所规定的要求。也就是节能变压器不但效率高, 其它质量首先应符合相应国家标准的要求。再换句话说, 若要申请变压器节能产品认证, 首先该企业生产的变压器应符合其它标准的要求, 达不到其它相关标准的变压器是没有资格进行节能认证的。为了使人们认清这一点, 因此在4.1中首先加入了”基本要求”这一条, 即”油浸式配电变压器其它技术参数和技术要求应符合GB 1094.1、 GB/T 6451, 油浸式非晶合金铁心变压器还应符合GB/T 25446, 立体卷铁心配电变压器还应符合GB/T 25438。干式配电变压器其它技术参数和技术要求应符合GB 1094.11、 GB/T 10228, 干式非晶合金铁心变压器还应符合GB/T 22072”。
1） 变压器能效指标与欧盟对比

图8 中国配电变压器空载损耗与欧盟标准对比
上图为新修订的配电变压器能效标准与欧盟能效值的对比图, 从图中能够看出, 欧盟空载损耗分为E0、 D0、 C0、 B0、 A0五个等级, 其中A0的空载损耗最低。中国的3级能效与欧盟C0水平基本相同, 中国硅钢1级、 2级空载损耗与欧盟A0水平基本相同, 中国非晶1级、 2级比欧盟A0水平低许多。

图9 中国配电变压器负载损耗与欧盟标准对比
从上图的新配电变压器各能效等级的负载损耗与欧盟的对比图看, 欧盟负载损耗分为DK、 CK、 BK、 AK四个等级, 其中A0的负载损耗最低。中国的3级和2级负载损耗与欧盟CK水平基本相同, 中国非晶1级负载损耗与欧盟BK水平基本相同, 中国硅钢1级与欧盟AK水平基本相当。
5． 寿命周期成本分析
1） 寿命周期成本计算公式
产品寿命周期成本是指在一定使用期间内因使用产品而消费的资金。这个资金包括了从购置设备、 安装到该设备使用结束整个期间为该产品而花费的全部费用, 它的大小与许多因数有关。
用户在购置电力变压器时会有三个选择, 一个是多花点钱购节能型的, 另一个是买便宜的一般变压器或干脆不买。若用户选择买便宜的一般变压器以及不买, 它就能够节省出一些钱, 用户有可能把这些钱存入银行, 也能够投入股市或做其它赢利的投资, 这些节省下来的钱是会增值的。考虑到资金的增值, 同样面值的钱在购置时和在使用一年后或几年后的价值就不一样了, 将来所花费的钱要低于当前同面值的钱, 因此在使用中的费用应考虑它的折现率, 也就是把以后每年所支出的钱折合成现在的钱。
根据上面对寿命周期成本的定义, 一般产品的寿命周期成本( LCC) 分析主要包括两个部分, 一个是设备购置成本( PC) , 一个是使用成本( OC) , 使用成本应要计算折现率。计算寿命周期成本的公式为:

式中:
LCC —寿命周期成本;
PC —设备购置成本;
Oct —第t年的使用成本;
r —折现率; t=1, 2, 3, ……N; N—统计年数。
可是变压器是一种比较特殊的产品, 在产品的材料中具有较多的铜材、 硅钢材料和钢材, 当它报废后这些材料还具有较高的残值, 因此在计算变压器的寿命周期成本和回收期时应将变压器的残值考虑进去,即在原寿命周期成本中减去变压器的残值, 因此将以上公式改为:

式中:
VC — 变压器残值。
寿命周期成本的单位是货币单位, 在中国是人民币的”元”。寿命周期成本越低越好, 说明该产品在整个使用中是比较经济的。而寿命周期成本高, 说明选用该变压器后整个费用要增加, 是不经济的。
2) 分析程序
由于配电压器寿命周期成本分析所涉及的数据较多, 为了提高配电变压器寿命周期成本分析的效率, 必须利用计算机进行分析运算, 因此特编制了寿命周
期成本分析应用程序。寿命周期成本分析的目的是比较不同等级配电变压器在同一个使用情况下的经济效益, 为了比较, 首先要选择一个基线作为比较对象, 在此我们以06版标准3级( S9) 配电变压器作为基线, 分别将达到修订后新标准3级、 2级水平和1级水平配电变压器的寿命成本以其比较。
我们利用EXCEL作为计算机运算工具, 在EXCEL工作表中分了两个区间, 第一区间为数据输入与换算区间, 在该区间中又分为输入区和数据换算区, 在输入区中需输入的内容有变压器空载运行时间、 负载运行时间、 负荷率、 变压器的电压等级、 绕组方式、 变压器容量、 变压器使用寿命、 电费现价、 电价年增长率、 资金折现率等参数。由于该分析软件只能分析国家标准《三相配电变压器能效限定值及能效等级》所使用范围的变压器, 因此在容量输入栏旁边有个容量最小值与最大值的提示信息栏, 要求在选择变压器容量是应选提示规定范围内的容量。入下图所示。

图10 寿命周期成本分析软件数据输入区

当填好以上数据后, 在数据换算区就自动显示出各能效等级变压器的参考价格、 各等级变压器的残值、 各等级的空载损耗、 各等级负载损耗、 各级变压器的总损耗和耗电量, 而且这些数据自动进入寿命周期成本分析程序中。
第二区间为运算结果区, 当在数据输入区输入了相关数据后, 在该区间可显示计算出不同能效等级变压器的寿命周期成本, 同时在该区的右侧显示出不同能效等级变压器寿命周期成本和节约电费量的柱形图。
当油浸式配电变压器容量为80kVA,空载损耗年运行时间为8736h, 负载年运行时间为7200h, 负载率为53%时, 根据配电变压器寿命周期成本分析模型计算, 各能效等级配电变压器寿命周期由下图11显示出来。

图11 不同类型油浸配电变压器寿命周期成本和节能量分析
从图11中能够看出, 寿命周期成本随能效等级的提高呈阶梯下降趋势, 这说明标准的能效指标选择的合理, 若用户在上述设置的条件下, 选用也高能效等级, 在经济上是合适的, 并可获得较好的节能效果。
当将负载率从53%调到30%时, 各能效等级的寿命周期成本就会发生一些变化, 具体情况见下图12。

图12 低负载率时寿命周期成本和节能量分析

从图11中能够看出, 在低负载率下, 2级能效和1级能效的寿命周期成本基本相同, 也就是她们的经济效果是一样的, 但节能量1级配电变压器高于2级配电变压器。
以上是分析油浸式配电变压器的情况, 下面再分析一下干式变压器各能效等级的寿命周期成本和节能量的情况。当干式配电变压器容量为80kVA,空载损耗年运行时间为8736h, 负载年运行时间为7200h, 负载率为53%时, 根据配电变压器寿命周期成本分析模型计算, 各能效等级配电变压器寿命周期由下图12显示出来。

图13 不同类型干式配电变压器寿命周期成本和节能量分析
从图13中能够看出, 2级能效和1级能效的寿命周期成本低于能效3级, 由于硅钢2级的价格优势, 它比非晶2级的要低许多。但非晶1级具有较低的寿命周期成本值。而节能量是随着能效等级的提高, 节能效果也越明显。