大型公共建筑能耗調(diào)查分析

1、大型公共建筑能耗調(diào)查分析大型公建節(jié)能會(huì)診（三）一一調(diào)查分析篇大型公共建筑能耗調(diào)查分析清華大學(xué)王遠(yuǎn)魏慶薛志峰江億不同規(guī)模的公共建筑，其全年的用能特點(diǎn)和能源消耗總量不同。通過對北京市41座大型公共建筑的能耗調(diào)查，得到各個(gè)建筑的全年電耗現(xiàn)狀以及各系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成、運(yùn)行狀況。結(jié)合正在建 設(shè)的公共建筑能耗數(shù)據(jù)庫，對北京市幾類大型公共建筑的用能現(xiàn)狀、能耗差異及特點(diǎn)進(jìn)行描述。 提岀在建筑缺乏用能設(shè)備分項(xiàng)計(jì)量的條件下，需要對大型公共建筑重點(diǎn)用能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。國內(nèi)大型公共建筑能耗現(xiàn)狀我國各地研究者對某些城市大型公共建筑進(jìn)行了能耗調(diào)查與節(jié)能潛力分析，得到表1的結(jié)果。表1各大城市公共建筑的能耗調(diào)查結(jié)果城市能耗特

2、點(diǎn)上海對9幢寫字樓的調(diào)查表明，辦公樓的最大平均耗能量與最小平均耗能量相差 2.21倍，平均能耗量為1.8 GJ/m2a。另外對上海9家星級賓館的單位面積年一次 能耗量的調(diào)查結(jié)果表明，其平均耗能量為2.698 GJ/m2 a。深圳2對15幢高層辦公建筑的抽樣調(diào)查結(jié)果，寫字樓的單位面積能耗最小的45kWh/m2-a，最大的為150 kWh/m2 a，平均值為 96 kWh/m2 a。其中空調(diào)、照明、 辦公設(shè)備大約各占30%。天津3對公共建筑的能耗采用訪問方式進(jìn)行調(diào)查，按照一次能耗來計(jì)算，單位建筑面積能耗最大的為 5.7 GJ/m2 a，最小的為 0.86 GJ/m2 a，平均值為 2.86 GJ/

3、m2 a。武漢4對9幢大樓的全年能耗進(jìn)行調(diào)查和現(xiàn)場測試，建筑能耗為0.3862.579GJ/m2 a，空調(diào)能耗為0.1370.868 GJ/m2 a，最大的建筑能耗與最小的建筑能耗相 差6.68倍，最大的空調(diào)能耗與最小的空調(diào)能耗相差4.41倍。商場、辦公樓、酒店的平均空調(diào)能耗為 0.495 GJ/m2 a?？照{(diào)能耗占總能耗的 22.33%79.41%。香港5678總計(jì)16000幢大型商業(yè)建筑的能耗要占到總能耗的30%。其中空調(diào)系統(tǒng)的電耗為43%、辦公設(shè)備17%、電梯扶梯7%、照明34%。對16家星級賓館的調(diào)查結(jié) 果表明，賓館的平均能耗高達(dá)564 kWh/m2 - a。部分商場的調(diào)查數(shù)據(jù)為電耗3

4、91454 kWh/m2 a，平均430 kWh/m2 a，其中照明和空調(diào)系統(tǒng)占到了85%以上。臺灣9對24家縣政府機(jī)關(guān)、33家中央”政府機(jī)關(guān)、929幢中低層辦公建筑、8幢高 層辦公建筑、3幢智能型辦公建筑的電耗進(jìn)行調(diào)查，其用量指標(biāo)依次為136、171、149、194、219 kWh/m2 a。商業(yè)性寫字樓的能耗高于政府辦公建筑，建筑規(guī)模越 大、智能化程度越高的辦公樓能耗越高。根據(jù)北京市城市總體規(guī)劃以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中繼續(xù)加大第三產(chǎn)業(yè)比重的需要，未來幾年內(nèi)寫字樓、公寓、飯店、會(huì)展中心及奧運(yùn)場館等大型公共建筑會(huì)大幅度增加，同時(shí)一批普通公共建筑 由于使用功能改變進(jìn)行改造后，能源需求成倍增長，在用能特

5、點(diǎn)上轉(zhuǎn)變成為大型公共建筑。加上 現(xiàn)有存量，北京市的大型公共建筑面積在未來幾年內(nèi)將達(dá)到4000萬m2。按照現(xiàn)有的能耗指標(biāo)推算，北京市僅大型公共建筑的全年電耗就會(huì)高達(dá)60億kWh。將會(huì)對北京市的能源供應(yīng)造成巨大壓力，并制約北京市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。大型公建能耗調(diào)查統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)庫建設(shè)1、能耗調(diào)查統(tǒng)計(jì)方法對北京市大型公共建筑能耗調(diào)查采用普查和重點(diǎn)調(diào)查相結(jié)合的方式。2005年3月初，向百余棟大型公共建筑的管理負(fù)責(zé)人發(fā)岀了能耗調(diào)查表，通過回收此表得到的數(shù)據(jù)和幾年來北京市政府積累的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為建立能耗數(shù)據(jù)庫奠定基礎(chǔ)。在進(jìn)行問卷式能耗普查的同時(shí)，作者于2005年4月至5月期間對北京市41座典型建筑入戶調(diào)查，深入了解了幾

6、類大型公共建筑的能耗情況，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況，其他設(shè)備運(yùn)行情況等。表 2是進(jìn)行深入調(diào)研的各類建筑基本情況。表2被調(diào)查的建筑類型和數(shù)量建筑類型數(shù)量總建筑面積/萬m2綜合性商務(wù)樓10119.56寫字辦公樓1450.70商場1263.89賓館飯店541.69其中綜合性商務(wù)樓指的是匯集商業(yè)、辦公、娛樂、居住等多種功能的建筑物單體或建筑群， 而其他三種類型建筑一一寫字辦公樓、商場、賓館飯店則功能相對較為單一，通常為單體建筑。2、能耗數(shù)據(jù)庫主要框架公共建筑能耗數(shù)據(jù)庫框架服務(wù)于公共建筑的節(jié)能。對于大型的公共建筑，從節(jié)能建筑的內(nèi)容看，可以總體分為兩類，一是建筑物本體的熱工性能，即通過提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性

7、能、 門窗的密閉性能和充分利用通風(fēng)、太陽能、自然采光等措施來降低為達(dá)到相同的室內(nèi)舒適程度所 需要的采暖和空調(diào)的能耗；二是提高建筑物內(nèi)的能耗系統(tǒng)及設(shè)備的能源效率，包括采暖、空調(diào)系 統(tǒng)、照明燈具、熱水器、家用電器及辦公設(shè)備等。其中暖通空調(diào)能耗分三部分：冷熱源能耗、末 端設(shè)備能耗和輸送系統(tǒng)設(shè)備能耗，這與運(yùn)行調(diào)節(jié)方法也密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)如下：按照大型公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)方法，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)成為能夠方便快捷地反映的建筑物具體信息 如下：3、能耗數(shù)據(jù)庫建設(shè)概況清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心結(jié)合多年來對大型公共建筑進(jìn)行節(jié)能診斷測試的經(jīng)驗(yàn)，搭建了-整套大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)庫。截至2006年2月，已在大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)庫中為

8、484棟公共建筑建立初步檔案，其中北京市建筑404棟，按建筑類型和面積將其歸類，數(shù)量分布如表3。表3大型公共建筑能耗數(shù)據(jù)庫北京市建筑概況建筑面積（m2）小于2萬25萬510萬大于10萬總計(jì)寫字樓辦公樓2830211291商場12149237賓館飯店3342259109綜合性商務(wù)樓6861131醫(yī)院434112博物館、展覽館02002體育館730313學(xué)校01102機(jī)場車站、廣播臺20114北京市地方政府建 筑26213151中央在京機(jī)關(guān)辦公 建筑2293236其他363416總計(jì)1231597646404大型公共建筑能耗現(xiàn)狀分析大型公共建筑所消耗的能源種類根據(jù)建筑物內(nèi)用能系統(tǒng)的不同而有所差別，

9、一般以電為主， 輔以天然氣、煤、蒸汽和市政熱水等。1、各類型建筑能耗現(xiàn)狀抽取數(shù)據(jù)庫中大型公共建筑樣本64個(gè)進(jìn)行粗略估計(jì)。由于電制冷是目前大型公共建筑的制冷的主要形式，故選取的 64座建筑均為電制冷形式，其使用的能源為單一電。(1) 年耗電量根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，商場類建筑較其他類型相比全年耗電量較大，大部分在200kWh/m2 a至300kWh/m2 a之間。商場耗電設(shè)備較多，照明設(shè)備數(shù)量多，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備容量大且運(yùn)行時(shí)間 長。賓館飯店和辦公樓類建筑耗電量相當(dāng)，基本在200kWh/m2 a以下。綜合性商務(wù)樓由于其建筑功能分散，基本是建筑群，所以其單位面積年電耗參考性不強(qiáng)，需要對不同功能建筑的用電量

10、進(jìn)行拆分才能反映不同功能的耗電量情況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)，我們在 80%的置信度下對北京市的各類大型公共建筑年單位面積的耗電量進(jìn) 行區(qū)間估計(jì)。(2) 逐月耗電量將64座建筑按照各自類型對每月單位面積電耗進(jìn)行平均，可以看到夏季由于空調(diào)系統(tǒng)的使 用，電耗顯著上升。在大型公共建筑全年能耗中，照明、動(dòng)力等電耗是基本穩(wěn)定的，而供冷、供 暖能耗是隨季節(jié)而波動(dòng)的。因此，供冷季節(jié)的電耗高于過渡季節(jié)，可見空調(diào)制冷系統(tǒng)能耗在建筑 能耗中占有相當(dāng)大的比例。對于不同功能的建筑這一比例也不相同。如果將夏季各月電耗增加的部分作為空調(diào)系統(tǒng)的電耗，那么從圖中面積關(guān)系不難得到增加部分的電量占夏季總用電量的30%左右。所以大型公共建筑節(jié)

11、能的關(guān)鍵在于空調(diào)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。表4電制冷形式各類建筑年單位面積平均電耗建筑類型樣本數(shù)量平均電耗(kWh/m2 年)抽樣極限誤差(kWh/m2 年)置信區(qū)間(kWh/m2 年)商場1221624192240賓館飯店251218113129辦公樓181118103119綜合性商 務(wù)樓9125211041462、各類型建筑能耗特點(diǎn)及差異商場類建筑商場營業(yè)時(shí)間每天長達(dá) 12個(gè)小時(shí)以上，且全年?duì)I業(yè)。由于內(nèi)部發(fā)熱量大，空調(diào)開啟時(shí)間也較其它公共建筑長，調(diào)查中了解到北京市一些商場的制冷機(jī)從3月下旬開啟運(yùn)行到11月上旬。因此其單位面積的電耗在大型公共建筑中是最高的。(1) 電耗與冷機(jī)容量的關(guān)系從數(shù)據(jù)庫中抽取的

12、12座商場類建筑的制冷機(jī)容量與建筑面積的關(guān)系，從中可以看到一些建 筑的裝機(jī)制冷量過大，有的制冷容量甚至超過了170W/m2。在重點(diǎn)調(diào)查過程中，了解到個(gè)別建筑冷機(jī)在負(fù)荷高峰時(shí)僅用兩臺，而 4臺備用，在制冷機(jī)選型上缺乏節(jié)能意識。在確定制冷機(jī)臺數(shù) 和每臺機(jī)組的容量時(shí)，往往過多地考慮一次投資，很少考慮全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷曲線，不能做到使同時(shí) 運(yùn)行的制冷機(jī)總?cè)萘勘M可能地接近建筑的動(dòng)態(tài)空調(diào)負(fù)荷。因此對于新建建筑，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行的特性，還要考慮系統(tǒng)的特性曲線、機(jī)組在部分負(fù)荷下的COP。各商場相互之間用電量差異較大，電耗高的商場用電量達(dá)到了電耗低的商場的近3倍。上述差異表示北京市大型商場存在著巨大的節(jié)

13、能潛力。(2) 空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)功率與電耗的關(guān)系表5給出了其中8家商場的空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)電功率數(shù)據(jù)及年單位面積電耗數(shù)據(jù)。圖3更直觀地反映岀空調(diào)系統(tǒng)各部分裝機(jī)電功率的參考比例。 可以看到8家商場建筑面積不同，空調(diào)系統(tǒng)各部 分裝機(jī)容量的比重也不同。表58棟商場建筑空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)電功率及電耗商 場代碼建筑面積萬m2制冷 機(jī)kW冷凍泵冷卻kW調(diào)箱空kW冷卻塔 風(fēng)機(jī)kW年單位面積 電耗kWh/m2-a泵kWA3.11008160195.124152.5244B3.1891165225.712818220C3.6133816516540588.2286D5.616402315280.49030134E6181059

14、0506.7192147260F7.71455370225663132229G9.610436003007.110466.9188H2015435166.5468.65196125圖3 8家商場空調(diào)系統(tǒng)各部分裝機(jī)電功率比例總體來講，制冷機(jī)的裝機(jī)電功率占有較大比重，但經(jīng)調(diào)查得到一般建筑的制冷機(jī)組均為兩用一備或一用一備，故其裝機(jī)電功率不能說明實(shí)際運(yùn)行的設(shè)備功率值，冷凍泵、冷卻泵也會(huì)存在同 樣的問題。但由于商場類建筑內(nèi)部空間大，功能單一，都在營業(yè)范圍內(nèi)，所以對于商場的空調(diào)箱 或新風(fēng)機(jī)組來講，基本上不存在備用現(xiàn)象，各風(fēng)機(jī)隨空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間變化?？照{(diào)箱風(fēng)機(jī)為商 場類建筑的長期運(yùn)行設(shè)備，在注重提高水泵效

15、率的同時(shí)，不能忽視空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行。賓館飯店類建筑賓館飯店類建筑與商場和寫字樓不同，雖然營業(yè)時(shí)間長，但由于受到旅游季節(jié)變化和入住率波動(dòng)的影響，多數(shù)時(shí)間是在部分負(fù)荷下工作。通過25棟賓館2004年的單位面積電耗數(shù)據(jù)的比較，可以看岀賓館類建筑平均電耗在100150kWh/2 a，但也有個(gè)別建筑耗電量超過200 kWh/m2 a。從25棟賓館類建筑中找岀年單位面積電耗最高和最低的建筑進(jìn)行逐月電耗數(shù)據(jù)比較，可以 看岀，夏季為旅游旺季，空調(diào)系統(tǒng)需長期運(yùn)行，故總體上來看賓館類建筑用電高峰亦在夏季。賓 館類建筑風(fēng)機(jī)盤管功率雖小，但數(shù)量多，且一般賓館冬夏均采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，故其耗電量也不 容忽視。辦公

16、樓類建筑辦公樓類建筑，全年使用時(shí)間約為250天，每天工作8小時(shí)，設(shè)備全年運(yùn)行時(shí)間為 2000小時(shí)左右。由于人員數(shù)量決定電腦等設(shè)備的開啟數(shù)量，室內(nèi)照明相對固定，故寫字辦公樓類建筑室 內(nèi)熱擾與人員數(shù)量密切相關(guān)。 表6給岀了選取6棟寫字樓類建筑空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)電功率數(shù)據(jù)及年單 位面積電耗數(shù)據(jù)。表6棟辦公室樓類建筑空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)電功率及電耗建筑代碼建 筑面 積萬m2冷 機(jī)kW冷 凍泵kW冷 卻泵kW冷卻塔 風(fēng)機(jī)kW新 風(fēng)機(jī)kW空 調(diào)箱kW風(fēng) 機(jī)盤管kW年單位面積 電耗kWh/m2 aA.555872220519.27.6553.7621469.138B.6508106516516.51.5954.22020113C.17881575300309.2353.52052101D.38921797397333.1563.112.5358139E.48951838238263938881109F1.612019801003441200748121.110結(jié)論對于大型公共建筑而言，能源消耗情況非常復(fù)雜。建筑物的空調(diào)、照明、辦公設(shè)備耗電三者 性質(zhì)不同。例如空調(diào)系統(tǒng)用電決定于運(yùn)行方式和物業(yè)管理水平，而照明和辦公設(shè)備用電則在很