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夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 摘要 目前我国对于既有建筑的能源审计和能耗数据分析不足，不利于对大量 既有建筑进行科学能耗管理和节能改造。本文通过建立建筑能耗的监测网 络可以实时监测建筑的各分项能耗数据，为建筑的二级能源审计奠定数据 基础。本文以监测网络所获得的大量实时分项能耗数据为基础，重点研究 了夏热冬暖地区办公类建筑的能耗情况。以21 栋办公类建筑的月能耗数据 和建筑使用信息组成数据样本，分别采用了基于样本平均水平的多元线性 回归分析预测评价方法和基于样本最优水平的数据包络分析( d e a ) 评价 方法对样本建筑进行了用能效率的评价，分析了两种评价方式的评价结果， 将两种评价方法结合起来，对2 1 栋样本建筑进行了能耗综合评价。利用数 据包络分析中的b c 2 模型初步对建筑的管理因素对于用能效率的影响进行 了分析评价。运用此能耗评价方法可以为大量同地区同类型既有建筑的科 学能耗管理和节能改造方向提供依据。 利用j a v a 、h i b e m a t e 、j s p 、j q u e r y 等开发技术，在广西大学节约型校园 能耗监测平台上开发了能耗评价模块，将评价方法进行系统实现。用户可 利用w e b 访问的方式操作模块，对广西大学校园内纳入监测的办公类建筑 进行在线能耗评价。能耗评价模块可直观、方便的为管理人员进行建筑能 耗管理提供了有效参考。 关键词：建筑能耗能耗模型综合评价回归分析数据包络分析 e v r a l u a t i o ns t u d yo fe n e r g yc o n s u m p t i o n0 ft h e o f f i c eb u i l d i n g si nt h ez o n eo fh o ts u m m e r w i t hw a r mw i n t e r a b s t r a t n o w a d a y s ，t h ea u d i ta n dt h ed a t aa n a l y s i so fe n e r g yc o n s u m p t i o no ft h e e x i s t i n gb u i l d i n g sa r ei n a d e q u a t ei no u rc o u n t r y , w h i c hh i n d e r st h es c i e n t i f i c e n e r g yc o m s u p t i o na n de n e r g y s a v i n gt r a n s f o r m a t i o nt on u m e r o u sb u i l d i n g s b y e s t a b l i s h i n gt h em o n i t o r i n gn e t w o r ko fb u i l d i n g s e n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h i s t h e s i s ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o nd a t ao fb u i l d i n g sc a nb em o n i t o r e ds e p a r a t e l ya t r e a l - t i m e ，w h i c hl a y st h ef o u n d a t i o no fd a t at ot h es e c o n d a r ye n e r g ya u d i to ft h e b u i l d i n g s b a s e do nt h en u m e r o u sr e a l - t i m es e p a r a t ee n e r g yc o n s u m p t i o nd a t a , t h i sd i s s e r t a t i o np r i m a r i l ys t u d i e st h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fo f f i c eb u i l d i n g si n t h ez o n eo fh o ts u m m e rw i t hw a r mw i n t e r t h ed a t as a m p l ei sc o m p o s e do f t h e m o n t h l ye n e r g yc o n s u m p t i o nd a t aa n dt h eb u i l d i n g s u s i n gi n f o r m a t i o no ft h e t w e n t y - o n eo f f i c eb u i l d i n g s m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o np r e d i c t i o na n de v a l u m i o n m e t h o dw h i c hi sb a s e do nt h e a v e r a g e l e v e lo ft h e s a m p l e a n dd a t a e n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( d e a ) w h i c hi sb a s e do nt h eo p t i m a ll e v e lo ft h es a m p l e a r ea p p l i e ds e p a r a t e l yt oe v a l u a t et h ee n e r g ye f f i c i e n c yo ft h es a m p l eb u i l d i n g s c o m b i n i n g t h ee v a l u a t i o nr e s u l t so ft h et w oe v a l u a t i o n m e t h o d s ，t h e c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to ft h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni sc a r r i e do u tt ot h e i i t w e n t y o n es a m p l eb u i l d i n g sa n dt h ei n f l u e n c eo ft h em a n a g e m e n to ft h e b u i l d i n g st ot h ee n e r g ye f f i c i e n c yi sa n a l y z e dp r i m a r i l y e m p l o y i n gt h i se n e r g y c o n s u m p t i o ne v a l u a t i o nm e t h o dc a np r o v i d et h eb a s i st ot h es c i e n t i f i ce n e r g y c o n s u m p t i o nm a n a g e m e n t a n dt h e e n e r 9 3 ，c o n s u m p t i o n t 芒a n s f o r m a t i o n 。o f n u m e r o u se x i s t i n gb u i l d i n g so ft h es a m et y p ei nt h es a m er e g i o n u s i n gt h ed e v e l o p m e n tt e c h n i q u e sa sj a v a ，h i b e r n a t ea n dj s p ，e t c ，b a s e d o ng u a n g x iu n i v e r s i t y se n e r g yc o n s u m p t i o nm o n i t o r i n gp l a t f o r mo fb u i l d i n g e c o n o m i c a lc a m p u s ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o ne v a l u a t i o nm o d u l ei sd e v e l o p e d a n dt w oe v a l u a t i o nm e t h o d sa r er e a l i z e di nt h es o f t w a r es y s t e m u s e r sc a n o p e r a t et h em o d u l eb ya c c e s s i n gw e b t oc a r r yo nt h eo n l i n ee n e r g yc o n s u m p t i o n e v a l u a t i o no ft h eo f f i c eb u i l d i n g sw h i c ha r em o n i t o r e di nt h ec a m p u so fg u a n g x i u n i v e r s i t y a tt h es a m et i m e ，t h em o d u l er e s e r v e st h ee v a l u a t i o nm o d u l e e m b e d d e di n t e r f a c ef o rt h eo t h e rt y p e so fb u i l d i n g s ，w h i c hc a nc a r r yo u tt h e e n e r g yc o n s u m p t i o ne v a l u a t i o nw h e nt h er e l a t e de v a l u a t i o nm o d u l ew i l lb es e t u p i nt h ef u t u r e e n e r g y c o n s u m p t i o ne v a l u a t i o n m o d u l ei n t u i t i v e l ya n d c o n v e n i e n t l yp r o v i d e sa ne f f e c t i v er e f e r e n c ef o rt h em a n a g e r st om a n a g et h e b u i l d i n g s e n e r g yc o n s u m p t i o n k e yw o r d s ：b u i l d i n g s e n e r g yc o n s u m p t i o n ；e n e r g yc o n s u m p t i o nm o d e l ； c o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n t ； r e g r e s s i o na n a l y s i s ；d a t a e n v e l o p m e n ta n a l y s is ( d e a ) 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 1 1 课题产生背景及意义 第一章绪论 能源足人类社会赖以生存和发展的物质基础，随善， 。类物厦文明的不断进步，对自 然能源的依赖程度也与日俱增。我们的日常生活，交通、餐饮、照明、保暖、降温，无 时无刻不在消耗能源。然而作为为人类社会的物质文明做出巨大贡献的三大化石燃料 ( 煤、石油、天然气) ，目前正日益枯竭。以石油为例，目前全球范围内己探明的石油 存量仅约一万亿桶，这就意味着如果没有新的石油储量被发现，以现在的石油消耗速度 这些石油总共可供人类使用四十四年【l 】。这也是为什么相关国家视石油为生命，不惜以 战争等一切可以使用的极端手段获得石油。调查显示，天然气目前世界储量仅够全球使 用6 0 年2 】；煤炭储量仅够全球使用2 0 0 年，这就意味着以这样的化石能源消耗速度继续， 2 0 0 年后我们的子孙后代将没有任何的化石资源可供使用。因此，节约能源成为当今社 会的主题。 1 1 1 建筑能耗现状 目前全社会终端能耗3 0 以上都被商用、民用建筑所消耗。建筑能耗已经与传统的 “能耗大户”工业能耗、交通能耗接近持平3 1 。特别是随着我国城市化的进一步发展， 这一能耗还有大幅升高的趋势。截止到2 0 11 年，我国房屋总面积已经达到4 6 0 亿m 2 ， 并且以每年1 6 2 0 亿m 2 的速度递增【4 1 。持续的建筑面积扩大必然相应增加空调、采暖、 家用电器的使用，将会导致建筑能耗进一步攀升。因此，建筑能耗以后必将成为社会终 端能耗的主要部分。 我国建筑能耗主要特点为：南北跨度大，南北气候及温度差异较大，仅黄河以 北地区采用冬季全面采暖；城乡住宅用能差异大，城市住宅主要以电、煤、燃气为 主，农村住宅以煤、电、生物能源为主；不同规模公共建筑，能耗差异较大【5 】。按照 我国建筑用能的特点，将我国建筑能耗按其建筑类型和用能方向对比用能情况如下表 1 1 广西大掌硕士学位论文夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 表卜1 我国不同建筑能源消耗对比6 1 t a b l e1 - 1e n e r g yc o n s u m p t i o nc o m p a r i s o no fd i f f e r e o n tk i n do fb u i l d i n g si nc h i n a 建筑类型 用能方向 繁t , 篙i i !年能耗状况篙鬻i。l l 肆m 平j 数据来源；中国统计年鉴2 0 0 8 ，中国统计出版社。标准煤按发电效率折合等效电，l k w h 电= 3 5 0 9 标准煤。 由以上建筑能源消耗对比可以看出，北方城镇建筑的采暖能耗和公共建筑非采暖能 耗是用能密度明显高于我国建筑年平均用能密度2 9 度平方米。尤其以大型公共建筑为 甚，其非采暖能耗密度是建筑平均用能密度的6 倍以上，是城镇普通住宅类建筑用能密 度的9 倍。且统计数据显示，我国大型公共建筑面积正在高速扩展，2 0 0 9 年大型公共建 筑的建筑面积已经达到接近2 0 0 4 年的2 倍左右【_ 7 l 。而我国大型公共建筑的能源利用效率 却很低。以空调和采暖为例，由于我国建筑的围护结构保温性能和气密性差，空调和采 暖系统效率低下。与气候条件接近的欧美国家相比，我国建筑单位采暖面积要多消耗2 3 倍以上的能源，且舒适度较差【8 】。因此城镇公共建筑尤其是大型公共建筑，有很大的节 能潜力，对其建筑能耗的研究有着重要的意义。 1 1 - 2 节约型校园建设的意义和内容 对于建筑能耗的研究，数据是关键。我国建筑节能行业起步较晚，还没有建立起相 应的建筑能耗统计和能源审计数据库，制约了我国建筑节能产业的发展。据统计，目前 我国9 0 以上的公共建筑没有进行细致的能耗计量和统计 9 。刚。电力部门的用电计量只 是基于一条或几条进入建筑的总线，只能对建筑的总用电量进行计量。而对其细化分项 如空调用电，知道其使用电能较多却不知道其准确的用电数据，更不了解电能在什么时 间被哪条支路消耗。这样一方面不利于管理部门出台相应的节能管理措施，同时也不利 于建筑进行有针对性的节能改造。 广西大掌硕士掌位论文 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 而节约型校园能耗监测系统的建设既是出于对公共建筑能耗数据的监测出发的，通 过实时监测设备的组网和数据传输，用户可以实时了解建筑的能耗状况。通过有效地能 源审计，可以找出建筑物能耗管理的漏洞，以及节能改造的潜在方向，并为管理者出台 相应的管理举措和评价方式提供数据支持。 高等学校校园内校园公共建筑数量庞大，建筑功能类型多，用能密度相对较高，且 建筑较为集中，方便管理【】。因此，高等院校非常适合建立建筑能耗监测系统，提高校 园建筑能耗的管理水平，同时，高校是新思想和新技术诞生的摇篮，建筑能耗数据库的 建立会增加高校对建筑节能方向的研究投入，有利于我国建筑节能事业的发展。 广西大学节约型校园建设内容包括以下方面： 结合校园实际构架覆盖校园办公、教学、实验、文体等公共建筑的能耗监测体 系。 完成对校园内5 0 栋公共建筑的用电在线监测。对其中2 0 栋建筑按照国家住房 和城乡建设部颁布的高等学校校园筑节能监管系统建设技术导则要求将配 电线路按其用途分为照明与插座用电、动力用电、空调用电和特殊用电四项， 进行分项细化监测。对3 0 栋建筑进行总能耗监测。 完成对5 0 栋公共建筑的用水总监测。初步建立覆盖校园主管道的给水管网监测， 及时检测管道跑漏情况。 建立校园建筑能耗监测系统，方便能源管理人员实时了解建筑能耗状况，出台 相应措施加强学校用水用电的管理。 建立能源审计数据库，方便学校师生调取建筑能耗数据，对建筑能耗数据进行 进一步挖掘分析，研究节能办法。 1 2 课题来源 本课题来源于国家住房和城乡建设部、财政部资助项目广西大学节约型校园建设 项目( 财建 2 0 0 9 1 9 4 0 号、建科节函 2 0 l o 】5 号) 。 1 3 能耗评价方法研究现状 目前，世晃范围内对建筑节能相关的理论研究经历了从分散到整合的过程。首先是 对节能技术和相关政策的研究，即建筑能耗的评价研究，这是减少能源使用的直接对策。 - - 。西大掌硕士掌位论文夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 在节能研究的过程中，逐步产生了对研究人员对节能意义的思考。结合建筑节能与环境、 经济等其他领域的研究，延伸出对建筑节能环境效益的评价研究，如建筑生命周期总费 用评估 j 2 】，建筑材料生命周期( l c a ) 环境评价 】3 】、可持续建筑评估1 4 1 、环境评估f 1 5 】等等。 建筑能耗的评价必须具备两个条件：一是不同建筑物之间需具有可比性；二是数据 的可获得性【1 6 】。具备上述两条件的建筑其能耗的评价方法大致可以分为三类：( 1 ) 基 。 于建筑围护结构性能的评分制评价；( 2 ) 基于动态模拟软件的建筑能耗动态评价；( 3 ) 基于大量能耗数据的同类型建筑能耗评价。三类评价方法分别对建筑的节能水平设定了 相应指标，凡是符合所有这些指标要求的，在正常运行状态下运行能耗比较低的，就被 认定为节能建筑而反之则被认为是耗能建筑f 1 7 】。这些指标一般是经过建筑学、暖通学的 大量计算分析和比较所获得的。例如建筑学方面对建筑外表面的太阳辐射吸收系数的计 算，对建筑屋顶、围墙等的传热系数的计算，对窗户或玻璃幕墙的太阳辐射透过率、吸 收率的计算等，暖通学方面对空调供冷、供热负荷的计算，对机组、系统的c o p 的计 算等等。但同时，也可以通过对大量的建筑能耗的数据统计、分析、处理获得，如对同 类型建筑的能耗平均水平作分析，高于平均水平的建筑节能性差，低于平均水平的建筑 节能型好等【1 8 j9 1 。 1 3 1 我国建筑能耗评价方法的研究及存在问题 由于我国对建筑能耗的研究起步较晚，没有建立起完善的建筑能源审计制度，之前 对建筑能耗数据调查和统计不够，因此我国对建筑能耗评价方法的研究也相对落后【i l o 。 目前已有的评价方法多是参考了国外相关的评价方式。 如一些学者利用由美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的d o e 2 建筑模拟软件进行 相关建筑能耗的计算。用户可通过d o e 2 软件建立建筑的模型，输入建筑的相关围护 结构，空调、采暖类型，设备数量等动态模拟建筑的工作状态，并模拟计算其能耗。将 计算能耗与实际能耗做比较进行能耗评价。类似的我国清华大学也开发出了自己的建筑 热环境设计模拟工具包d e s t ，同时以我国主要城市的三十年来的气象数据为参考依据， 模拟建筑的动态能耗1 2 。 湖南大学郭瑞等人从建筑节能设计标准出发，建立了一套公共建筑能耗评价体系， 对建筑的设计以及设备的使用、管理情况进行评分m 。 总结起来，我国目前对于建筑节能评价的研究多数致力于从建筑学角度和暖通学角 度对于新建建筑的节能设计和评价方面，对于既有建筑的能耗数据的评价和研究还相对 4 广西大学硕士学位论文 夏热冬暖地i g 办公建筑能耗的评价研究 较少，对于同类型建筑的能耗的评比，目前还有统一的评价标准。 1 3 2 国外建筑能耗评价方法的研究 美国劳伦斯伯克利国家实验室在2 0 世纪9 0 年代就致力于开发的d o e 2 建筑模拟 软件，它是通过对建筑进行建模，动态模拟建筑的热环境和运行情况对建筑的能耗进行 预测计算，一然后评价建筑的实际能耗的【2 1 1 。 英国在欧盟各国中比较早的执行能效证书制度且成功的开发了针对大型公共建筑 的能效评估软件和针对居住类建筑的能效评估软件，且在不断更新建筑能耗的简化模 型。在给出建筑功能、结构、形状、暖通空调设备及照明设备数量及其基本情况的前提 下这两种软件能对建筑能耗进行分析，计算建筑的终端能耗及二氧化碳排放型2 2 1 。 基于数据分析的能耗评价方法研究方面，1 9 9 6 年t e r r ys h a r p 利用逐步回归法建立 了回归模型，并将模型成功应用到商业建筑上【2 3 】；1 9 9 8 年他又把这一模型推广应用到 学校建筑上【2 4 1 。逐步回归法得到了越来越广泛的应用，由美国能源部开发和美国环境保 护协会联合开发的建筑能耗基准评价工具e n e r g y s t a r 也是使用逐步回归法。在2 0 0 0 年 v o n n e i d a 和h i c k s 撰文描述了逐步回归法是如何在e n e r g y s t a r 实现的【2 5 1 。 2 0 0 2 年，e w i e d e t h o l e 和m u l l e r w 将数据挖掘方法运用在能耗评价中，描述了如何 使用决策树方法进行建筑能耗基准评价【2 4 1 。 2 0 0 6 年，m e l e k y a l c i n t a s 尝试了使用神经网络算法建立评价模型。他使用了地处热 带地区的接近6 0 栋建筑的能耗数据作为样本数据，并将其中3 4 的数据作为训练数据， 其余1 4 的数据作为测试数据使用。对于测试使用数据，m e l e k y a l c i n t a s 建立了能耗数 据的实际值与使用神经网络方法预测的预测值之间的一元线性回归方程，以方程的相关 系数作为评判神经网络算法预测效果的标准【2 6 | 。 同样在2 0 0 6 年，g e o f f r e y k f t s 和k d v i n k w y a t l 从建筑能耗的预测出发，对住宅 类建筑的能耗做了预测。他们以每户家庭为单位，将家庭的能耗分成夏季能耗和冬季能 耗两个部分来分析。分别使用了决策树、逐步回归法和人工神经网络的方法，建立三个 不同的预测模型，来预测住户的电能消耗。最终，通过计算三种预测方法的平均残差平 方和的大小比较了三种模型的预测精度【2 7 | 。 1 4 本文的主要内容及结构 1 4 1 文章主要内容 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 本文尝试从数据角度以大量既有建筑的能耗数据为样本，对建筑能耗数据进行数学 统计分析，建立建筑能耗的评价体系。文章通过广西大学节约型校园建筑能耗监测系统 获得的大量建筑分项能耗的实时数据，对建筑能耗的评价方法进行研究。最终，以2 1 栋广西大学校园内办公类建筑的月能耗数据和统计到的建筑使用信息组成数据样本，采 用了基于样本平均水平的多元线性回归方法评价和基于样本最优水平的数据包络分析 方法评价相结合的评价方法对2 1 栋样本建筑进行了用能效率评价，并初步对建筑的管 理因素对于用能效率的影响进行了分析评价。同时，利用j a v a 、h i b e r n a t e 、j s p 、j q u e r y 、 j s o n 等技术，在能耗监测平台软件上将所研究的能耗评价方法以能耗评价模块形式嵌入 系统，用户可通过w e b 访问的形式在线对校园内办公类建筑进行能耗评价。模块还对 其他功能类型建筑预留了嵌入预测模型的接口，方便以后对其它功能类型建筑进行分析 评价的模型嵌入。 1 4 + 2 文章结构 第一章介绍课题的内容和意义，叙述国内外建筑能耗评价的方法的研究现状。 第二章以节约型校园能耗监测平台提供的数据为基础对广西大学校园公共建筑 进行了一、二级能耗审计工作，为能耗评价做准备。分析夏热冬暖地区办公类建筑的特 性，确定了分析对象和所使用的评价方法。 第三章确定同类型建筑能耗的影响因子，利用多元线性回归分析方法建立基于同 类型建筑能耗平均水平的能耗预测模型。用预测数据与建筑实际能耗数据进行比，评价 建筑的节能水平。 第四章采用数据包络分析方法中的c 2 r 模型，对样本建筑的电能使用效率进行评 价。在第三章回归分析预测数据的基础上，使用b 2 c 模型初步对建筑能耗的管理效率进 行了初步分析。 第五章对比分析两种评价方式的评价结果，综合两种评价方式对夏热冬暖地区办 公类建筑能耗进行评价。 第六章利用j a v a 等软件开发技术，开发了能耗评价模块，将能耗评价模型集成到 能耗监管平台上。 第七章总结全文，展望建筑能耗评价方法的下一步研究。 广西大学硕士学位论文夏热冬暖地i g 办公建筑能耗的评价研究 2 1 引言 第二章建筑能源审计及评价模型分析 建筑的能耗状况般是由多个系统共同运行所造成的动态结果。- 例如：普遍公共建 筑能耗都被照明系统、空调系统、建筑内的用能设备、建筑维护结构保温性能、建筑运 行机制等系统所共同影响。而对于不同功能类型的建筑，各个系统对建筑能耗的影响却 又各不相同。如：商场等大型商业类建筑，景观照明和空调系统对其能耗影响较大，而 办公类建筑，普通照明和插座类用电、空调用电对其能耗影响较大。一些建筑能耗过大 是因为使用的人员数量多，还是建筑维护结构保温性能差亦或是建筑设备在运行中存在 管理漏洞，对于这些关键问题的定位必须基于有效的建筑能耗审计工作【2 引。 同时，有效的能源审计工作也是进行建筑能耗评价的基础，只有对建筑的能耗、基 本建筑结构信息、建筑工作信息、以及建筑人员及管理信息进行详细的统计了解，才能 对建筑的实际用能做出比较准确的评价。 2 2 能源审计 2 2 1 一级能源审计 建筑能源的审计工作分为两个层次，一级能源审计和二级能源审计。一级能源审计 也是对建筑的初级能源审计，这种审计较为简单，只是通过对现场的考察和现有历史资 料的查询获得，包括内容如下： ( 1 ) 对建筑的基本建筑信息( 如：建筑功能、面积、结构、围护结构) 的调查。 同时，对建筑的工作时间和人员使用数量做初步估算。 ( 2 ) 对建筑照明系统、供热系统、空调系统、用水系统及其他用能设备情况调查， 分析其主要用能方向。 ( 3 ) 对建筑之前能耗数据进行调查，对于已经分项计量的建筑要细化到每个支路。 通过建筑设计图纸查询、现场勘查、向管理人员咨询等方式，完成了对校园内需要 进行分项细化监测的2 0 栋建筑的一级能源审计。以广西大学图书馆为例能源一级审计 内容如下表2 1 、2 2 ： 广西大学硕士学位论文 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评 f i e 研究 表2 1 一级能源审计表 建筑围护结构： 建筑名称：广西大学图书馆 建筑地址：广西大学东校园 所属院系：广西大学建造年代：2 0 0 2 建筑日运行时问：一天运行生小时：从8 ：鲤垫到 建筑类型：图书馆建筑( 大型综合建筑) 2 2 ：0 0 砌 建筑周运行时问：一周运行：从旦二到旦 建筑朝向： j 匕；建筑高度：3 垒：呈 m ； 日 建筑层数：地上层，地下l 层；建筑年运行时问：一年运行j 韭月； 建筑面积：3 1 2 0 0m 2 ；空调面积： 2 3 0 0 0 标准层层高：地下3 2m ，地上3 9m ； m 2 ： 采暖面积：0m 2 ；特殊区域面积： q 是否实施过节能改造? 歪改造项目：玉 m 2 建筑围护结构： 建筑结构形式：砖混结构外墙材料：实心粘土砖2 4 0 外窗类型：单玻单层窗；窗框材料：铝合金；玻璃类型：镀膜玻璃( 绿膜)玻璃厚度：6 m m 有无遮阳：无；是否有保温材料：外保温屋顶做保温防水处理 外墙面积一东：! 鱼z ! ：窆垒外墙面积一西：! 鱼2 1 ：望里 r f l m 2 外墙面积南：3 q 三量：互! m 外墙面积。北：三q 墨2 ：! 苎m 2 外窗面积东：3 2 3 ：2 互外窗面积一西：3 2 3 ：2 量 m 2 m 1 外窗面积一南：l 三三墨：三r外窗面积。1 t - l 至堑盟3m 2 窗墙比东：! 窆：3 亘竖窗墙比一东：! 里：3 亘竖窗墙比南：三! ：3 兰竖 窗墙比北：5 1 5 8 空调系统； 空调设定温度：供冷堑，供热上特殊区域：供冷2 2 ，供热- l 空调系统形式：中央空调+ 风机盘管+ 新风系统局部空调形式：分体式空调 冷热源设备：螺杆式水冷式机组( 参数见附表) 照明系统： 照明灯具形式： 室内照明：细管型荧光灯室外照明：高压钠灯 室外照明总功率：1 5 0 0 0w每天工作时间：4h 8 广西大学硕士学位论文夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 建筑室内照明系统： 区域面照明灯 昭 照明区域积 灯具类型 且 总功率 j 调节方 度照明开启时间 2 数量 w 工k m l x 大厅 1 8 0 0 0 细管型荧光2 4 0 06 0 0 0 0 05 0 0 上午上点到二望 手动 灯点 办公区域 6 0 0 0 细管型荧光8 0 02 0 0 0 05 0 0 上午墨一点到下午重 手动 灯点 走廊 1 0 0 0 细管型荧光 2 0 05 0 0 02 5 0 上午上点到堕 手动 灯 点 其他公共区5 0 0 0 细管型荧光 6 0 01 5 0 0 03 0 0 上午墅点到上王点 手动 域 灯 室内办公设备： 台式电脑：4 5 0 台，额定功率3 0 0w ，共1 3 5k w ，运行时间：从上午卫点到2 2 点 服务器： 2 0 台，额定功率7 5 0w ，共 1 5k w ，运行时问：从上午土点到第二天上 午生点 笔记本电脑： 鲤台，额定功率主qw ，共至k w ，运行时间：从上午坠点到上l 点 复印机： 1 0 台，额定功率2 5 0 _ w ，共 2 5 k w ，运行时间：从上午上点到下午6 点 其他( 请注明) ：台，额定功率w ，共 k w ，运行时间：从上午一点 到下午一点 电梯： 共l 台电梯 电梯编号 电梯类型 厂家及型号 功率k w运行时间 控制方式 l奎搓 上海永大 1 5 从上午卫点到2 3 点 自动 2客梯上海永大1 5从上午量点到2 3 点自动 三货搓上漫丞太：三q从上午点到2 三点旦边 其他用能设备： 9 广西大掣q 页士学位论文 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价x , 开j e 表2 - 2 一级能源审计一中央空调系统参数表 台数 每天 全年平均 制冷输入 电源运行负载冷 类型 ( 若是 厂家及型号里功率 p h ，、，h z 运行 时间 盔 水 备用请 k wk w时间 机注明) h 组 螺杆 3 约克 1 1 2 52 1 13 8 0 v1 0 h1 4 0 07 0 式( y s d c c b s 3 5 c h c ) 台数 全年 冷却电机每天运 运行 冷 类型 ( 若是 厂家及型号 水量 功率行 时间 却 备用请 m 3 mk w 时间 塔 注明)h 逆流广州阳江 型 33 0 07 51 0 h1 4 0 0 ( c d b n l 3 3 0 0 ) 台数全年 冷 类型 ( 若是流量扬程功率每天运行时间运行 冻备用请 厂家及型号 m 3 mmk w 时间 水注明)h 泵涡轮 式 3 双工 2 0 03 73 71 0 h1 4 0 0 冷 台数 每天运行时间 全年 却 类型 ( 若是 厂家及型号 流量扬程 功率运行 水各用请 m 3 mmk w上午一点到下 时间 泵注明)午一点 h 涡轮 式 3双工 3 0 0 3 73 71 0 h1 4 0 0 通过上述一级能源审计可以对图书馆的建筑基本情况、设备基本情况、工作运行时 间等影响图书馆建筑能耗的各个系统有了基本掌握，为进一步二级能源审计奠定了基 础。 2 _ 2 2 二级能源审计 1 0 广西大学硕士学位论文 夏热冬暖地区办公建筑，i 巨耗的评 o r 研究 二级能源审计主要是在一级能源审计的基础之上对建筑的各系统环节进行分项的 能耗计量，了解建筑的各系统能耗状况，获得各系统的能耗数据。同时，结合一级能源 审计调查到的信息，对各个系统的能耗状况进行进一步分析，以实测数据为基础，找出 建筑能耗高的具体原因，提出相应的节能整改意见。目前，我国大部分建筑由于没有配 装足够的计量仪器，分项能耗难以获得，从而造成难以对建筑进行二级能源审计。而在 广西大学校园内，通过节约型校园建筑能耗监测系统，我们可以方便的获得各建筑的实 时分项能耗数据，数据统计展示图如下图2 1 。 绮项堆毂嘲 图2 1 图书馆照明插座分项买时能耗数据统计 f i g u r e2 - 1s e p a r a t er e a l t i m ee n e r g yc o n s u m p t i o nd a t as t a t i s t i c s o fl i g h ts o c k e ti nt h el i b r a r y 我们做节约型校园建筑能耗实时分项监测的意义就在于此。现以已经做好的分项实 时监测的广西大学图书馆为例说明二级能源审计工作：图书馆电能耗按高等院校节约 型校园建设导则要求，可分为照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电四项。 其中动力用电主要包含图书馆内电梯、通风机、生活水泵等动力机械的用电状况：特殊 用电则包括了图书馆电子检索区域电脑、服务器、机房的用电。 通过一年时间对广西大学图书馆用能数据的调查，获得图书馆的年用电总量为 2 7 0 8 1 4 6 k w h ，占全校全年电耗的1 5 。其中照明用电总和为1 0 7 0 9 0 8k w h ，空调总 用电为1 3 1 6 1 1 8k w h ，动力总用电5 3 8 3 5k w h ，特殊用电总消耗2 6 7 2 8 5k w h 。数据 的统计结果如下图2 一l ： 夏热冬暖地区办公建筑，i 皂耗的评价研究 图2 - 2 1图书馆能耗总体统计 f i g u r e2 - 2 1o v e r a l ls t a t i s t i c so fe n e r g y c o n s u m p t i o ni nt h el i b r a r y 图2 - 2 2 空调单项能耗统计 f i g u r e2 - 2 2s i n g l ee n e r g yc o n s u m p t i o n o f a i rc o n d i t i o n e r 机房专用 4 3 特殊能耗详细统i 暇务器专 线1 6 曰l 圈2 口3 4 图2 - 2 3照明单项能耗统计图2 2 - 4 特殊能耗单项统计 f i g u r e2 - 2 - 3s i n g l ee n e r g yc o n s u m p t i o nf i g u r e2 2 - 4s i n g l es t a t i s t i c so f o fl i g h t i n g s p e c i a le n e r g yc o n s u m p t i o n 图2 - 2 广西大学图书馆数据统计图 f i g u r e2 - 2d a t as t a t i s t i c a lc h a r to ft h el i b r a r yo fg u a n g x iu n i e r s i t y 统计分析： 据权威部门统计：高校图书馆作为高校内的常规建筑，其单体建筑面积一般较大， 利用率较高，平均能耗强度最高。其总能耗一般占到了学校总能耗的1 0 1 2 左右。其 中空调系统的能耗一般占到图书馆总能耗的3 5 6 0 ，照明能耗占4 0 5 0 1 l 】。而广 西大学图书馆的能耗占全校总能耗的1 5 ，超出了1 2 的限额，故广西大学图书馆的电 能利用率偏低。 如上图2 2 1 统计结果显示：图书馆8 8 的能耗被空调和照明两大项占去，其中照 明4 0 ，空调4 8 。这两项按分项用能比例来讲都在合理范围内，但由于图书馆总能耗 偏高，故相应的照明和空调能耗还是偏高的。 空调用能细化中( 如图2 2 2 ) ，空调末端用能占总空调用能的3 3 ，冷水机组占3 0 ， 广西大掌硕士学位论文夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 冷却装置和冷冻泵占2 1 ，其他独立空调占1 6 。其中中央空调末端多为小功率的风机， 其占用3 3 的空调能耗并不合理。据现场实际调查发现，由于图书馆设计缺乏较好的空 气自然换气、对流设施，管理有忽略了自然换气，致使新风系统需要全年全负荷运行， 空调末端风机也同样全年全负荷运行，造成了空调末端能耗过高。节能建议：提高非空 调季节图书馆的自然通风水平，整改图书馆封闭玻璃墙，可改为可推拉玻璃，加强空气 自然对流；改进冷水机组和冷却冷冻水泵工作控制，改为可依据外界实际温度判断图书 馆内所需冷量，自动控制需要开启的冷水机组和冷冻冷却水泵台数。 照明用能细化中( 如图2 2 3 ) ，景观和应急照明能耗占照明总能耗的2 2 ，处于较 高位置，应降低。此外，通过计算其日均照明用电超过3 0 0 0 k w h ，处于较高位置。这 与图书馆建筑结构采光性能不好有关。且图书馆外表面玻璃采用镀膜玻璃虽然在夏季能 够一定程度上减少热辐射透过率，但同时也减少了光照的透过率，至使图书馆白天工作 期间仍需要全部开启照明灯，加大了图书馆照明能耗。节能建议：通过更换景观照明设 备( 替换为更为节能的照明设备) 以及控制景观照明时间等方式降低景观照明。室内照 明可以采取根据光照度条件不同，开启不同数目灯数的智能灯光控制方法，并出台相应 的节能管理办法。 通过逐时能耗数据统计( 如图2 1 所示) 发现图书馆在夜间0 时早上6 时期间还稳 定保持每小时8 0 度左右的照明插座能耗，故可以推断存在部分照明灯具、办公室设备 下班时间未关闭等状况。因此，应当通过加强图书馆的节能管理意识，强制下班时间关 闭灯光、设备等措施来降低图书馆夜间能耗。 由以上对图书馆的二级能源审计及分析可见，能耗分项监测系统可以为建筑能源审 计和建筑能耗管理提供有效的数据基础。 2 3 能耗评价模型分析 2 3 1 建筑能耗评价的目的 组建建筑能耗实时监测网络的目的是获得建筑各分项能耗的及时数据，方便管理人 员进行建筑的能源审计，及时找出建筑能耗偏高的原因，并通过改进管理措施或进行相 应的节能改造的方式降低建筑能耗。然而，仅通过能源审计并不能对多栋建筑进行节能 性能评比，我们做建筑能耗的评价目的就是对多栋建筑的节能性能进行评比，发扬节能 性好的建筑的所具备的优势，改造节能性不好的建筑的相应缺陷，从而提高建筑整体的 广西大学硕士掌位论文 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 节能水平。 但对于如何判断建筑能耗高低与否，如何评价既有建筑的节能性能，目前我国还没 有统一的评价标准来衡量。一方面因为我国在建筑能耗统计和能源审计方面所做工作不 足，缺乏制定相应标准的数据支持；另一方面，影响建筑能耗的因素众多2 9 。3 0 】，如建筑 的围护结构性能、建筑的使用情况、建筑的内部设备运行情况、建筑管理因素、以及外 ， 界环境( 如外界温、湿度) 因素影响等，且这些影响因素很多难以用数量来衡量，且各 个地区建筑因为气候环境不同，空调和暖气的使用情况不同，建筑结构通风、保温性能 不同给建筑能耗的统一的评价标准产生也带来了一定难度。因此，需要首先从建筑所处 气候环境实际出发，分析适合于建筑的能耗评价方法和模型。 2 - 3 2 夏热冬暖地区建筑特性 根据影响建筑设计的气候要素，我国民用建筑热工设计规范将建筑热工分区分 为严寒地区、寒冷地区、温和地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区五个分区，分区地域 情况如下图2 3 。 图2 - 3 我国建筑五大热工分区 f i b r e2 - 3f i v et h e r m a lp a r t i t i o n so ft h eb u i l d i n g si nc h i n a 由图2 3 可以看出南宁位于我国建筑热工分区的夏热冬暖地区，冬季温暖，最冷月 平均气n 1 0 v ，不需供暖设施【3 l 】。夏季持续时间较长从5 月初到1 0 月中下旬，最热月 广西大学硕士掌位论文 夏热冬暖地区办公建筑能耗的评价研究 平均气温达到3 0 。夏季接收太阳直射时间长，辐射强度高。夏热冬暖地区气候的特点 决定了夏热冬暖地区建筑能耗的特点。即( 1 ) 不考虑采暖能耗。由于冬季最冷月平均 气温都在1 0 以上，故大多数建筑都没有供暖设施，尤其是普通办公建筑基本没有供暖 设备使用。以节约型校园项目建设所涉及的建筑为例，近五十栋公共建筑均没有任何供 暖设备。( 2 ) 夏季供冷需求量大。由于夏季平均气温高、持续时间长，绝大部分建筑都 需要长时问使用空调，因此夏季空调供冷用电占建筑总用电比例较大。 2 3 3 评价方法选择 目前，国内外用于建筑能耗评价的主要方法分为三种：仿真计算方法、数据分析方 法和基于打分制的评价系统【3 2 】。仿真计算方法是对某栋建筑在计算机建立起了一个相应 的建筑模型，加入建筑材料性能、设备使用情况、外界温湿度情况等参数，模拟计算建 筑理论上的能源消耗量，然后将计算得到的理论能耗与实际监测的能源消耗进行对比来 评价该建筑的能耗表现。如：国内外许多专家学者都对各地的大型公共建筑运用d o e 一2 仿真软件进行仿真计算建筑能耗，研究建筑存在的节能潜力。数据分析方法建立在对多 栋建筑长时间的数据收集和调查基础之上，将某一栋建筑的能耗与其他建筑的能耗做对 比，通过对比分析评价建筑的能耗表现