北京市办公建筑空调能耗的调查与分析6.10.docx

北京市办公建筑空调能耗的调查与分析高丽颖1 全巍1 秦波2 安玉娇31.中国建筑设计研究院，100044，北京2.北京中建建筑科学研究院有限公司，100071，北京3.北京市煤气热力工程设计院有限公司，100032，北京摘要：本文基于大型公共建筑能源审计所获得的数据为样本，选取了其中5栋具有代表性的办公建筑单位能耗统计数据进行分析，探究办公建筑能耗的基本状况及特点，通过计算空调系统分项能耗指标，提出采取措施与建议，为政府能源管理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力，实现办公建筑空调系统节能目标提供科学的依据。 关键词：办公建筑；空调能耗；分项电耗；分析研究1 办公建筑能耗特点办公建筑由于它的使用特性，决定着与其它类型建筑有着显著的不同，其能耗特点可以总结为以下四点：（1）空调能耗主要集中在工作日周一至周五，每天的8：00至18:00之间，工作时段与非工作时段的能耗差别明显；（2）办公建筑内多设有遮阳设施，自然采光不能充分利用，照明设备及办公设备数量多，能耗高；（3）新风负荷大，充足的新风可提高员工的办公效率； （4）室内环境舒适度要求较高；2办公建筑空调系统能耗计算统计与分析基于北京市大型公共建筑能源审计所获取的资料及数据，整理后选取其中具有代表性的5栋办公建筑作为样本，对其空调系统能耗进行分析研究。2.1建筑工程概况办公-1建于2004年，位于北京市朝阳区，属于高层办公建筑，总建筑面积约为56000平方米，采暖空调面积约为54428平方米，坐西朝东，地上25层，地下3层。办公-2建于2007年，位于北京市朝阳区，属于高层办公类建筑，总建筑面积131376平方米，采暖空调面积约为116779平方米，坐南朝北，地上24层，地下3层。办公-3 建于2001年，位于北京市朝阳区，属于高层办公类建筑，总建筑面积59127平方米, 采暖空调面积约为40125平方米，坐西朝东，地上23层，地下3层。办公-4建于1997年，位于北京市通州区，属于高层办公建筑，总建筑面积约12000平方米，采暖空调面积约为10000平方米，坐北朝南，地上12层，地下2层 。办公-5建成于2008年，位于北京市石景山区，属于多层办公建筑，建筑面积33952平方米，采暖空调面积约为27251平方米，坐北朝南，地上5层，地下2层。为了便于比较，将5栋建筑外围护结构信息整理至表2.1，主要包括建筑结构形式、外墙材料、外窗玻璃、朝向、保温及遮阳的基本情况。表2.1办公建筑围护结构信息竣工时间建筑结构形式外墙材料是否保温玻璃类型有无遮阳朝向办公-12004混凝土剪力墙加气混凝土砌块、玻璃幕墙外保温Low-e玻璃内遮阳东办公-22007混凝土剪力墙混凝土小型空心砌块(多孔)内保温镀膜玻璃内遮阳北办公-32001混凝土剪力墙、加气混凝土砌块、玻璃幕墙内保温Low-e玻璃内遮阳东办公-41997混凝土剪力墙加气混凝土砌块无普通玻璃无南办公-52008混凝土剪力墙、加气混凝土砌块、玻璃幕墙外保温Low-e玻璃内遮阳南由表2.1可知，5栋办公建筑外墙材料以加气混凝土砌块为主，除办公-4之外，均设有保温和遮阳措施。并使用低透射率的Low-e玻璃或镀膜玻璃。从围护结构的基本信息中可知，由于办公-4建筑竣工时间较早，围护结构所采用的节能措施尚不完备，具有很大的节能改造空间。2.2办公建筑空调系统形式5栋办公建筑的空调系统形式整理至表2.2，主要包括冷热源、空调末端形式及空调运行时间。表2.2办公建筑空调系统形式建筑名称冷源热源空调末端形式空调运行时间办公-1水冷式机组、水环热泵燃气锅炉、水环热泵风机盘管加新风、水环热泵14小时/天办公-2蒸汽型溴化锂吸收式机组市政热力风机盘管加新风、分体空调12小时/天办公-3蒸汽型溴化锂吸收式机组市政热力(蒸汽)全空气、风机盘管加新风、分体空调12小时/天办公-4直燃型溴化锂吸收式机组直燃型溴化锂吸收式机组风机盘管加新风8小时/天办公-5水冷式机组市政热力全空气、风机盘管加新风、分体空调10小时/天由上表2.2可看出，5栋办公建筑的空调末端形式均以风机盘管加新风系统为主。风机盘管加新风系统属于半集中式空调系统，风机盘管直接设置在空调房间内，对室内回风进行处理，新风通常是由新风机组集中处理后通过新风管道送入室内，系统的冷量和热量由空气和水共同承担。风机盘管加新风系统之所以广泛应用于写字楼等办公建筑，其优点主要有：布置灵活，调节方便，各空调房间互不干扰，可以独立调节室温并可随时根据需要开、停机，使用季节较长，各个房间之间不会互相干扰。除此之外，5栋办公建筑中有部分建筑的大堂设有全空气系统，个别小房间采用分体空调调节室内温度。通过多个空调系统来实现用户对整个办公楼的温湿度的需求。2.3办公建筑空调能耗分析建筑能耗是指建筑的使用能耗，建筑的其常规能耗包括空调通风、采暖、照明、室内设备系统、综合服务系统等，方面的能耗，构成建筑能耗的指标体系见图2.3-1。根据5栋办公建筑的能耗及空调系统能耗数据，而空调通风系统是建筑能耗的最大能耗终端，计算得到每栋建筑的能耗及空调系统能耗，折合标煤后的数据见表2.3 建筑能耗、水耗总量指标照明系统能耗指标采暖系统能耗指标水耗指标特殊区域能耗总量指标常规能耗总量指标 空调通风系统能耗指标综合服务系统能耗指标室内设备系统能耗指标室内设备系统能耗指标图2.3-1建筑能耗指标体系结构图表2.3 办公建筑能耗统计建筑名称空调面积m2建筑总能耗tce空调系统能耗tce建筑能耗指标kgce/m2空调能耗指标kgce/m2办公-154428110019519.653.6办公-21167792796748.7621.286.41办公-340125674.75253.2410.956.31办公-410000292.6570.4124.397.04办公-527251509.0666.4614.992.44注：1tce(ton of standard coal equivalent)是1吨标准煤当量电力参考折标系数为1.229tce/万kWh；天然气参考折标系数1.33kgce/m3通过上由表2.3可知，办公建筑的空调系统能耗指标分布在2-7kgce/m2之间，不同建筑能耗差别较大。办公-5空调能耗指标较办公-4有明显的下降。初步判断为办公-4竣工时间较早，围护结构所采用的节能手段尚不完善，同时通过现场走访，发现办公-4存在下班后因个别人加班而运行整套空调系统，空调系统运行同时门窗未关闭、无人区域灯常开、电机长时间处于部分负荷下运行等现象，由此可知这些造成了办公-4建筑空调能耗指标偏高。而办公-5建筑竣工时间较晚，围护结构采用节能措施较完善，同时设备旧损引起的能耗也较少，通过现场走访发现，办公-5具备较完善的能源管理制度及运行管理团队，设置有节能办公室，健全的能源管理网络，明确从管理者到管理人员的节能管理职责。图2.3-2办公建筑空调系统能耗占建筑总能耗比例从图2.3-2可以看出，办公建筑空调系统能耗占建筑总能耗比例居于13%-38%之间。相比较之下，其中办公-3的空调系统能耗占建筑总能耗的比例较高，约为38%，而办公-5的空调系统能耗占建筑总能耗的比例较低，约为13%。根据走访发现办公-3使用蒸汽型溴化锂吸收式机组作为冷源，选型偏大，夏季采用的冷冻水泵及冷却水泵也存在选型偏大的现象，这是造成办公-3的空调能耗占办公能耗比例大的主要原因。因此，在设计阶段，对设备的合理选型对整个系统运行能耗有着重要的影响。3 空调系统分项能耗分析空调系统能耗是建筑能耗的重中之重，由于空调系统能耗的构成比较复杂，因此对空调系统能耗的分项计量对节能研究有着重要的意义。空调系统能耗主要由3部分组成，即冷源、输送系统、空调末端三部分，其中冷源的主要耗电源为制冷机，输送系统主要耗电源为冷却塔与水泵，空调末端的主要耗电源为风机（空调箱循环风机、新风机组风机、风机盘管循环风机）等。不同的空调系统形式、不同的运行管理方案，对空调系统能耗均有着影响。下面，根据统计的5栋建筑的空调系统供冷期实测数据及分项计量空调系统各部分能耗，分析分项能耗特点及节能潜力。空调设备中冷水机组全年总能耗的计算采用冷水机组全年制冷量与部分负荷综合指标IPLV乘积的方法，按以下公式计算如下：式中：E冷水机组全年总能耗，KWh；Q冷水机组年制冷量，KW；冷水机组年制冷量Q用空调假象负荷乘以1.2得到IPLV冷水机组一次能部分负荷综合值，KW/KW风机、水泵设备全年能耗E的计算采用当量满负荷运行时间法，式中：E设备全年能耗，KWh；P设备额定输入功率，KW 5D5Dd5r效果率，反映因采用控制方法（如台数控制，变频调速控制等）而使得总能耗减小的效果；为当量满负荷运行时间h。3.1制冷机能耗由图3.1制冷机能耗折合单位面积可达到1.75-5.93kgce/m2不等可以看出，虽然5栋建筑使用功能一致，但是单位面积冷机能耗也会存在很大差异，其中办公-4的冷机单位面积能耗指标为5.93kgce/m2，而能耗最低的为办公-5，冷机单位面积能耗指标为1.75kgce，分析其差异主要来源于供冷时间长短，而制冷机的额定效率和负荷率对其能耗也有一定关系。图3.1制冷机能耗指标3.2冷冻水泵能耗由图3.2看出，5栋办公建筑的冷冻水泵单位面积能耗在0.19-0.44kgce/m2之间。分析原因是：冷冻水泵的任务是将冷机制备的冷量以水为媒介，输配到各个空调箱、新风机组、风机盘管等末端用户的换热设备，所以可以定义输配系数来衡量其效率。它与供冷时间长短密切相关，与空调水系统形式、水泵运行策略、水泵效率、空调末端水阀控制方式等有一定关系。 图3.2冷冻水泵能耗指标3.3空调风机能耗由图3.3看出，5栋办公建筑的空调风机单位面积能耗介于0.17-0.54kgce/m2之间。由于空调风机主要承担三个任务，一是将冷量以风的形式输配到房间，二是提供新风给使用者以满足卫生要求，三是排出建筑物内的污染物，并送风以维持建筑物内各个区域的风压合理。故风机的耗电量主要由建筑面积、开启时间和新风量大小相关。图3.3空调风机能耗指标3.4冷却水泵和冷却塔能耗由图3.4看出，5栋冷却系统的单位面积能能耗介于0.25-0.58kgce/m2之间。冷却泵能耗与供冷时间相关，同时与所需排热量也有一定关系。除此之外，水泵效率、冷凝器阻力、冷却水管道阻力也对冷却泵的能耗有一定影响。但冷却泵能耗并非一味的降低就好，因为可能导致冷却水流量不足、温差加大，从而使制冷机冷凝温度升高，冷机效率下降。另外由于冷却塔风机能耗一般较小，但它的作用是不可或缺的，它以大气环境作为冷源，驱动空气流过冷却塔内的换热填料表面，与冷却水进行热质交换，从而将冷冻机冷凝器排出的热量全部带走，维持冷凝温度在合理范围值内。冷却塔散热效果直接影响冷凝温度，而冷凝温度升高则导致冷机COP下降，致使制冷主机能耗增加。所以，冷却塔对冷机效率影响所造成的能耗远远大于其自身风机能耗。3.4冷却水泵及冷却塔能耗指标4.办公建筑空调系统节能潜力分析通过以上对空调系统的分项能耗统计与分析，可以看出办公建筑存在很大的节能空间，可以从以下几方面达到采取措施实现节能降耗的目的。4.1合理的系统设计大部分办公楼采用风盘加新风系统，有些空调系统设计不合理，部分空调设备使用时间较长，能效较低，增加了建筑能耗。空调系统能耗在建筑能耗中所占比例很大，所以，采用高能效的空调设备，根据季节和室外温度变化采取不同的节能运行模式，加强空调系统维护，保证系统处于最佳运行状态；过渡季节全新风运行、冬夏季可以合理控制新风量，以降低新风系统运行能耗；优化空调系统的分区设计，在提高空调系统的控制水平的同时满足办公人员舒适性要求。4.2加强能源监测措施及手段空调系统能耗由于设计、计量、控制、运行管理等方面的原因，不同程度的存在能效低下的问题。集中式空调系统节能降耗的实现是基于计量数据的全面性、准确性和系统性，大部分中央空调系统的计量网络并不完善，已成为准确对系统运行能耗进行评价、分析及诊断的主要障碍。可以通过在物业中构建能效监管平台，实现对集中式空调系统准确的能耗运行数据采集及诊断分析工作，从而能及时的调整与指导其空调系统的高效运行。4.3运行管理节能从大部分办公建筑的管理较为松散，未成立专门的能源管理部门，管理机制不完善。为了提高运行管理水平，物业需设置专门的能源管理岗位，实行能源管理岗位责任制，根据建筑的使用情况制定相应的能耗指标，建立、健全节能管理规章制度，开展节能宣传教育和岗位培训，增强工作人员的节能意识，培养节能习惯，提高节能管理水平，完善建筑的能源消耗计量制度，区分用能种类、用能系统实习？能源消耗分户、分类、分项计量，并对能源消耗状况那执行实时监测，及时发现、纠正浪费能源的现象。5 小结本文以5栋办公建筑为样本对空调系统分项能耗进行了统计与分析，总结得出的以下结论，为了查找办公建筑节能潜力，可为政府能源管理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力、编制节能规划及节能目标可提供科学的依据。 （1）通过对5栋办公建筑空调系统的分项能耗指标进行计算，得到制冷机单位面积最低能耗为1.75kgce/