大型公共建筑评估

大型公共建筑能耗调查分析 大型公建节能会诊 三 调查分析篇 大型公共建筑能耗调查分析 清华大学 王远 魏庆 薛志峰 江亿 不同规模的公共建筑 其全年的用能特点和能源消耗总量不同 通过对北京市 41 座大型公共 建筑的能耗调查 得到各个建筑的全年电耗现状以及各系统设备构成 运行状况 结合正在建设的 公共建筑能耗数据库 对北京市几类大型公共建筑的用能现状 能耗差异及特点进行描述 提出在 建筑缺乏用能设备分项计量的条件下 需要对大型公共建筑重点用能设备运行状态进行监测 国内大型公共建筑能耗现状 我国各地研究者对某些城市大型公共建筑进行了能耗调查与节能潜力分析 得到表 1 的结果 表 1 各大城市公共建筑的能耗调查结果 城市能耗特点 上海 1 对 9 幢写字楼的调查表明 办公楼的最大平均耗能量与最小平均耗能量相差 2 21 倍 平均能耗量为 1 8 GJ m2 a 另外对上海 9 家星级宾馆的单位面积年一次能耗量的 调查结果表明 其平均耗能量为 2 698 GJ m2 a 深圳 2 对 15 幢高层办公建筑的抽样调查结果 写字楼的单位面积能耗最小的 45 kWh m2 a 最大的为 150 kWh m2 a 平均值为 96 kWh m2 a 其中空调 照明 办 公设备大约各占 30 天津 3 对公共建筑的能耗采用访问方式进行调查 按照一次能耗来计算 单位建筑面积能 耗最大的为 5 7 GJ m2 a 最小的为 0 86 GJ m2 a 平均值为 2 86 GJ m2 a 武汉 4 对 9 幢大楼的全年能耗进行调查和现场测试 建筑能耗为 0 386 2 579 GJ m2 a 空调能耗为 0 137 0 868 GJ m2 a 最大的建筑能耗与最小的建筑能耗相差 6 68 倍 最大的空调能耗与最小的空调能耗相差 4 41 倍 商场 办公楼 酒店的平均空调能耗 为 0 495 GJ m2 a 空调能耗占总能耗的 22 33 79 41 香港 5 6 7 8 总计 16000 幢大型商业建筑的能耗要占到总能耗的 30 其中空调系统的电耗为 43 办公设备 17 电梯扶梯 7 照明 34 对 16 家星级宾馆的调查结果表明 宾馆的平均能耗高达 564 kWh m2 a 部分商场的调查数据为电耗 391 454 kWh m2 a 平均 430 kWh m2 a 其中照明和空调系统占到了 85 以上 台湾 9 对 24 家县政府机关 33 家 中央 政府机关 929 幢中低层办公建筑 8 幢高层办 公建筑 3 幢智能型办公建筑的电耗进行调查 其用量指标依次为 136 171 149 194 219 kWh m2 a 商业性写字楼的能耗高于政府办公建筑 建 筑规模越大 智能化程度越高的办公楼能耗越高 根据北京市城市总体规划以及产业结构调整中继续加大第三产业比重的需要 未来几年内写字 楼 公寓 饭店 会展中心及奥运场馆等大型公共建筑会大幅度增加 同时一批普通公共建筑由于 使用功能改变进行改造后 能源需求成倍增长 在用能特点上转变成为大型公共建筑 加上现有存 量 北京市的大型公共建筑面积在未来几年内将达到 4000 万 m2 按照现有的能耗指标推算 北京 市仅大型公共建筑的全年电耗就会高达 60 亿 kWh 将会对北京市的能源供应造成巨大压力 并制 约北京市的经济发展 大型公建能耗调查统计与数据库建设 1 能耗调查统计方法 对北京市大型公共建筑能耗调查采用普查和重点调查相结合的方式 2005 年 3 月初 向百余栋大型公共建筑的管理负责人发出了能耗调查表 通过回收此表得到的 数据和几年来北京市政府积累的统计数据 为建立能耗数据库奠定基础 在进行问卷式能耗普查的同时 作者于 2005 年 4 月至 5 月期间对北京市 41 座典型建筑入户调 查 深入了解了几类大型公共建筑的能耗情况 空调系统运行情况 其他设备运行情况等 表 2 是 进行深入调研的各类建筑基本情况 表 2 被调查的建筑类型和数量 建筑类型数量总建筑面积 万 m2 综合性商务楼10119 56 写字办公楼1450 70 商场1263 89 宾馆饭店541 69 其中综合性商务楼指的是汇集商业 办公 娱乐 居住等多种功能的建筑物单体或建筑群 而 其他三种类型建筑 写字办公楼 商场 宾馆饭店则功能相对较为单一 通常为单体建筑 2 能耗数据库主要框架 公共建筑能耗数据库框架服务于公共建筑的节能 对于大型的公共建筑 从节能建筑的内容看 可以总体分为两类 一是建筑物本体的热工性能 即通过提高建筑围护结构的保温隔热性能 门窗 的密闭性能和充分利用通风 太阳能 自然采光等措施来降低为达到相同的室内舒适程度所需要的 采暖和空调的能耗 二是提高建筑物内的能耗系统及设备的能源效率 包括采暖 空调系统 照明 灯具 热水器 家用电器及办公设备等 其中暖通空调能耗分三部分 冷热源能耗 末端设备能耗 和输送系统设备能耗 这与运行调节方法也密切相关 结构如下 按照大型公共建筑能耗统计方法 将数据库设计成为能够方便快捷地反映的建筑物具体信息如 下 3 能耗数据库建设概况 清华大学建筑节能研究中心结合多年来对大型公共建筑进行节能诊断测试的经验 搭建了一整 套大型公共建筑能耗数据库 截至 2006 年 2 月 已在大型公共建筑能耗数据库中为 484 栋公共建筑建立初步档案 其中北京市建筑 404 栋 按建筑类型和面积将其归类 数量分布如表 3 表 3 大型公共建筑能耗数据库北京市建筑概况 建筑面积 m2 小于 2 万 2 5 万5 10 万 大于 10 万 总计 写字楼办公楼2830211291 商场12149237 宾馆饭店3342259109 综合性商务楼6861131 医院434112 博物馆 展览馆02002 体育馆730313 学校01102 机场车站 广播台20114 北京市地方政府建筑26213151 中央在京机关办公建筑2293236 其他363416 总计1231597646404 大型公共建筑能耗现状分析 大型公共建筑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 蒸汽和市政热水等 1 各类型建筑能耗现状 抽取数据库中大型公共建筑样本 64 个进行粗略估计 由于电制冷是目前大型公共建筑的制冷 的主要形式 故选取的 64 座建筑均为电制冷形式 其使用的能源为单一电 1 年耗电量 根据数据可以看出 商场类建筑较其他类型相比全年耗电量较大 大部分在 200kWh m2 a 至 300kWh m2 a 之间 商场耗电设备较多 照明设备数量多 空调系统设备容量大且运行时间长 宾 馆饭店和办公楼类建筑耗电量相当 基本在 200kWh m2 a 以下 综合性商务楼由于其建筑功能分 散 基本是建筑群 所以其单位面积年电耗参考性不强 需要对不同功能建筑的用电量进行拆分才 能反映不同功能的耗电量情况 根据统计学 我们在 80 的置信度下对北京市的各类大型公共建筑年单位面积的耗电量进行区 间估计 2 逐月耗电量 将 64 座建筑按照各自类型对每月单位面积电耗进行平均 可以看到夏季由于空调系统的使用 电耗显著上升 在大型公共建筑全年能耗中 照明 动力等电耗是基本稳定的 而供冷 供暖能耗 是随季节而波动的 因此 供冷季节的电耗高于过渡季节 可见空调制冷系统能耗在建筑能耗中占 有相当大的比例 对于不同功能的建筑这一比例也不相同 如果将夏季各月电耗增加的部分作为空 调系统的电耗 那么从图中面积关系不难得到增加部分的电量占夏季总用电量的 30 左右 所以大 型公共建筑节能的关键在于空调系统的高效运行 表 4 电制冷形式各类建筑年单位面积平均电耗 建筑类型样本数量 平均电耗 kWh m2 年 抽样极限误差 kWh m2 年 置信区间 kWh m2 年 商场1221624192 240 宾馆饭店251218113 129 办公楼181118103 119 综合性商务楼912521104 146 2 各类型建筑能耗特点及差异 商场类建筑 商场营业时间每天长达 12 个小时以上 且全年营业 由于内部发热量大 空调开启时间也较 其它公共建筑长 调查中了解到北京市一些商场的制冷机从 3 月下旬开启运行到 11 月上旬 因此 其单位面积的电耗在大型公共建筑中是最高的 1 电耗与冷机容量的关系 从数据库中抽取的 12 座商场类建筑的制冷机容量与建筑面积的关系 从中可以看到一些建筑 的装机制冷量过大 有的制冷容量甚至超过了 170W m2 在重点调查过程中 了解到个别建筑冷机 在负荷高峰时仅用两台 而 4 台备用 在制冷机选型上缺乏节能意识 在确定制冷机台数和每台机 组的容量时 往往过多地考虑一次投资 很少考虑全年动态负荷曲线 不能做到使同时运行的制冷 机总容量尽可能地接近建筑的动态空调负荷 因此对于新建建筑 在设计时不仅要考虑设备单独运 行的特性 还要考虑系统的特性曲线 机组在部分负荷下的 COP 各商场相互之间用电量差异较大 电耗高的商场用电量达到了电耗低的商场的近 3 倍 上述差 异表示北京市大型商场存在着巨大的节能潜力 2 空调系统装机功率与电耗的关系 表 5 给出了其中 8 家商场的空调系统装机电功率数据及年单位面积电耗数据 图 3 更直观地反 映出空调系统各部分装机电功率的参考比例 可以看到 8 家商场建筑面积不同 空调系统各部分装 机容量的比重也不同 表 5 8 栋商场建筑空调系统装机电功率及电耗 商场 代码 建筑 面积 万 m2 制冷 机 kW 冷冻 泵 kW 冷却 泵 kW 空调 箱 kW 冷却塔 风机 kW 年单位 面积电 耗 kWh m2 a A3 11008160195 241 1 52 5244 B3 1891165225 128 7 18220 C3 6133816516540588 2286 D5 61640231 280 5 49030134 E61810590506 192 7 147260 F7 71455370225663132229 G9 61043600300 1047 1 66 9188 H201543 166 5 468 5 65196125 图 3 8 家商场空调系统各部分装机电功率比例 总体来讲 制冷机的装机电功率占有较大比重 但经调查得到一般建筑的制冷机组均为两用一 备或一用一备 故其装机电功率不能说明实际运行的设备功率值 冷冻泵 冷却泵也会存在同样的 问题 但由于商场类建筑内部空间大 功能单一 都在营业范围内 所以对于商场的空调箱或新风 机组来讲 基本上不存在备用现象 各风机随空调系统的运行时间变化 空调箱风机为商场类建筑 的长期运行设备 在注重提高水泵效率的同时 不能忽视空调箱风机的高效节能运行 宾馆饭店类建筑 宾馆饭店类建筑与商场和写字楼不同 虽然营业时间长 但由于受到旅游季节变化和入住率波 动的影响 多数时间是在部分负荷下工作 通过 25 栋宾馆 2004 年的单位面积电耗数据的比较 可以看出宾馆类建筑平均电耗在 100 150kWh 2 a 但也有个别建筑耗电量超过 200 kWh m2 a 从 25 栋宾馆类建筑中找出年单位面积电耗最高和最低的建筑进行逐月电耗数据比较 可以看 出 夏季为旅游旺季 空调系统需长期运行 故总体上来看宾馆类建筑用电高峰亦在夏季 宾馆类 建筑风机盘管功率虽小 但数量多 且一般宾馆冬夏均采用风机盘管系统 故其耗电量也不容忽视 办公楼类建筑 办公楼类建筑 全年使用时间约为 250 天 每天工作 8 小时 设备全年运行时间为 2000 小时 左右 由于人员数量决定电脑等设备的开启数量 室内照明相对固定 故写字办公楼类建筑室内热 扰与人员数量密切相关 表 6 给出了选取 6 栋写字楼类建筑空调系统装机电功率数据及年单位面积 电耗数据 表 6 栋办公室楼类建筑空调系统装机电功率及电耗 建 筑 代 码 建 筑面积 万 m2 冷 机 kW 冷 冻泵 k W 冷 却泵 k W 冷 却塔风 机 kW 新 风机 k W 空 调箱 kW 风 机盘管 kW 年单位 面积电 耗 kWh m 2 a A5 5 87 5 2 22 1 05 79 2 55 6 623 7 9 1 46 138 B5 6 10 08 1 65 1 65 16 5 95 5 204 2 20113 C7 1 15 88 3 75 3 00 9035 2 203 5 52101 D8 3 17 92 3 97 3 97 3356 1 123 1 58 53 139 E8 182236938881109 4953838 F11 6 19 20 1 80 3 00 4420 1 7401 8 12 110 结 论 对于大型公共建筑而言 能源消耗情况非常复杂 建筑物的空调 照明 办公设备耗电三者性 质不同 例如空调系统用电决定于运行方式和物业管