北京市大型公共建筑能耗统计数据库与初步分析

1、北京市大型公共建筑能耗统计数据库与初步分析摘要：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。大型公共建筑虽然数量不多，但在我国民用建筑总能耗中占有很大比重。本文通过对北京市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。关键字：大型公共建筑、建筑能耗、数据库一、背景1.1大型公共建筑的定义不同规模的公共建筑，其室内人员、灯光和办公设备的密度不同，全年的用能特点和能源

2、消耗总量也不同。根据建筑的用能特点，将公共建筑划分为普通公共建筑和大型公共建筑。大型公共建筑是指建筑面积超过2万m2且采用集中空调系统的各类星级酒店、大中型商场、高级写字楼、车站机场及体育场馆等。普通公共建筑则是指建筑面积在2万m2以下或建筑面积超过2万m2但未采用集中空调的各类办公建筑、科研教学和医疗建筑等。图1为建筑分类的示意图。民用建筑居住建筑（住宅）普通公共建筑大型公共建筑公共建筑单幢建筑面积在2万m2以下或2万m2以上但未采用中央空调系统的商业营业用房、服务业用房、办公用房、教育用房、医疗用房、科研用房、文化体育用房等。单幢建筑面积超过2万m2以上且采用中央空调系统的高级写字楼、星级

3、饭店、大型商场、政府办公大楼、医院门诊及住院大楼、体育馆、博物馆、影剧院、广播及电视台等。工业建筑建 筑图1 根据用能特点的建筑分类1.2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

4、/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0.3862.579 GJ/m2.a，空调能耗为0.1370.868 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

5、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391454 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

6、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。二、大型公共建筑能耗调查统计与数据库建设2.1能耗调查统计方法对北京市大型公共建筑能

7、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

8、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。2.2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。

9、结构如下：图3 公共建筑节能途径结构图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：图4 数据库内容2.3大型公共建筑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。结合这一建筑能耗统计平台并不断进行完善和分析，将准确地给出我国各类建筑物所消耗终端能源的具体数据，并可以描述我国建筑能耗的具体特点，例如发展变化的特点、不同功能建筑耗能的特点、不同地域建筑耗能、建筑内不同终端用能特点等。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4

10、04栋，按建筑类型和面积将其归类，数量分布如下。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2万25万510万大于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1231597646404三、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

11、。3.1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）年耗电量图5 各类型建筑2004年单位面积总电耗与建筑面积散点图由图中数据可以看出，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

12、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。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1221624192240宾馆饭店251218113129办公楼181118103119综合性商务楼912521104146（2）逐月耗电量将64座建筑按照各自类型对每月单位面电耗进行平均，得到图6。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

13、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。图6 各类建筑2004年逐月平均单位面积电耗3.2各类型建筑能耗特点及差异 3.2.1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

14、最高的。（1）电耗与冷机容量的关系 图7为从数据库中抽取的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。图7 商场类建筑制冷容量与建筑面积关系散点图 从图8可以看出各商场

15、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。图8 12家商场2004年单位面积电耗（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9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制冷机冷冻泵冷却泵空调箱冷却塔风机年单位面积电耗万m2kWkWkWkWkWkWh/m2.aA3.11008160195241.152.5244B3.1891165

16、225128.718220C3.6133816516540588.2286D5.61640231280.549030134E61810590506192.7147260F7.71455370225663132229G9.610436003001047.166.9188H201543166.5468.565196125图9 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

17、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。3.2.2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。图8给出了25栋宾馆2004年的单位面积电耗数据。可以看出宾馆类建筑平均电耗在100150kWh/m2.a，但也有个别建筑耗电量超过200 kWh/m2.a。图10 25栋宾馆2004年单位面积电耗从上述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。从

18、图10可看出，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。图11 典型宾馆逐月用电量散点图3.2.3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 6栋办公楼类建筑空调系统装机电功率及电耗建筑代码建筑面积冷机冷冻泵冷却泵冷却塔风机新风机

19、空调箱风机盘管年单位面积电耗万m2kWkWkWkWkWkWkWkWh/m2.aA5.587522210579.255.6623.79.146138 B5.6100816516516.595.5204.220113 C7.115883753009035.2203.552101 D8.317923973973356.1123.158.53139 E8.4189523823836938881109 F11.61920180300442017401.812110 四、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理水

20、平，而照明和办公设备用电则在很大程度上和建筑使用者的节能意识有关。对上述三者应采用不同的政策和管理手段。由于建筑物实际能耗和使用条件、入住率、设备效率衰减等诸多因素相关，只有实现建筑内各耗能环节分项计量，才可能真正把实际各类系统的能耗状况和合理的用能配额相比较，确定差异如何形成，明确进一步的节能潜力。对于目前的建筑节能工作而言，首先需要对建筑物各用能环节和各系统的设备现状做一全面了解，包括各设备台数、装机容量、与之相关的参数等。其次，在没有分项计量工具的条件下，运行管理人员需要对重点用能设备进行详细记录，以便于分析各设备的运行状况和能耗水平。对于一些常年运转特别是根据季节和使用情况调节的设备，

21、如冷冻机水泵等则需定时对运行参数进行记录，记录数据不应该简单作为操作工人到岗的依据，而应该用于发现运行中存在问题并作为分析原因以及改进和改造的判断依据。重点用能设备运行状态监测的内容如表5所示。表5 重点用能设备运行状况记录频率及数据用途 设备需记录的参数记录频率数据用途冷热源冷源冷冻水供水温度冷冻水回水温度集水器入口水温电动制冷压缩机电流直燃机燃料消耗每12小时1次分析计算冷冻机COP统计冷冻机全年能耗锅炉燃料消耗量补水量每天1次分析锅炉凝结水回收率统计热源全年能耗冷却塔冷却水进水水温冷却水出水水温冷却塔风扇开启台数与冷机相同分析冷却塔效率统计冷却塔电耗空调箱一次回风机组混风阀开度回风温度风机运转小时数风机电流每季1次每天1次分析风机效率和过滤器堵塞程度判断房间温度满足情况统计空调箱电耗新风机组（排风机）排风温度风机运转小时数风机电流每天1次分析风机效率和过滤器堵塞程度统计新风机组电耗输配系统冷冻泵水泵运转小时数水泵电流每天1次统计水泵累计电耗冷却泵采暖泵以上是针对空调系统所做出的记录表格，对于照明、办公系统亦需这样的详细统计，才能在没有进行分项电表计量的前提下，摸清整栋建筑的分项能耗，明确进一步的节能潜力和方向。参考文献1. 谢仲华，龙惟定. 建筑采暖空调能耗与节能潜力分析. 能源技术，2002（3）：1581612. 梁珍，赵加宁，郭骏