天津市某大型公建節(jié)能降耗評(píng)估分析

劉賢崇，張志剛，李文博，張 偉

(天津城市建設(shè)學(xué)院 能源與機(jī)械工程系，天津 300384)

目前我國(guó)城鎮(zhèn)建筑消耗的能源占全國(guó)商品能源的 25%～28%(不包括建筑材料制造用能及建筑施工過程耗能)，并且該比值仍保持上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì)最終將接近發(fā)達(dá)國(guó)家水平[1]．在 440億 m2的既有大型公共建筑中，絕大部分是高能耗建筑，有的建筑即使采取了一些節(jié)能措施也無(wú)法評(píng)價(jià)其節(jié)能效益．為此，筆者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)法及能耗軟件建模法，對(duì)天津市某大型公建能耗做了復(fù)核計(jì)算和能耗指標(biāo)對(duì)比，并對(duì)該建筑提出了相關(guān)的節(jié)能建議．

1 工程基本概況

1.1 建筑概況

天津市某公共建筑2008年8月開發(fā)建設(shè)，總建筑面積為191 690 m2，分A，B兩區(qū)．A區(qū)為酒店式公寓，地上 30層，地下 2層，總建筑面積為 92 990 m2，建筑高度為 99.95 m．B區(qū)為辦公綜合樓，地上 26層，地下 2層，總建筑面積為 98 700 m2，建筑高度為99.50 m．

1.2 用能設(shè)備系統(tǒng)

該建筑的用能設(shè)備系統(tǒng)包括中央空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備(如電梯、水泵、風(fēng)機(jī))等．采用電制冷+市政熱網(wǎng)的空調(diào)方式，設(shè)置離心式冷水機(jī)組3臺(tái)，螺桿式冷水機(jī)組 1臺(tái)．建筑底商供暖制冷均采用 VRV空調(diào)系統(tǒng)，冬季熱源為市政熱網(wǎng)提供的 130/80 ℃熱水，設(shè)置水-水換熱機(jī)組1臺(tái)，換熱量4 000 kW．內(nèi)設(shè)板式換熱器 2臺(tái)，單臺(tái)換熱量 3 000 kW，相應(yīng)設(shè)置 3臺(tái)循環(huán)水泵(2用 1備)，二次側(cè)供回水溫度為 60/50℃．換熱機(jī)組內(nèi)另設(shè)變頻補(bǔ)水泵 2 臺(tái)(1用 1備)．制冷站內(nèi)另設(shè)全自動(dòng)軟水器及軟化水箱等附屬設(shè)備．采用新風(fēng)換氣機(jī)對(duì)排風(fēng)進(jìn)行熱回收，且風(fēng)機(jī)采用變頻風(fēng)機(jī)．將空調(diào)冷凝水進(jìn)行回收作為冷卻塔補(bǔ)水．另外系統(tǒng)對(duì)空調(diào)末端進(jìn)行計(jì)量控制，以減少能源的浪費(fèi)．

1.3 建筑冷熱負(fù)荷特征

通過實(shí)際勘測(cè)，該工程項(xiàng)目建筑功能較多，由于房間內(nèi)人員數(shù)量及各種設(shè)施不同，使得各類型房間的冷熱負(fù)荷特性差異較大．餐飲、商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所人員密度大，照明和各種用電設(shè)備多，人員散熱散濕、照明散熱和設(shè)備散熱等內(nèi)擾因素形成的冷負(fù)荷是構(gòu)成這些類型房間冷負(fù)荷的主要部分；普通辦公室和會(huì)議室人員少，照明和用電設(shè)備也較少，房間冷負(fù)荷主要由外擾因素形成．在冬季，人員散熱、照明散熱和設(shè)備散熱則成為房間的有利因素，餐飲、商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所冷風(fēng)滲透耗熱量和冷風(fēng)侵入耗熱量較大，其主要原因是由人員出入頻繁造成的．

2 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)法建筑能耗復(fù)核計(jì)算

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核、補(bǔ)充后，采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)法對(duì)建筑年總能耗及單位面積年綜合能耗情況進(jìn)行了復(fù)核．

(1)制冷機(jī)組耗電量采用溫頻法(BIN法)計(jì)算[2]，根據(jù)天津地區(qū)典型年的氣象資料，以 2 ℃溫差為一個(gè)溫頻段得到天津地區(qū)的 BIN氣象參數(shù)．不同室外溫度下的建筑空調(diào)冷負(fù)荷由諧波法計(jì)算確定，其中空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，人員、照明、電器密度等依據(jù)《天津市公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB29—153—2005附錄 B的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取．設(shè)定夏季制冷機(jī)組供回水溫度為7/12 ℃，當(dāng)室外溫度高于 25 ℃時(shí)開始供冷，制冷機(jī)組不同負(fù)荷率下的性能系數(shù)按機(jī)組樣本確定．機(jī)組耗電量如表1所示．

表1 冷水機(jī)組耗電量復(fù)核計(jì)算

(2)照明、電器、動(dòng)力設(shè)備耗電量

年耗電量=安裝電量×使用系數(shù)×日運(yùn)行時(shí)間×運(yùn)行天數(shù)×負(fù)荷系數(shù)．

安裝電量=建筑面積×照明/設(shè)備功率密度．

各不同用電設(shè)備的功率密度、同時(shí)使用系數(shù)、日運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行天數(shù)及負(fù)荷系數(shù)等參數(shù)的選取及計(jì)算詳見表2及其附注說明．

(3)冬季采暖耗熱量和天然氣消耗量采用常規(guī)算法[3]，建筑綜合能耗復(fù)核計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示．

表2 綜合能耗復(fù)核計(jì)算匯總

由表1-2可知，經(jīng)折標(biāo)后該建筑年綜合能耗約為6 094.99 tce/a，單位建筑面積年綜合能耗約為31.80 kgce/m2(含地下面積)，與該建筑實(shí)際單位面積年綜合能耗折標(biāo) 38.59 kgce/m2(含地下面積)相比存在一定的差異．其能源具體消耗情況如圖1所示．

由圖1可知，該建筑中天然氣能耗和制冷能耗所占比例較小，電力消耗中照明耗能最多，達(dá)到了 30%，其次為電器設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備．冬季采暖熱力消耗折標(biāo)后大體與動(dòng)力設(shè)備全年耗能持平．

圖1 建筑復(fù)核計(jì)算能耗分配

3 能耗軟件建模法建筑總能耗復(fù)核計(jì)算

采用能耗軟件建模法對(duì)建筑能耗情況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，由于天然氣消耗量較少，且與復(fù)核計(jì)算結(jié)果無(wú)較大差距，故可不用考慮．其軟件建模法復(fù)核結(jié)果如表3所示．

表3 建筑全年能耗匯總

4 建筑能耗指標(biāo)分析及節(jié)能建議

4.1 建筑能耗指標(biāo)對(duì)比分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況及與建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表4所示．

由表4可知，該建筑體形系數(shù)及維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫方面完全達(dá)到了建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，但辦公類建筑窗墻比偏大，尤其是西向窗墻比達(dá)到了 0.76，超出了節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值．

通過建筑能耗復(fù)核計(jì)算，現(xiàn)將建筑能耗與能耗復(fù)核計(jì)算結(jié)果(包括標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)法和軟件建模法復(fù)核計(jì)算結(jié)果)進(jìn)行對(duì)比，以顯示3組指標(biāo)之間的差異，詳細(xì)對(duì)比情況如圖2所示．

表4 建筑基本信息及與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

圖2 建筑各能耗指標(biāo)對(duì)比

由圖2可以看出：①建筑的照明和采暖能耗計(jì)算結(jié)果相對(duì)于復(fù)核計(jì)算的結(jié)果明顯偏大，這是由于該建筑主要為寫字樓和商業(yè)用樓，因此在設(shè)計(jì)時(shí)選取的建筑照明功率密度和采暖耗熱量指標(biāo)偏大．冬季建筑內(nèi)溫度明顯高于設(shè)計(jì)溫度主要是未考慮人員、設(shè)備和燈光的散熱．該建筑的制冷、電器設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備耗電量及天然氣消耗量與復(fù)核計(jì)算結(jié)果相差不大，可知與此相關(guān)的節(jié)能措施均按照現(xiàn)行國(guó)家及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范制定，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上是可行的；②燈光電器設(shè)備能耗在建筑總能耗中所占比例較大，對(duì)比軟件建模法的計(jì)算結(jié)果，建筑燈光電器設(shè)備能耗具有很大的節(jié)能空間．另外采用軟件建模法，各項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)果均為最小值．這是因?yàn)榻Ｓ?jì)算結(jié)果是在室內(nèi)、外標(biāo)準(zhǔn)溫度下及照明、電器、新風(fēng)等都為標(biāo)準(zhǔn)情況下模擬出的最佳能耗結(jié)果，對(duì)比建筑能耗現(xiàn)狀可知：常規(guī)建筑設(shè)計(jì)中仍有用能浪費(fèi)的現(xiàn)象．因此，建議該類建筑在施工設(shè)計(jì)過程中，可采用類似的軟件建模的計(jì)算方法，這將有助于最佳節(jié)能方案的制定．

4.2 建筑節(jié)能建議

該建筑內(nèi)大部分燈具通常全天開啟，沒有或很少利用自然光，而該建筑的節(jié)能主要在于空調(diào)系統(tǒng)和照明的節(jié)能，照明和設(shè)備用電在很大程度上又和建筑使用者的節(jié)能意識(shí)有關(guān)，因此可采用智能照明控制系統(tǒng)，將公共場(chǎng)所照明按白天、晚上、周末、清掃、安全等使用條件設(shè)計(jì)為多種開關(guān)模式[5]，以滿足節(jié)能及管理的要求．根據(jù)不同的使用場(chǎng)合采用綠色、節(jié)能、高效、環(huán)保和使用壽命長(zhǎng)的燈具，如：我國(guó)“綠色照明”工程所推薦的節(jié)能型熒光燈就是一種高效照明燈具，在相同的亮度下，其耗電量是白熾燈的 25%，是普通熒光燈的 85%，其中 T5型燈具為三基色、細(xì)管徑、直管型、高頻率、高光效的節(jié)能燈，較傳統(tǒng) T8型節(jié)能燈具可節(jié)能 30%．另外還可選用變頻電梯等節(jié)能設(shè)備，配置變頻調(diào)速系統(tǒng)的電梯較普通電梯可節(jié)能 30%[6]．

5 結(jié) 論

(1)該新建大型公共建筑在建筑體形系數(shù)及維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫方面完全達(dá)到了建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，但辦公類建筑窗墻比偏大，超出了節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值．其在建筑節(jié)能和終端用能產(chǎn)品節(jié)能上，均符合國(guó)家及地方現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)終端用能產(chǎn)品的能效標(biāo)準(zhǔn)的要求．

(2)該建筑節(jié)能效果屬國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平，其空調(diào)冷凝水的回收、全熱轉(zhuǎn)輪換熱機(jī)組的使用以及中水水源的回用，均體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念．但該建筑的照明功率密度和采暖耗熱量指標(biāo)明顯偏大，可通過相關(guān)節(jié)能措施及加強(qiáng)運(yùn)行管理，提倡行為節(jié)能來減小照明能耗和采暖耗熱量指標(biāo)．

(3)采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)法的計(jì)算結(jié)果和建筑實(shí)際能耗相差較小，有較強(qiáng)的可比性，但其無(wú)法反應(yīng)建筑能耗的動(dòng)態(tài)變化；采用軟件建模的計(jì)算結(jié)果，各項(xiàng)目的能耗值均為最小值，對(duì)比建筑能耗現(xiàn)狀可知常規(guī)建筑設(shè)計(jì)、管理中仍有用能浪費(fèi)的現(xiàn)象．能耗模擬軟件能夠極大地方便科學(xué)研究和工程實(shí)踐，但其畢竟只是對(duì)實(shí)際情況的近似和模擬，對(duì)一些隨機(jī)情況和不可預(yù)料的影響因素不能全面考慮．積極探索更加合理的計(jì)算模型和模擬方法對(duì)大型公共建筑的能耗分析意義重大．

［1］ 吳邦俊，周智勇，陽(yáng)江英，等. 重慶市江北區(qū)商場(chǎng)類既有公共建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能分析[J]. 重慶建筑，2007，48(10)：9-11.

［2］ 王洪衛(wèi). 重慶市公共建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2006.

［3］ 段常貴. 燃?xì)廨斉鋄M]. 第 3版. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［4］ DB29—153—2005，天津市公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

［5］ F C 麥奎斯頓，J D帕克，J D斯皮特勒，等. 供暖、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)——分析與設(shè)計(jì)[M]. 俞炳豐，譯. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［6］ 龍惟定，潘毅群，范存養(yǎng)，等. 上海市公共建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析[J]. 暖通空調(diào)，1998，28(6)：13-17.