大型公共建筑能耗分析

王金奎 邵 旭 韓春詠

1.河北建筑工程學(xué)院建筑系;2.秦皇島市德大房地產(chǎn)

0 引 言

建筑能耗是指建筑使用能耗,包括采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、炊事、照明、電器等方面的能耗.它是與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸能耗并列,屬于民生能耗.隨著我國城市建設(shè)和人們生活水平的不斷提高,我國的建筑能耗在國家總能耗中所占的比例越來越大,建筑節(jié)能受到了越來越多的關(guān)注.

目前,國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑高耗能的問題日益突出.大型公共建筑是指建筑面積2萬平方米以上的辦公建筑、商業(yè)建筑、旅游建筑、科教文衛(wèi)建筑、通信建筑、交通運輸用房及其他公共建筑.統(tǒng)計結(jié)果顯示,我國大型公共建筑總面積不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%,但總能耗卻占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%,大型公共建筑單位面積年耗電量達到70～300KWh,為普通居民住宅的10～20倍,是歐洲、日本等發(fā)達國家同類建筑的1.5倍～2倍,而且,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快,大型公共建筑以每年3000～4000萬平方米的速度飛速增長,高能耗指標的大型公共建筑占城鎮(zhèn)建筑總面積的比例也越來越大,具有很大的節(jié)能潛力.因此,做好國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑的節(jié)能管理工作,對實現(xiàn)“十一五”末我國單位GDP能耗降低20%的節(jié)能戰(zhàn)略目標具有重要意義.

1 大型公共建筑高能耗的原因

1.1 設(shè)計上的缺點

一些大型公共建筑在設(shè)計上片面追求形式,忽視建筑功能,造成能源和資源的浪費.比如南方很多大型公共建筑都搞大玻璃幕墻,完全不考慮避陽、絕熱等措施.同時,建筑體與室外地區(qū)建筑相連部分少,無法有效利用室外低溫,導(dǎo)致建筑內(nèi)部發(fā)熱量大,很多大型公共建筑的空調(diào)冷凍機從每年3月就開始運轉(zhuǎn),直到12月,造成巨大的能量浪費.調(diào)查顯示,深圳每年抵消陽光熱的空調(diào)耗能占總耗能的4%以上.為此,有專家指出,南方建筑應(yīng)當(dāng)首先著眼于西面、南面、東面的遮陽和整體綠化,嚴格控制落地窗、玻璃幕墻的使用.

1.2 采暖空調(diào)設(shè)備運行上的缺點

大型公共建筑中,風(fēng)機跟水泵的電耗占采暖空調(diào)電耗的50%～70%,大頭都是輸配,根本原因在于選型不當(dāng),導(dǎo)致運行工作重點偏高;另外,大多數(shù)風(fēng)機由于灰塵堵塞,阻力增大,實際風(fēng)量遠遠小于設(shè)計風(fēng)量,效率也僅在40%～50%.這也是導(dǎo)致建筑物能耗高的原因.

1.3 管理上太粗放

我國的大型公共建筑和政府辦公大樓大多數(shù)耗能非常高,因為是公用的,沒有人為巨大的能耗負責(zé).建設(shè)部表示,今后,對超過2萬平方米的公共建筑和超過20萬平方米的居住小區(qū),將實行建筑能耗核準制.

1.4 缺乏有效的行政監(jiān)管體系

雖然建設(shè)部先后批準發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》等21項重要的國家標準和行業(yè)標準,但僅僅停留在書面上,很少有項目因沒有達到節(jié)能標準受到處罰,該強制執(zhí)行的并沒有強制執(zhí)行.

1.5 缺乏政策激勵措施

推廣建筑節(jié)能不可避免地會面臨增加生產(chǎn)商、開發(fā)商和用戶的成本和支出,從而影響到他們的利益.因此在一些發(fā)達國家,國家為了鼓勵和推廣,都會出臺一些相應(yīng)的政策.如美國,政府規(guī)定達到房屋建筑節(jié)能標準的開發(fā)商可以享受稅收抵扣政策等.而在中國銀行貸款的規(guī)定里,就沒提節(jié)能建筑一個字;生產(chǎn)商、開發(fā)商和用戶使用節(jié)能建筑材料就沒有任何優(yōu)惠和補貼政策.

2 建筑能耗的評價指標

2.1 規(guī)定性指標

規(guī)定性指標是對各能耗系統(tǒng)的最高能耗進行規(guī)定.該方法可以進一步細分為兩類.

一類是對建筑的各組成元素進行規(guī)定,如建筑圍護結(jié)構(gòu)(墻體、屋面、門窗)的傳熱系數(shù)、體形系數(shù)、窗墻比、遮陽,以及采暖、空調(diào)、照明設(shè)備最小能效指標等規(guī)定一個限值.具體參數(shù)有建筑圍護結(jié)構(gòu)各部位的傳熱系數(shù)或傳熱熱阻,熱損失系數(shù)(規(guī)定每度室內(nèi)外溫差單位時間每平方米建筑面積的熱損失不超過法定的指標),空調(diào)系統(tǒng)的季節(jié)能效比SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio),供熱季節(jié)性能系數(shù)HSPF(Heating Season Performance Factor),綜合部分負荷IPLV(Integrated Part Load Value),能效比EER(Energy Efficiency Ratio),能效系數(shù)COP等.

然而,建筑的設(shè)計日趨多樣化和個性化,許多建筑往往不能完全滿足這些規(guī)定性指標的要求,例如南向外墻采用大面積玻璃窗導(dǎo)致南向窗墻比超標,建筑體形復(fù)雜多變導(dǎo)致體形系數(shù)過大等.因此,這種分項指標由于過于具體,而且各指標評價相對獨立,缺乏有效的關(guān)聯(lián),無法進行建筑各部分能耗綜合全面的分析;各個指標規(guī)定太死板,也限制了建筑師的設(shè)計自由和創(chuàng)造性.

另一類是對各能耗系統(tǒng)的總性能進行規(guī)定,即不具體規(guī)定建筑局部的熱工性能,允許設(shè)計師在某個環(huán)節(jié)有一定的突破,但在整個綜合能耗上滿足規(guī)定,從而給設(shè)計師較大自由發(fā)揮的空間.如圍護結(jié)構(gòu)的綜合指標:綜合傳熱值OT TV(Overall Thermal Transfer Value),周邊全年負荷系數(shù)PAL(Perimeter Annual Load),空調(diào)系統(tǒng)的綜合評價指標:空調(diào)能量消耗系數(shù)CEC/AC(Co-efficient of energy consumption for air conditioning)等.該指標滿足了設(shè)計師、設(shè)備工程師自由設(shè)計和建筑節(jié)能規(guī)范控制兩方面的需求.

2.2 綜合性指標

綜合性指標,即綜合影響建筑能耗各個方面的因素,包括建筑圍護結(jié)構(gòu),空調(diào)系統(tǒng),其他建筑設(shè)備等,通過建筑能耗的統(tǒng)計數(shù)據(jù),以建筑實際的能耗數(shù)據(jù)(如耗電量、耗煤量、天然氣消耗等)作為表達建筑能耗現(xiàn)狀的指標.

以年能耗作為評價指標的一類方法其優(yōu)點是顯著的:計算(統(tǒng)計)方法明確,客觀,能夠比較廣泛地從各個側(cè)面反映了建筑的綜合能耗性能,而且可以方便的轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟指標,直接與建筑運行的成本相關(guān)聯(lián),比較容易被接受和運用.

然而這類數(shù)據(jù)并不能全面地評價現(xiàn)有建筑能耗狀況,建筑能耗與許多主觀、客觀因素相關(guān),這種籠統(tǒng)地評價,并沒有考慮到影響建筑能耗的各個相互關(guān)聯(lián)的因素,給出的一個絕對指標不足以反映建筑節(jié)能的潛力(能耗數(shù)據(jù)高可能因為需求本身就高,也可能建筑設(shè)計不合理,設(shè)備維護管理不善等等原因).

3 建筑節(jié)能設(shè)計分析

3.1 建筑熱工設(shè)計

在公共建筑的空調(diào)負荷中,通過圍護結(jié)構(gòu)傳熱產(chǎn)生的冷負荷占有較大的比例,因此在建設(shè)熱工設(shè)計方面具有較大的節(jié)能潛力.針對公共建筑的具體情況,我認為應(yīng)該從下面幾方面進行考慮.第一,控制窗戶面積.現(xiàn)在人們經(jīng)常單純從建筑外觀角度出發(fā)盲目增大窗戶面積,不少建筑大面積地采用玻璃幕墻,這樣就大大提高了空調(diào)冷負荷.大多數(shù)建筑物的窗墻比都超過了30%.有研究表明,應(yīng)該把空調(diào)建筑的窗墻比控制在30%以下,日本的節(jié)能建筑把窗墻比降低到16%以下.第二,建議使用吸熱玻璃、Low-E玻璃、雙層玻璃.吸熱玻璃、反射玻璃、雙層玻璃可以提高玻璃的隔熱性,減少由外窗引起的冷負荷.普通玻璃太陽輻射透過率為80%以上,而茶色玻璃可減少到60%,反射玻璃可以達到40%.而我們調(diào)查的建筑物絕大多數(shù)使用的是普通玻璃.

3.2 改善外遮陽設(shè)施

良好的外遮陽設(shè)施可以大幅度地降低由太陽輻射造成的冷負荷,降低幅度可達40%.而我們在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)公共建筑沒有使用外遮陽,即使有,也是效果很不理想.建議在這方面學(xué)習(xí)歐洲一些國家的技術(shù),如開合式的木制遮陽窗,可自由伸縮的織物或PVC遮陽篷等,他們在此方面的做法已很成熟.

4 結(jié) 論

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高,大型公共建筑的能耗受眾多主客觀因素的影響,單純的能耗模擬和規(guī)范性限制條件已不能全面的反映現(xiàn)有大型公共建筑的全壽命周期能耗情況.要想使大型公共建筑粗放的用能方式所造成的能源消耗高、浪費大的情況降到最低限度,并最終提高建筑能源利用的效率,有必要提出新的評估方法和提高人們的節(jié)能意識,詳盡地反映出建筑能耗的實際情況,為高能耗建筑的進一步節(jié)能改造做好準備,最終達到節(jié)約能源的目的.

[1]GB 50189-2005,公共建筑節(jié)能設(shè)計標準

[2]薛志峰.公共建筑節(jié)能.第1版,北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007:22～28

[3]孫西京,任普亮,田立奇等.陜西政府辦公建筑和大型公共建筑能耗分析.建設(shè)科技,2008(24):74～75