夏熱冬暖地區(qū)辦公建筑能耗特點(diǎn)與節(jié)能潛力分析

文｜ 華通設(shè)計(jì)顧問工程有限公司 呂萌萌

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心 梁傳志

北京城建安裝工程有限公司 王志偉

1 引言

隨著全球氣候變化問題越來越受到重視，能源資源短缺問題的日益突出，建筑節(jié)能作為節(jié)能減排重要組成部分備受關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國公共建筑年耗電量約占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%，因此，公共建筑節(jié)能對于我國建筑節(jié)能工作具有重要意義，而掌握準(zhǔn)確的建筑能耗現(xiàn)狀，是分析公共建筑節(jié)能潛力，制定用能標(biāo)準(zhǔn)和能耗定額的基礎(chǔ)?！笆晃濉逼陂g，我國共完成國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)33000棟，完成能源審計(jì)4850棟，公示近6000棟建筑的能耗狀況，已對1500余棟建筑的能耗進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測。節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)，有利于掌握公共建筑的能耗水平及耗能特點(diǎn)，挖掘建筑節(jié)能潛力，從而帶動(dòng)節(jié)能運(yùn)行與改造的積極性，促進(jìn)節(jié)能潛力向現(xiàn)實(shí)節(jié)能的轉(zhuǎn)化。因此，筆者針對夏熱冬暖地區(qū)氣候特點(diǎn)下的61棟辦公建筑的能源審計(jì)結(jié)果進(jìn)行了匯總、統(tǒng)計(jì)與分析，以了解夏熱冬暖地區(qū)辦公建筑能耗水平及用能特點(diǎn)，并為下一步節(jié)能改造提出建議。

2 樣本基本信息及能耗總體分析

2.1 基本信息

本文中樣本均位于夏熱冬暖地區(qū)，單體建筑面積從約2000m2到40000m2以上不等，包括政府辦公建筑和非政府辦公建筑兩個(gè)類型。其中，政府機(jī)關(guān)辦公建筑35棟，非政府機(jī)關(guān)辦公建筑26棟。

從建筑年代來看，1995年之前（含1995年）的建筑13棟，占樣本總量的21.31%；1995—2000年的建筑21棟，占34.43%；2000—2005年的建筑19棟，占31.15%；2005年之后的建筑8棟，占13.11%。從建筑面積來看，10000m2以下的建筑共23棟，占37.70%；10000～20000m2的建筑15棟，占24.59%；20000m2以上的建筑23棟，占37.70%。非政府辦公建筑較政府辦公建筑單體建筑面積大，政府辦公建筑面積以10000m2以下為主，而非政府辦公建筑中面積大于20000m2的比例較大。

2.2 建筑能耗總體情況

為了使能耗數(shù)據(jù)更加直觀地反映建筑用能水平，文中對建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。建筑常規(guī)能耗是指建筑總能耗中除去特殊能耗后的能源消耗量。特殊能耗是指不屬于建筑物常規(guī)功能的用電設(shè)備的耗電量，對于辦公建筑，特殊能耗通常來自信息機(jī)房、食堂、餐廳等特殊使用功能而產(chǎn)生的能耗。

從審計(jì)的能源賬單可以看出，電力是辦公建筑用能系統(tǒng)的最主要能耗，僅有個(gè)別建筑使用柴油、天然氣等其他種類的能源，且柴油通常作為電力的備用能源，消耗量很少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，單位面積常規(guī)能耗指標(biāo)在50～100kWh/m2之間的建筑約占樣本數(shù)的52%，詳細(xì)建筑總能耗、單位面積常規(guī)能耗指標(biāo)分布如表1所示。

3 政府辦公建筑能耗特點(diǎn)

3.1 建筑基本信息

在審計(jì)的61棟辦公建筑中，政府辦公建筑共35棟。從建筑年代來看，1995年之前（含1995年）的建筑占樣本數(shù)量的32.26%；1995—2000年的建筑占35.48%；2000—2005年的建筑占25.81%；2005年之后的建筑占6.45%。從建筑面積來看，5000m2以下的建筑占樣本數(shù)量的29.03%；5000～10000m2的建筑占32.26%；10000～20000m2的建筑占25.8%；20000m2以上的建筑占12.91%。從政府辦公建筑的建筑年代分布可以看出，政府辦公建筑的建設(shè)年代整體較早，2005年以后竣工的建筑僅有兩棟。從建筑面積分布可以看出，樣本中的政府辦公建筑面積整體偏小，最大建筑面積不超過40000m2，超過25000m2的建筑僅有3棟。

從建筑層數(shù)來看，6層以下的政府辦公建筑占44.12%；10層以下的建筑占61.76%；20層以上的超高層建筑僅占8.82%。由于6層以下建筑通常不設(shè)置垂直交通系統(tǒng)，且市政給水管網(wǎng)余壓容易滿足建筑內(nèi)給水需求，建筑內(nèi)不設(shè)置給水泵，不涉及該能耗，因此政府辦公建筑用能效率的評估以及節(jié)能潛力的挖掘更多地集中在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、照明系統(tǒng)及辦公設(shè)備的用能管理以及人員行為節(jié)能意識(shí)方面。

表1 建筑總能耗、單位面積常規(guī)能耗指標(biāo)分布

3.2 用能系統(tǒng)形式

集中式全空氣系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)和分體空調(diào)系統(tǒng)的形式在政府辦公建筑樣本中均有出現(xiàn)。其中采用集中式空調(diào)系統(tǒng)的建筑占樣本容量的35.29%；采用分體式空調(diào)系統(tǒng)的建筑占64.71%。因此，分體式空調(diào)系統(tǒng)是政府辦公建筑統(tǒng)計(jì)樣本中采用的主要空調(diào)形式，這與樣本中政府辦公建筑的建筑面積普遍較小有關(guān)。

從照明系統(tǒng)來看，其照明燈具在不同年代中的使用比例與61棟實(shí)施能源審計(jì)總體樣本所反映的情況基本一致，即普通熒光燈的使用率最高，占樣本容量的87.10%；白熾燈的使用比例為25.81%，使用頻率在2000年后明顯降低；細(xì)管熒光燈的使用比例為22.58%。由此分析，不同燈具形式的使用頻率與建筑年代有關(guān)。樣本中的政府辦公建筑建筑年代普遍比較早，因此節(jié)能燈具的使用頻率相對較低，而白熾燈的使用頻率相對較高。

3.3 能耗特點(diǎn)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，政府辦公建筑單位面積常規(guī)能耗指標(biāo)的均值為60.98kWh/（yr.m2）。根據(jù)辦公建筑的用能特點(diǎn)，結(jié)合國家機(jī)關(guān)辦公建筑及大型公共建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量技術(shù)導(dǎo)則中的規(guī)定，將建筑能耗拆分成空調(diào)系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗、插座系統(tǒng)能耗、動(dòng)力系統(tǒng)能耗以及特殊能耗五個(gè)分項(xiàng)。表2反映了政府機(jī)關(guān)辦公建筑各用能系統(tǒng)能耗比重的分布情況及各分項(xiàng)能耗標(biāo)準(zhǔn)差。

從分項(xiàng)能耗看，空調(diào)系統(tǒng)能耗比例最大。夏熱冬暖地區(qū)不設(shè)置采暖系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)能耗僅涉及制冷能耗。由于該地區(qū)全年空調(diào)季節(jié)很長，空調(diào)系統(tǒng)能耗比例普遍較高。政府機(jī)關(guān)辦公建筑調(diào)查樣本中，空調(diào)系統(tǒng)能耗平均比例為38.55%。

調(diào)查樣本中，照明系統(tǒng)能耗平均比例為17.17%。照明系統(tǒng)是所有建筑都涉及的用能系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在相對固定的節(jié)能潛力，且改造成本和難度較低，投資回收期較短，是建筑節(jié)能改造中可行性較高的部分。同時(shí)，照明系統(tǒng)能耗大小也與運(yùn)行策略和建筑內(nèi)人員的行為節(jié)能意識(shí)有很大的關(guān)系。

辦公設(shè)備能耗是一個(gè)不容忽視的部分，體現(xiàn)在分項(xiàng)計(jì)量導(dǎo)則中照明插座系統(tǒng)的子項(xiàng)——插座系統(tǒng)中。調(diào)查樣本中，插座系統(tǒng)能耗平均比例為19.43%。該分項(xiàng)通常沒有獨(dú)立的能源計(jì)量設(shè)備，僅能通過設(shè)備臺(tái)賬的統(tǒng)計(jì)和運(yùn)行時(shí)間的估算獲得其能耗值。少數(shù)建筑樣本插座系統(tǒng)有獨(dú)立能源計(jì)量設(shè)備，但存在空調(diào)末端能耗計(jì)入其中的現(xiàn)象。

在政府辦公建筑調(diào)查樣本中，動(dòng)力系統(tǒng)能耗平均比例為16.21%。不同面積的樣本，其動(dòng)力分項(xiàng)用能特點(diǎn)不同。大型建筑動(dòng)力系統(tǒng)包括電梯系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)以及動(dòng)力通風(fēng)系統(tǒng)等用電系統(tǒng)，該項(xiàng)能耗較高；10層以下的中小型辦公建筑中的動(dòng)力系統(tǒng)往往僅包括電梯系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)和衛(wèi)生間排氣扇，且電梯和電熱水器開啟臺(tái)數(shù)較少，因此該項(xiàng)能耗比較低。

表2 政府辦公建筑能耗指標(biāo)分布

4 非政府辦公建筑能耗特點(diǎn)

4.1 建筑基本信息

在審計(jì)的61棟辦公建筑中，非政府機(jī)關(guān)辦公建筑共26棟。從建筑年代來看，1995年之前（含1995年）的建筑僅占樣本數(shù)量的8.7%；1995—2000年的建筑占30.43%；2000—2005年的建筑占39.13%；2005年之后的建筑占21.74%。從建筑面積來看，10000m2以下的建筑僅占樣本數(shù)量的8.7%；10000～20000m2的建筑占21.74%；20000m2以上的建筑占69.57%。與政府辦公建筑相比，統(tǒng)計(jì)樣本中的非政府大型辦公建筑的老舊建筑較少，1995年以前建設(shè)的建筑僅有2棟。從建筑面積分布可以看出，樣本中的非政府大型辦公建筑較多，面積超過20000m2，滿足大型公共建筑定義的建筑在樣本中所占比例約70%。因此，本文分析的非政府辦公建筑用能特點(diǎn)將在一定程度上反映面積超過20000m2的大型公共建筑的用能特點(diǎn)。

從建筑層數(shù)來看，6層以下的非政府辦公建筑僅占樣本數(shù)量的7.69%；10層以下的建筑占19.23%；20層以上的超高層建筑占42.31%?？梢钥闯?，10層以上的高層建筑占非政府辦公建筑樣本容量的65.39%。由于建筑層數(shù)的增加，需設(shè)置電梯、自動(dòng)扶梯等垂直交通系統(tǒng)，同時(shí)，當(dāng)市政給水管網(wǎng)余壓不能滿足建筑內(nèi)給水需求時(shí)，還需設(shè)置給水泵。因此，非政府辦公建筑能耗與政府辦公建筑能耗相比，動(dòng)力系統(tǒng)能耗有很大程度的增加，這部分建筑用能效率的評估以及節(jié)能潛力的挖掘應(yīng)注重動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)備節(jié)能和合理管理及運(yùn)行。

4.2 用能系統(tǒng)形式

非政府辦公建筑中，采用集中式空調(diào)系統(tǒng)的建筑占樣本容量的88.46%；采用分體式空調(diào)系統(tǒng)的建筑僅占11.54%，因此非政府辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)形式以集中式空調(diào)系統(tǒng)為主。

統(tǒng)計(jì)樣本中顯示，非政府辦公建筑采用的照明燈具形式受樣本建筑建設(shè)年代的影響，與政府機(jī)關(guān)辦公建筑燈具使用情況一致，普通熒光燈是使用頻率最高的燈具類型。由于非政府辦公建筑建筑面積普遍較大，而照明系統(tǒng)在辦公建筑中使用率又非常高，因此，更換節(jié)能燈具獲得的節(jié)能潛力在辦公建筑中是普遍存在且效果較為可觀的。

表3 非政府辦公建筑能耗指標(biāo)分布

4.3 能耗特點(diǎn)

統(tǒng)計(jì)調(diào)查樣本中非政府機(jī)關(guān)辦公建筑的能耗指標(biāo)，單位面積常規(guī)能耗指標(biāo)均值為95.23kWh/(yr·m2)。非政府辦公建筑中約70%的建筑為大型公共建筑，其動(dòng)力系統(tǒng)能耗、空調(diào)系統(tǒng)能耗都遠(yuǎn)高于中小型建筑，而中小型建筑是統(tǒng)計(jì)樣本中政府辦公建筑的主要形式。因此，非政府辦公建筑的單位面積能耗指標(biāo)遠(yuǎn)高于政府辦公建筑，其各項(xiàng)單位面積能耗指標(biāo)更能體現(xiàn)大型公共建筑能耗特點(diǎn)。

表3反映了非政府機(jī)關(guān)辦公建筑各用能系統(tǒng)能耗比重的分布情況及各分項(xiàng)能耗的標(biāo)準(zhǔn)差。非政府機(jī)關(guān)辦公建筑調(diào)查樣本中，空調(diào)系統(tǒng)能耗平均比例為33.46%。該指標(biāo)略低于政府機(jī)關(guān)辦公建筑的對應(yīng)指標(biāo)，空調(diào)系統(tǒng)能耗增加的幅度略低于建筑總能耗增加的幅度。照明系統(tǒng)能耗平均比例為10.38%，也低于政府辦公建筑的對應(yīng)指標(biāo)。與政府辦公建筑分項(xiàng)能耗相比，空調(diào)系統(tǒng)能耗及照明系統(tǒng)能耗比重的降低，正是由于非政府辦公建筑中其他用能系統(tǒng)能耗的大幅度增加所致。插座系統(tǒng)能耗平均比例為24.64%，略高于政府辦公建筑的對應(yīng)指標(biāo)，其原因是非政府辦公建筑服務(wù)水平和使用密度更高，建筑中的人員密度大，辦公設(shè)備使用率高。非政府辦公建筑動(dòng)力系統(tǒng)能耗平均比例為9.93%，該項(xiàng)指標(biāo)分布非常分散，不同建筑內(nèi)動(dòng)力分項(xiàng)用能特點(diǎn)各異。

5 政府辦公建筑與非政府辦公建筑特點(diǎn)分析與節(jié)能建議

根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)61棟辦公建筑的能源審計(jì)數(shù)據(jù)，比較分析了政府辦公建筑和非政府辦公建筑的能耗水平和能耗特征，得出以下結(jié)論：

（1）政府辦公建筑建筑年代一般較早，其建筑規(guī)模普遍小于非政府辦公建筑，其建筑高度、建筑面積的均值均小于非政府辦公建筑。

（2）政府辦公建筑多數(shù)采用分體式空調(diào)，而非政府辦公建筑大多數(shù)采用集中式空調(diào)，空調(diào)能耗在兩類辦公建筑能耗中均為最主要的能源消耗。

（3）政府辦公建筑單位面積常規(guī)能耗低于非政府辦公建筑單位面積總能耗及常規(guī)能耗。其中，政府辦公建筑單位面積常規(guī)能耗均值約為非政府辦公建筑的64.03%。

（4）從分項(xiàng)能耗角度分析，由于政府辦公建筑很少存在特殊能耗，且建筑綜合服務(wù)設(shè)備少，因此，表現(xiàn)為空調(diào)能耗、照明能耗、動(dòng)力能耗的比例都高于非政府辦公建筑，其原因主要為政府辦公建筑的綜合服務(wù)水平顯著低于非政府辦公建筑。雖然同為辦公建筑，但政府辦公建筑與非政府辦公建筑的能耗特點(diǎn)存在一定差異。

（5）照明節(jié)能改造是政府辦公建筑節(jié)能改造的重要內(nèi)容。政府辦公建筑和非政府辦公建筑都表現(xiàn)出節(jié)能燈具使用不足，尤其體現(xiàn)在建筑年代較早的辦公建筑中。因此更換高效節(jié)能燈具是改造成本較低、實(shí)施難度較低、改造效果較好的節(jié)能改造措施。

（6）對于非政府辦公建筑，特別是大型非政府辦公建筑，其動(dòng)力系統(tǒng)能耗通常較大，因此，提高動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備效率，加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管，提升運(yùn)行管理人員素質(zhì)是非政府辦公建筑節(jié)能降耗的重要措施。

基于以上分析，在我國政府辦公建筑和非政府辦公建筑的節(jié)能改造工作中，需要針對不同類型辦公建筑的用能特點(diǎn)，采取不同的節(jié)能措施。在保證辦公建筑室內(nèi)舒適度、高效工作及綜合服務(wù)水平基礎(chǔ)上，合理依據(jù)能耗特點(diǎn)進(jìn)行分析，探索適宜的、經(jīng)濟(jì)的節(jié)能改造途徑是下一步的研究目標(biāo)。

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 關(guān)于2010年全國住房城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排專項(xiàng)監(jiān)督檢查建筑節(jié)能檢查情況通報(bào)，2011

2 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心著. 中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告（2010）. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010

3 王遠(yuǎn)等. 大型公共建筑能耗調(diào)查分析. 建設(shè)科技，2007年第2期

4 薛志峰等. 商業(yè)建筑的空調(diào)系統(tǒng)能耗指標(biāo)分析. 暖通空調(diào)，2005年第1期

5 彭軍芝等. 廈門市大型公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)分析. 煤氣與熱力，2011年第4期