復(fù)合功能大型公共建筑能耗水平分析

顧佳磊

( 上海海事大學(xué)，上海 201306 )

復(fù)合功能大型公共建筑能耗水平分析

顧佳磊

( 上海海事大學(xué)，上海 201306 )

大型公共建筑用能是當(dāng)前建筑節(jié)能研究的重點(diǎn)，同時(shí)由于公共建筑能耗構(gòu)成復(fù)雜，對(duì)于其能耗的控制是節(jié)能的難點(diǎn)。然而不同類型建筑的能耗結(jié)構(gòu)和用能特點(diǎn)各有不同，因此掌握不同類型公共建筑用能特點(diǎn)是建筑節(jié)能工作的關(guān)鍵。本文以長(zhǎng)三角地區(qū)某兼具酒店及辦公功能的大型公共建筑為例，對(duì)該建筑能耗構(gòu)成及特點(diǎn)進(jìn)行分析并與普通辦公建筑進(jìn)行對(duì)比，取得了該建筑用能結(jié)構(gòu)及用能特征，為此類型公共建筑的節(jié)能分析提出了理論依據(jù)。

復(fù)合功能公共建筑；能耗結(jié)構(gòu)；能耗分析

0 引言

大型公共建筑能耗主要消耗的能源種類有電、燃?xì)?、燃油以及水[1]。根據(jù)現(xiàn)有建筑在完整生命周期的能耗模型對(duì)大型公共建筑冷熱源系統(tǒng)能耗進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)公共建筑在使用過程中消耗的能源以及碳排放占到建筑整個(gè)生命周期能源消耗的84%～94%[2]。該類型建筑由于其功能分區(qū)眾多，能源消耗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗影響因素復(fù)雜[3]。因此，該類型建筑作為節(jié)能研究的主要對(duì)象具有重要意義。掌握大型公共建筑能耗的真實(shí)水平、能耗結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能工作開展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。本文以長(zhǎng)三角地區(qū)某兼具辦公與酒店功能的公共建筑作為調(diào)研對(duì)象，對(duì)該建筑能耗結(jié)構(gòu)、用能特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并與普通辦公建筑用能特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，獲得了該建筑用能結(jié)構(gòu)及用能特征，為該類型公共建筑的節(jié)能分析提供了理論依據(jù)。

1 建筑概況

該建筑地下三層，地上50層，整體規(guī)劃占地面積12020m2，建筑面積124814m2，建筑高度230m。建筑地下P1～P3為車庫及設(shè)備層，總面積23986m2；1～5F西部和6～28F為辦公區(qū)域，總面積63797m2；1～5F東部和29～48F及50F為酒店，總面積37030m2；29F和49F為設(shè)備層。空調(diào)冷源位于P3F，空調(diào)熱源及酒店生活熱水熱源位于6F。

建筑主要功能區(qū)和運(yùn)行使用情況匯總于表1：

表1 建筑主要功能分區(qū)及運(yùn)行情況

樓層功能區(qū)/用途面積(m2)運(yùn)行情況備注P1～P3、29、49F設(shè)備層2398624h非空調(diào)區(qū)1～5F東、29～48F、50F酒店3702924h空調(diào)區(qū)1～5F西、6～28F辦公63797周一～周五8：30～17：00空調(diào)區(qū)

2 建筑能耗分析

2.1 能源消耗結(jié)構(gòu)分析

該建筑消耗的能源種類為電力、天然氣和水。其中，電能為主要消耗能源，用于大樓空調(diào)、照明、電梯等主要用能系統(tǒng)。天然氣主要用于大樓供暖、酒店部分生活熱水制備。水的消耗主要是用于生活飲用水、淋浴、衛(wèi)生間用水和廚房用水等。該建筑的各類能源消耗見表2，各種能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)見表3。

依據(jù)表3中該建筑各類能源實(shí)耗值數(shù)據(jù)所示，可以發(fā)現(xiàn)該建筑能源消耗主要以電力和天然氣為主。針對(duì)該建筑主要能源消耗為電力和天然氣的特點(diǎn)，對(duì)建筑逐月用電量和用氣量進(jìn)行分析，見表4。

表2 各類能源消耗

能源/耗能工質(zhì)種類年消耗量折算量(tce)占比電力(kWh)140043001721135049%天然氣(m3)12524421665754896%水(t)1789881534045%

表3 各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)表

能源種類/耗能工質(zhì)折合標(biāo)煤系數(shù)電01229kgce/kWh天然氣133kgce/m3水00857kgce/t

注：kgce—千克標(biāo)煤；能源折合系數(shù)以GB2589-2008數(shù)據(jù)為準(zhǔn)[4]

表4 逐月能耗數(shù)據(jù)

能源種類1月2月3月4月5月6月電力(kgce)107962731005076211278533101864441391400117239675天然氣(kgce)26042863245452831775669710446086105891949189502總能耗(kgce)368391363459604529035230206325302450319526429177月均氣溫(℃)6806101150157021702330

能源種類7月8月9月10月11月12月電力(kgce)201568291963106317025091158105931212949313894091天然氣(kgce)8933610835293283621098583421955924224213847總能耗(kgce)290904392798399525387200243940142168873538107938月均氣溫(℃)27402630242020201480570

圖1 逐月能耗分析

結(jié)合表3、表4和圖1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以分析得出以下結(jié)論：

(1)該類型建筑能源消耗結(jié)構(gòu)主要以電力和天然氣為主，分別占總能耗的50.49%以及48.96%；

(2)該類型建筑的用電高峰出現(xiàn)在6～9月；而天然氣用量較高的月份為1～3月和11～12月，其余月份變化不大；總能耗的使用高峰則出現(xiàn)在1～2月、7～8月以及12月；此外用電量隨著氣溫的升高有較顯著的提升、而天然氣用量則隨著氣溫的降低有明顯上升。其中當(dāng)月平均氣溫突破20℃時(shí)用電量就會(huì)有明顯升高，而當(dāng)月平均氣溫低于15℃時(shí)天然氣用量增加；從總能耗的變化趨勢(shì)可以看出用能高峰主要在夏季與冬季且冬季總能耗高于夏季，可見冬季鍋爐系統(tǒng)的天然氣消耗是該類型建筑高能耗的主要原因之一。

2.2 電力消耗分析

根據(jù)對(duì)該建筑電力系統(tǒng)的調(diào)研了解到，該建筑主要用電系統(tǒng)由空調(diào)制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及插座系統(tǒng)組成。通過對(duì)各項(xiàng)用電設(shè)備銘牌信息的統(tǒng)計(jì)以及運(yùn)行時(shí)間調(diào)研，分別對(duì)各項(xiàng)系統(tǒng)用電能耗進(jìn)行估算，估算結(jié)果見于表5。

表5 建筑主要用電系統(tǒng)能耗拆分

用電系統(tǒng)用電量(kWh)所占比重制冷系統(tǒng)2637821731884%通風(fēng)系統(tǒng)131051925936%電梯系統(tǒng)2836202402025%生活用水系統(tǒng)47304000338%照明系統(tǒng)4617764003297%插座系統(tǒng)2128952621520%合計(jì)140043000010000%

依據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)可以分析得出以下結(jié)論：

(1)制冷系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)是該類型建筑用電能耗的主要組成部分之一，兩部分用電能耗占總體用電能耗的28.19%，制冷通風(fēng)系統(tǒng)是該類建筑節(jié)能工作的重點(diǎn)之一；

(2)照明系統(tǒng)和電梯系統(tǒng)用電能耗分別占建筑總用電能耗的32.97%和20.25%，由于酒店部分常年二十四小時(shí)運(yùn)行導(dǎo)致該部分用電能耗相對(duì)一般公共建筑占比有所增加；

(3)生活用水系統(tǒng)在該類型建筑中電力消耗相對(duì)較小，本例中所占比重為3.38%，插座系統(tǒng)電力消耗為15.20%，該部分能耗占總電力消耗比重中等但其總量不可忽視。

2.3 能耗水平分析

建筑能耗水平分析基于單位建筑面積綜合能耗。該指標(biāo)是指建筑在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，單位建筑面積消耗的綜合能耗(見表6)。

表6 建筑功能區(qū)域用能指標(biāo)[5]

功能區(qū)域類型面積(m2)功能區(qū)域用能指標(biāo)[kgce/(m2·a)]合理值先進(jìn)值辦公區(qū)域637974733四星級(jí)酒店區(qū)域370296448設(shè)備區(qū)域239865/

注：在先進(jìn)值對(duì)標(biāo)分析時(shí)地下停車區(qū)域功能面積沒有先進(jìn)值指標(biāo)故選用合理值。

圖2 復(fù)合功能建筑與普通辦公建筑單位面積耗電對(duì)比

計(jì)算出該建筑對(duì)應(yīng)的年合理能耗及先進(jìn)能耗值。

N=A1X1+A2X2+A3X3

(1)

式中：N—建筑年能耗，kgce/a；

A1、A2、A3—分別為建筑辦公區(qū)域、酒店區(qū)域、地下停車場(chǎng)面積；

X1、X2、X3—分別為建筑辦公區(qū)域、酒店區(qū)域、設(shè)備區(qū)域合理用能指標(biāo)，kgce/(m2·a)

根據(jù)公式(1)計(jì)算得出該建筑的年用能合理值及先進(jìn)值分別為5488245kgce/a、4002623kgce/a。根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可知該建筑實(shí)際能耗為3402220kgce/a，滿足該類型建筑先進(jìn)值標(biāo)準(zhǔn)。

3 建筑能耗對(duì)比分析

由于該建筑主要功能分區(qū)不僅有辦公區(qū)域且有相當(dāng)部分酒店功能區(qū)，因此本文以一棟建筑面積為42000m2的普通辦公建筑同年能耗數(shù)據(jù)為依據(jù)分析該類型建筑與普通辦公建筑用能特征的異同。由于兩類建筑的建筑面積不同以總能耗為指標(biāo)的分析方法并不適用，因此以逐月單位面積能耗(kgce/m2)為指標(biāo)進(jìn)行分析比較。

圖3 復(fù)合功能建筑與普通辦公建筑單位面積耗氣對(duì)比

圖4 復(fù)合功能建筑與普通辦公建筑單位面積總能耗對(duì)比

3.1 單位面積用電、用氣分析

兩類建筑逐月單位面積耗電量變化如圖2所示，由圖2可知，兩類建筑逐月單位面積用電量變化趨勢(shì)相似且都與季節(jié)變化相關(guān)，用電高峰集中于夏季即6～9月，其他季節(jié)用電量較為平穩(wěn)。此外，復(fù)合功能建筑的逐月單位面積耗電量均高于普通辦公建筑。

兩類建筑逐月單位面積耗氣量變化如圖3所示，由圖3可知，兩類建筑逐月單位面積用氣量變化趨勢(shì)相似且都與季節(jié)變化相關(guān)，用氣高峰集中于冬季即12月、1～3月。此外，復(fù)合功能建筑的逐月單位面積用氣量均高于普通辦公建筑。由于復(fù)合功能建筑酒店部分對(duì)于生活熱水的需求在過渡季節(jié)與夏季該建筑用氣量較穩(wěn)定，而普通辦公建筑天然氣只用于冬季供暖，故過渡季節(jié)與夏季一般無天然氣消耗。

3.2 單位面積總能耗分析

兩類建筑逐月單位面積總能耗變化如圖4所示，由圖4可知，兩類建筑逐月單位面積總能耗變化趨勢(shì)相似且都與季節(jié)變化相關(guān)，總能耗高峰主要為夏季與冬季即6～9月、12月、1～3月，且兩類建筑冬季總能耗高于夏季總能耗。此外，復(fù)合功能建筑的逐月單位面積總能耗均高于普通辦公建筑。

基于以上分析可知，復(fù)合功能建筑的耗電量、耗氣量以及總能耗均高于普通辦公建筑，兩者逐月用能趨勢(shì)相同且受季節(jié)變化影響較大，冬季天然氣消耗是影響總能耗得主要因素。

4 結(jié)語

根據(jù)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的整理、對(duì)比得出以下結(jié)論：

(1)兼具酒店及辦公功能的復(fù)合公共建筑主要能耗為電力和天然氣分別占總能耗的50.49%、48.96%；其全年用能趨勢(shì)隨季節(jié)變化有較大波動(dòng)，電力消耗在夏季達(dá)到高峰而天然氣消耗在冬季達(dá)到用能高峰；

(2)制冷通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及電梯系統(tǒng)是該類建筑用電的主要組成部分，分別占電力消耗的28.19%、32.97%和20.25%，是該類建筑節(jié)能工作的重點(diǎn)；其中由于酒店區(qū)域二十四小時(shí)運(yùn)行增加了照明和電梯系統(tǒng)的電力消耗；

(3)經(jīng)過對(duì)該建筑用能指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該建筑滿足大型公共建筑合理用能指標(biāo)先進(jìn)值，因此認(rèn)為未滿足合理用能指標(biāo)的該類型建筑通過節(jié)能改造和運(yùn)營(yíng)管理的提高有較大節(jié)能潛力；

(4)與普通辦公建筑相比，具復(fù)合功能的公共建筑在逐月用能變化趨勢(shì)上與普通辦公建筑相似但各類能耗相對(duì)較高，其中由于酒店功能對(duì)于生活熱水的需求導(dǎo)致復(fù)合功能公共建筑在非供暖季節(jié)天然氣消耗依舊處于較高狀態(tài)；此外，供暖季節(jié)天然氣消耗是影響兩類建筑總能耗的主要因素。

[1] 李百戰(zhàn)，張宇，丁勇，等.重慶市公共建筑能源管理現(xiàn)狀分析[J].暖通空調(diào)，2010，(9):112-117

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[3] 周偉業(yè)，彭琛，劉珊，等.酒店建筑能耗影響因素分析[J].建筑科學(xué)，2015，(10):31-37

[4] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB2589-2008《綜合能耗計(jì)算通則》[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2008

[5] 上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DB31/T554-2015《大型公共文化設(shè)施建筑合理用能指南》[S].上海：上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.2015

EnergyConsumptionAnalysisofCompositeFunctionalPublicBuilding

GU Jialei

( Shanghai Maritime University，Shanghai 201306 )

Nowadays，the emphasis of the building energy saving is put on large-scale public building.Meanwhile，because of its complicated energy consumption structure it is difficult to control its energy consumption.However，the energy consumption structures and energy characteristics are different from building to buildings.Therefore，it is the key point to reduce the energy consumption by grasping the energy characteristics of different buildings.This paper investigated the energy consumption data of a composite functional building with office and hotel area.The energy consumption construct was analyzed then it was compared with an office building.The energy consumption structures and energy characteristics are concluded.It is a theory basis for the energy saving research on this kind of building.

Large-scale public building；Energy consumption；Energy consumption analysis

2017-6-15

顧佳磊(1993-)，男，碩士研究生，主要研究方向：燃?xì)饫錈犭娙?lián)供。E-mail：627685757@qq.com

ISSN1005-9180(2017)04-060-06

TU831文獻(xiàn)標(biāo)示碼A

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.03.011