集中供能下建筑能效對標(biāo)

丁亞男

上海市節(jié)能減排中心有限公司

0 引言

區(qū)域集中供能是指對一定區(qū)域內(nèi)的建筑群，由一個或多個能源站集中供應(yīng)冷媒、熱媒，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力大部分自用，多余電力送入?yún)^(qū)域電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供[1]。集中供能系統(tǒng)可將發(fā)電機(jī)組余熱再利用，利用吸收式溴化鋰機(jī)組制冷制熱，可有效提高能源的利用效率，實(shí)現(xiàn)能源“梯級利用”。同時，“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的發(fā)電模式和配套的蓄冷系統(tǒng)可有效緩解高峰用電負(fù)荷的壓力，起到“削峰填谷”的作用，提高供電安全性和經(jīng)濟(jì)性。相對于傳統(tǒng)的發(fā)電廠和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，區(qū)域集中供能有節(jié)能、高效、環(huán)保和安全等特點(diǎn)[2]。

1 上海市集中供能現(xiàn)狀

目前，上海集中供能區(qū)域主要有虹橋商務(wù)區(qū)的核心區(qū)和西虹橋地區(qū)，此外，一些學(xué)校、醫(yī)院和酒店安裝小型分布式供能系統(tǒng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及公開數(shù)據(jù)，截至2016年8月，上海地區(qū)共建成天然氣分布式項(xiàng)目43個，總裝機(jī)容量為169 668kW[3]。

2 集中供能系統(tǒng)運(yùn)行模式

集中供能系統(tǒng)設(shè)備配置：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組+溴化鋰機(jī)組/余熱鍋爐，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供，見圖1。熱水鍋爐和冷水機(jī)組作為供熱、供冷季調(diào)峰設(shè)備，三聯(lián)供系統(tǒng)或冷水機(jī)組夜間為蓄冷罐蓄冷，作為調(diào)峰或應(yīng)急供冷裝置。

圖1 集中供能系統(tǒng)運(yùn)行模式

3 集中供能區(qū)建筑能耗

選取集中供能區(qū)域的6棟建筑作為研究對象，業(yè)態(tài)包含辦公和商業(yè)，建筑A-E入住率均在95%以上，建筑F入住率約60%。其中，建筑A為集中供能區(qū)域的自主供能建筑，建筑A用冷和用熱由所配置的熱水鍋爐和冷水機(jī)組提供，其余5棟建筑用冷和用熱由區(qū)域能源中心提供；建筑A-D為中高檔辦公建筑，入駐企業(yè)類型相似，為外企總部、金融和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等。

根據(jù)各棟建筑冷、熱來源的能源中心實(shí)際運(yùn)行情況，計(jì)算冷和熱的折標(biāo)系數(shù)，得出各棟建筑年綜合能耗，建筑能耗和面積見表1。

表1 集中供能區(qū)域5棟建筑能耗信息

4 能效對標(biāo)

對集中供能區(qū)域建筑單位面積能耗分別與全市公共建筑能耗監(jiān)測平臺及《合理用能指南》中類似建筑進(jìn)行對標(biāo)，集中供能區(qū)域建筑能效水平普遍較高。

4.1 對標(biāo)市級能耗監(jiān)測平臺

1)辦公建筑

根據(jù)《2017年度上海市國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)情況報(bào)告》[4]，納入監(jiān)測平臺監(jiān)測的辦公建筑平均單耗為29．3kggce/m2（不含天然氣用量，電力折標(biāo)系數(shù)取3．0）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用熱水鍋爐供熱的一般辦公建筑，供熱用天然氣約占建筑總能耗的10%～15%，同比折算，納入市級監(jiān)測平臺的辦公建筑平均單位建筑面積能耗約為32．56～34．47kggce/m2。

如圖2所示，將A-D建筑單位建筑面積能耗同口徑折算（電力折標(biāo)系數(shù)取3．0），與市級能耗監(jiān)測平臺建筑平均單位建筑面積能耗水平進(jìn)行對標(biāo)。集中供能建筑的單耗均低于市級建筑能耗監(jiān)測平臺的平均水平。

圖2 辦公建筑對標(biāo)市級監(jiān)測平臺（單位：kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2）

一般情況下，有金融或互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)入住的中高檔辦公建筑單耗將高于普通建筑，如建筑A的情況，單耗高于市級能耗監(jiān)測平臺的平均水平，較為合理。一方面，中高檔建筑內(nèi)客戶對環(huán)境舒適性要求高，空調(diào)和新風(fēng)運(yùn)行負(fù)荷高；另一方面，金融和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)加班較多，用能時間長。

根據(jù)對標(biāo)結(jié)果看，集中供能條件下的建筑B-D的能效水平均優(yōu)于市級監(jiān)測平臺建筑的平均水平，也優(yōu)于單獨(dú)供能的同類型建筑。由此可見，集中供能下的建筑能效水平較高。

2)商業(yè)建筑

根據(jù)市級建筑能耗監(jiān)測平臺發(fā)布的2017年建筑能耗報(bào)告，商業(yè)建筑對標(biāo)案例中對大型商業(yè)建筑進(jìn)行了能效水平分析，單位建筑面積能耗為65．0kggce/m2（用能結(jié)構(gòu)單一，空調(diào)采暖均消耗電力，電力折標(biāo)系數(shù)取2．88，不含餐飲用氣）。F建筑按入住率折算單位建筑面積能耗，兩棟大型商業(yè)建筑（E、F）單位建筑面積能耗分別為 51．02 和54．33kg標(biāo)煤/m2，均優(yōu)于納入市級能耗監(jiān)測平臺建筑的能效水平。

圖2 大型商業(yè)建筑對標(biāo)市級監(jiān)測平臺（單位：kg標(biāo)煤/m2）

4.2 全市合理用能指南

與全市《合理用能指南》對標(biāo)，電力折標(biāo)系數(shù)與指南的規(guī)定進(jìn)行同口徑折算，詳見表2。集中供能下的建筑能效水平均優(yōu)于《合理用能指南》中的先進(jìn)水平和同區(qū)域同類型的獨(dú)立供能建筑（A建筑）的能效水平。

5 集中供能下存在問題

雖然集中供能條件下建筑的能效水平較高，但在很大程度上取決于能源中心的建設(shè)和運(yùn)行情況，具體包括：

1)能源中心的運(yùn)行效率對建筑能效水平的影響

表2 《合理用能指南》對標(biāo)

在集中供能條件下，建筑照明、插座等設(shè)備用電與普通建筑基本沒有差別，但空調(diào)用冷和熱的折標(biāo)煤量取決于能源中心的運(yùn)行效率和運(yùn)行策略：能源中心運(yùn)行效率較高，發(fā)電效率和余熱利用效率高，冷水和熱水的折標(biāo)系數(shù)相對較小；反之，折標(biāo)系數(shù)將相對較大，會導(dǎo)致建筑總能耗增加，能效水平降低。

2)集中供能管線布置對建筑能效水平的影響

能源中心普遍會建設(shè)在集中供能區(qū)域的中心位置，確保供往各方向的管線長度一致，避免出現(xiàn)因水力不平衡而導(dǎo)致某個方向供能量與需求量不匹配。但即使能源中心位置布置合理，若集中供能區(qū)域過大，供能管線過長，受管道承壓能力的影響通常會出現(xiàn)供水壓力不足，進(jìn)而導(dǎo)致管線末端建筑能源供應(yīng)量不足。在這種情況下，管線末端建筑無法獲得足夠的水量和溫差，空調(diào)末端設(shè)備卻仍保持最大功率或頻率運(yùn)行，某些設(shè)備甚至出現(xiàn)“空轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑用電量增加、能效水平降低。同時，如果供能管線過長，能源中心輸送泵耗、熱量損失也會較大，將嚴(yán)重影響能源中心運(yùn)行效率。一般供能管線以不超過2km為宜。

3)集中供能下能源收費(fèi)機(jī)制對建筑能效水平的影響

能源中心通常會與用戶端簽訂能源基本用量協(xié)議，實(shí)行階梯價格機(jī)制。若基本用量的制定不合理，尤其是基本用量制定過高時，將導(dǎo)致建筑管理和運(yùn)營單位缺乏節(jié)約用能的意識，造成冷熱水消耗大，建筑單耗升高。

6 建議

如何提高能源中心運(yùn)行效率，是集中供能區(qū)域提高能效水平所面臨的主要問題之一。除能源中心設(shè)備配置及運(yùn)營管理策略外，為避免供能管線水力不平衡，在建設(shè)初期就應(yīng)考慮能源中心的建設(shè)位置，建議布置于供能區(qū)域的中心位置，且供能管線以不超過2km為宜。其次是能源中心的價格機(jī)制，應(yīng)根據(jù)末端用戶入住率合理制定基本用量，并在其入住率穩(wěn)定后及時進(jìn)行階梯用量和價格的調(diào)整，以合理的能源價格約束末端用戶，避免能源浪費(fèi)。