天津市某大型公建节能降耗评估分析

刘贤崇，张志刚，李文博，张 伟

(天津城市建设学院 能源与机械工程系，天津 300384)

目前我国城镇建筑消耗的能源占全国商品能源的 25%～28%(不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程耗能)，并且该比值仍保持上升趋势，预计最终将接近发达国家水平[1]．在 440亿 m2的既有大型公共建筑中，绝大部分是高能耗建筑，有的建筑即使采取了一些节能措施也无法评价其节能效益．为此，笔者应用标准参数法及能耗软件建模法，对天津市某大型公建能耗做了复核计算和能耗指标对比，并对该建筑提出了相关的节能建议．

1 工程基本概况

1.1 建筑概况

天津市某公共建筑2008年8月开发建设，总建筑面积为191 690 m2，分A，B两区．A区为酒店式公寓，地上 30层，地下 2层，总建筑面积为 92 990 m2，建筑高度为 99.95 m．B区为办公综合楼，地上 26层，地下 2层，总建筑面积为 98 700 m2，建筑高度为99.50 m．

1.2 用能设备系统

该建筑的用能设备系统包括中央空调系统、照明系统、动力设备(如电梯、水泵、风机)等．采用电制冷+市政热网的空调方式，设置离心式冷水机组3台，螺杆式冷水机组 1台．建筑底商供暖制冷均采用 VRV空调系统，冬季热源为市政热网提供的 130/80 ℃热水，设置水-水换热机组1台，换热量4 000 kW．内设板式换热器 2台，单台换热量 3 000 kW，相应设置 3台循环水泵(2用 1备)，二次侧供回水温度为 60/50℃．换热机组内另设变频补水泵 2 台(1用 1备)．制冷站内另设全自动软水器及软化水箱等附属设备．采用新风换气机对排风进行热回收，且风机采用变频风机．将空调冷凝水进行回收作为冷却塔补水．另外系统对空调末端进行计量控制，以减少能源的浪费．

1.3 建筑冷热负荷特征

通过实际勘测，该工程项目建筑功能较多，由于房间内人员数量及各种设施不同，使得各类型房间的冷热负荷特性差异较大．餐饮、商场、娱乐场所人员密度大，照明和各种用电设备多，人员散热散湿、照明散热和设备散热等内扰因素形成的冷负荷是构成这些类型房间冷负荷的主要部分；普通办公室和会议室人员少，照明和用电设备也较少，房间冷负荷主要由外扰因素形成．在冬季，人员散热、照明散热和设备散热则成为房间的有利因素，餐饮、商场、娱乐场所冷风渗透耗热量和冷风侵入耗热量较大，其主要原因是由人员出入频繁造成的．

2 标准参数法建筑能耗复核计算

根据相关标准、设计规范及经验数据对相关数据进行校核、补充后，采用标准参数法对建筑年总能耗及单位面积年综合能耗情况进行了复核．

(1)制冷机组耗电量采用温频法(BIN法)计算[2]，根据天津地区典型年的气象资料，以 2 ℃温差为一个温频段得到天津地区的 BIN气象参数．不同室外温度下的建筑空调冷负荷由谐波法计算确定，其中空调机组运行时间，人员、照明、电器密度等依据《天津市公共建筑节能设计标准》DB29—153—2005附录 B的相关标准选取．设定夏季制冷机组供回水温度为7/12 ℃，当室外温度高于 25 ℃时开始供冷，制冷机组不同负荷率下的性能系数按机组样本确定．机组耗电量如表1所示．

表1 冷水机组耗电量复核计算

(2)照明、电器、动力设备耗电量

年耗电量=安装电量×使用系数×日运行时间×运行天数×负荷系数．

安装电量=建筑面积×照明/设备功率密度．

各不同用电设备的功率密度、同时使用系数、日运行时间、运行天数及负荷系数等参数的选取及计算详见表2及其附注说明．

(3)冬季采暖耗热量和天然气消耗量采用常规算法[3]，建筑综合能耗复核计算结果汇总如表2所示．

表2 综合能耗复核计算汇总

由表1-2可知，经折标后该建筑年综合能耗约为6 094.99 tce/a，单位建筑面积年综合能耗约为31.80 kgce/m2(含地下面积)，与该建筑实际单位面积年综合能耗折标 38.59 kgce/m2(含地下面积)相比存在一定的差异．其能源具体消耗情况如图1所示．

由图1可知，该建筑中天然气能耗和制冷能耗所占比例较小，电力消耗中照明耗能最多，达到了 30%，其次为电器设备和动力设备．冬季采暖热力消耗折标后大体与动力设备全年耗能持平．

图1 建筑复核计算能耗分配

3 能耗软件建模法建筑总能耗复核计算

采用能耗软件建模法对建筑能耗情况进行复核计算，由于天然气消耗量较少，且与复核计算结果无较大差距，故可不用考虑．其软件建模法复核结果如表3所示．

表3 建筑全年能耗汇总

4 建筑能耗指标分析及节能建议

4.1 建筑能耗指标对比分析

建筑结构设计情况及与建筑节能标准对比如表4所示．

由表4可知，该建筑体形系数及维护结构保温方面完全达到了建筑节能标准的要求，但办公类建筑窗墙比偏大，尤其是西向窗墙比达到了 0.76，超出了节能标准的规定值．

通过建筑能耗复核计算，现将建筑能耗与能耗复核计算结果(包括标准参数法和软件建模法复核计算结果)进行对比，以显示3组指标之间的差异，详细对比情况如图2所示．

表4 建筑基本信息及与节能标准的对比

图2 建筑各能耗指标对比

由图2可以看出：①建筑的照明和采暖能耗计算结果相对于复核计算的结果明显偏大，这是由于该建筑主要为写字楼和商业用楼，因此在设计时选取的建筑照明功率密度和采暖耗热量指标偏大．冬季建筑内温度明显高于设计温度主要是未考虑人员、设备和灯光的散热．该建筑的制冷、电器设备、动力设备耗电量及天然气消耗量与复核计算结果相差不大，可知与此相关的节能措施均按照现行国家及地方相关标准及规范制定，在经济技术上是可行的；②灯光电器设备能耗在建筑总能耗中所占比例较大，对比软件建模法的计算结果，建筑灯光电器设备能耗具有很大的节能空间．另外采用软件建模法，各项目的计算结果均为最小值．这是因为建模计算结果是在室内、外标准温度下及照明、电器、新风等都为标准情况下模拟出的最佳能耗结果，对比建筑能耗现状可知：常规建筑设计中仍有用能浪费的现象．因此，建议该类建筑在施工设计过程中，可采用类似的软件建模的计算方法，这将有助于最佳节能方案的制定．

4.2 建筑节能建议

该建筑内大部分灯具通常全天开启，没有或很少利用自然光，而该建筑的节能主要在于空调系统和照明的节能，照明和设备用电在很大程度上又和建筑使用者的节能意识有关，因此可采用智能照明控制系统，将公共场所照明按白天、晚上、周末、清扫、安全等使用条件设计为多种开关模式[5]，以满足节能及管理的要求．根据不同的使用场合采用绿色、节能、高效、环保和使用寿命长的灯具，如：我国“绿色照明”工程所推荐的节能型荧光灯就是一种高效照明灯具，在相同的亮度下，其耗电量是白炽灯的 25%，是普通荧光灯的 85%，其中 T5型灯具为三基色、细管径、直管型、高频率、高光效的节能灯，较传统 T8型节能灯具可节能 30%．另外还可选用变频电梯等节能设备，配置变频调速系统的电梯较普通电梯可节能 30%[6]．

5 结 论

(1)该新建大型公共建筑在建筑体形系数及维护结构保温方面完全达到了建筑节能标准的要求，但办公类建筑窗墙比偏大，超出了节能标准的规定值．其在建筑节能和终端用能产品节能上，均符合国家及地方现行节能设计标准及相关终端用能产品的能效标准的要求．

(2)该建筑节能效果属国内同行业先进水平，其空调冷凝水的回收、全热转轮换热机组的使用以及中水水源的回用，均体现了循环经济的理念．但该建筑的照明功率密度和采暖耗热量指标明显偏大，可通过相关节能措施及加强运行管理，提倡行为节能来减小照明能耗和采暖耗热量指标．

(3)采用标准参数法的计算结果和建筑实际能耗相差较小，有较强的可比性，但其无法反应建筑能耗的动态变化；采用软件建模的计算结果，各项目的能耗值均为最小值，对比建筑能耗现状可知常规建筑设计、管理中仍有用能浪费的现象．能耗模拟软件能够极大地方便科学研究和工程实践，但其毕竟只是对实际情况的近似和模拟，对一些随机情况和不可预料的影响因素不能全面考虑．积极探索更加合理的计算模型和模拟方法对大型公共建筑的能耗分析意义重大．

［1］ 吴邦俊，周智勇，阳江英，等. 重庆市江北区商场类既有公共建筑能耗现状及节能分析[J]. 重庆建筑，2007，48(10)：9-11.

［2］ 王洪卫. 重庆市公共建筑空调系统能耗现状及节能技术研究[D]. 重庆：重庆大学，2006.

［3］ 段常贵. 燃气输配[M]. 第 3版. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

［4］ DB29—153—2005，天津市公共建筑节能设计标准[S].

［5］ F C 麦奎斯顿，J D帕克，J D斯皮特勒，等. 供暖、通风及空气调节——分析与设计[M]. 俞炳丰，译. 北京：化学工业出版社，2005.

［6］ 龙惟定，潘毅群，范存养，等. 上海市公共建筑能耗现状及节能潜力分析[J]. 暖通空调，1998，28(6)：13-17.