大型公共建筑能耗分析

王金奎 邵 旭 韩春咏

1.河北建筑工程学院建筑系;2.秦皇岛市德大房地产

0 引 言

建筑能耗是指建筑使用能耗,包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、电器等方面的能耗.它是与工业、农业、交通运输能耗并列,属于民生能耗.随着我国城市建设和人们生活水平的不断提高,我国的建筑能耗在国家总能耗中所占的比例越来越大,建筑节能受到了越来越多的关注.

目前,国家机关办公建筑和大型公共建筑高耗能的问题日益突出.大型公共建筑是指建筑面积2万平方米以上的办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑、交通运输用房及其他公共建筑.统计结果显示,我国大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%,但总能耗却占全国城镇总耗电量的22%,大型公共建筑单位面积年耗电量达到70～300KWh,为普通居民住宅的10～20倍,是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5倍～2倍,而且,随着我国经济的发展和城市化进程的加快,大型公共建筑以每年3000～4000万平方米的速度飞速增长,高能耗指标的大型公共建筑占城镇建筑总面积的比例也越来越大,具有很大的节能潜力.因此,做好国家机关办公建筑和大型公共建筑的节能管理工作,对实现“十一五”末我国单位GDP能耗降低20%的节能战略目标具有重要意义.

1 大型公共建筑高能耗的原因

1.1 设计上的缺点

一些大型公共建筑在设计上片面追求形式,忽视建筑功能,造成能源和资源的浪费.比如南方很多大型公共建筑都搞大玻璃幕墙,完全不考虑避阳、绝热等措施.同时,建筑体与室外地区建筑相连部分少,无法有效利用室外低温,导致建筑内部发热量大,很多大型公共建筑的空调冷冻机从每年3月就开始运转,直到12月,造成巨大的能量浪费.调查显示,深圳每年抵消阳光热的空调耗能占总耗能的4%以上.为此,有专家指出,南方建筑应当首先着眼于西面、南面、东面的遮阳和整体绿化,严格控制落地窗、玻璃幕墙的使用.

1.2 采暖空调设备运行上的缺点

大型公共建筑中,风机跟水泵的电耗占采暖空调电耗的50%～70%,大头都是输配,根本原因在于选型不当,导致运行工作重点偏高;另外,大多数风机由于灰尘堵塞,阻力增大,实际风量远远小于设计风量,效率也仅在40%～50%.这也是导致建筑物能耗高的原因.

1.3 管理上太粗放

我国的大型公共建筑和政府办公大楼大多数耗能非常高,因为是公用的,没有人为巨大的能耗负责.建设部表示,今后,对超过2万平方米的公共建筑和超过20万平方米的居住小区,将实行建筑能耗核准制.

1.4 缺乏有效的行政监管体系

虽然建设部先后批准发布了《公共建筑节能设计标准》等21项重要的国家标准和行业标准,但仅仅停留在书面上,很少有项目因没有达到节能标准受到处罚,该强制执行的并没有强制执行.

1.5 缺乏政策激励措施

推广建筑节能不可避免地会面临增加生产商、开发商和用户的成本和支出,从而影响到他们的利益.因此在一些发达国家,国家为了鼓励和推广,都会出台一些相应的政策.如美国,政府规定达到房屋建筑节能标准的开发商可以享受税收抵扣政策等.而在中国银行贷款的规定里,就没提节能建筑一个字;生产商、开发商和用户使用节能建筑材料就没有任何优惠和补贴政策.

2 建筑能耗的评价指标

2.1 规定性指标

规定性指标是对各能耗系统的最高能耗进行规定.该方法可以进一步细分为两类.

一类是对建筑的各组成元素进行规定,如建筑围护结构(墙体、屋面、门窗)的传热系数、体形系数、窗墙比、遮阳,以及采暖、空调、照明设备最小能效指标等规定一个限值.具体参数有建筑围护结构各部位的传热系数或传热热阻,热损失系数(规定每度室内外温差单位时间每平方米建筑面积的热损失不超过法定的指标),空调系统的季节能效比SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio),供热季节性能系数HSPF(Heating Season Performance Factor),综合部分负荷IPLV(Integrated Part Load Value),能效比EER(Energy Efficiency Ratio),能效系数COP等.

然而,建筑的设计日趋多样化和个性化,许多建筑往往不能完全满足这些规定性指标的要求,例如南向外墙采用大面积玻璃窗导致南向窗墙比超标,建筑体形复杂多变导致体形系数过大等.因此,这种分项指标由于过于具体,而且各指标评价相对独立,缺乏有效的关联,无法进行建筑各部分能耗综合全面的分析;各个指标规定太死板,也限制了建筑师的设计自由和创造性.

另一类是对各能耗系统的总性能进行规定,即不具体规定建筑局部的热工性能,允许设计师在某个环节有一定的突破,但在整个综合能耗上满足规定,从而给设计师较大自由发挥的空间.如围护结构的综合指标:综合传热值OT TV(Overall Thermal Transfer Value),周边全年负荷系数PAL(Perimeter Annual Load),空调系统的综合评价指标:空调能量消耗系数CEC/AC(Co-efficient of energy consumption for air conditioning)等.该指标满足了设计师、设备工程师自由设计和建筑节能规范控制两方面的需求.

2.2 综合性指标

综合性指标,即综合影响建筑能耗各个方面的因素,包括建筑围护结构,空调系统,其他建筑设备等,通过建筑能耗的统计数据,以建筑实际的能耗数据(如耗电量、耗煤量、天然气消耗等)作为表达建筑能耗现状的指标.

以年能耗作为评价指标的一类方法其优点是显著的:计算(统计)方法明确,客观,能够比较广泛地从各个侧面反映了建筑的综合能耗性能,而且可以方便的转化为经济指标,直接与建筑运行的成本相关联,比较容易被接受和运用.

然而这类数据并不能全面地评价现有建筑能耗状况,建筑能耗与许多主观、客观因素相关,这种笼统地评价,并没有考虑到影响建筑能耗的各个相互关联的因素,给出的一个绝对指标不足以反映建筑节能的潜力(能耗数据高可能因为需求本身就高,也可能建筑设计不合理,设备维护管理不善等等原因).

3 建筑节能设计分析

3.1 建筑热工设计

在公共建筑的空调负荷中,通过围护结构传热产生的冷负荷占有较大的比例,因此在建设热工设计方面具有较大的节能潜力.针对公共建筑的具体情况,我认为应该从下面几方面进行考虑.第一,控制窗户面积.现在人们经常单纯从建筑外观角度出发盲目增大窗户面积,不少建筑大面积地采用玻璃幕墙,这样就大大提高了空调冷负荷.大多数建筑物的窗墙比都超过了30%.有研究表明,应该把空调建筑的窗墙比控制在30%以下,日本的节能建筑把窗墙比降低到16%以下.第二,建议使用吸热玻璃、Low-E玻璃、双层玻璃.吸热玻璃、反射玻璃、双层玻璃可以提高玻璃的隔热性,减少由外窗引起的冷负荷.普通玻璃太阳辐射透过率为80%以上,而茶色玻璃可减少到60%,反射玻璃可以达到40%.而我们调查的建筑物绝大多数使用的是普通玻璃.

3.2 改善外遮阳设施

良好的外遮阳设施可以大幅度地降低由太阳辐射造成的冷负荷,降低幅度可达40%.而我们在调查中发现,绝大多数公共建筑没有使用外遮阳,即使有,也是效果很不理想.建议在这方面学习欧洲一些国家的技术,如开合式的木制遮阳窗,可自由伸缩的织物或PVC遮阳篷等,他们在此方面的做法已很成熟.

4 结 论

随着社会的发展和人们生活水平的提高,大型公共建筑的能耗受众多主客观因素的影响,单纯的能耗模拟和规范性限制条件已不能全面的反映现有大型公共建筑的全寿命周期能耗情况.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、浪费大的情况降到最低限度,并最终提高建筑能源利用的效率,有必要提出新的评估方法和提高人们的节能意识,详尽地反映出建筑能耗的实际情况,为高能耗建筑的进一步节能改造做好准备,最终达到节约能源的目的.

[1]GB 50189-2005,公共建筑节能设计标准

[2]薛志峰.公共建筑节能.第1版,北京:中国建筑工业出版社,2007:22～28

[3]孙西京,任普亮,田立奇等.陕西政府办公建筑和大型公共建筑能耗分析.建设科技,2008(24):74～75