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苏州市某机关办公建筑能耗现状分析
发布时间:2017-02-28 16:29:07      来源:未知
苏州市某机关办公建筑能耗现状分析
苏州市建设工程质量检测中心有限公司   马思聪
摘要:利用分项计量的能耗数据进行问题诊断和节能管理是推动公共建筑节能的有效途径。本文基于电耗计量数据,对苏州市某机关办公建筑能耗数据进行了统计及处理,分析得出其分项用能存在的问题,提出相关节能改造和管理建议,为类似机关办公建筑的节能诊断提供参考依据。
关键词:机关办公建筑;分项能耗;节能诊断
0 引言
随着我国城市建设的快速发展,公共建筑面积迅速增长,其能耗也迅速增加[1]。为了推进公共建筑的节能降耗工作,我国2008年出台了《民用建筑节能条例》和《公共机构节能条例》,明确要求国家机关办公建筑和公共建筑对能源消耗状况进行实时监测,及时发现、纠正用能浪费现象[2-3]
公共建筑节能工作的基础是建设能耗分项计量系统,基于能耗数据进行科学分析,开展节能技术改造,以达到节能之目的。本文通过对苏州市某机关办公建筑能耗数据进行整理,分析得出其分项用能存在的问题,提出相关改造建议,对类似机关办公建筑的节能诊断具有参考意义。
1 典型案例研究
分析能耗数据进行节能诊断,必须基于统一规定的分项能耗数据模型。本文采用《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据采集技术导则》中的分项能耗模型。分项能耗是指根据国家机关办公建筑和大型公共建筑消耗的各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据, 包括照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。
本文针对办公建筑A进行能耗问题诊断,为了详细分析办公建筑A的能耗,将办公建筑A和办公建筑B的2014年上半年度用能情况进行了对比分析。办公建筑A建筑面积为2600m2,常驻办公人员80人左右;办公建筑B建筑面积为11085m2,常驻办公人员280人左右。
1.1 总用电
图1为办公建筑A分项能耗数据,从图中可以看出办公建筑A在采暖季和制冷季的主要用能分项是照明插座用电和空调用电,过渡季的主要用能分项是照明插座用电。图2为办公建筑A和办公建筑B上半年度单位面积用能总量对比,从中可以看出办公建筑A单位面积总电量比办公建筑B高出16%~55%。由于办公建筑A没有动力用电,下面分别从空调用电、照明插座用电、特殊用电三方面分析办公建筑A用电量高的原因。
 
 

1.2 空调用电
从图3中得知,单位面积空调用电办公建筑A小于办公建筑B。办公建筑A的供能系统选择的是污水源热泵系统,办公建筑B是VRV空调系统。且办公建筑A的供能系统中,污水源热泵与分体式空调混合使用。污水源热泵系统制热工况下的能效比在3.5左右,热泵机组的能效比在4.5左右[4],但是实际情况下,由于污水相比普通水源具有特殊性,会造成蒸发器侧换热热阻的增加,造成实际能效比低[5]。VRV空调系统在50%部分负荷时,制热能效比在3.8左右;100%满负荷时,制热能效比在3.5左右。
进一步随机选取2014年1月3日和23日、4月3日和23日、7月3日作为研究对象,上述日期均为工作日,对办公建筑A和办公建筑B的单位面积空调耗电量进行了对比。
 

 
表1 办公建筑A单位面积空调用电能耗(单位:kWh/m2
Table 1 The government office building A air conditioning power consumption of per unit area
  时间 空调总
用电
冷热站 风机盘管 分体式
空调器
1月3日 全日 0.08103 0.07196 0.00149 0.00758
8:00-17:00 0.07757 0.06966 0.00149 0.00643
非工作时段 0.00346 0.00231 0 0.00115
1月23日 全日 0.22104 0.20520 0.00162 0.01422
8:00-17:00 0.21630 0.20243 0.00162 0.01225
非工作时段 0.00474 0.00277 0 0.00197
4月3日 全日 0.00757 0.00535 0 0.00222
8:00-17:00 0.00318 0.00235 0 0.00083
非工作时段 0.00438 0.00300 0 0.00138
4月23日 全日 0.00783 0.00511 0 0.00271
8:00-17:00 0.00345 0.00211 0 0.00133
非工作时段 0.00438 0.00300 0 0.00138
7月3日 全日 0.04203 0.00401 0.00054 0.03748
8:00-17:00 0.03592 0.00146 0.00054 0.03392
非工作时段 0.00610 0.00255 0 0.00356
表2 办公建筑B单位面积空调用电能耗(单位:kWh/m2
Table 2 The government office building B air conditioning power consumption of per unit area
办公建筑B 时间 空调总
用电
冷热站
1月3日 全日 0.11691 0.11691
8:00-17:00 0.08682 0.08682
非工作时段 0.03009 0.03009
1月23日 全日 0.18310 0.18310
8:00-17:00 0.11227 0.11227
非工作时段 0.07083 0.07083
4月3日 全日 0.02511 0.02511
8:00-17:00 0.01088 0.01088
非工作时段 0.01424 0.01424
4月23日 全日 0.02130 0.02130
8:00-17:00 0.01088 0.01088
非工作时段 0.01042 0.01042
7月3日 全日 0.07345 0.07345
8:00-17:00 0.04703 0.04703
非工作时段 0.02643 0.02643
从表1、2中可以看出,1月23日办公建筑A主要使用污水源热泵采暖,该日污水源热泵的耗电量是分体式空调的16倍,该日办公建筑A单位面积空调总用电比办公建筑B高21%。7月3日办公建筑A主要使用分体式空调制冷,该日分体式空调的耗电量是污水源热泵的22倍,该日办公建筑A单位面积空调总用电比办公建筑B低43%。说明办公建筑A污水源热泵系统的耗电量大。另外,从表1中可以看出1月3日和1月23日办公建筑A主要使用污水源热泵系统采暖,这两日的非工作与工作时段空调用电比值在0.02~0.03;4月3日和4月23日为过渡季,使用空调系统很少;7月3日主要使用分体式空调制冷,非工作与工作时段空调用电比值在0.17,说明办公建筑A昼夜空调用电的用能管理基本符合要求。
综上所述,说明办公建筑A空调用电方面存在的主要问题是污水源热泵系统的耗电量大。深入分析得知办公建筑A的空调系统在选型中污水源热泵污水侧的水泵选型过大,增加了电力消耗;同时用户侧水泵未采用变流量模糊控制变频技术。另外,通过测试发现供回水温差小,可能的原因是冷冻水流量大、风机盘管结垢或末端负荷偏小;冷水不定期换水或补水时,未经化学处理,这样将加剧管内及换热设备的结垢,增加了系统阻力并降低了传热效率;末端负荷偏小是使用分体式空调导致的,造成系统配置过大,耗能增加。
1.3 照明插座用电
从图4和表3中得知,办公建筑A单位面积照明插座用电比办公建筑B高出80%~130%。通过了解得知,办公建筑A使用T8灯管,办公建筑B使用T5灯管,表4中所示T8与T5灯具的功率差异使办公建筑A的照明用电比办公建筑B高出40%。办公建筑A人数比办公建筑B少70%,由于办公建筑B中人员工作时段需外出执勤,使得办公建筑B工作时段人数少于280人,导致办公建筑A单位面积照明插座用电量比办公建筑B高出部分存在波动。
 
 
 
表3 单位面积照明插座用电比较(单位:kWh/m2
Table 3 Compared with the lighting socket power consumption of per unit area
  办公建筑A 办公建筑B
  照明插座总用电 照明
用电
照明与
插座
照明插座总用电 照明与
插座
走廊与
应急
室外景
观照明
1月 3.31559 0.65122 2.66437 1.83401 1.45396 0.26684 0.11321
2月 2.88588 0.58237 2.30351 1.26792 1.07066 0.07112 0.12614
3月 3.02018 0.71135 2.30884 1.39545 1.26411 0.07921 0.05213
4月 2.52820 0.69887 1.82933 1.29262 1.17447 0.06828 0.04987
5月 2.53563 0.61165 1.92398 1.20683 1.08058 0.05320 0.07305
6月 2.59943 0.59742 2.00201 1.12809 1.04454 0.04167 0.04188
表 4 T8与T5性能数据对照表
Table 4 T8 and T5 performance data table
  光源
光通量
(lm)
灯具效率(%) 灯具出射光通量(lm) 镇流器
功率
(W)
灯具
全部功率
(W)
灯具
综合光效(lm/W)
T8灯具 2500 65 1625 9 36+9=45 36.1
T5灯具 2900 74 2146 4 28+4=32 67
为了进一步分析T8灯管对办公建筑A特殊用电能耗的影响,将苏州市办公建筑C照明插座能耗与办公建筑A做了进一步对比。办公建筑C建筑面积4200m2,常驻办公人员120人左右,办公建筑C照明设备同样采用了T8灯管,此处将办公建筑A与办公建筑C的1月、4月、6月数据对比分析。办公建筑C人数是办公建筑A的1.5倍,面积是办公建筑A的1.6倍,理论上来说办公建筑C的耗电量应为办公建筑A的2.4倍左右,而从表5中看出,办公建筑A照明插座用电与办公建筑C相差3%~18%,因此可以判断办公建筑A照明插座的电耗存在问题。
表5 办公建筑A和办公建筑C照明插座用电比较(单位:kWh)
Table 5 Compared the lighting socket power consumption between government office building A and C
  办公建筑A 办公建筑C
1月 8620.53 7265.29
4月 6573.32 6218.62
6月 6758.52 7021.43
另一方面,对办公建筑A非工作与工作时段照明插座耗电做了分析,如图5所示。1月3日和23日在0.2~0.3之间,4月3日和23日在0.3~0.4之间,7月3日超过了0.5,部分天数的比值较高,说明用能管理还存在一定问题。
综上所述,说明办公建筑A照明插座用电存在的主要问题是照明灯具本身能耗较大,加之照明插座用能方面存在较大的节能潜力。
1.4 特殊用电
通过对办公建筑A和办公建筑B特殊用电各分项单位面积耗电量的比较,从表6中可以看出办公建筑A单位面积特殊用电的耗电量是办公建筑B的3倍左右,然而在原始数据中办公建筑B厨房餐厅的耗电量是办公建筑A的1.4倍左右,办公建筑B建筑面积是办公建筑A的3.5倍,因此办公建筑A单位面积能耗大的主要原因是建筑面积小,导致分摊到单位面积的能耗大。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
表6 单位面积特殊用电比较(单位:kWh/m2
Table 6 Compared with the special power consumption of per unit area
  办公建筑A 办公建筑B
  特殊总
用电
开水炉 厨房
餐厅
特殊总
用电
特殊
用电
信息
中心
厨房
餐厅
1月 2.06498 0.70033 1.36468 1.67764 0.00518 1.22224 0.45948
2月 1.84547 0.57915 1.26632 0.47152 0 0.13330 0.33822
3月 1.87536 0.63874 1.23662 0.57257 0 0.15066 0.42191
4月 1.45677 0.57080 0.88597 0.56727 0 0.14591 0.42136
5月 1.39994 0.51644 0.88350 0.54688 0 0.14963 0.39725
6月 1.23697 0.39625 0.84072 0.51862 0 0.14020 0.37841
表7 办公建筑A非工作与工作时段特殊用电情况(单位:kWh)
Table 7 Working and non-working time the special power consumption of government office building A
  时间 特殊总用电 开水炉 厨房餐厅
1月3日 8:00-17:00 136.57 37.52 99.05
非工作时段 40.61 13.01 27.60
1月23日 8:00-17:00 176.08 52.04 124.04
非工作时段 66.80 30.20 36.60
4月3日 8:00-17:00 114.37 42.21 72.16
非工作时段 56.51 30.11 26.40
4月23日 8:00-17:00 121.42 39.93 81.49
非工作时段 56.38 25.98 30.40
7月3日 8:00-17:00 64.36 11.56 52.80
非工作时段 41.79 18.58 23.21
同时,对办公建筑A非工作与工作时段特殊用电做了分析,如图7所示。1月3日和23日在0.3~0.4之间,4月3日和23日在0.4~0.5之间,7月3日超过了0.6。部分天数的比值较高,说明办公建筑A特殊用电的用能管理还存在一定问题。更深入分析,如表7所示开水炉在非工作时段耗电量在13~30kWh左右,为常态现象,完全可以加强管理,在下班时刻及时关闭开水炉,在上班前开启开水炉,减少浪费。照此类推,全年以300个工作日进行估算,可节省耗电量达3900~9000kWh左右。或者可以采用定时器定时开关的方式,或者加强物业管理,可以达到以上节能量。
综上所述,办公建筑A单位面积特殊用电量高的主要原因是建筑面积小,导致分摊到单位面积上的能耗大。另外,办公建筑A特殊用电的用能管理也存在一定的节能潜力。
1.5 节能改造及管理建议
通过对办公建筑A在2014年度上半年建筑能耗分析可知全年建筑单位面积用电约为79.4kWh/(m2·a),低于相同气候区上海市的上海市地方标准《市级机关办公建筑合理用能指南》(DB31/T 550—2011)规定的单位面积年电耗参考指标90kWh/(m2·a)。同时提出以下节能改造及管理建议:
(1)空调用电:第一,理论上来说优先使用高能效比的污水源热泵系统;第二,建议更换污水源热泵污水侧水泵;第三,建议变频改造用户侧水泵;第四,定期清洗风机盘管及过滤网。
(2)照明插座用电:更换现有照明灯具为T5灯具及电子整流器或更换为LED灯具;加强非工作时段的用能管理,减少不必要的待机用电。
(3)特殊用电:对开水炉采用定时器定时开关的方式,或加强物业管理在下班时刻及时关闭开水炉,在上班前开启开水炉,以减少浪费。
2 结论
研究表明,利用分项计量的能耗数据进行问题诊断和节能管理是推动公共建筑节能的有效途径。并总结出以下经验:第一,科学精准的能耗监测数据是节能诊断的基础;第二,分项用能诊断时应结合实际情况,考虑建筑面积、人员密度等因素对各分项能耗的影响,充分发挥能耗数据监测对建筑节能的作用。
参考文献
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[2]  蔡婉婷. 湖南省政府机关办公建筑能耗现状分析与用能定额研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2011: 4.
[3]  陈海波, 王凡. 基于能耗分项计量数据的大型公建节能诊断方法及典型案例[J]. 建筑科学, 2011, 27(4): 23-26.
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[5]  王晓东, 赵力, 李育红. 污水源热泵制热工况的实际运行特性分析[J]. 暖通空调, 2008, 38(1): 99-102.