我国商业建筑能耗调研及节能改造方法研究报告.docx

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我国商业建筑能耗调研及节能改造方法研究报告

我国商业建筑能耗调研及节能改造方法研究

ResearchontheEnergyConsumptionSurveyandEnergy-savingReconstructionMethodofmercialBuildingsinChina

林波荣阿祺（LinBorong,LiuAqi）

摘要：

基于对我国不同城市的一批商业建筑能耗的调查测试研究，揭示了商业建筑的能耗特点，并给出了包括办公楼、酒店、商场等各类建筑的具体能耗数值和各项比重，总结分析了商业建筑各用能环节各自存在的问题，为既有商业节能改造提供了参考。

最后，系统总结了成体系的既有商业建筑节能改造技术方法。

关键字：

商业建筑能耗建筑节能改造方法

Abstract:

BasedontheinspectionandtestingresearchesonenergyconsumptionofabatchofmercialbuildingsindifferentcitiesinChina,thisthesisrevealstheenergyconsumptioncharacteristicsofmercialbuildings,givesthespecificenergyconsumptionvaluesandthevariousproportionsofofficebuildings,hotels,shoppingmallsandetc.,summarizestheproblemsofenergyconsumptionineverylinkofmercialbuildings,andprovidesareferenceforexistingenergy-savingandreconstructionofmercialbuildings.Then,thethesissummarizesthesystematicenergy-savingtechniquesofmercialbuildings.

Keywords:

mercialbuildings,energyconsumption,energy-savingbuilding,modificationmethods

一、背景

大型商业建筑节能是我国建筑节能的重点领域。

以市为例，现有500多幢大型公共建筑，虽然数量上仅占全市总建筑面积的5.4%，但用电量已和全市所有住宅的用电量相当[1]。

对全国而言，分布在（BJ）、（SH）、（GZ）、（SZ）等主要大城市的大型公共建筑总量约为5亿m2，消耗民用建筑总用电量的30%以上。

目前我国公共建筑节能的形势非常严峻。

这主要表现在一方面，新建公建型公建比例的不断提高，档次越来越高（如各地政府大楼，高档文化设施，高档交通设施和高档写字楼等）。

兴建千奇百怪、能耗巨大的大型公建成为某种体现经济发展水平的“标签”。

另一方面，既有公共建筑相继大修改造，由普通公建升级为大型公建，导致能耗大幅度升高。

大型公共建筑往往与“三十年不落后”、“与国际接轨”等发展理念相挂钩。

这就导致“长尾”分布中高能耗的建筑数量越来越多，峰值迅速增大。

本文研究的试点城市多数为省会城市，是我国二线城市的代表。

当前，这些城市的建筑能耗水平与一线城市还有一定差距，但随着经济社会的发展，二线城市的建筑能耗还会有很大的提升空间，如果不对大型公建能耗加以控制，这些城市势必会达到甚至超过一线城市当前的能耗水平。

本文通过对我国除了、之外的二线城市的一批商业建筑能耗的调查研究，在此基础上，结合清华大学建筑节能研究中心近年来的研究成果以及一些公开发表的国各城市建筑能耗调研数据，总结得到各类商业建筑的能耗特点和具体数值，并对影响商业建筑能耗的影响因素进行了分析。

最后，从具体的案例出发，给出了成体系的既有商业建筑节能改造技术方法，以期望供工程实践及科研参考。

二、商业建筑能耗特点比较分析

论文涉及（CD）、（CQ）、（FZ）和（WH）等地商业建筑能耗调查数据，调查数据主要包括建筑基本信息和建筑能源信息两大类，建筑基本信息包括建筑年代、建筑面积、空调方式、人员等；建筑能源信息又可进一步分为能源结构和能源数据。

1.商业办公楼

不同城市商业办公楼的建筑面积及空调方式数据如图1-2所示，能耗数据比较结果如图3所示。

就平均能耗而言，CD市相对较低，CQ和FZ水平相近，SZ市最高；从能耗围来看，CD和SZ的能耗围较小，说明其平均能耗能够较好地代表该城市该类建筑的能耗水平，CQ能耗围变化较大，说明CQ市的商业办公楼能耗波动的确较大。

图3、4为能耗对比。

从平均能耗来看，CD市采用两种空调方式的能耗水平相近，而CQ和SZ的两类建筑平均能能耗有明显差别；CQ和SZ采用分体空调的建筑样本都比较少，所以其能耗围变化较大。

图1各城市商业办公建筑面积比较图2各城市空调方式比较

图3各城市商业办公楼能耗强度EUI对比图4不同空调方式能耗强度对比

图5为典型商业办公楼各项能耗的具体分配情况。

可以看出，电梯能耗大概在3-5kWh/m2年（约3%），办公设备能耗约25kWh/m2年（约20%），照明能耗在35kWh/m2年（约30%），空调在45kWh/m2年（约40%）。

图5某典型办公楼各分项耗电量及比重

2酒店建筑

图6-7为四个城市酒店建筑的基本信息对比，包括样本数量、建筑面积和空调方式。

酒店建筑的能源结构有一定的特殊性。

由于酒店要提供全年24小时的生活热水以及炊事的需求，其燃气、燃油等非典能源的消费水平要远高于其他类型的建筑。

CD市的酒店中，有85%的建筑使用了天然气，而其他类型公共建筑的这一比例分别为：

政府办公建筑32%，商业办公楼31%，商场36%；CQ市酒店统计了天然气消耗量的酒店建筑站酒店总数的57%（12/21），而其他类型建筑基本未统计天然气消耗量；SZ市酒店建筑中，有78%的建筑使用了柴油、天然气、石油气三种能源中的一种、两种或三种，而其他类型公共建筑的这一比例分别为：

政府办公建筑30%，商业办公楼20%，商场33%。

非电类能源主要满足酒店建筑的热需求即生活热水以及炊事等，所以对于酒店类建筑应当同时分析耗电量和耗热量。

图6各城市酒店建筑面积比较

图7各城市酒店空调方式比较

首先分析耗电量。

图8为各城市酒店类建筑能耗强度的比较。

从平均能耗来看，CD和CQ能耗较低，且处在同一能耗水平，基本在70-80kWh/m2年。

SZ能耗水平最高，约为150kWh/m2年，FZ居中。

各城市酒店建筑的能耗围都比较小，数据可靠性较高。

图8各城市酒店建筑能耗强度EUI对比图9各城市酒店建筑耗热量比较

再来看耗热量，分析耗热量时，将不同类型的能源按照相应的低位发热量折算为MJ单位，以耗热量强度MJ/m2.a作为评价指标。

图9为各城市酒店建筑耗热量指标的比较。

CD市的耗热量最高，而CD市的电耗强度是最低的，这说明了对于酒店建筑不能够单纯分析电耗。

SZ市的耗电量是最高，耗热量也比较高。

图10为典型酒店建筑各项能耗的具体分配情况。

可以看出，电梯能耗大概在10kWh/m2年（约10%），给排水能耗约20kWh/m2年（约17%），照明能耗约30kWh/m2年（约25%），空调能耗约50kWh/m2年（约44%）。

图10某典型星级酒店各设备分项耗电量及比例

3商场建筑

商场类建筑的能耗的基本特点，一是客流密度大，各种照明、电器密度高，导致室发热量大；二是大型商场体量大导致中央空调系统能量传输距离长、并且多采用全空气系统；三是运行时间长，一般每天运行12个小时以上、不分工作日、休息日。

因此，大型商场与其他大型公共建筑或中小型商场相比，单位面积耗电密度高、全年总耗电量大，冬季采暖耗热量很小。

图11-12为各城市商场基本信息比较。

各城市统计的商场样本数量差别较大，FZ市较少，只有7个样本，而CD市则接近80个；从空调方式来看，只有CD市有部分商场采用了分体空调方式，CQ和SZ所统计的大型商场建筑均采用集中式空调系统，且风机盘管加新风系统和全空气系统的比例相似。

图11各城市商场建筑面积比较

图12筛选后空调方式比较

图13-14为各城市商场类建筑的能耗对比。

CQ和SZ的商场能耗水平最高，能耗强度超过了200kWh/m2.a，CD市的能耗水平最低，只有CQ和SZ的一半，FZ由于样本数量较少，能耗分布围较大。

此外，比较不同面积围与不同类型空调方式的商场能耗可见，CD市的大型商场建筑（2万m2以上）能耗与整体平均值基本相同；空调方式对于CD市商场能耗的影响不大。

图13各城市商场建筑能耗对比图14不同面积围商场建筑能耗对比

对比其他各类型公共建筑，各城市中商场建筑的能耗水平都是最高的。

图15为典型商场各项能耗的具体分配情况。

可以看出，电梯能耗大概在20kWh/m2年（约10%），照明在80kWh/m2年（约40%），空调在180kWh/m2年，约50%。

图15某典型商场各设备分项耗电量及比重

经研究发现，与办公建筑相比，商场建筑能耗有以下特点：

●照明电耗较高，这一方面是由于商场建筑绝大部分是区需要人工照明，另一方面则是照度普遍偏高，以较高的照度、合适的色温来展示商品、吸引顾客，照明设备单位面积功率较高。

另外，商场的照明设备难以实现“部分空间、部分时间”开启，只要是在营业时间，照明基本全部开启，否则可能影响销售，因此照明设备开启时间长。

降低商场照明电耗的途径，一是选用更高效的节能灯具，二是在公共走廊等区域可以适当采用自然采光以减少人工照明。

●空调风机能耗普遍较大。

这主要是由于商场空间开阔，多采用全空气系统，甚至绝大部分全空气系统为定风量系统，风系统输送系数较低，而商场建筑室发热量大、需冷量也大，因此空调箱风机电耗是商场建筑空调系统中最重要的部分，也是节能潜力最大的部分。

最直接的途径就是空调箱风机变频，在部分负荷情况下调低风机转速，风量随频率线性下降，风机功率则随频率的三次方下降，节能效果巨大。

此外就是在相对独立分隔的商户区应用风机盘管系统、在共同区域应用全空气系统，这样商户可以自行决定风机盘管的开启，也减少了全空气系统的比例。

●商场建筑室发热量大，理应能充分利用自然通风降温，减少空调箱风机和其他空调系统设备的开启时间。

但现在的商场建筑设计，大多难以实现自然通风；若依靠新风机提供大量新风，则风机电耗巨大。

因此，如何通过建筑设计使得商场建筑获得充分的自然通风，对于节能非常重要，因为良好的自然通风可以极减少空调系统设备的开启时间。

●超市类商场建筑的生鲜冷冻设备电耗巨大，应作为特定功能用电设备单独计量，并通过专门的技术降低其电耗。

4国商业建筑能耗横向比较研究

图13是国各城市商业办公楼能耗强度的对比，本文研究的城市如红色数据系列所示。

可见，（SZ）与（BJ）、（SH）等一线城市构成了商业办公楼能耗的第一梯队，能耗接近或超过100kWh/m2.a；其它城市组成了能耗的第二梯队，能耗强度在70kWh/m2.a左右。

可以推断，随着经济水平的提高，试点城市的能耗会向着第一梯队的能耗水平发展。

图13国各城市商业办公楼能耗强度EUI比较

图14是国各城市商场建筑能耗强度的对比。

可见，商场建筑能耗差别比较大。

BJ、SH、SZ等一线城市与CQ、DL、WH等二线城市商场能耗水平相近，远高于CD、FZ。

商场能耗从一定程度上反映了该城市人们的生活水平和消费水平，也就是说，我国有些二线城市居民的购买力与一线城市相当。

图14国各城市商场建筑能耗强度EUI比较

如前所述，酒店能耗中耗热量占相当大的比例，对于耗电量和耗热量的折算，各城市没有统一的标准，文献中也缺少相关说明，故本报告中未进行国各城市的对比研究。

总结我国商业建筑能耗，具有以下特点：

（1）同类型建筑物之间存在1.5或2倍以上的较大差异；

（2）采暖能耗（热耗）相对很低，电是能耗的主要部分；单位建筑面积能耗指标高，耗电量在100～300kWh/m2.a；

（3）空调系统、照明是电耗的两个主要组成部分，累计在65%-70%以上；空调系统的风机水泵耗电量偏高，在比重上甚至超过冷冻机。

三、我国商业建筑节能改造方案分析

目前针对公共建筑能耗的关键政策簇主要包括：

新建建筑节能、既有建筑改造、运行管理、节能产品推广、可再生能源利用、以及合同能源管理等六类。

从政策的集中度来看，严抓新建建筑标准落实、与不断深入开展公共建筑节能改造，一直是中国公共建筑节能政策体系的两大基石；另一方面，针对运行管理方面的政策管理措施是最多的，这说明，随着对于公共建筑用能特性了解的不断深入，人们对运行管理在公共建筑用能中的重要地位的认识越来越明确。

此外，对公共建筑的用能设备、技术与服务体系的相关政策也不断增加。

对新建商业建筑节能而言，应该实行以用能总量控制为目标的全过程管理，发展和推广先进的创新技术，包括：

●辐射式末端，包括地板辐射、天花辐射、以及辐射式办公室工位隔断挡板。

利用辐射方式可以直接吸收各种进入该表面的热源，从而实现低温（25～30℃）供热和高温（18～20℃）供冷，极适宜各类可再生自然能源的应用和各种热泵的应用。

采用辐射末端，既可以大幅度降低冷热源品位，又可以直接利用水循环输配热量，大大降低输配系统的能耗。

●干式可变送风方式显热末端。

同样以接近室温状态的冷水或热水作为冷媒，吸收或向室提供显热。

只有当房间温度进一步升高后才通入18～20℃的冷水维持室热状态。

这种方式打破了传统的空调理念，尽可能营造接近自然的室环境，改善室健康水平，同时大幅度降低能耗。

●温度湿度独立控制系统。

把室外空气处理到温度接近室温、湿度低于室的状态，以正比于室人数的风量送入室，吸收室产湿，排除人员造成的CO2等污染，维持室空气质量，实现室的湿度控制。

同时通过辐射或干式送风末端依靠低品位冷热源控制室温度环境，实现室温度湿度和空气质量的全面调控，但又可以尽可能利用室外空气、地下蓄能等可再生自然能源；同时由于通过水循环替代空气循环输送热量，使系统输配能耗大幅度降低。

在一些示性和实验性系统中，这种方式比常规系统降低了50％以上的能耗。

目前这种新方式引起了国外业的广泛关注。

对于既有商业建筑节能，应该推广合同能源管理制度；实行用能定额管理，梯级电价。

此外，在实践过程中，可以通过对外围护结构、新风供应、照明系统、空调冷热源和输配系统、通风系统以及各类用电设备、供配电系统的现场测试、分析然后判断并解决问题，实现对既有商业建筑由工程实施阶段和运行维护过程中的各类问题的解决方案。

研究表明[1,4-5]，举例而言，商业建筑部发热量大，夏季由于围护结构传热导致的冷负荷很少，而冬季有些商场还需要送冷风，仅需很少的热量用于加热新风。

因此大型公共建筑围护结构要注意的主要问题之一是避免采用热工性能较差的全玻璃幕墙，另外则是如下实例中避免不合理的保温方式。

此外，由于新风处理需要较大的冷量和热量，运行维护人员通常不会主动增加新风，有些大楼为了节能甚至将新风关死，因此对大型公共建筑，目前主要的问题是一些难以被发现的无组织新风和不合理的新风使用导致的能耗增加。

相反，有一些大楼通过春秋季引入新风实现了较好的节能效果。

此外，商业建筑冷热源的主要问题有系统方式不合理、冷冻机选型偏大、运行维护不当三个问题。

由水泵和空调箱风机组成的输配系统，尽管装机功率比冷冻机低，但由于运行时间长、控制调节效果差，电耗往往比冷机还高，是测试过程中发现问题最多的环节。

概括来讲，主要有选型偏大导致偏离高效工况点、管路设计和阀门设置不当、控制调节效果差三类问题。

照明用电在商场和写字楼的总用电量中都占有较大的比重，测试过程中发现照明用电的浪费现象主要体现在较为普遍的“白天开灯”现象以及低效光源和灯具的使用。

除空调系统和照明用电存在较大的节能潜力外，大型公共建筑中还有一些使用者和管理者没有意识到的浪费现象，比如厨房、洗衣机房和电开水器的用电不合理以及一些设备的待机能耗偏高。

四、总结与展望

商业建筑的节能工作在我国才刚刚开展，本文属于抛砖引玉，诸多问题亟待深入研究。

本文通过大量的能耗调查数据和统计分析结果，揭示了商业建筑的能耗特点，并给出了各类建筑的具体能耗数值和各项比重，为今后的相关研究提供了扎实的基础。

此外，总结分析了商业建筑各用能环节各自存在的问题，并给出了具体的节能改造方案建议。

展望未来，我们认为，一方面，我国商业建筑能耗调查和现场测试是一项应长期坚持的工作。

相信随着样本数量的增加，可得到比更为细致深入的分析结果和更好的节能改造方案。

另外，既有建筑的节能改造，必须基于详细的现场测试和能耗分项拆分研究，这里面没有统治百病的技术产品。

而且，这些能耗计量拆分和研究工作需要作为一项常年开展的工作延续下去。

参考文献：

1、江亿薛志峰.市建筑用能现状与节能潜力分析.暖通空调，2005

2、大型公共建筑和政府办公建筑能耗调查数据分析报告，美国能源基金会（EF）报告，2010年3月

3、江亿.我国建筑节能的实现途径.暖通空调，2005，35（5）：

30～40

4、清华大学建筑节能研究中心，中国建筑节能年度发展研究报告2010，，，2010

5、薛志峰，大型公共建筑节能研究，清华大学博士论文，2005年10月