289天津市某大型商场建筑用能现况与节能改造途径的探讨

天津市某大型商场建筑用能现状与节能改造途径的探讨天津城市建设学院王晓璇张志刚殷洪亮摘要本文从统计数据和实测结果出发，总结天津市某大型商场建筑的能耗现状及用能特点；根据检测中发现的问题，探讨了相应的节能改造途径。关键词大型公共建筑商场能耗现状节能途径ThepresentstatusofenergyconsumedandthediscussionontheapproachofenergysavingononelargemarketplaceinTianjinDepartmentofenergyandmechanicalengineeringWangxiao-xuanZhangzhi-gangYinhong-liangAbstract:AccordingtotheStatdataandthepracticeresult,thepapersummedupthepresentstatusofenergyconsumedononelargemarketplaceanditscharacteristicofenergyconsumed;basingonthediscoveredprobleminexaminingandmeasuring,thewriterdiscussedtheapproachofenergysaving.Keywords:Largepublicbuildings;marketplace;theactualityofenergyconsumed;theapproachofenergysaving大型商场属公共建筑中的一种，它的特点是建筑面积大、客流密度高、各种照明电器密度高以及中央空调系统运行时间长（一般每天12个小时以上以及全年基本没有节假日），因此，与政府办公建筑、宾馆饭店、办公写字楼、综合性商务楼等大型公共建筑相比，大型商场单位面积耗电密度高、全年总耗电量大，具有巨大的节能潜力[1]。本文通过对天津某大型商场的调研和实地检测，分析了该建筑的用能特点，并探讨了节能改造措施。1商场概况1.1建筑概况该大型百货商场建于1998年，位于最繁华的商业地段，日平均客流量约为18800人次。建筑物朝向东南，建筑总面积45349平方米，属砖混结构，地下一层，地上九层。墙体厚度240mm无外保温，屋面为平行现浇混凝土屋顶，外窗为单层钢窗，为了美观该商场建筑还采用了大量的玻璃幕墙。地下一层为制冷机房、水泵间和空调机房，另外在各楼层也设有设备间，楼顶设有水箱、冷却塔、排风机等设备。冬季采暖为市政管网集中供热，采暖系统形式为双管上供上回式。夏季制冷采用三台约克水冷离心式冷水机组（两用一备），额定制冷量为2637kW，功率为430kW。与制冷机配套使用的有4台冷冻水循环泵（三用一备）和4台冷却水循环泵（三用一备），均为SB-X型卧式单级双吸离心泵，额定流量为625m3/h，额定扬程33mH2O，额定功率为75kW，无变频。制冷系统形式为全空气空调系统，共选用YX型组合式空调器13台，其中一台YX-10型组合式空调器位于地下室，向地下一层供冷，其额定风量为100000m3/h,功率为37kW，其它空调器均为YX-8型，额定风量为80000m3/h,功率为37kW，分布于各楼层中。2单位面积电耗根据现场调研和实地检测得出该商场近三年的年单位面积电耗如图1所示；根据数据统计年单位面积平均电耗为172kWh，年单位面积的平均费用为152元；根据消费帐单统计该商场每年的能源消耗费用近千万元，其中电力消耗最多（一般在700万元/年左右），因此采用适当的方法节能降耗，不仅可以节约大量能源，缓解用能压力，而且可降低商场经营成本。3分项电耗分析对于商场来讲，空调系统和照明系统是其能源消耗比重最大的两部分（如图4）。通过调研和实测得到该大型商场的各用电设备系统耗电量的份额如图2所示。其中照明系统和空调系统耗能最大。商场照明与其他类型建筑照明有所不同，它包括商场室内照明，柜台照明，夜晚景观照明，照度大且持续时间长。该商场的四周货架基本阻挡了自然光的进入，无法利用自然光，室内照明虽然采用节能灯具，但是耗电量仍然很大。年单位面积平均电耗169172176164166168170172174176178200420052006年份(kWh/m2)各系统耗电量百分比35%38%15%12%空调系统照明系统其他系统电梯系统图1年单位面积电耗图2各系统耗电量百分比商场空调系统的冷负荷主要来源于三方面：围护结构冷负荷、照明负荷和人体负荷。该商场建筑的围护结构采用了玻璃幕墙，如东南面墙的窗墙比高达0.6，同时外墙和屋顶无外保温，这样通过围护结构进入室内的冷负荷十分巨大；其次由于商品展示等要求，室内照明及商品照明负荷大，而且持续时间长，使照明负荷相对其它建筑要大；此外，商场人员密集，来自人体的全热负荷成为商场空调系统负荷的一个很重要部分。商场建筑的热湿负荷密度大，导致商场空调系统夏季开始运行日期相对于其他建筑空调要提前，一般从5月到10月份，其中一年中最热的7、8月份电耗最大（如图3），因此空调系统能耗比重较大。4检测中发现的问题在对该大型商场的实地检测中，发现很多问题，这些问题同样普遍存在于其他大型公共建筑中，其中主要问题如下：1．空调制冷系统在满负荷情况下运行只占20-30%，在70-80%的时间是在部分负荷下运行的。当室外温度和湿度都较高时，运行一台冷水机组就能满足商场温度和湿度的要求，而商场有三台同样大小的冷水机组，有两台长期处于停机状态，因此冷水机组选择过大，造成一定的资源浪费。2．该建筑围护结构无外保温，其保温隔热性能有待进一步提高。3．在对商场各层排风口温度和湿度的检测中发现排风温度较低，一般在27℃左右，排风带走的冷量损失较大。4．冷却塔污垢较多，没有及时清理，对冷却效果造成一定影响。5．该空调系统新风利用不合理，运行时没有根据室外气象的变化而进行相应地运行调节。6．在对商场各层送回风口温度的检测中，发现有的送风口温度偏高，有的噪声很大，商场中出现了各功能区温度分布不均的现象，原因是送风口空气流动不畅通，管理人员没有对风系统做定期的检修。7．某些柜台为了达到视觉效果增加了很多照度极高的灯具，这样就造成了室内照明强度和功耗密度的增加，照明负荷也相应的增加。5节能改造措施的探讨①建筑围护结构的保温隔热据有关资料介绍,在其他工况不变的条件下,围护结构的传热系数每增加1W/m2·K,空调系统设计06年空调耗电量010203040506070万千瓦时5月6月7月8月9月10月耗能量（标准煤/吨）空调931其它406电梯315照明1032.5空调系统照明系统电梯系统其它系统图306年5~10月份各月的空调耗电量图406年各系统能耗量计算负荷增加近30%，因此增强围护结构的保温隔热性能是最直接有效降低建筑物能耗的方法。由于原建筑无外保温，可以采用目前保温隔热性能较好的硬泡聚氨酯做外挂保温层，来增强外围护结构的保温性能。墙体保温的具体做法是底层先用粘结胶浆处理，中层为35mm厚硬泡聚氨酯复合板，面层加玻纤网格布增强。屋顶保温的具体做法是底层和中层同墙体的做法，面层采用70mm厚白灰礁渣加60mm厚水泥砂浆，再加防水层。外门窗的绝热性是围护结构中最为薄弱的环节。根据调查资料，以北京地区为例，围护结构各部分的传热量所占的比例为：外墙41%，外窗41.7%，屋顶9.0%，其他8.3%。可见外窗是影响室内热环境和建筑节能的主要因素之一，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节[2]。对玻璃幕墙的改造可以采用隐框双层玻璃幕墙，对外窗可以用间隔层距离12mm的PVC塑料中空玻璃平开窗。按此方案改造可以看出现有围护结构与预期改造方案中传热系数的变化，以及预期所能节省的电费（如表1中所示）。表1现有围护结构性能与预期改造方案对比项目结构现有围护结构传热系数W/（m2·k）预期方案传热系数W/（m2·k）冷负荷预期减少量（W/年）预期节省的电费（元/年）外墙2.080.5508718428497玻璃幕墙6.43.7窗4.72.8屋面2.080.5②回收冷量在实测数据中发现排风温度较低，如果把冷量就此排走会损失冷量，增加系统能耗，如制冷时若室内设计温度为26℃,送风温度为22℃，室外温度为34℃,则将27℃的气体排入大气会造成能量损失，经计算屋顶排风机每台每小时带走的冷量约为42.3kW而屋顶有八台同样大小的排风机，一般运行4~6台，可见损失的冷量很大。因此可采用热回收交换设备使新风在被处理前与排气进行热交换,新风温度便有所降低,就可减少新风机组的负荷,降低能耗。③合理利用新风新风负荷一般占空调负荷的20%~30%，比例很大，因此在满足卫生条件下，合理的利用新风对建筑节能很重要。如在冬夏季尽量减少新风量，而在过渡季节，尽量较多采用新风甚至采用全新风在适当时间对室内空气进行预冷或预热。④增加自控装置调研中发现目前空调系统的自控系统很差，如果对自控系统进行改进，也可以节约大量能源，具体可在如下方面进行改进：(1)送风机与新、回风电动阀联锁运行，当送风机根据冷负荷的变化而变频运行时可以联动调节新回风的混合比；(2)停机时回风阀全开，新风阀全关，以避免停机时夏季室外热空气继续进入室内而造成冷量损失；(3)据实际冷热负荷控制冷水机组及水泵的运行台数,以达到节能效果；(4)风机与冷冻水阀联锁,风机停时,冷冻水阀自动关闭；(5)通过时间程序对空调机进行定时启停,时间预定可长达一年；(6)可以根据现场的具体情况和用户的要求,对这些程序中的参数及连锁点进行修改和设定；(7)根据室内设定温度控制回风和新风的比例，调节合适的新风阀和回风阀开度,以保证在四季能提供足够的新风量,而在新风温度接近室内温度设定时,尽量引入新风,使其达到节能之功效；(8)在组合式空调机组的回风总管和新风机组送风总管上分设温度传感器，也就是使过滤后的混合风温度保持在新风温度与回风温度的某一加权平均值，其所测风温与设定值比较后输出电信号，调整回水管比例积分电动调节阀的开度，调节水流量，保证回风温度在设定的波动范围内。⑤定期的检查和检修在对商场各层送回风口温度的检测中（如图5），发现有的送回风口温度偏高，有的噪声很大，商场中出现了各功能区温度分布不均的现象，原因是送回风口空气流动不畅通，所以管理人员对风系统和水系统的定期检修很重要。因为管路系统中的水或空气都是携带冷量或热量的介质，它们从系统中泄露就直接造成了能量的损失，经常对管道设备进行检查并采取相应的措施是很有必要的。在一些保温管道表面，如果泄露的水打湿了保温材料，就会大大降低保温性能，造成能量损失。同样换热设备的结垢也会造成设备性能的下降，因此，需要对水进行必要的处理和对水系统进行合理的清洗。当风系统过滤器上截留的杂物过多时，阻力升高，导致风机压力上升、能耗增加，并且增加了漏风的可能性，应时常对其进行清洗或更换。各检测点送回风口温度0510152025303513579111315检测点摄氏度送风温度回风温度图5各检测点送回风口温度6结论①本文通过对某大型商场详细的调研和检测，得出商场类建筑的能耗主要在于照明系统能耗和空调系统能耗，由于商场需要较长时间的照明，照明用电量很大，虽然已经大量应用节能灯具，但是耗电量仍然很大，因此在今后新建建筑中可以考虑充分利用自然光来降低电耗。②改造围护结构的保温隔热性，能大大降低冷负荷，从而降低空调系统能耗，降低电力费用。③空调系统是商场节能的重点，主要的节能策略是增加热回收装置来回收冷量，充分利用新风进行预冷或预热，增加自动控制系统使系统更合理运行，加强系统管理，定期检修。参考文献[1]薛志峰．大型公共建筑节能研究（博士学位论文）[D]．北京：清华大学，2005．[2]周辉,林海燕．北方供暖地区既有居住建筑节能改造技术支撑[J]．暖通空调,2007(37)9:9-13．