097大型公共办公建筑节能案例分析

大型公共办公建筑节能案例分析天津大学刘魁星田喆朱能摘要办公建筑节能在大型公共建筑节能中占有重要地位，本文通过对天津某大型公共建筑进行实地的建筑节能调研和测试，对目前办公建筑中存在的不节能现象和问题进行剖析，找到办公建筑节能的薄弱环节并进行分析指正。关键词建筑节能办公建筑楼宇风平衡空调系统1引言大型公共建筑是指单体建筑面积2万平方米以上并且使用中央空调系统的公共建筑，这类建筑面积较大，空调系统复杂，能耗较高。单位面积耗电量是普通公共建筑的4~6倍、住宅的10~15倍。测试数据和改造经验表明大型公共建筑普遍存在30%以上的节能潜力[1]。而在大型公共建筑中，办公建筑是比较复杂而又特点鲜明的一类。图1政府办公楼分项能耗及比重如图1[1]，在办公建筑能耗中，照明和办公设备能耗在总能耗中占有的比例值得重视。空调系统同样是办公建筑能耗的主要部分。空调系统运行时间固定，系统并不复杂，但是运行能耗却普遍偏高。这与办公建筑的能耗分项计量不全或起不到作用有一定关系。在大型公共办公建筑中，照明插座和空调系统能耗是最主要的两大方面，也是节能的重点所在。2案例分析为了实际的了解大型公共办公建筑的用能情况，针对性的提出节能建议，笔者对天津某大型公共建筑进行了冬季建筑节能调研和测试。该建筑于1999年建成并投入使用，占地面积60000m2，分为A、B、C、D四个区，地下一层设停车场和空调机房，A区和B区地上6层，C区地上15层，D区为大厅。在进行建筑节能工作之前，首先对此建筑建立了详细分项能耗计量监测系统，方便对其能耗进行分析和发现问题。建筑节能的调研和测试整体工作分为空调部分和建筑照明部分进行。为了对冬季建筑空调进行全面的分析，笔者进行了楼宇风平衡、建筑热环境、水系统和风系统等四项测试，以下所有数据均为冬季工况。2.1楼宇风平衡首先分析调查建筑的整体风量平衡情况，对各区连接位置、各区与外界（包括电梯井、管道井）以及各区办公区与楼梯间的压差进行测试。图2楼宇空气流动示意图表1各区外窗相对大气压差由图2和表1可以看出本建筑底层室内空气压力值小于室外空气压力，形成冷风渗透，建筑高层室内压力大于室外压力，室内热空气会渗出室外。建筑室内与室外压力相等的层数在四层与五层之间。总体流向为冷风从一层各入口向楼内各区侵入，室内空气由D区流向ABC区，其中进入C区2层的风量最大，其中在四五层，AB区也会通过走道流向C区，最后在C区顶层汇聚，通过楼梯间、电梯间和办公区的缝隙流向室外。在建筑地下一层各区电梯厅前室门存在较大压差，在-31.64Pa至-11.16Pa之间，电梯厅前室门处具有很大的冷风渗透及侵入量。而且在A区、B区3至5层有比较明显的烟囱效应。进一步进行风量平衡分析，计算各风量（机组新风量；室外侵入风量；室外静渗透风量）占总风量的比值。在风机频率和风阀开度不发生改变的前提下对所有的13台空气处理机组，8台新风机组，4台排风机组的新风量和排风量进行测试。同时，对由门和窗进入或排出的无组织风量也进行测试。结果如表2所示表2楼宇风量平衡测试汇总进风量(m3/h)机组新风量105235.4冷风侵入量44386.8总计149622排风量(m3/h)机组排风量163013.1各区开窗排风量8242.3总计171255冷风渗透量=总排风量-总进风量=171255-149622=21633m3/h。冷风侵入和渗透量总和占到了楼宇总循环风量的38.55%，这部分空气经过机组加热后又排出建筑，天津室外空调采暖计算温度取为-4℃；根据测试记录仪记录的建筑内温度，平均温度取值为22℃；全年采暖时长120天，采暖期休假50天；则计算室外无组织风量年总负荷为：（1）根据系统总换热效率计算表中数据计算蒸汽平均焓差值为2534.435kJ/kg，则每年由于无组织风量侵入消耗的蒸汽量为：（2）位置测点压力（Pa）A区外窗2层-7.53层-7.164层-15.015层4.06B区外窗3层-5.174层-4.695层4.4C区外窗5层12.496层8.1410层8.79这是一部分容易忽略的能源消耗，但是通过减少排风量，平开门改旋转门和控制开窗等简单措施就可以使整体能耗降低，值得我们的重视。2.2水系统测试该建筑热源采用热电公司的饱和蒸汽，经过板式换热器换热后分别为空调系统供热和供应生活热水。冷冻水系统为一次泵末端调节流量的闭式系统。生活热水供应系统，分为高、低两区，分别使用高、低压换热器加热生活用水。通过对水系统各设备连续5天的持续测试，得到结果如下：表3水系统部分设备效率值时间1.131.141.151.161.17水泵运行效率η0.63540.54780.57140.5780.5656板换换热效率η0.770.9810.930.97ER0.02190.01350.01600.01650.0177从表3中可以看出本系统板式换热器的换热效率一直维持在较高水平，而水泵运行效率在55%以上。但是由计算结果可知水系统的能效比大于《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中的限值0.0057，主要原因是空调供回水温度差在5～8℃，低于设计值10℃，而且水泵运行效率略低，多数情况下都低于60%，这也造成了水系统运行不节能。图3蒸汽时均流量表由于办公建筑工作时间比较确定，晚上和节假日建筑使用率会大大降低。但是从图3我们可以发现白天和晚上的蒸汽消耗量并没有明显变化，这是因为此空调系统为定流量变温差的水系统，而温差缺少变化依据，仅靠运行人员凭经验调节蒸汽流量来实现。这种调节方式往往因为种种原因大大偏离实际需求，造成浪费。另外，由分水器将相同工况的热水供应不同的风系统（全空气和风机盘管）往往会造成部分末端过冷或过热的情况。2.3建筑热环境以A区二层、B区二层、C2区六层、C2区八层、C2区十层、B区四层作为典型测试区域，在测点位置布置温湿度自记仪，每隔15分钟自动记录一次测点的温湿度值；D区采用TSI测试各测点的温湿度。B区二层、C区六层、C区八层各测点平均温度分别为23.91℃、26.66℃、25.48℃表4B区4层内外区平均温度内区测点B404B405B406B407B40825.0724.5125.5225.5424.03外区测点B401B402B403B409单位22.622.8222.7722.36℃《公共建筑节能设计标准》中规定冬季采用空调采暖的一般房间室内设计温度不超过20℃，由此可见B区4层白天平均温度值远超过标准的规定值，内区高出标准值达5.54℃，外区普遍也高出标准值2~3℃；C2区室内温度高出标准值4.9~7.51℃，且各区室内相对湿度均小于15%，室内温度的普遍偏高不仅浪费了能源且给室内人员带来了极大的不舒适性。表5风机盘管开启情况区域立式盘管总数关闭盘管数量开启盘管数量百分比A3491471.43%A4321068.75%A5291162.07%B3491177.55%B4322425%B5291355.17%经过对A、B区各层风机盘管开启情况进行反复调研，如表5所示，我们发现风机盘管开启并不是很多，B区4层甚至只有25%，但是结合对温度的测试我们发现即使在这样的情况下，温度仍然高出设计标准值较多。可见，风机盘管系统整体供热量远大于需求，造成了大量的能源浪费。2.4风系统测试该建筑空调有一次回风系统和风机盘管加新风两种形式。A区一层和二层、B区一层和二层、C区一至四层及十四层外联廊采用一次回风变风量（VAV）空调系统形式；A区三至五层、B区三至五层、C区五至十二层采用风机盘管加新风的空调系统形式。选取典型机组测试如下：表6一次回风空调机组测试部分结果机组CK6AK1AK2DK1DK2热交换效率75.34%64.45%35.70%81.10%69%送风机效率53.30%72.50%回风机效率17.60%34.10%12.80%通过表6我们可以发现在热交换效率方面，AK2明显偏低，可能是由于表冷器表面污垢过多影响了换热效果，其余机组效率尚可，均大于等于65%。而回风机效率明显普遍偏低，根据调研结果，一次回风机组为双风机机组，但是回风阀开度普遍定于30%，采用这样简单的调节方式必然会影响机组的正常运行。在系统管道方面，DK1、DK2使用土建风道大大增加了管道的散热损失，DK2机组送风温度为39.8℃，此时其服务区域D区大堂所测送风口的送风温度分别为31.7℃、26.8℃，平均送风温度为29.25℃；则空调管道平均散热损失高达32.7%。而AK2空调管道平均散热损失只有7.3%。风机盘管的控制方面，用户根据需求自行控制，但无专人负责启停，因此导致大量风机盘管昼夜连续运行，造成了电能的浪费。通过统计A区3~5层、B区3~5层、C2区6层、C2区8层周末的风机盘管开启的数量，计算出风机盘管平均开启百分率为55.7%。建筑内风机盘管总数为597台，若每台风机盘管的电功率按80W计算，则每年采暖季由于晚上和周末盘管开启而浪费的电能为：（3）3总结通过深入实际的工作，我们发现大型公共建筑用能目前依然存在很多问题，节能工作大有可为，很有意义。但是同时建筑节能工作并没有形成一个有机整体，找到有效率的工作方法和手段仍然是亟待解决的问题。本论文受国家科技支撑计划《既有建筑综合改造技术集成示范工程》资助完成，课题编号2006BAJ03A10。参考文献[1]薛志峰.大型公共建筑节能研究[D].北京：清华大学，2005[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008