大型商场建筑能耗调查与研究

大型商场建筑能耗调查与研究摘要：本文通过对南通市商场建筑能耗进行调查和分析，总结了南通市大型商场这类建筑的能耗现状及用能特点。并针对南通市大型商场建筑耗能现状，分别从围护结构、系统运行管理和系统设计三个方面阐述了南通市大型商场建筑能耗偏高的主要原因。关键词：建筑能耗围护结构运行管理系统设计1概述随着南通市经济飞速发展，重庆公共建筑也保持了高速发展，而伴随着能源消耗与浪费问题也较为突出。在南通市既有公共建筑中，其中99％为高耗能建筑；在新建建筑中95％以上仍属于高耗能建筑。南通市公共建筑量大面广，建筑能耗惊人，如果不实施建筑节能，将对南通市的能源供应和环境保护造成巨大压力，并制约着南通市经济的发展。1.1调查组织安排为了促进南通市整个节能工作的开展，有效的分解“十一五”节能降耗20％这一指标，为南通市有效的开展既有建筑的改造做出基础工作，由南通市人大城环委牵头组织了此次对南通市现有公共建筑的能耗调查，并成立了专门的调查小组。调查对象以全市的大型公共建筑为主；调查人员由两个团队组成，一是能耗调查专家组，二是在校从事节能方面课题的博士生、高年级的硕士研究生；调查方式采取集中调查和重点调查相结合的方式进行。1.2南通市公共建筑能耗现状下图为宾馆、办公写字楼、文广、车站、医院和商场六类大型公共建筑2001～2006年耗电量密度变化曲线。2001～2006年各公共建筑年耗电量密度变化曲线05010015020025030020002001200220032004200520062007kWh/m2·a商场文广宾馆车站写字楼医院由图1可以看到，在单位建筑面积下，商场类建筑的年耗电密度明显高于其他几类大型公共建筑。并在这6年中能耗呈逐年上升趋势，由此可见，随着商场面积的不断增加，总体的上涨不可避免，节能改造是势在必行。如图2所示，与宾馆、办公写字楼、文广、车站和医院五种类型建筑年电耗数据值进行单位面积的平均值比较，可以看出，商场类建筑年单位面积耗电量接近250kWh/m2.a，远远高出了其他五类公共建筑的年耗电密度。图12001～2006年年耗电量密度变化曲线各类型公共建筑年耗电密度比较050100150200250商场文广宾馆车站写字楼医院kWh/m2·a2南通市商场建筑能耗状况大型商场建筑作为公共建筑中的一种，其特点为建筑面积大、客流密度和各种照明、电器密度高；多采用中央空调系统对商场温度、湿度进行控制；能量传输距离长、能量转换设备多，以用电为主，冬季采暖耗热量小；运行时长为12个小时以上、全年基本没有节假日、能耗受人们的消费习惯影响巨大。因此，与其他大型公共建筑或中小型商场相比，大型商场单位面积耗电密度高、全年总耗电量大，节能潜力巨大，因此是研究重点。2.1能耗总体状况图3给出了南通市十个大型商场2006年的年耗电密度数据统计。2006年大型商场建筑年耗电密度010020030040050012345678910商场编号kWh/m2·a可以看出，①各商场相互之间用电量差异较大，单位建筑年能耗密度在213.28kWh/㎡·a～448.77kWh/㎡·a之间。②最大值是平均值的1.3倍，而最小值只有平均值的60%；最大值与最小值之间相差接近2倍。2.2逐月能耗状况图4为这十个大型商场建筑2006年逐月耗电变化曲线。从图中可知：①商场每月电量呈现出季节性变化，6月～10月是用电高峰期，其中峰值在8月前后出现；在11月~3月期间用电量较低，但部分商场在这期间能耗有小幅波动。②商场能耗波动非常明显，波动最大的商场其最大值与最小值之间相差4倍之多，而对这种波动影响最大的则是空调系统，照明及动力等其他能耗一年四季是只有少许变化，这就导致空调机组大多数情况下都在部分负荷下运行，能源浪费巨大。图2各类型公共建筑年耗电量密度图32006年大型商场建筑年耗电密度统计上述差异可知，由于技术、设备和管理方面的原因，南通市商场建筑能耗水平存较大差异，存在巨大的节能潜力。2006年重庆市商场逐月耗电变化曲线020406080100120140123456789101112月份kWh/m2·a123456789103南通市大型商场耗能特点及主要原因南通市大型商场能耗巨大的原因较多，问题较复杂，其中的主要原因涉及建筑设计及围护结构、系统运行管理和系统设计三个方面。3.1建筑设计及围护结构情况建筑总体负荷与各围护结构的热工性能成正相关。改善公共建筑的围护结构对减低空调负荷，减少设备容量，降低空调系统运行能耗起着重要作用。根据调查结果显示，建设单位往往过多地考虑节省一次投资，而忽视运行上的节能。下表1为商场建筑围护结构形式统计数据。表1南通市商场建筑围护结构形式统计围护结构节能措施外墙保温外墙形式幕墙形式屋面保温建筑外窗比例(%)外保温浅色玻璃幕墙其他通风幕墙Low-e双层皮幕墙屋面保温屋顶绿化普通单玻铝合金窗框－83752519301921253561从上表可以看出：①大多数商场建筑围护结构未考虑节能措施，所有的商场建筑均未做外墙保温，只有21％的商场屋面做了外保温。②对窗体和玻璃幕墙的材料选择都很差，有61％的建筑选择的保温性能很差的铝合金窗，这就导致现有窗户和玻璃幕墙传热系数普遍偏大，空气渗透严重。南通市既有商场建筑围护结构的保温环节十分薄弱。就建筑设计来讲，由于商场的特殊性，业主为达到很好的外观效果，有75%的商场建筑使用了玻璃幕墙，然而只有30%的建筑使用了传热系数低的Low-e中空玻璃，并且没有外窗或不能开启，也没有任何的遮阳措施；多数调查建筑以“箱体”形式为主，通风性能差，大量内区造成能量消耗巨大；同时，商场为了达到好的宣传效果来吸引消费者，在外部又加入了大幅的广告，从而严重影响了室内采光，导致照明负荷加大和空调负荷加大的双重浪费。另外，由于商场建筑在设计时，没有考虑到春秋季大量引入新风的措施来降低室内热负荷，这也是导致商场建筑春秋两季能耗居高不下的关键原因。图42006年南通市商场逐月耗电变化曲线3.2运行管理现状公共建筑整体运行管理水平的高低直接决定着建筑整体能源利用水平。在本次调研对象中，建筑物运行管理有些是专门的物业管理公司来进行；有些建筑由自己的工程部门来进行。图5为南通市商场建筑运行管理方式统计。56%19%25%业主自己物业公司其他3.2.1节能管理制度建筑物运行管理水平的高低主要取决于物业管理管理公司及人员专业技术水平。因此提高公共建筑物业管理公司及人员在节能方面的知识是公共建筑节能环节中的重要组成部分。表2为商场建筑的节能管理制度建设情况。表2商场建筑的节能管理制度建设情相关节能措施以及制度有节能培训有节能制度进行过能耗数据收集和分析挖掘节能潜力是否开展优化用能设备的运行时间和参数有节能运行的技术档案了解EMC合同比例(%)47475370355从表中反映出节能管理制度主要存在以下几个方面的问题：①有不到50％的运行管理人员参与过节能培训和节能制度的制定，直接导致在管理过程中技术水平低和缺少标准的指导。②只有35％的单位建立了节能档案，所以很多管理人员没有原始资料的指导，对系统在不同时段下了运行情况缺少了解，导致了管理人员缺乏经验和疏忽，间接的导致能源损失。3.2.2空调系统运行管理表3商场建筑空调系统运行管理情况相关运行管理措施重设冷冻水温制冷机负荷合理分配运行模式调整变频控制定期对系统进行清洗系统用电用水独立计量热回收自己设定经测试后由专业人员设定没有自己调整专业人员调整没有自己调整专业人员调整没有比例(%)7413136592678517887614表3为商场建筑空调系统运行管理情况统计。从表中反映出节能管理制度主要存在以下几个方面的问题：①空调系统自动化水平不高，变频控制仅为8％，不能随负荷变化而自动调整，给空调系统的图5物业管理部门与业主的关系节能带来很大的障碍，导致了机组普遍存在“大马拉小车”的情况。②只有60％的商场建筑进行了对系统用电、用水的单独计量。通过调查回访显示，有80％的进行分项计量的单位反映效果一般。③过渡季节没有很好地利用新风，热回收装置在中央空调系统中的安装率极低，仅为4％。3.2.3照明及动力系统运行系统管理表4为商场建筑照明及动力运行管理情况统计。通过对表4所示数据分析，各商场对照明和供电质量比较重视，大部分商场能做到对照明实施集中控制，90%的商场通过调整照度，满足场地不同时段不同商品位置的需要，满足人体舒适度的需要；通过调整配电三相平衡，有效减少电压波动和负荷失衡引起的电压谐波，降低能耗。但仍然存在以下几个主要的问题：①空调区域照明与空调综合处理不高，仅占24%。在空调制冷量一定的条件下，如果照明发热量减少，将造成冷量的不必要浪费。②电力方面最突出的问题是设计容量偏大，又很少采用变频技术，末端设备即使满负荷运行，动力功率也有很大部分浪费。表4商场建筑照明及动力系统运行管理情况相关运行管理措施照度调整灯具清洗楼层配电箱三相平衡调整照明控制方式集中空调区域照明是否与空调综合处理使用节能灯具楼层集中控制现场分散控制专人负责管理比例(%)9081906219142490相关运行管理措施优化通风机的开机时间对风机水泵是否采取变频控制户外照明节水龙头电加热水器控制手动控制光控室外照明定时关闭比例(%)51062－384881商场建筑使用功能多样化导致建筑空间使用功能也有很大差别，成为目前南通市公共建筑的主流。即使是在同一功能的公共建筑中，由于不同的使用功能导致建筑内各空间能源负荷特点与使用时间都不尽相同，相应能源系统的设计与管理、以及建筑物管理都必须根据需求作相应的调整和适应。因此，使用功能变化带来的直接问题是建筑能源供应系统与管理复杂化，这是南通市公共建筑运行管理中要值得重视的问题。3.3系统设计对于公共建筑来说，系统设计的合理与否直接关系到整个建筑物的能耗大小。因此，在调查中主要发现以下突出问题：①目前的商场建筑普遍采用的全空气空调系统都是定风量方式，多数采用台数控制，因此时常出现“大马拉小车”的情况，浪费严重。②不合理的系统和设备选型以及运行方式，导致空调系统效率过低。例如，由于冷却塔工作时，其噪音对室外环境的影响，使其安装位置受限，导致设计管路偏长，运行阻力增加，而冷却塔在运行时，也是长期小温差传热，从而造成输送能耗浪费。③还有一个值得注意的地方，就是商场是为了给消费者提供一个舒适的购物环境，让人们在进入商场后就马上能感觉到凉爽的效果，往往在设计时，没有按照规范要求降低了室内温度设计值和增大了新风量设计值，也相应的增大了空调能耗。④空调系统在设计时，仅仅考虑到最不利情况下的空调负荷，没有考虑到过渡季节采用全新风或增大新风比运行，来有效地改善空调区内空气品质和大量节省空气处理所需消耗的能量。⑤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，这就导致空调负荷增大。4结论大型商场建筑是公共建筑中的耗能大户，通过本次建筑能耗调查工作，可知南通市商场建筑具有巨大的节能潜力，对既有大型商场建筑实施节能优化和改造，对于国家“节能减排”基本国策的贯彻以及对于企业自身降低经营成本，提高经济效益，都具有重要的意义。而尽快推进建筑节能设计、节能运行以及既有建筑的节能改造，其社会经济效益将是十分显著。参考文献[1]江亿，杨秀，等，2007年中国建筑节能年度发展研究报告，北京：中国建筑工业出版社，2007[2]王洪卫，南通市公共建筑空调系统能耗现状及节能技术研究，重庆大学硕士学位论文，2006[3]沈浩，长沙地区公共建筑的能耗现状与节能分析，湖南大学硕士学位论文，2005[4]魏庆芃，等，北京市大型商场用能现状与主要节能策略[J]，全国暖通年会论文集，2006，合肥[5]杨洁，等，天津与神户地区公共建筑能耗调查分析[J]，煤气与热力，2004.1：13～16[6]李峥嵘，等，上海市公共建筑能耗与运行管理现状调查[J]，暖通空调，2005，(5)：134～136