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          淺析大型辦公建筑運行能耗特點統計分析

          更新時間:2023-11-21   點擊次數:38次

          安科瑞張田田

          摘要:本文通過對我國24個省市453棟大型辦公建筑基本信息、運行參數以及能耗數據進行調研,分別對綜合能耗和電力消耗進行了統計分析,在此基礎上分析了建筑固有特點以及運行特點與能耗的相關性,得出我國大型辦公建筑能耗特點,并對主要能耗影響因素進行分析,為既有大型辦公建筑能耗評價、診斷與優化運行工作提供一定的指導。


          關鍵詞:辦公建筑;運行能耗;分項電耗;影響因素


          0引言


          2017年,中國建筑運行的總商品能耗為9.63億噸標準煤,約占全國能源消費總量的21%,其中公共建筑能耗2.93億噸標準煤,占建筑能耗總量的30.4%;城鎮居住建筑能耗2.26億噸標準煤,占比23.5%;農村建筑能耗2.43億噸標準煤,占比25.2%;北方采暖能耗2.01億噸標準煤,占比20.9%[1]??陀^認識大型公共建筑的能耗特征是開展建筑節能工作的基礎,我國各地研究者對一些城市的公共建筑進行了大量的能耗調查與節能分析[2-10]。但目前我國基于建筑實際運行數據大規模調研、分析的研究相對較少。


          本文基于全國453棟辦公建筑能耗調研數據,通過用能現狀、能耗差異及特點分析,客觀描述了我國大型辦公建筑用能水平及能耗特點,從宏觀上認識了我國大型辦公建筑的能耗現狀。


          1基本概括


          本文在全國范圍內調研搜集了453棟2631.5萬m2大型辦公建筑相關數據,樣本分布在全國24個省,覆蓋嚴寒、寒冷、溫和、夏熱冬冷、夏熱冬暖五個氣候區,考慮到我國辦公建筑整體分布情況,調研樣本夏熱冬冷、夏熱冬暖及寒冷地區樣本量比較大,嚴寒地區和溫和地區樣本量較少。調研采用問卷形式,分為數據初步調研及數據復核兩個階段。調研內容包括建筑基本信息:建筑所在城市、建筑建成年份、建筑規模、圍護結構、設備信息;用能系統形式:能源類型、空調系統類型;建筑運行情況:運行時長、建筑功能分區、系統運行邏輯、節能措施;各類能源逐月能耗數據。


          2大型既有辦公建筑綜合能耗特點分析


          2.1綜合能耗特點


          大型辦公建筑主要用能系統包括采暖系統、空調系統、照明系統、辦公系統、動力系統、綜合服務系統。對于大型辦公建筑,不同建筑同一系統用能形式不同,如采暖空調系統,除消耗電力之外,還包括燃氣、集中供熱、集中供冷等不同用能形式;同一能源類型也可應用于不同建筑系統中,如電力用于采暖空調、照明、辦公等多個系統。大型辦公建筑能源消耗類型及用能系統。


          調研的辦公建筑能源類型主要包括電力、天然氣、外購熱力三類,其中電力是主要的能源類型。電力在所有建筑樣本均有使用;有35.98%的樣本有天然氣消耗;10.15%的樣本使用了外購熱力。根據各類能耗數據計算建筑等效電,所有建筑年平均總等效電耗為238612.6萬kWh,單位面積等效電耗為91.3kWh·m2。


          樣本建筑單位面積能耗分布,單位面積能耗處于40~80kWh·m2的建筑數量多,所占比例為49.7%,同時大多數建筑能耗水平處于80kWh·m2以下,這一能耗水平范圍內的建筑占到總數的66.4%,同時建筑能耗超過140kWh·m2的建筑占比6.2%。


          2.2建筑固有特點與能耗相關分析


          2.2.1不同地區建筑能耗分析


          氣候因素是影響建筑能耗的主要因素之一,比較五個氣候分區的建筑能耗的整體水平,對樣本建筑統計,可以看出,能耗水平較高的是嚴寒地區,單位平米能耗為110.1kWh·m2,能耗水平低的是溫和地區,單位平米能耗為70.2kWh·m2,夏熱冬冷地區與寒冷地區差異不大。


          2.2.2不同年份建筑能耗分析


          37.1%的樣本建筑建成年份主要為2011到2015年,占比高,其次是2006到2010年,1990年以前及2016年以后樣本較少。對不同建成年份的建筑總能耗進行統計,2006-2010年建成的建筑能耗較高,年平均單位面積能耗在100.9kWh·m2左右。


          2.2.3不同圍護結構建筑能耗分析


          圍護結構熱工性能是影響建筑能耗的重要因素之一,根據GB50189—2005《公共建筑節能設計標準》顯示,2005年之前的辦公建筑,其建筑填充墻材多為實心黏土磚、空心黏土磚或者加氣混凝土砌塊等,其熱工性能較差,一般在2.0W/(m2·K)左右;2005年之后建造的建筑,圍護結構的熱工性能上有了較大的提升。圍護結構性能影響著建筑暖通空調負荷水平,圍護結構熱工性能越好,建筑暖通空調的能耗越低。調研樣本的外墻主要包括加氣混凝土塊、灰砂磚等5類材料,能耗對比結果,從能耗分布來看,除其他類外墻,加氣混凝土砌塊能耗高,灰砂磚建筑能耗分布能耗差異性大,空心黏土磚建筑能耗比較集中,實心黏土磚類型建筑平均能耗低,為73.3kWh·m2。


          不同外窗類型建筑能耗水平,對于單層玻璃建筑和中空雙/三層玻璃建筑,其能耗水平接近,單層玻璃建筑平均值均為79.0kWh·m2,中空雙/三層玻璃建筑平均值均為80.6kWh·m2,其他外窗類型建筑樣本能耗高,能耗均值為100.1kWh·m2。單玻窗建筑平均能耗接近雙玻建筑,分析其原因,主要在于單玻窗樣本建筑能耗低于63.5kWh·m2的占一半,拉低了該類建筑能耗平均水平,與該部分建筑服務質量有明顯關系。雙玻/三玻窗建筑存在部分高能耗樣本建筑,這部分樣本為辦公建筑,服務水平較高,建筑能耗相對較高。


          2.3建筑運行特點與能耗相關性分析


          2.3.1不同功能類型建筑能耗分析


          樣本建筑按照具體功能可分為一般辦公、金融、IT、媒體、混合及其他功能辦公6類,按照金融/IT/媒體、一般辦公、混合功能及其他類型進行能耗統計。一般辦公、混合及其他功能辦公建筑能耗較低,中位值分別為72.1kWh·m2、67.5kWh·m2;金融/IT/媒體類建筑能耗高,中位值75.2kWh·m2,大值231.2kWh·m2,平均值97.5kWh·m2。一般辦公能耗數據相對集中,其它辦公建筑能耗差異明顯,建筑功能是影響建筑能耗水平的主要因素之一。


          2.3.2不同運行情況建筑能耗分析


          (1)建筑每天運行時長。建筑運行方式是影響建筑功能效果的重要因素之一,工作運行時長是體現建筑不同運行方式的重要指標。樣本建筑由于具體功能、服務對象的不同,其每日工作時長也存在差異,大多數建筑工作時長為8~10h,占比40.2%,其次為工作時長小于8h,占比32.5%,部分建筑工作時長超過12h,例如部分大型辦公建筑采用24小時工作制,該部分建筑數量占比17.2%。不同工作時長建筑單位面積能耗,相同工作時長建筑能耗差異性較大,整體趨勢來看建筑單位面積能耗隨工作時長增加而增加。


          (2)使用率。建筑使用率反映了建筑的整體使用情況。采用使用率可明確的建筑樣本對能耗與使用率相關性進行分析。不同使用率建筑單位面積能耗,隨使用率增加,建筑單位面積能耗逐漸增加。


          (3)常駐辦公人數。常駐辦公人數反映了建筑的規模,辦公人數與建筑能耗水平密切相關。不同辦公人數與建筑單位面積能耗呈現正相關關系,隨著辦公人數的增加,單位面積能耗逐漸增加。結合樣本建筑特點,辦公人數越多的建筑,建筑規模越大,通常為服務量大,服務質量高的辦公建筑,其單位面積能耗相對小型辦公建筑較高。


          2.3.3不同HVAC系統建筑能耗分析


          暖通空調系統為建筑主要系統之一,其系統形式及運行方式,密切影響了建筑整體能耗水平。對于建筑HVAC系統的調研內容主要包括建筑暖通空調形式、系統相關參數設定和控制方式、系統調試情況和節能措施等,通過調研不同系統及運行方式下的建筑能耗,分析HVAC系統與建筑能耗的關系。


          根據調研結果,目前我國辦公建筑主要的空調形式主要是定風量系統、變風量系統、風機盤管+新風系統、多聯機系統、分體空調等,其中風盤+新風系統占比高,達到32.9%,其次是分體空調和多聯機系統,分別占21.6%、19.6%。


          不同空調形式的樣本建筑能耗為:定風量系統平均能耗水平為84.7kWh·m2,中位值能耗為71.1kWh·m2,高能耗為178.7kWh·m2,變風量系統平均能耗水平為93.6kWh·m2,中位值能耗為76.0kWh·m2,高于定風量系統,其高能耗為154.7kWh·m2。風機盤管+新風形式系統建筑平均能耗為86.0kWh·m2,分體空調建筑平均能耗為81.6kWh·m2,多聯機系統建筑平均能耗為95.2kWh·m2,多聯機系統建筑整體能耗水平高。


          3建筑耗電量分析


          3.1總電耗分析


          在大型辦公類建筑中,電力是主要的能源形式,大型辦公建筑電力消耗比較集中,主要分布在15kWh·m2~152kWh·m2,平均值為74.87kWh·m2。部分辦公建筑因其自身特殊性,電耗明顯高于其他建筑,可達均值的7倍以上。


          3.2分項電耗分析


          通過對各分項電耗數據統計分析,暖通空調系統能耗比重高,占總電耗的41.9%,其次是照明電耗,占總電耗26.4%,然后是動力系統能耗,占總電耗的18.3%,特殊電耗占比13.4%。


          對于采暖空調電耗來講,不同機構消耗占比差異明顯,樣本建筑空調能耗主要占比28%~55%,個別樣本采暖空調電耗比例高達81%,該差異主要與建筑空調采暖系統形式及運行方式有關;照明系統電耗比例主要為12%到38%,造成該差異的原因主要為照明設備的節能性以及運行策略的合理性;動力系統電耗、特殊電耗比例的差異相對較小,該部分耗電設備種類較為固定,且本身能耗占比較小??梢钥闯?,空調采暖系統以及照明系統為大型辦公建筑主要能耗組成部分,是節能的主要工作。


          4Acrel-EIOT能源物聯網云平臺


          (1)概述


          Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺,建立統一的上下行數據標準,為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器,選配網關,自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。


          該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能,并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。


          (2)應用場所


          本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。


          (3)平臺結構

          (4)平臺功能


          ◆電力集抄


          電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示,以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制,對系統進行綜合檢測和統一管理;在數據資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內各設備運行(包括歷史和實時參數,并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印,提高工作效率,節約人力資源。

          變壓器監控

          配電圖


          ◆能耗分析


          能耗分析模塊采用自動化、信息化技術,實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理,使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來,運用數據處理與分析技術,進行離線生產分析與管理,實現全廠能源系統的統一調度,優化能源介質平衡、有效利用能源,提高能源質量、降低能源消耗,達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

          ◆預付費管理


          1)登陸管理:管理操作員賬戶及權限分配,查看系統日志等功能;


          2)系統配置:對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置;


          3)用戶管理:對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;


          4)售電管理:對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;


          5)售水管理:對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作;


          6)報表中心:提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢,本系統所有的報表及記錄查詢,都支持excel格式導出。

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          預付費看板


          ◆充電樁管理


          通過物聯網技術,對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。


          充電樁看板


          ◆智能照明


          智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測,也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等,降低路燈設施的維護難度和成本,提升管理水平,并達到一定節能減掛的效果。



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