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【论文精选】公共建筑能耗影响因素与调研分析

时间：2022-02-28 来源：浏览：

【论文精选】公共建筑能耗影响因素与调研分析

原创关春敏，等煤气与热力杂志

煤气与热力杂志

微信号 GAS-HEAT1978

功能介绍《煤气与热力》始于1978年，创刊于1981年，中国核心期刊，中国土木工程学会燃气分会会刊。筛选燃气供热行业最有价值的技术信息，新闻分类整理、政策标准、热点讨论、投稿查询、论文检索、写作指导、编委风采、精品会议……

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作者：关春敏，尚长鸣

第一作者单位：山东建筑大学

摘自《煤气与热力》2022年2月刊

参考文献示例

关春敏，尚长鸣 . 公共建筑能耗影响因素与调研分析［J］. 煤气与热力， 2022，42（2）：A13-A16，A21.

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1 概述

建筑能耗一直是各国家关注的问题，我国研究人员更是投入大量时间进行节能研究。徐欣等人 ^［ ¹ ^］对重庆市某办公建筑的照明系统、空调系统、围护结构、电梯设备、灶具等进行改造，并根据 1 a 实际运行数据，分析得到节能外窗（贴节能膜）的改造方式可降低建筑能耗。王崇杰等人 ^［ ² ^］对某既有建筑进行立面改造，通过安装光伏系统为建筑供电，发电量占建筑全年能耗的 37.1% 。杨少玮 ^［ ³ ^］通过能耗模拟，研究外墙保温层对建筑能耗的影响，考虑能耗降低效果和经济性，得出了武汉地区保温层的最佳经济厚度。李浩 ^［ ⁴ ^］以安徽地区的实际工程为例，利用 PKPM 建筑节能设计软件进行围护结构的设计，以降低建筑能耗并节省材料。张苏东 ^［ ⁵ ^］对外窗传热系数、太阳得热系数对建筑能耗影响进行了研究。

本文从建筑本体、地域、设备、行为等方面总结公共建筑能耗的影响因素。以东营市 50 栋公共建筑为调研对象，对被调研建筑分项能耗（空调能耗、照明能耗、设备能耗、其他能耗）占比进行箱线图分析。对 4 类影响因素（外墙保温、空调系统冷源形式、外窗类型、空调设置温度）对建筑能耗的影响进行箱线图分析。

2 公共建筑能耗的影响因素

2.1 建筑本体

①建筑功能：建筑功能对建筑能耗有较大影响。

②建筑面积：根据 GB 50189 — 2015 《公共建筑节能设计标准》，单栋公共建筑面积大于 300 m ² 或者总建筑面积大于 1 000 m ² 的公共建筑为甲类公共建筑，单栋公共建筑面积小于等于 300 m ² 的建筑为乙类公共建筑。

③内部空间：公共建筑内部空间差异较大，有面积为 15 m ² 甚至更小的小面积办公室，而大面积办公室可为小面积办公室面积的几倍甚至几十倍。

④围护结构：传热系数：外墙、外窗、屋面等的传热系数。体形系数、窗墙比：体形系数影响围护结构的传热面积。由于外窗的传热系数明显高于外墙、屋面，而且太阳光可透过外窗形成室内得热量，因此窗墙比对建筑能耗的影响不可忽略。遮阳形式：遮阳形式分为外遮阳、内遮阳、中间遮阳，外遮阳又分为垂直遮阳、水平遮阳、综合遮阳。

⑤建设年代：建设年代不同，建筑节能标准、建筑材料性能水平不同。

⑥外部环境：外部环境，特别是周围建筑易影响既有公共建筑的热环境、风环境和光环境，进而影响建筑能耗。

2.2 地域

①气候：不同气候条件下的既有公共建筑对制冷、制热的需求程度不同，因此空调能耗有较大的差异。

②海拔：海拔不仅影响建筑冷热负荷，还影响建筑室内的光环境，对照明能耗产生影响。

2.3 设备

①照明光源：由于建设年代不同，既有公共建筑照明光源有白炽灯、普通荧光灯、金属卤化物灯、节能灯等多种灯具，能耗各不相同。

②灯具控制方式：灯具控制主要针对走廊、大厅、电梯间、卫生间等公共区域，控制方式对照明能耗也产生影响。

③空调系统：既有公共建筑一般采用全空气系统、风机盘管加新风系统、分体式空调系统，不同空调系统的能耗不同。

④冷热源：常用冷源有冷水机组加冷却塔、空气源热泵、地源热泵、水源热泵、多联机、分体式空调器等。常用热源有电锅炉、燃油锅炉、 燃气锅炉 、城市集中热网、太阳能热水器、分体式热泵空调器等。

⑤水泵、风机运行方式：定流量与变流量运行方式的能耗有很大区别 ^［ ⁶ ^］。

⑥空调系统服役时间：随着服役时间的延长，设备效率降低，空调系统能耗将大幅增加。

2.4 行为

①空调设置温度：不同城市、不同人群对空调设定温度存在差异 ^［ ⁷ ^］。

②照明时间：办公人员对室内光照条件的要求不同，往往导致照明时间的差异。

③过渡期通风：过渡期利用室外空气采用自然通风、机械通风方式降低室内温度，可有效降低空调系统能耗。

④节能管理方案：合理的节能管理方案，对管控建筑能耗发挥着重要作用。

3 调研内容

调研地区为山东东营市，调研时间为 2019 年，参与调研的 50 栋既有公共建筑主要为办公建筑。调研建筑总建筑面积约 72.94 × 10 ⁴ m ² ，单栋建筑面积最大约 59 000 m ² 。调研以实地调查和能耗数据收集为主，调研发现：被调研公共建筑大多数为 2005 年前建造，建筑节能水平比较低，部分建筑未设置外墙保温层，空调系统大多数为分体式空调系统，而集中式空调系统设备老化情况严重。被调研建筑内部照明装置基本更换为节能灯具，节能管理方案并不完善，办公人员空调设置温度、照明时间的设置存在不合理情况。

4 结果分析

4.1 分项能耗占比分析

大部分被调研建筑未配备分项计量系统，根据《公共建筑能源审计导则》（建办科［ 2016 ］ 65 号），建筑中未配备分项计量系统时，可通过现场实测能耗以及记录设备铭牌等得到建筑设备的信息，然后统计设备数量，合理估算运行时间，最后计算得到建筑设备的全年能耗。以被调研建筑 2018 年供冷期（ 6 月 15 日— 10 月 15 日）能耗为研究样本，被调研建筑分项能耗占比箱线图见图 1 。箱线图中圆点表示算术平均值。分析图 1 可知：

图 1 被调研建筑分项能耗占比箱线图

①空调能耗占比的四分位数间距为 17.18% ，波动幅度比较大。中位数为 48% ，可以看出空调能耗占比较大。由第一四分位数为 41.6% 可知，绝大部分被调研建筑的空调能耗处在较高水平，因此对空调系统的节能优化是降低建筑能耗的重点。空调能耗占比箱线图的最大极端异常值对应某政府办公建筑，由于供冷期对室内温湿度要求苛刻，空调能耗占比较大。

②照明能耗占比的四分位数间距为 11 . 09% ，波动幅度比较小。照明能耗占比中位数为 11 . 81% ，由于灯具已经更换为节能灯具，因此照明能耗占比较小。虽然被调研建筑的照明能耗节能潜力有限，但仍有空间。照明能耗占比箱线图的最大极端异常值对应某内区较多的公共建筑，由于缺乏自然光源，照明时间明显延长，照明能耗占比较大。

③设备能耗占比的四分位数间距为 21 . 24% ，波动幅度比较大。中位数为 22 . 86% ，说明具有较大节能潜力。

④其他能耗占比情况与照明能耗占比相似。

4.2 影响因素的分析

①外墙保温

在被调研建筑中，有外墙保温的占 62% ，无外墙保温的占 38% 。按外墙有无保温统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图见图 2 。由图 2 可知，由四分位数间距可知，无外墙保温公共建筑的单位建筑面积能耗波动幅度更大。由平均值可知，无外墙保温公共建筑的单位建筑面积能耗平均水平更高。

图 2 按外墙有无保温统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图

②冷源形式

被调研建筑冷源大部分采用压缩式冷水机组、分体式空调器、空气源热泵机组，笔者统计分析以上 3 种冷源形式公共建筑单位建筑面积能耗。以上 3 种冷源的占比分别为 34% 、 38% 、 28% ，按冷源形式统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图见图 3 。由四分位数间距可知，采用分体式空调器的公共建筑单位建筑面积能耗波动幅度最大。由平均值可知，采用空气源热泵机组的公共建筑单位建筑面积能耗平均水平最高，压缩式冷水机组居中，分体式空调器最低。

图 3 按冷源形式统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图

③外窗类型

笔者统计分析外窗分别采用 Low-E 玻璃、双层中空玻璃、普通单层玻璃的公共建筑单位建筑面积能耗。以上 3 种外窗类型的占比分别为 16% 、 60% 、 24% ，按外窗类型统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图见图 4 。由图 4 可知，由四分位数间距可知，采用 Low-E 玻璃的公共建筑单位建筑面积能耗波动幅度最大。由平均值可知，采用普通单层玻璃的公共建筑单位建筑面积能耗平均水平最高，双层中空玻璃居中， Low-E 玻璃最低。

图 4 按外窗类型统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图

④空调设置温度

在被调研建筑中，空调设置温度大于等于 26 ℃的占 54% ，小于 26 ℃的占 46% 。按空调设置温度统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图见图 5 。由图 5 可知，由平均值可知，空调设置温度小于 26 ℃的公共建筑单位建筑面积能耗平均水平更高。

图 5 按空调设置温度统计的公共建筑单位建筑面积能耗箱线图

5 结论

①对于分项能耗占比：空调能耗占比波动幅度比较大，绝大部分被调研建筑的空调能耗处在较高水平，对空调系统的节能优化是降低建筑能耗的重点。照明能耗占比波动幅度比较小，虽然被调研建筑的照明能耗节能潜力有限，但仍有空间。设备能耗占比波动幅度比较大，且有较大节能潜力。其他能耗占比与照明能耗占比相似。

②对于影响因素：无外墙保温公共建筑的单位建筑面积能耗波动幅度更大，且单位建筑面积能耗平均水平更高。采用分体式空调器的公共建筑单位建筑面积能耗波动幅度最大，采用空气源热泵机组的公共建筑单位建筑面积能耗平均水平最高，压缩式冷水机组居中，分体式空调器最低。采用 Low-E 玻璃的公共建筑单位建筑面积能耗波动幅度最大，采用普通单层玻璃的公共建筑单位建筑面积能耗平均水平最高，双层中空玻璃居中， Low-E 玻璃最低。空调设置温度小于 26 ℃的公共建筑单位建筑面积能耗平均水平更高。