大型公共建筑能耗管理问题研究

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　　摘要：大型公共建筑节能管理工作将会是我国建筑节能工作的重中之重。本文从建筑结构角度对公共建筑，主要对能耗较高的大型公共建筑的能耗管理问题进行了分析。希望本文的研究能为我国建筑节能事业的发展带来新的启示。
　　关键词：大型公共建筑；节能；管理
　　Abstract: large public building energy conservation management will be China's construction energy conservation priority. This paper, from the Angle of building structure of public buildings, mainly to the high energy consumption of energy consumption management of large-scale public buildings is analyzed. Hope this study in China for the development of the cause of building energy efficiency bring new revelation.
　　Keywords: large-scale public buildings; Energy saving; management
　　
　　
　　中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
　　
　　 从能量利用的实质上讲，提高能量转换效率是节能工作的核心。本文从建筑结构角度对公共建筑，主要对能耗较高的大型公共建筑的能耗进行运行管理，因为大多数大型公共建筑本身已达到节能标准，只是所使用的耗能设备所耗费的能耗较高，所以对这方面进行重点的设备能源管理。
　　一、大型公共建筑能耗的现状
　　 大型公共建筑一般是指单体建筑面积2万平方米以上采用中央空调的办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑以及交通枢纽等公共建筑。其用能设备包括空调、照明、办公设备、电梯、供热等多个系统。除采暖外，大型公共建筑所消耗的能源种类根据建筑物内用能系统的不同而有所差别，一般以电为主，辅以天然气、煤、蒸汽等。统计和分析表明，大型公共建筑单位面积的采暖能耗一般情况下仅为住宅或一般公共建筑的50%～80%，而除采暖外的其它能耗，折合为单位建筑面积能耗为70～300kWh/（m2・a），为住宅的5～15倍，占建筑总能耗的40%～60%。不同性质的建筑物能耗水平相差较大，同一类型建筑物的能耗也存在较大差异，单位面积全年耗电量的最高值与最低值之比可达3～4倍。对于采暖节能问题，大型公共建筑与其它类型建筑差别不大，可按照同样的原则来考虑。而除采暖外的其它能耗，尤其是耗电，则属于大型公共建筑的特殊问题，也是这类建筑节能的重点。大型公共建筑的全年能耗中，照明、设备、动力等电耗是基本稳定的，集中空调系统能耗往往是最大的部分，一般占建筑总能耗的40%～60%。
　　1、各类大型公共建筑能耗特点
　　 （1）国家机关办公建筑的用能特点
　　 国家机关办公建筑比较复杂，建造年代区别较大，围护结构、照明灯具、空调方式也各不相同。根据对385家政府办公楼的全年用电量比较可以看出，单位面积电耗在15.73～201.31kWh之间，平均单位电能耗为82.39kwh。相互之间存在极大的差异。其原因一方面是由于部分国家机构的特殊职能，有大规模的计算机房、通讯站、指挥中心等功能性房间，另一个原因则是建筑类型不同，有些建筑面积较少，设备系统简单，属于普通公共建筑，而另一些建筑体量巨大，安装有复杂的中央空调、电梯、照明系统，属于大型公共建筑。但是，去除上述两方面的影响，发现国家机关办公建筑同样有很大的节能潜力。
　　 (2)写字楼用能特点
　　 写字楼属于高级办公建筑，全年使用时间约为200～250天，每天按照工作8小时计算的话，各设备全年运行时间约为1600～2000小时。根据对385栋写字楼的调查，写字楼单位建筑面积全年用电量为31.06～444.02kWh之间，平均单位电能耗为82.39kwh，相互之间也存在较大差异。
　　 （3）商场类建筑的用能特点
　　 商场营业时间通常是从早晨9：00至晚上22：00，每天多达12个小时以上，并且基本上是全年营业；由于商场类建筑内部发热量大，因此空调开启时间也比其他公共建筑长。因此商场类建筑在大型公共建筑中是单位面积能耗最高的。根据对267栋大型商场的能耗调查，各商场相互之间用电量差异较大，单位建筑面积全年总耗电量为30.40～415.58kWh，单位面积电耗量为129.92kwh，电耗高的商场用电量是电耗低的商场的近10倍左右。
　　 (4)宾馆饭店用能特点
　　 宾馆饭店与商场和写字楼不同，虽然营业时间长，但是由于受到旅游季节变化和入住率波动的影响，多数时间是在部分负荷下工作。根据对230家宾馆饭店以上宾馆饭店的现场测试，宾馆饭店单位建筑面积全年用电量为96～200kWh，通过分析计算，即使扣除入住率的影响，相互之间的能耗差异也高达10倍以上。
　　 通过以上各功能中的大型公共建筑能耗强度差别巨大的原因可能为，很多大型公共建筑都建造为大玻璃幕墙，而不考虑遮阳、隔热措施，导致能耗消耗过大。再者大型公共建筑的超大体量不跟室外相连，无法有效地得到室外低温，导致建筑内部发热量具大。另外，在大型公共建筑中，风机跟水泵的电耗占采暖空调电耗的50%～70%，能耗高都在输配，根本原因在于选型不当，导致能耗运行偏高，同时大多数风机由于灰尘堵塞，阻力增大，实际风量远远小于设计风量，效率也仅在40%～50%，这也是导致建筑物能耗高的原因。所以对这部分大型公共建筑的相关因素进行节能管理相关重要。
　　2、大型公共建筑的节能潜力分析
　　 与国外同类建筑相比，我国城镇公共建筑能耗（含采暖）明显低于发达国家。其能耗强度仅为美国、加拿大的1/3强，不到日本和韩国公共建筑能耗的1/2。但是调查中发现有部分大型公共建筑的单位建筑面积能耗达到或超过了发达国家的平均水平。其主要原因是空调系统不同、设备运行方式不同所致。采暖集中采暖能耗量明显高于美国，尽管中美两国地理状况和其后大致相同，我国建筑采暖能耗量占我国城镇建筑能耗接近40%，是建筑能耗最主要的部分。而美国采暖仅为21.3%。同时我国北方城镇采暖能耗量为21.89kgce/m2.a，而美国仅为9.79kgce/m2.a。其能源效率水平与建筑物的保温水平、采暖方式和系统状况有关。因此，大型公共建筑的采暖能耗，以及耗电能耗节能潜力巨大。
　　二、大型公共建筑空调系统节能管理
　　 大型公共建筑空调系统节能管理应从项目本身的能耗系统进行管理，对建筑的节能设计方案进行采用更科学的空调设计方法研究，切实符合项目的空调使用要求。大型公共建筑节能管理除了空调系统的管理外，还包括采暖系统、照明系统、电梯系统和办公设备的节能管理。这些节能系统对大型公共建筑的能耗管理也尤为重要。
　　1、采暖系统节能管理
　　 （1）加强围护结构的保温性能
　　 夏热冬冷地区的建筑外墙既要保温又要隔热，其保温隔热性能应该符合建筑节能设计标准的规定，还要防止保温层渗水、内部结露和发霉。一般采用厚实材料加轻质材料的复合构造做法，外墙的外表面，宜采用浅色饰面层。试验表明，围护结构的传热系数每增大1W/(m2・K)，在其他工况不变的条件下，空调系统和采暖系统设计计算47负荷增加近30%，所以改善建筑外围护结构的保温性能是建筑设计上的首要节能措施。

　　 近年来，在建筑外墙保温隔热技术发展中，主要形成了外墙内保温、外墙外保温和复合墙体保温体系三种技术形式。复合墙体保温体系因设计特殊保温板材和混凝土墙体的整体浇捣工艺，需要通过大量时间来检验其效果和安全性。外墙外保温技术在欧美已经有40余年的应用历史，在我国北方城市也积累了大量经验，与外墙内保温技术相比，具有以下明显优势：①保护主体结构、延长建筑物寿命；②基本消除“热桥”的影响；③使墙体潮湿情况得到改善；④有利于室温保持恒定；⑤便于旧建筑物进行节能改造；⑥可以避免装修对保温层的破坏；⑦避免了房屋使用面积的损失。
　　 所以，目前外墙外保温技术应用较为普遍。但是需要注意的是，上述优点是在确保材料合格合构造设计合理以及施工工艺科学的前提下的理想效果，如果其中任何一个环节出现问题，则都可以会造成墙面开裂、渗水、保温实效，甚至会埋下安全隐患。
　　 在屋面方面，一般的保温节能一般对建筑的造价影响不大，但其节能收益却十分明显，所以一定要重视屋面的保温。目前的节能屋面技术也有很多，并且已经相当成熟，例如倒置式屋面、种植屋面等。也可以在平屋面防水层上面铺设100～500mm厚的加气混凝土块，或铺设混凝土薄板等架空隔热层，或涂刷白色或浅色涂料。在屋顶内表面贴低辐射系数材料（如铝箔等），以降低屋顶内表面与人体之间的辐射换热。
　　 应提高门窗的密闭性，按门窗面积占建筑面积的20%测算，建筑物外围护结构的能耗有近35%属于门窗的损耗，所以提高门窗的节能在降低能耗的工作中尤为关键。近年来大型公共建筑的窗墙比有越来越大的趋势，并且多采用大的玻璃幕墙，因此，当窗墙比超过规定值时，应首先考虑减小窗户的传热系数，采用节能玻璃幕墙。
　　 另外，科学合理的遮阳系统也可以阻止热量进入室内，起到很好的节能作用。
　　 （2）改变大型公共建筑的供暖方式
　　 使用燃气（天然气和液化气）的建筑采暖方式，将会在今后很长一段时期内逐渐占据优势地位，因此，大型公共建筑也应该改变将高品味能（电能）当作低品味能（热能）来使用的供暖方式，而采用燃气供暖方式。原因有以下几点：
　　 首先，是能源上的优势。燃气是目前人类能够得到的最洁净的一次能源之一，蕴藏量十分丰富，据认为将是二十一世纪的主要能源之一。使用燃气的环保优势可以从两个方面表观出来，一是废气排放中有害气体很少，二是使用效率高可控制性好，总耗能量下降。其三是燃气热源设备比较简单，形式多样，技术成熟，外形小巧美观。其四是灵活性和适应性方面的优势式，从形式上，空调、水暖到远红外辐射均可采用燃气，从规模上，小到家用大到大型公共建筑和工业厂房都适合采用燃气采暖。因此，大型公共建筑也应该逐渐放弃现在越来越多的空调供暖方式，而改用燃气供暖方式。这样，既达到了环保的要求，又使得能源的品味与其利用方向相匹配，达到节能的目的。
　　 （3）设置合理的室内温度
　　 目前，国家仅仅给出了民用建筑的采暖季节的最低室温标准，而对大型公共建筑的采暖季节供热室温则没有给出一个明确的规定。因为大型公共建筑的功能不同，其室内自身产生的热量也不一样，因此，如果空调的室温规定千篇一律，则会造成有的大型公共建筑过热，而有的又供暖不足的现象。因此应该根据大型公共建筑功能的不同，来确定不同的室温标准。如，大型商场人流量大，人流持续的时间长（从商场开门营业到晚上下班休息，全天内的人流量都很大），且里面的人员都处在不停的活动状态，因此，建筑内部的发热量就比较大，这种情况下，空调的温度就应该定的低一些，而不能跟一般的民用建筑一样采用相同的最低温度标准。否则，就会出现由于室内过热而不得不开窗散热的现象，造成能源的不必要浪费。
　　2、照明系统节能管理
　　 照明节能途径有两条，一是节能灯的使用，二是加强管理。相对而言，后者可能是更简单而有效的途径。通过诊断可分析出选用不同的光源、镇流器以及采用光控、声控和分区域控制等技术，以及通过加强管理尽量避免白天开灯、随手关灯能够带来的节能效益。照明节能的具体方法如下：
　　 （1）科学选用电光源
　　 科学选用电光源是照明节电的首要问题。当前，国内生产的电光源的发光效率、寿命、显色性能均在不断提高，节能电光源不断涌现。电光源发光原理可分为两类。
　　 一类是热辐射电光源，如白炽灯、卤钨灯等。另一类是气体放电光源，如汞灯、钠灯、氮灯、金属卤化物灯等。各种电光源的发光效率有较大差别，气体放电光源比热辐射电光源高得多。一般情况下，可逐步用气体放电光源替代热辐射电光源，并尽可能选用光效高的气体放电光源。
　　 高压钠灯光效是白炽灯的8～10倍，寿命长、特性稳定、光通维持率高，适用于在显色性要求不高的道路、广场、码头和室内高大的厂房和仓库等场所照明。金属卤化物灯，具有光效高、显色性好、功率大的特点，适用于剧院、总装车间等大面积照明场所。
　　 荧光灯比白炽灯节电70%，适用于在办公室、宿舍及顶棚高度低于5米的车间等室内照明。紧凑型荧光灯发光效率比普通荧光灯高5%，细管型荧光灯比普通荧光灯节电10%，因此，紧凑型和细管型荧光灯是当今“绿色照明工程”实施方案中推出的高效节能电光源。在开、闭频繁、面积小、照明要求低的情况下，可采用白炽灯。双螺旋灯丝型白炽灯比单螺旋灯丝型白炽灯光通量增加10%，可根据需要优先选用。
　　 （2）合理选择照明灯具
　　 灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量，满足环境和作业的配光要求，并且不产生眩光和严重的光幕反射。选择灯具时，除考虑环境光分布和限制眩目的要求外，还应考虑灯具的效率，选择高光效灯具。在各类灯具中，荧光灯主要用于室内照明，汞灯和钠灯用于室外照明，也可将二者装在一起作混光照明。这样做光效高、耗电少、光色逼真、协调、视觉舒适。
　　 （3）合理选择照度和照明方式
　　 选择照度是照明设计的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。工厂照明可按国家颁布的TJ31－79《工业企业照明设计标准》来选择照度和必要的照明质量，综合考虑照明系统的总效率。
　　 在满足标准照度的条件下，为节约电力，应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明三种方式，当一种光源不能满足显色性要求时，可采用两种以上光源混合照明的方式，这样既提高了光效，又改善了显色性。
　　 （4）加强照明用电的管理，杜绝浪费
　　 加强照明用电管理是照明节电的重要方面。照明节电管理主要以节电宣传教育和建立实施照明节电制度为主。使人们养成随手关灯的习惯；按户安装电表，实行计度收费；对集体宿舍安装电力定量器，限制用电，这些都能有效地降低照明用电量。
　　3、电梯系统和办公设备节能管理
　　 对于国家机关办公建筑和写字楼，开水器和办公设备的节电潜力也很大。需通过调查办公人员的使用习惯和工作时间来降低全年的电耗，从而给出具体的节能潜力。
　　三、小结
　　 大型公共建筑节能管理工作将会是我国建筑节能工作的重中之重，因为其是耗能大户，所以要结合我国的国情，采用适宜的形式进行;不仅要满足技术上要求，也要满足经济上的要求，只有做到这些，才能大范围的进行推广。
　　
　　
　　
　　参考文献：
　　【1】清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2009[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：292
　　【2】武涌，刘长滨等.中国建筑节能管理制度创新研究，北京，中国建筑工业出版社，2010
　　【3】郁文红，建筑节能的理论分析与应用研究[D]，天津:天津大学，2011

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