大型办公建筑能耗现状及节能对策分析
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CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY
2021年2月合刊总第424期
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讨
1    引言
张继科发球在过去的十多年中，公共建筑是我国建筑面积增长最快的分项，其中大量商业办公楼、商业综合体等建筑的增加是其主要增长因素之一，此类建筑由于建筑体量和形式约束导致的空调、通风、照明和电梯等用能强度较高，是我国公共建筑能耗强度持续增长的重要原因[1]
。据统计，截至2016年公共建筑总能耗约占建筑总能耗的31%，随着公共建筑规模及平均能耗强度的增
长，公共建筑能耗已经成为我国建筑能耗中比例最大的用能分项，既有公共建筑用能形势严峻。
大型办公建筑能耗现状及节能对策分析
刘 震
（中国电子工程设计院有限公司，北京市，100142）
[摘要]基于北京市六栋大型办公楼能耗运行数据，对大型办公建筑的用能特点、影响因素和节能改造潜力进行了分析，提出该类建筑降低能耗的节能对策，为北京市大型办公建筑节能降耗提供技术参考。[关键词]大型办公建筑；能耗；节能潜力；节能对策
Analysis of Energy Consumption Status and Energy-saving
Countermeasures for Large Office Building
Liu Zhen
(China Electronics Engineering Design Institute Co., Ltd., Beijing, 100142)
Abstract : Based on the energy consumption operation data of six large office buildings in Beijing, thi
s paper analyzes the energy consumption characteristics, influencing factors and energy-saving potential of large office buildings, and proposes energy-saving countermeasures for reducing energy consumption of such buildings, so as to provide technical reference for energy-saving and consumption reduction of large office buildings in Beijing.
Keywords : large office building, energy consumption, energy-saving potential, energy-saving countermeasures
本文选取北京市六栋大型办公楼作为研究对象，六栋建筑竣工年代均在2000~2010年之间，
已运行十余年，建筑面积均大于5万平方米，外围护结构采用玻璃幕墙形式，其中冬季供暖热源均为市政热力，冷源为水冷式机组。数据统计时未将市政热力能耗列入，只考虑除采暖之外能耗，获取了全年的建筑用电、用水数据。通过跟踪其运行数据，定量或定性描述了样本建筑的能耗现状和特点，统计建筑能耗的诸多影响因素，分析节能改造中各项措施的节能效果，挖掘北京市大型办公建筑的节能潜力，提出了有效的节能改造方向，为后续开展我国大型办公建筑的节能降耗研究提供技术参考。
DOI: 10.16116/jki.jskj.2021.03/04.023
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2    建筑能耗分析
2.1  单位面积能耗指标分析
从表1可知，建筑单位面积年耗电量范围为
84.16～118.40 kWh/(m 2·a)，建筑单位面积年平均耗电量为98.72 kWh/（m 2·a ），建筑单位面积年耗电量最大耗电量是最小耗电量的1.4 倍。建筑单位面积年用水量范围为0.57～1.14 t/(m 2·a )，单位面积年平均用水量为0.79
t/（m 2·a ），单位面积最大用水量是最小用水量的2.0 倍。
表1  能耗调查结果
清华大学调研发现[2]，大型办公楼单位面积能耗均值为111.2 kWh/（m 2·a ）。李以通等[3]对天津36家办公建筑的年单位面积耗电量进行统计，发现其分布范围为47.5~198.11 kWh/(m 2·a)，平均耗电量为107.29
kWh/（m 2·a ）。郭佳等
[4]
对北京25栋大型公共建筑进行了能耗分析，得到办公类建筑单位面积耗电量平均值为80.69 kWh/（m 2·a ），用电范围为55.50～122.18
kWh/(m 2·a)；单位面积年用水量范围为0.33～0.99 t/(m 2·a)，单位面积平均用水量为0.71 t/（m 2·a ）。
从表1可以看出，六栋建筑的能耗均位于其他调研结果的能耗分布区间内，但由于样本选取不同，导致单位面积能耗平均值有一定差别。根据《民用建筑能耗标准》GB/T 51161-2016规定，办公建筑非供暖能耗指标约束值为80 kWh/(m 2·a)，样本能耗值明显高于标准要求，说明随着办公人员对于热舒适性和功能性要求的提高，办公条件也不断完善，引起能耗强度增加，因此该类建筑节能潜力有待进一步挖掘。
2.2  逐月能耗指标分析
经典谍战片
为了解建筑单位面积耗电量随时间变化的规律，对六栋建筑逐月能耗数据进行了统计，从图1 中可以看出，各栋建筑的逐月耗电量呈阶梯状分布，波动幅度较大。这是由于北京地区夏季制冷、冬季供热的特点，办公楼单位面积耗电量最高值均出现在夏季，冬季单位面积耗
电量次之（含冬季换热站电量），过渡季单位面积耗电量最小，单栋建筑耗电量最高值是最低值的1.51～1.93倍。同时，从图1中可以看出夏季耗电量最大的为建筑
星期四的英文B ，最大值为8月份的13.92 kWh/m 2，建筑F 的耗电量最大为9.81 kWh/m 2，前者为后者的1.42倍。虽然被调研建筑处于同一地区，使用功能基本相同，但建筑单位面积耗电量最大值之间仍有1.42 倍的差异，这是由于建筑B 空调末端系统为全空气系统，而建筑F 为风机盘管加新风系统，影响能耗的因素除了系统形式的差别外，还与运行管理水平、使用者习惯、室内热湿环境要求、光照环境的差异、
办公自动化以及智能化程度等有很大
关系。
图1  各建筑逐月单位面积耗电量图示
Fig.1  Diagram of monthly electricity consumption of per
unit area for each building
图2  各建筑逐月单位面积用水量图示
Fig.2  Diagram of monthly water consumption per unit area
of each building
由图2可知，各建筑单位面积用水量逐月变化曲线与耗电量变化趋势相似（图中列出4栋建筑数据）， 夏季用水量最大，这是由于空调系统运行时需要补水所致，
尤其是冷却塔用水损耗较大，另外夏季时给排水系统、
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绿化等用水量均较其他季节高。各建筑逐月用水量均值分布在0.05～0.09 t/m2，各建筑单位面积用水量差异明显，这与给排水系统设计的合理化程度、卫生器具的效率等级、管网的维护状况、节水措施的应用情况等因素有关。
2.3  建筑能耗构成分析
大型办公建筑用电主要是由空调系统、照明、办公设备、电梯和其他用电构成。由图3可知，空调系统、照明和办公设备用电在写字楼建筑里占总能耗的90%以上，其中空调系统用电比重达到了48.70%。不同建筑办公设备耗电量差别较大，主要受人均办公面积、工作时长、办公自动化程度等因素影响，与一般公共建筑相比在总能耗中所占的比例更大，梁珍等[5]对深圳市高层办公建筑调查同样发现，办公设备耗电量最不均衡，这主要是由于传统的办公楼与智能化的办公楼中设备配置差别很大，造成了设备耗电量的不均衡性。办公建筑的照明电耗有很强的规律性，主要取决于照明功率密度、运行小时数等因素。
图3  典型建筑耗电量构成
Fig.3  Electricity consumption of typical buildings空调不制冷什么原因
要女朋友有什么用2.4  不同区域耗电量分析
大型商业办公建筑一般包括公共区域和对外租用的办公区域，本文所指公共区域包括设备机房、走廊、大厅、地下车库等区域的用电设备的耗电量。现选取其中四栋较典型建筑进行对比分，由图4 可以看出，公共区域单位面积年耗电量范围为38.10～54.81 kWh/(m2·a)，平均耗电量为44.75 kWh/（m2·a）；租用区域单位面积耗电量范围为41.87～58.57 kWh/(m2·a)，平均耗电量为49.37 kWh/（m2·a）。公共区域耗电量所占比例范围为42.6%～53.1%，两者所占比重相差不大，由于公共区域耗电量主要包括空调系统、照明系统、动力系统、供配电等，节能潜力的挖掘应以技术措施和运行管理方式为主。租用办公区域耗电量主要包括办公设备、照明和末端空调系统为主，该部分耗电量主要取决于用户的个人用能行为和运行管理方式，个人用能行为包括空调行为、照明行为、设备使用行为和外窗行为等，因此提高人们节能意识、优化物业管理模式尤为重要。
图4  公共区域、租用区域年耗电量图示
Fig.4  Diagram of annual electricity consumption of public
areas and leased areas
公共区域单位面积逐月耗电量变化趋势与总耗电量变化趋势基本一致，如图 5中建筑D，6栋写字楼表现出同样的规律，但租区逐月耗电量变化不尽相同，此处不一一列出，例如建筑D租区的逐月单位面积耗电量基本一致，但其他几栋建筑均无明显规律，通过耗电量与出租率对比发现，出租区耗电量与出租率有较大关系。当出租率相对稳定时，由于空调系统末端形式不同、租户用能行为不同等因素导致出租区耗电量随季节变化无明显规律。
图5  建筑D逐月单位面积耗电量图示
Fig.5  Diagram of monthly electricity consumption per unit
area of Building D
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3    节能潜力及对策分析
梦到被蛇咬是什么意思3.1  节能改造效果分析
调研发现，办公建筑改造措施主要涉及空调系统、照明系统，动力系统和供配电系统，常用技术措施如表2。
表2  主要改造技术措施
调研的六栋建筑中有四栋建筑进行过单项或多项节能改造，通过对已进行过节能改造的建筑跟踪调查
发现，改造后年耗电量较改造前节省6.40%～28.46%，年用水量较改造前节约2.90%～32.14%，如图7所示。纪凯等[6]通过对天津市部分已实施了节能改造的项目调研发现，天津市商业建筑具有20%～30%的节能空间。重庆大学唐浩等
[7]
对123个既有公共建筑节能改造节能
效果分析得出，依靠照明插座系统改造与空调系统改造已经接近于20％的总节能率，再辅助以其他系统改造便可达到20％。姚竹弦等[8]研究发现，办公建筑照明系统和空调系统的改善对建筑能耗的降低最为明显，可分别降低8%~13%、1.5%~10%的建筑总能耗。本文中四栋建筑也是以空调系统与照明系统改造为核心，辅之以动力系统、供配电系统及给排水系统的改造，改造效果与其上述研究结果相近。
图6    改造建筑节能率
Fig.6  Energy saving rate of renovation building
由于调研对象有的只是进行了单项或部分改造，导致建筑总节能率相对较小，因此从各项目中选取典型的单项改造效果进行分析。
空调系统：如图7所示，建筑A 通过对冷冻机组进行变频改造，设置水路控，楼层加装控制阀门，冷却塔布水改造，更换冷却塔填料等措施，公共区域空调系统单位面积年耗电量由19.32 kWh/（m 2·a ）降至16.35
kWh/（m 2·a ），节能率为15.37%，建筑D 空调机房通过水系统变流量改造，制冷机房单位面积年耗电量由
7.90 kWh/（m 2·a ）降至5.25 kWh/（m 2·a ），节能率达到33.54%。
照明系统：照明系统节能改造的主要措施为照明光源替换，LED 光源相比传统光源具有光效高、使用寿命长的优势，采用LED 光源替换不同类型的传统光源即可产生可观的节能效益。调查发现[7]，大部分项目的照明改造单项节能率在50％～70％之间，平均单项节能率为62.99％，节能效果较好。如图6，通过对走廊、电梯厅、地下车库等区域照明系统更换LED 光源，该部分单位面积年耗量由5.34 kWh/（m 2·a ）降至2.01 kWh/（m 2·a ），节能率达到62.25%。
动力系统：图7中电梯单项改造中，通过定制合理运行规则，采用多台电梯协调运转的优化控制策略来管理电梯，合理控制电梯照明等方式，合理安排季节转换时开启关闭电梯轿厢空调及机房空调等，该部分单位面积年耗量由2.85 kWh/（m 2·a ）降至2.32 kWh/（m 2·a ），节能率达到18.60%。
图7  单项节能率图示
Fig.7  Diagram of individual energy saving rate
供配电系统:
这一部分的改造与其他系统存在一定
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区别，供配电系统真正意义上的耗电量很少，供配电系统的运行状态很大程度上取决于用电设备的特性，对供配电系统的节能改造可以降低变压器与线路损耗，保障供电系统的安全稳定运行。
选用节水设备，降低用水量：例如建筑A将公共用水设备改为感应龙头和感应冲水，并更新为高效率等级节水器具，定期运行维护避免管网漏损，绿化采用节水的灌溉技术等，年节水率可达32.14%。
3.2  节能对策分析
通过对样本建筑的能耗现状调研，比较影响建筑能耗的诸多因素，分析各节能改造措施的节能效果可得到，大型办公建筑节能潜力应从技术、管理、意识三个方面综合考虑，充分挖掘建筑的节能潜力，出节能薄弱环节，实施必要的节能措施。
（1）采取合理的节能技术措施。办公建筑照明系统和空调系统的改善对建筑能耗的降低最为明显，同时根据实际情况，针对性地对动力系统、供配电系统、特殊用能系统等进行改造，在实施过程中应重视节能改造诊断和结合具体项目制定合理的实施方案，实现节能效益最大化。如空调系统的变流量改造，节能效益既受制于项目本身节能潜力的限制，又受变流量改造控制策略、系统设备情况的影响，
因此应在改造前进行详细技术和可行性论证。
（2）节能运行与管理。加强对设备维护与管理，使设备效率保持较好的水平，避免不必要的附加能耗。加强能耗监测，设置分项计量系统，完善办公区域温、湿度的监测制度，提高设备监控系统的自动化水平；完善空调系统等设备远程控制网络，解决无人时间段或无人办公区域内空调系统末端的远程控制问题；改善新风系统的控制策略，充分利用室外新风按需控制新风量，在保证室内舒适度的前提下降低新风负荷。
（3）提高公众节能意识、加强管理。办公建筑中物业管理人员为节约成本，内部节能意识较强，但出租区使用者节能意识较淡薄造成的能源浪费也比较明显。在现场调研发现，存在空调和门窗同时打开的现象，离开时未关闭灯、办公设备及空调设备的情况并不少见。
对建筑使用者开展节能环保教育，包括所有入驻单位和建筑使用者，加强使用人员对节能的重视，培养良好的使用习惯，降低用能行为造成的能源浪费。并探索新的物业管理模式，制定相关的约束和激励措施，引导建筑使用者科学用能、节约用能。4    结论
大型办公建筑发展迅速，规模较大，单位建筑面积能耗较高，有很大的节能潜力。通过上述分析，可得出如下结论：
（1）北京市六栋大型办公建筑单位面积年耗电量范围为84.16～118.40 kWh/(m2·a)，年平均耗电量为98.72 kWh/（m2·a），建筑单位面积年用水量范围为0.57～1.14 t/(m2·a)，年平均用水量为0.79 t/（m2·a）。
（2）大型办公建筑用电主要是由空调系统、照明、办公设备、电梯和其他用电构成，通过对比节能改造效果发现，办公建筑照明系统和空调系统的改善对建筑能耗的降低最为明显，并应结合具体项目兼顾动力系统、供配电系统及给排水系统的改造。
（3）大型办公建筑节能潜力应从技术、管理、意识三个方面综合考虑，挖掘建筑节能潜力，在制定节能策略的同时，应重视节能运行与管理，提高公众节能意识，倡导行为节能。
参考文献
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作者简介
刘震，男，1984年生，汉族，研究生，工程师。研究方向：建筑节能。

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