內蒙古地區(qū)辦公建筑采暖空調系統(tǒng)能耗分析

郭玉莎 曲云霞 馮夫順 王志杰

內蒙古地區(qū)辦公建筑采暖空調系統(tǒng)能耗分析

郭玉莎 曲云霞 馮夫順 王志杰

山東建筑大學熱能工程學院

采暖空調系統(tǒng)能耗是建筑總能耗中最大的一個能耗分項，對于辦公建筑采暖空調系統(tǒng)能耗的分析是非常必要的。本文通過對內蒙古自治區(qū)十座公共建筑的調研分析，給出各建筑采暖空調系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)以及建筑總能耗數(shù)據(jù)。依據(jù)所得到的數(shù)據(jù)，從冷熱源形式、建筑體型大小以及建筑類型方面對嚴寒地區(qū)辦公建筑的采暖空調能耗情況進行分析。最后，針對調研中遇到的問題給出一些相關的節(jié)能建議。

辦公建筑采暖空調系統(tǒng)能耗冷熱源形式建筑體型

0 引言

辦公建筑的能耗主要包括采暖空調、照明、辦公設備等能耗構成[1]，而照明、辦公設備等其他分項的能耗都與氣候無關，采暖空調系統(tǒng)的能耗與氣候有非常緊密的關系。內蒙古自治區(qū)地處我國北部，圍護結構熱工分區(qū)屬于嚴寒地區(qū)。該地區(qū)冬季氣候寒冷，采暖熱負荷較大，建筑物年耗能水平較高。本文以內蒙古自治區(qū)十棟公共建筑作為調研對象，對嚴寒地區(qū)辦公建筑采暖空調系統(tǒng)的能耗與建筑的圍護結構、冷熱源方式、建筑體型大小以及建筑類型的關系進行分析。

表1 建筑的基本信息及耗能情況

1 建筑基本信息

本文調研嚴寒地區(qū)的公共建筑主要涉及政府辦公建筑和賓館類建筑兩類。建筑面積在2萬m2以上的有五座，其中一座為酒店，一座為及辦公、賓館的綜合樓，其余的均為辦公建筑。建筑基本信息如表1所示。

2 圍護結構分析

在建筑采暖空調系統(tǒng)能耗中，大約有20%～50%由外圍護結構的傳熱所消耗[2]，對于我國嚴寒地區(qū)這部分能耗的比例也相對較高。公共建筑的圍護結構主要包括外墻、玻璃以及窗框結構等，圍護結構的類型以及是否采用保溫措施將影響采暖空調系統(tǒng)的能耗。

由表1可以看出，調研建筑中只有D、F、G三座做了墻體保溫，其余均無保溫層；多數(shù)建筑選用鋁合金窗框，該類窗框保溫隔熱性較弱；總之，在該地區(qū)調研建筑中，對于圍護結構的節(jié)能技術應用較少，使得建筑的采暖空調能耗量較高。

3 辦公建筑能耗分析

目前，政府辦公建筑和大型公共建筑能耗具有以下特點：能耗總量大，用能增長快；能耗系統(tǒng)復雜，不同類型差異大；設計方案不節(jié)能，運行管理不當[3]。

在所調查的公共建筑中都沒有安裝分項計量裝置，建筑中采暖空調能耗通過以下方法計算獲得：由于采暖空調系統(tǒng)的能耗具有明顯的季節(jié)性，假設過度季節(jié)不采用空調，可以將過度季節(jié)的耗電量作為基本電耗，那么其他季節(jié)高于過度季節(jié)的電耗則為空調用電[4]。另外，對于冬季采用集中供熱、燃氣鍋爐作為熱源的建筑，可將采暖熱水、燃氣能耗折算為耗電量列入采暖空調能耗之中。

圖1 辦公建筑單位建筑面積能耗圖

依據(jù)上述方法，通過計算給出所調研各建筑的單位建筑面積采暖空調能耗值、單位建筑面積能耗值如圖1所示。最后得到該地區(qū)辦公類建筑單位面積采暖空調能耗值、單位建筑面積總能耗值的平均值分別為56.3kWh/(m2a)、76.7kWh/(m2a)。

對于辦公類建筑，冷熱源形式、建筑體型大小以及空調系統(tǒng)的形式[5]均是影響其耗能量的因素。

3.1冷熱源形式分析

所調研的建筑中熱源主要有城市集中供熱、分體式空調、地源熱泵以及燃氣鍋爐四種。冷源主要包括分體式空調、地源熱泵、螺桿式冷水機組、電制冷冷水機組以及多聯(lián)機五種。對于所調研的辦公建筑根據(jù)冷熱源的形式主要分為以下三種采暖空調形式：分體式空調+集中供熱；地源熱泵系統(tǒng)；制冷機組+集中供熱/燃氣鍋爐。

根據(jù)建筑的基本信息：A、B、C、D四座建筑屬于第1種采暖空調形式；E、F兩座建筑冷熱源均采用地源熱泵，屬于第2種形式；G、H、I三座建筑歸為第3種形式。三種形式的平均耗能量指標如圖2所示。

圖2 不同冷熱源形式平均能耗對比圖

通過圖2能耗值之間的對比可以看出：該地區(qū)三種形式的耗能量依次遞增，由形式2和形式3之間的對比，地源熱泵系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果；另外，形式2和形式3均采用中央空調系統(tǒng)，采用中央空調系統(tǒng)建筑的采暖空調能耗高于分體式空調。

3.2建筑體型大小分析

A、B、C、D、I五座建筑的建筑面積均在10000m2以下，屬于普通政府辦公建筑。由圖1中給出的數(shù)值可以看出，五座建筑中前四座單位面積采暖空調能耗值均在50kWh/(m2a)以下，第I座的能耗值較大接近70kWh/(m2a)。

E、F、G、H四座建筑的建筑面積均在20000m2以上，屬于大型公共建筑。四座建筑的單位面積采暖空調能耗值在50～85kWh/(m2a)之間。

圖3給出普通辦公建筑與大型辦公建筑之間平均能耗值的一個對比。結果表明，該地區(qū)大型辦公建筑的單位面積采暖空調能耗值約為普通辦公建筑的1.4倍，兩種建筑類型采暖空調耗能量占建筑總耗能量的比例非常相近，均為70%左右。

圖3 不同建筑體型平均能耗值對比圖

3.3辦公建筑與賓館類建筑能耗之間的對比

對于賓館類建筑，內部的運行管理方式、入客率以及室內舒適度要求標準等其他因素對其耗能量影響比較大[6]。調研建筑中J、H酒店部為賓館類建筑，J酒店屬于大型公共建筑，H酒店部建筑面積接近20000m2。兩座建筑的耗能量以及與辦公建筑耗能量之間的對比如圖4。

圖4 辦公建筑與賓館類建筑能耗對比圖

通過對比可以看出，賓館建筑采暖空調耗能值的平均值明顯高于辦公類建筑。但兩類建筑采暖空調能耗占總能耗的百分比大致相同，均為70%左右。

4 結論

綜上所述，對于嚴寒地區(qū)辦公建筑的采暖空調能耗情況得到以下結論：

1）辦公類建筑單位面積采暖空調能耗平均值為56.3kWh/(m2a)，建筑總能耗平均值為76.7kWh/(m2a)；據(jù)調研，該地區(qū)建筑圍護結構的保溫措施不夠完善，這是導致采暖空調能耗較大的原因之一。

2）冷熱源的形式對該地區(qū)建筑的采暖空調能耗有較大的影響，地源熱泵系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果；采用中央空調系統(tǒng)的采暖空調能耗高于分體式空調。

3）大型辦公建筑的平均采暖空調能耗高于普通辦公建筑。

建議：首先，對于該地區(qū)建筑的外圍護結構，增強其保溫隔熱性能是實現(xiàn)節(jié)能的重要措施；其次，在選擇冷熱源形式方面，體型較小的普通建筑采用分體式空調+集中供熱是比較節(jié)能的。對于大中型辦公建筑，應根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件、建筑周圍環(huán)境和外圍護結構進行分析，選用合理的冷熱源形式。此外，可加大對可再生能源的利用，例如地熱能、太陽能等；最后，精心進行采暖空調系統(tǒng)的設計，優(yōu)化系統(tǒng)運行模式，對運行實現(xiàn)規(guī)范化管理。

[1]魏慶芃.中國公共建筑能耗現(xiàn)狀和特點[J].建設科技,2009,(8): 38-43

[2]孫杰.重慶市辦公建筑能耗特性及節(jié)能策略研究[D].重慶:重慶大學,2007

[3]梁傳志.夏熱冬冷地區(qū)辦公建筑能耗特性研究[D].天津:天津大學,2011

[4]宗通.濟南地區(qū)公共建筑空調系統(tǒng)能耗評價與分析[D].濟南:山東建筑大學,2011

[5]張方.建筑節(jié)能[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[6]高興.酒店建筑能耗及空調系統(tǒng)能耗合理性評價[J].暖通空調, 2005,35(4):34-38

Ene rgy Cons um ption Ana lys is of He a ting a nd Air-c onditioning Sys te m on Offic e Buildings in Inne r Mongolia

GUO Yu-sha,QU Yun-xia,FENG Fu-shun,WANG Zhi-jie
Department of Thermal Engineering,Shandong Jianzhu University

Energy consumption of heating and air-conditioning system is one of the largest components in total energy consumption,and it’s very necessary to analysis what this component is in office buildings.Through the survey analysis of 10 public buildings,the energy consumption data of heating and air-conditioning system is given in this paper, together with the data of building energy consumption.Based on the figures,the analysis of heating and air-conditioning system energy consumption to office building in cold region is carried on in ways of form of heat and cold source, building size and construction types.Finally,some suggestions about energy saving is given according to the problems encountered in the process of research.

office buildings,heating and air-conditioning system energy consumption,form of cold and heat source, building size

1003-0344（2014）06-087-3

2013-7-12

郭玉莎（1988～），女，碩士研究生；山東省山東建筑大學熱能工程學院（250101）；E-mail:guoyusha_1989@163.com

山東省科技發(fā)展計劃（2012GX10416）