北京江森自控有限公司100062
摘要：以北京市大型公共建筑能源审计所获得的数据为样本，选取其中5栋具有代表性的办公建筑单位能耗统计数据进行分析，探究办公建筑能耗的基本状况及特点，通过计算空调系统分项能耗指标，提出相应措施与建议，为政府能源管理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力，实现为办公建筑空调系统节能目标提供科学的依据。
关键词：办公建筑；空调能耗；分项电耗
前言
办公建筑的使用特性，决定了其能耗特点与其他类型建筑有显著不同，可总结为以下四点：（1）空调能耗主要集中在工作日8：00~18：00，工作时段与非工作时段能耗差别明显；（2）办公建筑内大多设有遮阳设施，不能充分利用自然采光，照明设备及办公设备数量多，能耗高；（3）新风负荷大；（4）室内环境舒适度要求较高。
1办公建筑空调系统能耗统计与分析
1.1工程概况
基于北京市大型公共建筑能源审计所获取的资料及数据，整理后选取其中具有代表性的5栋办公建筑作为样本，对其空调系统能耗进行分析研究。5栋建筑的结构形式均为混凝土剪力墙，建筑概况及外围护结构信息如表1所示。
由表1可知，5栋办公建筑外墙材料以加气混凝土砌块为主，除4号办公建筑外，均设有保温和遮阳措施。并使用低透射率的Low-E玻璃或镀膜玻璃。从围护结构的基本信息中可知，由于4号办公建筑竣工时间较早，围护结构所采用的节能措施尚不完备，具有很大的节能改造空间。
表1办公建筑围护结构信息
1.3办公建筑空调能耗分析
建筑能耗是指建筑的使用能耗，构成建筑能耗的指标体系如图1所示。根据5栋办公建筑的能耗及空调系统能耗数据，计算得到每栋建筑的能耗及空调系统能耗，折合标准煤后的数据见表3。
由表3可见，不同建筑能耗差别较大。5号办公建筑空调能耗指标较4号办公建筑有明显下降，其主要原因为4号办公建筑竣工时间较早，围护结构所采用的节能手段尚不完善。同时通过现场走访，发现4号办公建筑存在下班后因少数人加班而运行整套空调系统、空调系统运行的同时未关闭门窗、无人区域灯常开以及电机长时间处于部分负荷状态下运行等现象。5号办公建筑竣工时间较晚，围护结构采用节能措施较完善，同时因设备陈旧、损坏产生的能耗较少，具备较完善的能源管理制度及运行管理团队，设有节能办公室和健全的能源管理网络，并明确节能管理责任。
图2办公建筑空调系统能耗占建筑总能耗比例
2空调系统分项能耗分析
空调系统能耗主要由冷源、输送系统和空调末端3部分组成，其中冷源的主要能耗来源为制冷机，输送系统主要能耗来源为冷却塔与水泵，空调末端的主要能耗来源为风机（空调箱循环风机、新风机组风机、风机盘管循环风机等）。不同的空调系统形式、运行管理方案，对空调系统能耗均会产生影响。
根据统计的5栋建筑空调系统供冷期实测数据及分项计量空调系统各部分能耗，分析分项能耗特点及节能潜力。
空调设备中冷水机组全年总能耗按下式计算：
E=Q×IPLV（1）
式中：E——冷水机组全年总能耗（kW?h）；
Q——冷水机组年制冷量，由空调假象负荷乘系数1.2得到；
IPLV——冷水机组一次能部分负荷综合值。
风机、水泵设备全年能耗E的计算采用当量满负荷运行时间法，按下式计算：
E=Pτ（1-r）（2）
式中：E——设备全年能耗（kW?h）；
P——设备额定输入功率（kW）；
τ——累计运行时间（h）；
r——效果率，反映因采用控制方法（如台数控制，变频调速控制等）而使总能耗减小的效果。
2.1制冷机能耗
5栋建筑使用功能虽一致，但是单位面积冷机能耗存在很大差异，各建筑制冷机能耗如图3所示。其中，4号办公建筑冷机能耗指标为5.93kgce/m2，而5号办公建筑能耗最低，冷机能耗指标为1.75kgce/m2，其差异主要来源于供冷时间长短，其中制冷机的额定效率和负荷率对其能耗也有一定影响。
2.2冷冻水泵能耗
5栋办公建筑的冷冻水泵能耗指标如图4所示。由于冷冻水泵的任务是将制冷机制备的冷量以水为媒介，输配到各个空调箱、新风机组和风机盘管等末端用户的换热设备，所以可定义输配系数来衡量其效率。冷却水泵的能耗与供冷时间密切相关，与空调水系统形式、水泵运行策略、水泵效率和空调末端水阀控制方式等也存在一定关系。
图5空调风机能耗指标
2.4冷却水泵和冷却塔能耗
冷却水泵和冷却塔能耗如图6所示。冷却泵能耗与供冷时间和所需排热量存在一定关系。除此之外，水泵效率、冷凝器阻力和冷却水管道阻力也对冷却泵的能耗有一定影响。但若只以降低冷却泵能耗为目的，可能导致冷却水流量不足、温差加大，从而使制冷机冷凝温度升高，冷机效率下降。
冷却塔风机大气环境作为冷源，驱动空气流过冷却塔内的换热填料表面，与冷却水进行热质交换，从而将冷冻机冷凝器排出的热量全部带走，维持冷凝温度在合理范围值内。冷却塔散热效果直接影响冷凝温度，而冷凝温度升高则导致冷机COP下降，致使制冷主机能耗增加。所以，冷却塔对冷机效率影响所造成的能耗远大于其自身风机能耗。
图6冷却水泵及冷却塔能耗指标
3办公建筑空调系统节能潜力分析
通过以上对空调系统的分项能耗统计与分析，可以看出办公建筑存在很大的节能空间，可采取以下措施来实现节能降耗的目的。
3.1合理的系统设计
大部分办公建筑的空调末端采用风盘加新风系统，但有些空调系统设计不合理，部分空调设备使用时间较长、能效较低，增加了空调能耗。空调系统能耗在建筑能耗中所占比例很大，所以，采用高能效的空调设备，根据季节和室外温度变化采取不同的节能运行模式，加强空调系统维护，保证系统处于最佳运行状态；过渡季节全新风运行、冬夏季合理控制新风量，以降低新风系统运行能耗；优化空调系统的分区设计，在提高空调系统控制水平的同时满足办公人员舒适性要求。
3.2加强能源监测措施及手段
空调系统能耗由于设计、计量、控制和运行管理等方面原因，存在不同程度的能效低下问题。集中式空调系统节能降耗的实现是基于计量数据的全面性、准确性和系统性，大部分既有建筑中央空调系统的计量网络并不完善，已成为对空调系统运行能耗进行准确评价、分析及诊断的主要障碍。可通过在物业中构建能效监管平台，实现对集中式空调系统准确的能耗运行数据采集及诊断分析工作，从而及时调整与指导空调系统的高效运行。
3.3运行管理节能
经调查发现，大部分办公建筑尚未成立专门的能源管理部门，管理机制不完善。为提高运行管理水平，物业部门需特别设置能源管理岗位，实行能源管理岗位责任制；根据建筑的使用情况制订相应的能耗指标，建立、健全节能管理规章制度，开展节能宣传教育和岗位培训，增强工作人员的节能意识，培养节能习惯，提高节能管理水平；完善建筑的能源消耗计量制度，区分用能种类、用能系统，实现能源消耗分户、分类、分项计量，并对能源消耗状况执行实时监测，及时发现、纠正能源浪费的现象。
结束语
本文以5栋办公建筑为样本对空调系统分项能耗进行了统计与分析，可为政府能源管理部门及用能单位自身加强能源管理、挖掘节能潜力、编制节能规划及实现节能目标提供科学的依据。
（1）不同的空调系统选型与新技术新能源的应用，对建筑能耗有着一定影响。通过对5栋办公建筑空调系统的分项能耗指标进行计算，得到制冷机最低能耗为1.75kgce/m2，冷冻水泵最低能耗为0.19kgce/m2，空调风机最低能耗为0.17kgce/m2，冷却系统的最低能耗为0.2kgce/m2。
（2）合理的系统设计是建筑低能耗运行的前提，采用高效的空调设备、合理的设备选型以及空调系统的优化是整个建筑节能的保障，制订完善的能源监测方案及措施是建筑节能的重要环节；同时，加强建筑的运行管理手段对降低空调系统能耗将产生明显成效。
（3）建筑能耗评价应同时贯穿于设计阶段和运行阶段。空调系统节能除了新技术、新能源的应用外，设备的定期检修与维护也是保证设备正常、低耗运行的必要措施。
参考文献
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