建筑节能问题从实测结果分析政府办公
来源：UC论文网2015-11-22 20:23
摘 要： 根据政府机构办公建筑的节能诊断结果，归纳出目前政府机构办公建筑在建筑节能中存在的共性问题，包括设计问题、施工及初调节问题、运行调节问题、管理问题及个别高能
摘 要：根据政府机构办公建筑的节能诊断结果，归纳出目前政府机构办公建筑在建筑节能中存在的共性问题，包括设计问题、施工及初调节问题、运行调节问题、管理问题及个别高能耗的不合理环节等。
关键词：办公建筑 节能 设计 运行管理
背景
政府机构办公建筑能耗特点和一般写字楼类似。从终端用能角度看，政府机构除采暖之外的建筑能耗主要是空调系统、照明、办公等三个方面的耗电，主要节能潜力在空调系统、照明两方面。2005年暑期，通过对六座在京中央国家机关的办公建筑开展了节能诊断，对诊断过程中发现的问题进行分析，发现造成政府机构能耗水平高的关键技术环节主要有以下几个方面：设计导致的问题、施工及初调节导致的问题、运行调节问题、管理问题及个别高能耗的不合理环节等。
1. 设计导致的问题
设计是决定建筑能耗最关键的因素。实测发现，政府机构办公建筑暖通空调系统设计中，对能源利用的科学性和高效性考虑不足。突出体现在以下几个方面：设备选型偏大，系统结构不合理，盲目提高设计标准。
1.1. 设备选型偏大
设备选型偏大的原因主要是在计算负荷时选择或设备选型时重复乘以安全系数，或者根据以往经验未经仔细计算就选定负荷面积指标。此外，与设备选型以单点设计为主、缺乏全工况设计等因素也有密切关系。调查发现，各政府机构公共建筑中冷机、水泵普遍选型过大，长期在低效率工况点运行，造成初投资和运行能耗浪费。
（1）冷机
以某政府机关办公楼为例，2001年改造时安装中央空调系统，设计安装三台制冷量均为1758kw的大型离心式冷水机组。但几年来，每年夏天仅需开启一台冷机即可满足需要，不存在两台冷机同时运行的情况；而且在一台冷机运行时，80%时间只能在冷机额定负荷的70%以下运行，如下图所示。
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图1.1 某政府办公楼实测年负载率分布
离心式冷机的COP随冷机负荷的减小而迅速下降（如图1.2所示）。以2005年夏季为例，该办公楼冷机运行电耗达18.1万度，平均COP在4.2左右。若冷机能在大多数情况下保持COP＝5运行，则可节电2.7万度，节能潜力约15%。
图1.2 某政府办公楼实测冷机COP随负荷变化规律
其他被测建筑中也都存在类似的冷机设计选型过大问题。这不仅造成初投资的浪费，更重要的是，还造成相关配套设备如冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、变压器都选型过大，给运行调节带来一系列的问题，同时带来额外的能耗。
（2）循环水泵
冷冻水/冷却水循环泵是空调系统中另一主要耗能设备。调查中发现，其额定扬程和流量通常也远大于实际所需，造成水泵性能与管路实际阻力状况不匹配，导致水泵长期在低效率点工作，电流和能耗超标，甚至有烧毁电机的危险。下表给出了实测的六座政府机构办公建筑中央空调系统的36台冷冻泵、冷却泵的效率，其中效率最高的为65％，效率最低的仅为36％。
表1.1 实测六座政府机构办公建筑空调系统中36台循环水泵的效率
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| A | B | C | D | E | F |
| 实测水泵台数 | 10 | 4 | 6 | 4 | 8 | 4 |
| 最低效率 | 0.42 | 0.58 | 0.62 | 0.51 | 0.36 | 0.48 |
| 最高效率 | 0.65 | 0.61 | 0.65 | 0.52 | 0.46 | 0.52 |
据测算，这些水泵每年夏天耗电139.7万度。若所有泵设计选型合理，其效率可达到国家建筑节能标准规定的能效限值，即可节电39.4万度，节能潜力近28%。
1.2. 系统结构不合理
除设备选型偏大以外，系统结构不合理也是导致能耗偏高的重要原因。
（1）冷机与泵的连接方式
诊断中发现，多台冷机并联而部分运行时，一些应关闭的阀门常处于开启状态，使不工作的冷机也有水旁通，如图1.3所示。在这种情况下，通过工作冷机的流量只有额定流量的50%左右，冷机工作状况恶化，效率下降。为保证工作冷机的流量不至于太低，开启不该开的冷冻水泵和冷却水泵，虽能保证冷机正常工作，却又使得水泵电耗增加一倍。
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| 图1.3 冷机旁通冷冻水示意图 | 图1.4 泵与冷机连接方式示意图 |
如果在设计中采用如图1.4的方式连接，则既能实现泵的互为备用，又能从源头上避免冷机 旁通的问题。
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对采用新风+风机盘管末端的系统来说，新风的输送采用传统的定风量系统即可。在某政府办公楼中实测发现，其新风道上设计安装了大量“压力无关型定风量末端”，风机上也加装了变频器。其本意是为了保证新风总量，同时调节新风分配。在实际运行过程中通常新风机工作频率基本上不改变，各“定风量末端”也都工作在新风阀开度最大的工况下。这种设计不仅造成初投资浪费，而且凭空增加风道阻力部件，增加了风机设计压头和运行电耗。
（3）照明线路设计
目前，节能灯具已经较为广泛的应用到了政府机构的照明系统中，对降低照明能耗做出了很大的贡献。但在照明电路设计中，常常出现灯管的控制方式不合理的情况，如不按内外区划分控制区域，无法调节同一区域的照明密度，甚至出现了一个房间的灯只能全部开启或者全部关闭的现象。这就导致即使工作人员有节能的意识也无法很好的去实现。
1.3. 盲目提高设计标准
空调系统设计中盲目提高设计标准，如提高新风量、提高某些次要功能房间环境控制标准等，也造成较大的能量浪费。例如，某政府办公楼中主要办公区域人均新风量都高于设计规范要求的30m3/h，很多区域超过100 m3/h，健身房甚至达到218 m3/h，并且在工作时间不间断运行。这不仅造成风机电耗增加，更使得新风降温除湿负荷大幅度增加，增加总的耗冷量。
此外，在一些政府机构办公建筑中还发现，对于冷冻机房、空调机房、泵房、甚至地下车库等公共建筑中的次要功能空间，本来采用通风即可满足要求，但是一味追求高质量而采用了全空调方式，导致大量的风机、水泵和冷机电力消耗。
2. 施工及初调节问题
目前建筑施工过程中，没有专门的节能监督管理人员对设备的安装情况、初调节状况等进行监督和管理，这就使得有些设备误安装，或者设计中的节能意图因为施工的随意改动而不能得到实现，从而导致系统不能正常运行，白白浪费能量。
（1）风道施工
某建筑整个风系统在交付使用之前没有进行初调节，一些管路阀门没有打开或者根本无法打 开，导致风道阻力过大，风机实际送风量远小于设计风量。
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（2）全热回收设备初调节
系统中某些高效、节能的设备，若未经过初调节就直接运行，其功能就无法发挥。某政府办公楼办公区的每个新风机组都设有新排风转轮全热回收装置。其结构如图2.1所示。在实际使用过程中，由于出口静压传感器有误，初调节时又没能诊断出，导致转轮下的阀门（图中圈出）一直处于开启状态，造成新风旁通，全热回收效率仅为22.8％。
图2.1 某政府机构办公楼新排风全热回收机组工作原理示意图
3. 运行调节问题
（1）运行时间过长
某政府办公楼空调系统年电耗在60kWh/m2以上，远超过一般同类建筑的水平。调查发现，该建筑空调系统在夏季24小时运行，晚上无人时也有一台冷机开启并运行。工作人员声称是为了满足值班的公务员的要求。但实际是到了夜间楼里基本上没有人员工作。这时仍开启冷机、水泵、风机等空调系统设备纯属浪费的行为。
（2）冷机旁通
冷机旁通是系统常见的问题之一，在设计问题中已有提及。但造成这种现象最主要的原因还是运行调节不当。停止运行的冷机前后阀门没有关闭，会导致冷机旁通的现象发生。
（3）冷机待机电耗
下图是某建筑冷机耗电量实测结果。从中可看出，非供冷季的10月到4月，冷机每月消耗约2400度电，这是由于在非供冷季，为了使润滑油保持一定温度，冷机停机不断电，控制柜及润滑油加热器带电造成待机电耗较大。经咨询冷机厂家的技术服务人员，确定冷机只需 在开机前提前24小时内预热即可，因此可在非供冷季冷机拉闸断电，可以节省这部分待机电耗，每年约1.7万度电，按每度电0.6元计算，折合约1万元/年。
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图1.6 某冷机典型年全年逐月耗电量统计
（4）自动控制系统
调查的政府机构大楼基本都花费大量经费装有自控系统，但普遍问题是：自控系统并没有“自动控制”，只是起“眼睛”和“耳朵”的监视作用，而运行调节等“脑子”和“手臂”的作用仍要由人工手段完成。这样就使得自控系统失去了原本的使用意义，时间长久，随着各种传感器、变送器逐渐坏损，整个自控系统也就形同虚设了。这是由于现有楼宇自控行业的一些固有问题造成的，所谓“自控”应该是在没有人为作用的情况下，整个系统可以由测得的一些参数，在各种反馈作用下自动调节，使楼宇内的设备系统处于正常工作的状态。而目前这些“自控”系统都不能按照节能的需求控制系统运行。
4. 管理问题
（1）分项计量
目前的供电系统基本上都没有设计分项计量。分项计量的好处是可以明确能耗在用能终端的 分配情况，从而有利于加强管理，发现节能潜力所在，检验各项节能措施的效果等。对于节能策略的制定、实施和检验，具有重要的意义。它从一个方面体现了建筑节能管理水平的高低。在政府机构建筑节能事业中，分项计量的改造是应该先行的。
（2）开窗
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（3）照明
政府办公建筑多为板式建筑，本身没有较多的内区，绝大多数办公室都有外窗，一般情况下工作时间靠自然采光就能满足基本照度的要求。通常只有在晚上加班或者阴天的时候才需要开灯。但有些工作人员习惯于上班时开灯，导致白天照明能耗较高。某办公楼在工作日白天照明功率约75kW；若其中50％的灯白天不开，则一年（250工作日）可节约用电9.4万度，按一度电0.6元计算，可节省5.6万元。
5. 个别不合理的高能耗环节
5.1. 信息中心空调能耗偏高
随着办公建筑信息化发展，越来越多的大型办公建筑中设有信息中心等特殊功能区。这类区域耗电密度大，测试中部分机构信息中心的电耗甚至占大楼总电耗的1/5。
这类房间空调用电量高的原因主要有三点：一是功能设备全年24小时运行；二是制冷设备全年开启；三是为满足机房的恒温恒湿要求，有时在开启制冷机的同时，还要用电加热器补充加热控温，用电加湿器加湿，导致冷热抵消。这就导致其空调电耗远高于其它办公区域。但实际上这一类区域的空调有很大的节能潜力。北京地区全年有一半时间不需要机械制冷，而通过有效的引入室外冷量，即可实现排除显热和控制温度的要求。通过改善控制和区域内的气流组织，避免冷热抵消，也能使空调能耗大幅度降低。
5.2. 档案室、资料室、图书馆除湿机组能耗高
政府机构公共建筑中另一类特殊功能房间是档案室、资料室和图书馆等，由于档案资料需要妥善保存，因此需要严格控制室内湿度。这类区域人员密度较低，热湿负荷均较小，但在调 查中发现由于设计不当，导致空调用电量高，但室内环境控制效果较差。因此需要进一步组织开展研究，给出合理的设计方式和控制策略。
5.3. 饮用水耗电
调查中发现，部分办公楼内电热开水器耗电严重，甚至接近照明系统耗电量。政府机构办公 楼每层普遍安装有饮用热水器。由于安装台数过多，开水器有效利用率低，某些热水器连续24小时运行等问题，导致用电量很大。为此，需要开展专题研究，深入分析目前的几种供应饮用水的方式，并比较各种可能的供水方式的能耗与便利性，最后给出解决办公室饮用水供应的节能方案。
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5.4. 厨房
此次调查中发现，政府机构公共建筑的厨房能耗普遍较高。这主要与厨房空调、排风和补风等系统有关。按照设计规范要求，厨房需要较大的通风换气次数要求（通常为40～50次）。常见的两个问题是，一是用完全利用经过降温除湿处理过的新风来满足此要求；二是厨房有较大的排风量，但没有设置相应的补风或者补风量不足，导致厨房从楼里其它区域大量抽风，同样会造成浪费。
为保证厨房和餐厅的气味不外逸到办公区，厨房需要维持一定的负压，因此厨房的补风量通常为排风量的85%～90％。实测发现，某办公楼的厨房位于地下一层，排风机的排风量较大，而厨房新风机从未开启、又无补风机，造成办公区大量空气流入厨房，达到3.48万m3/h，这部分空气由办公区开窗渗入的无组织新风进行补充，相当于增加了新风降温除湿负荷约182kW，约占冷机制冷量的12%。
厨房里分成工作区域和炉灶区域，前者需要供应一定量的处理过的新风以满足工作人员劳动环境的要求，后者只需要直接供给室外新风即可。对待两种区域的处理方法应该是不同的。处理好这些问题是厨房节能的关键所在。
6. 总结
在对六座政府机构办公建筑进行节能诊断的基础上，本文提出了一些节能改造过程中常见的共性问题，并根据问题的成因分成设计问题、施工及初调节问题、运行调节问题、管理问题及个别高能耗的不合理环节四类。这些问题的提出对于针对性地开展节能改造工作，明确各项节能工作方向及责任人有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 清华大学建筑技术科学系《政府机构办公建筑节能汇报》
[2] 清华大学建筑技术科学系 薛志风 江亿 北京市《公共建筑节能评审标准》简介
