郝 存 于立軍 唐燕燕

Hao Cun, Yu Lijun, Tang Yanyan

上海市公共建筑能源消費(fèi)特征及節(jié)能潛力分析

郝 存 于立軍 唐燕燕

Characteristics and Energy Conservation Potential Analysis on Public Architecture Energy Consumption in Shanghai

Hao Cun, Yu Lijun, Tang Yanyan

我國(guó)建筑能耗總量逐年上升，在能源消費(fèi)總量中的占比達(dá)到27.5%，隨著城市化進(jìn)程的加速和人民生活質(zhì)量的提高，我國(guó)建筑能耗占比還將繼續(xù)升高。公共建筑能耗為普通住宅能耗的10～20倍，屬于高能耗密度類(lèi)型建筑。上海市作為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、金融和貿(mào)易中心，近年來(lái)建成了一大批公共建筑。在對(duì)上海市公共建筑能耗的研究中，徐強(qiáng)等基于上海市大型公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)分析建筑用能水平及能耗特點(diǎn)，分析了大型公共建筑的能耗現(xiàn)狀[1]。龍惟定等根據(jù)上海地區(qū)辦公樓、商務(wù)樓、賓館和商廈能耗調(diào)研數(shù)據(jù)，對(duì)上海公共建筑空調(diào)能耗的現(xiàn)狀作了評(píng)價(jià)[2]。夏劍銘等針對(duì)一般辦公建筑節(jié)能問(wèn)題，通過(guò)對(duì)上海市一項(xiàng)具體工程案例的建筑能耗建模比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、用電耗能系統(tǒng)等多方面進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化[3]。李崢嶸等通過(guò)對(duì)上海市公共建筑能耗與運(yùn)行管理的調(diào)查，提出了其能耗現(xiàn)狀和建筑運(yùn)行管理模式[4]。本文基于調(diào)研數(shù)據(jù)以上海市公共建筑和酒店建筑為例，對(duì)上海市公共建筑的能源消費(fèi)特征進(jìn)行了全面的分析，結(jié)合上海市能耗基準(zhǔn)線，評(píng)價(jià)了上海市公共建筑的能源消費(fèi)水平及節(jié)能潛力。

1 上海市公共建筑能源消費(fèi)概況

1.1 能耗及指標(biāo)計(jì)算方法

大型商業(yè)建筑年綜合能耗計(jì)算公式為：

其中，E表示商業(yè)建筑年綜合能耗，kgce/a；n表示商業(yè)建筑消耗的能源種類(lèi)數(shù)；ki表示第i種能源的折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)；Ei表示商業(yè)建筑在經(jīng)營(yíng)過(guò)程中消耗的第i種能源實(shí)物量。

商業(yè)建筑單位建筑年綜合能耗計(jì)算公式：

其中，e表示商業(yè)建筑單位建筑年綜合能耗，kgce/ (m2·a）；E表示商業(yè)建筑年綜合能耗，kgce/a；A表示商業(yè)建筑建筑面積，m2。

商業(yè)建筑可比單位建筑年綜合能耗的計(jì)算公式：

其中，eC表示商業(yè)建筑可比單位建筑面積年綜合能耗，kgce/(m2·a）；e表示商業(yè)建筑單位建筑面積年綜合能耗，kgce/(m2·a)；aj表示第j業(yè)態(tài)商業(yè)建筑單位建筑年綜合能耗修正系數(shù)。

酒店建筑年綜合能耗的計(jì)算公式為：

其中，E表示酒店建筑年綜合能耗，kgce/a；n表示酒店消耗的能源種類(lèi)數(shù)；ki示i種能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)；Ei示酒店在日常經(jīng)營(yíng)過(guò)程中消耗的第i能源實(shí)物量。

酒店單位建筑年綜合能耗計(jì)算公式為：

酒店建筑可比單位建筑年綜合能耗的計(jì)算公式為：

其中，eCC示酒店建筑可比單位建筑年綜合能耗，kgce/(m2·a)；e酒店建筑單位建筑年綜合能耗，kgce/(m2·a)；eRO房年平均出租率修正項(xiàng)，kgce/(m2·a)；eGR客房套數(shù)密度修正項(xiàng)，kgce/(m2·a)；eWE洗衣房設(shè)備密度修正項(xiàng)，kgce/(m2·a)；ePG示室內(nèi)停車(chē)庫(kù)建筑面積修正項(xiàng)，kgce/(m2·a)。

1.2 上海市大型商業(yè)建筑能源消費(fèi)概況

本文中所調(diào)研大型商場(chǎng)建筑面積在21 000～140 000 m2，其中包括建筑面積≥5 000 m2的商場(chǎng)建筑，以及建筑面積≥1 000 m2的辦公建筑。建筑開(kāi)始運(yùn)營(yíng)時(shí)間為2000～2011年，建筑層數(shù)在6～31之間，除A建筑沒(méi)有地下室外，其余建筑都有地下設(shè)備層和車(chē)庫(kù)。

基于能耗調(diào)研數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）～式（3），可得2012～2014年調(diào)研大型商用建筑的單位建筑年綜合能耗，如表1所示。

表1 2012～2014年調(diào)研大型商用建筑單位建筑年綜合能耗

調(diào)研發(fā)現(xiàn)中，大型商場(chǎng)建筑單位建筑年綜合能耗在60～80 kgce/(m2·a)，大型辦公建筑的單位建筑年綜合能耗在20～30 kgce/(m2·a)，商場(chǎng)建筑顯著高于辦公建筑，如表1所示。2012～2014年，調(diào)研中涉及的90%的大型商場(chǎng)建筑單位建筑年綜合能耗呈下降趨勢(shì)，少數(shù)商業(yè)建筑呈上升趨勢(shì)，其中E商場(chǎng)降幅最大，達(dá)17.5%。

在建筑能源管理制度方面，調(diào)研中的大型商用建筑都設(shè)有節(jié)能目標(biāo)、能源統(tǒng)計(jì)制度以及能源設(shè)備運(yùn)行管理制度，但是大部分部分沒(méi)有能源利用狀況分析制度、能耗考核制度、節(jié)能獎(jiǎng)懲制度和能源管理體系。

1.3 上海市酒店建筑能源消費(fèi)概況

本文中調(diào)研了上海市五星級(jí)酒店3家，四星級(jí)酒店2家，三星級(jí)酒店1家，酒店建成時(shí)間為1988～2007年，面積在10 000 m2～70 000 m2，建筑層數(shù)在7～31，客房數(shù)量最多為640間，最少為180間。

基于能耗調(diào)研數(shù)據(jù)，根據(jù)式（4）～式（6），可得2012～2014年調(diào)研酒店建筑的單位建筑年綜合能耗，如表2所示。

表2 2012～2014年調(diào)研酒店建筑單位建筑年綜合能耗

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，酒店建筑單位建筑年綜合能耗在40～90 kgce/(m2·a)，如表2所示。酒店建筑單位建筑年綜合能耗與酒店星級(jí)、建筑面積、入住率等參數(shù)密切相關(guān)?？傮w而言，酒店星級(jí)越高，單位建筑年綜合能耗越大。但是隨著近年來(lái)，星級(jí)酒店對(duì)建筑節(jié)能的重視，通過(guò)采取有效的節(jié)能措施，酒店建筑單位建筑年綜合能耗呈下降趨勢(shì)，其中E酒店在2012～2014年，下降了24%。

調(diào)研中的酒店建筑均設(shè)有節(jié)能目標(biāo)、能源統(tǒng)計(jì)制度、能源設(shè)備運(yùn)行管理制度以及能源利用狀況分析制度，部分設(shè)有能耗考核制度、節(jié)能獎(jiǎng)懲制度和能源管理體系。通過(guò)制定完善的能源管理制度，可以更好的了解酒店建筑能源消費(fèi)特征，并有針對(duì)性地對(duì)建筑進(jìn)行節(jié)能改造，以達(dá)到預(yù)期的節(jié)能目標(biāo)。

2 上海市典型公共建筑能源消費(fèi)特征

2.1 上海市某大型商業(yè)建筑能源消費(fèi)特征分析

該商用建筑是一所綜合性購(gòu)物商場(chǎng)。2004年12月開(kāi)始投入正式運(yùn)營(yíng)，營(yíng)業(yè)時(shí)間為12 h/d。商場(chǎng)建筑面積為11×105 m2，共6層，地下2層停車(chē)場(chǎng)。

基于能耗調(diào)研數(shù)據(jù)，可知該大型商業(yè)建筑2012～2014年的能源消費(fèi)總量，耗電量以及天然氣消費(fèi)量，如表3所示。

表3 2012～2014年建筑能源消費(fèi)量

從2012年至2014年，該商場(chǎng)建筑年綜合能耗從8 327.1 t標(biāo)煤下降至7 673.5 t標(biāo)煤，其中電力消費(fèi)量從2 477.4×105 kWh下降至 2 327.8×105 kWh，如表3所示。2012～2014年，該商場(chǎng)建筑單位建筑年綜合能耗從75.8 kgce/(m2·a)下降至69.8 kgce/(m2·a)。

該商場(chǎng)主要消耗的能源類(lèi)型為電力和天然氣，其中電力主要用于酒店的空調(diào)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)以及電梯系統(tǒng)，天然氣主要用于供熱系統(tǒng)。電力和天然氣的逐月消耗量隨季節(jié)變化，如圖1所示。其中，夏季和冬季耗電量較多，春季和秋季耗電量較少，這是由于上海在夏季和冬季需要使用空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫，制冷季節(jié)供熱導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備耗電量增大。天然氣消耗量在供熱季節(jié)劇增，在非供熱季節(jié)天然氣消耗量變化不大。上海市12月的平均溫度為全年最低，供熱負(fù)荷最大，因此天然氣消耗量在當(dāng)年12月至次年2月期間顯著增加。

圖1 2014年商場(chǎng)逐月能耗

圖2 2012～2014年該商場(chǎng)終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化

2012～2014年，該商場(chǎng)終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化不大，電力消費(fèi)量的占比在90%附近波動(dòng)，天然氣消費(fèi)量占總能耗的約10%，如圖2所示。

在電力消耗方面，該商場(chǎng)的主要用途分別是空調(diào)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)和電梯系統(tǒng)。由圖3可知，空調(diào)系統(tǒng)耗電比重最大，占電力消費(fèi)總量的69%。照明系統(tǒng)耗電量的占比為17%，電梯系統(tǒng)耗電量占總耗電量的14%。

圖3 2014年商場(chǎng)分用途電力消費(fèi)占比

2.2 上海市某酒店建筑能源消費(fèi)特征分析

該酒店是一所五星級(jí)的綜合酒店，2005年6月開(kāi)始投入使用，建筑地面高度為221.8 m。建筑總面積113 979 m2，共58層，地下3層停車(chē)場(chǎng)；一至五層為酒店公共服務(wù)層；7層至23層為辦公標(biāo)準(zhǔn)層；24層至26層為酒店內(nèi)部休閑健身區(qū)；28層以上為酒店客房。

基于能耗調(diào)研數(shù)據(jù)，可知該酒店建筑2012～2014年的能源消費(fèi)總量，耗電量以及天然氣消費(fèi)量，如表4所示。

表4 2012～2014年建筑能源消費(fèi)量

2012～2014年，該商場(chǎng)建筑年綜合能耗從6 849.3 t標(biāo)煤下降至5 659.3 t標(biāo)煤，其中電力消費(fèi)量從1 658.7×105 kWh下降至1 439.2×105 kWh，人工煤氣從324×105 m3下降至122.9×105 m3，而天然氣消費(fèi)量則從8.8×105 m3上升至51.9×105 m3，如表4所示。經(jīng)計(jì)算，2012～2014年該酒店單位建筑年綜合能耗從60.1 kgce/(m2·a)下降為49.6 kgce/(m2·a)。2014年其單位建筑年綜合能耗低于北京，卻高于重慶、長(zhǎng)沙、武漢等城市的同類(lèi)酒店建筑[5]。

該酒店主要消耗的能源類(lèi)型為電力，天然氣和人工煤氣，其中電力主要用于酒店的空調(diào)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，電梯系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)。天然氣和人工煤氣主要用于熱水供應(yīng)系統(tǒng)和炊事系統(tǒng)。該酒店主要用能系統(tǒng)能耗所占比例如圖4所示，其中由于上海夏季跨度大，供冷季節(jié)較長(zhǎng)，空調(diào)系統(tǒng)和供冷、供熱服務(wù)設(shè)備的能耗占總能耗的38%，占比最大。照明系統(tǒng)能耗占總能耗的22%，熱水系統(tǒng)占比17%，電梯能耗占比12%，剩余用途能耗占比為11%。12月。1月份最冷，平均氣溫約4℃，通常7、8月份最熱，平均氣溫約28℃。因此在夏季晝夜都需要空調(diào)開(kāi)啟，空調(diào)用電量劇增，冬天最冷時(shí)也需要開(kāi)空調(diào)取暖，采暖能耗增大。

圖4 2012年該酒店主要用能系統(tǒng)能耗占比圖

圖5 2014年該酒店各月實(shí)際耗電量

圖6 2012～2014年該酒店終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化

由于該酒店為綜合性酒店，各功能區(qū)面積占比為：酒店客房為36%，商務(wù)辦公為32%，地下室為16%，設(shè)備層為3%，其它功能區(qū)占13%。酒店客房和商務(wù)辦公部分所占面積為總面積的68%，而其耗電量占總耗電量的90%，如圖4所示。酒店客房和商務(wù)辦公部分占總建筑面積的比例分別為36%和32%，相差不大。然而，酒店客房部分耗電量幾乎是商務(wù)辦公部分的2倍，其中酒店客房耗電量占比為59%，商務(wù)辦公耗電量占比為31%。主要原因?yàn)闋I(yíng)業(yè)時(shí)間差（酒店客房部分營(yíng)業(yè)時(shí)間是24 h/d，辦公區(qū)域的工作時(shí)間是8 h/d）及用能習(xí)慣不同。

2012～2014年該酒店能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，如圖6所示。其中電力消費(fèi)量占比最大，并從72%增加至76%。人工煤氣和天然氣占比變化較大，人工煤氣占比從26%降低至12%，而天然氣占比從2%升至12%。

3 上海市公共建筑能耗基準(zhǔn)線及節(jié)能潛力分析

3.1 上海市公共建筑能耗基準(zhǔn)線

建筑能耗基準(zhǔn)線是用于比較建筑能耗水平的標(biāo)準(zhǔn)和定位，可以用于單棟建筑在不同條件下的自身比較，也可以是建筑之間的橫向比較。建筑能耗基準(zhǔn)線提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的水平，可以應(yīng)用于節(jié)能計(jì)算、碳排放交易等[6]。我國(guó)建筑能耗基準(zhǔn)線的類(lèi)型主要分為：基于基準(zhǔn)模型的能耗基準(zhǔn)線和基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的能耗基準(zhǔn)線。本文采用上海市大型商用建筑和星級(jí)飯店建筑合理用能指南中[7,8]確定的建筑能耗基準(zhǔn)線來(lái)評(píng)價(jià)上海市公共建筑節(jié)能潛力，指南中明確了單棟建筑可比單位建筑年綜合能耗的合理值和先進(jìn)值，如表5、表6所示。

表5 大型商業(yè)建筑能耗基準(zhǔn)線

表6 酒店建筑能耗基準(zhǔn)線

3.2 上海市公共建筑能源消費(fèi)水平分析

根據(jù)表1、表2中數(shù)據(jù)及式（3）、式（6）計(jì)算得：

表7 商業(yè)建筑可比單位建筑綜合能耗

本文中所調(diào)研的大型商業(yè)建筑中，全部都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，如表7所示。在百貨店及購(gòu)物中心中，建筑A和B均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，但沒(méi)有達(dá)到先進(jìn)值。而商務(wù)辦公建筑中，僅有建筑E和F達(dá)到了先進(jìn)值，其余僅滿足達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值要求。由此可以看到，商業(yè)建筑具有較大的節(jié)能空間。

調(diào)研的酒店建筑中，部分酒店達(dá)到先進(jìn)值，但是部分酒店沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，如表8所示。在五星級(jí)酒店中，建筑B和C 酒店均達(dá)到先進(jìn)值，而建筑A則超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，由此可見(jiàn)，對(duì)于建筑A，需要消耗更多的能量來(lái)達(dá)到相同的服務(wù)質(zhì)量，有較大的節(jié)能改造的空間。四星級(jí)酒店中，建筑D達(dá)到了先進(jìn)值，而建筑E達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值。調(diào)研中的三星級(jí)酒店，建筑F則超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)值，有較大的節(jié)能改造空間。

表8 酒店建筑可比單位建筑綜合能耗

4 結(jié)語(yǔ)

本文調(diào)研了上海市具有代表性的多家公共建筑，對(duì)上海市公共建筑的能源消費(fèi)特征進(jìn)行了研究，并結(jié)合上海市公共建筑能耗基準(zhǔn)線對(duì)上海市公共建筑的能源消費(fèi)水平進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

（1）上海市大型商業(yè)建筑和酒店建筑單位建筑年綜合能耗呈下降趨勢(shì)，建筑逐月耗電量與季節(jié)變化之間存在密切的相關(guān)性。

（2）在終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面，電力是上海市公共建筑主要消費(fèi)的能源類(lèi)型，且呈現(xiàn)總量下降而比例上升的趨勢(shì)，天然氣消費(fèi)總量和占比均呈逐年上升的趨勢(shì)。

（3）空調(diào)系統(tǒng)能耗在整個(gè)建筑能耗中的占比最高，且均依賴電力供能。從建筑節(jié)能方面考慮，未來(lái)天然氣和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，可以有效地提升能源利用效率?/p>

（4）參照上海市公共建筑能耗基準(zhǔn)線，上海市相同類(lèi)型公共建筑可比單位建筑綜合能耗差別較大，部分建筑達(dá)到先進(jìn)值，由此可知其余同類(lèi)建筑具有較大節(jié)能潛力。

[1] 徐強(qiáng)，莊智，朱偉峰，等.上海市大型公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)分析[C].第7屆國(guó)際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)論文集, 北京: 中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì), 2011: 322-326.

[2] 龍惟定，潘毅群，范存養(yǎng)，等. 上海公共建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析[J].高技術(shù)通訊，2002，24（7）：63-67.

[3] 夏劍銘. 上海某辦公建筑能耗分析與節(jié)能研究[J]. 制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2010，31（132）：56-61.

[4] 李崢嶸，彭姣. 上海市公共建筑能耗與運(yùn)行管理現(xiàn)狀調(diào)查[J]. 暖通空調(diào)HV&AC，2005，35（5）：134-136.

[5] 陳偉青，周孝清，常先問(wèn). 廣州市某酒店建筑能耗調(diào)查與分析[J].制冷，2009，28（1）：64-68.

[6] 朱能，朱天利，仝丁丁，等. 我國(guó)建筑能耗基準(zhǔn)線確定方法探討[J] .暖通空調(diào)HV&AC，2015，45（3）：59-64.

[7] DB31/T552-201，上海市大型商用建筑合理用能指南[S].

[8] DB31/T551-2011，上海市星級(jí)飯店合理用能指南[S].

郝存：（1982-）男，工程師。

于立軍：（1969-）男，教授，博士生導(dǎo)師。

唐燕燕：（1987-）女，碩士研究生。