能耗特点（共3篇）
能耗特点 篇1
引言
管桩是桥梁与各类建筑的根基, 关系到安全与寿命等重大问题, 历来备受重视。我国铁道部丰台桥梁工厂在20世纪60年代就开始生产先张法预应力混凝土管桩 (PC管桩) 。在20世纪70年代上海宝钢建设时, 大量使用从日本引进的钢管桩, 其造价高, 耐久性也差。为了适应港口建设, 1987年交通部三航局从日本引进全套预应力高强混凝土管桩生产线 (PHC管桩) 。其后, 为适应我国长三角与珠三角沿海地带经济快速发展, 解决当地地质松软等问题, 宁波浙东水泥制品有限公司与有关科研院所合作, 对PC管桩进行了改造, 开发了先张法预应力混凝土薄壁管桩 (PTC管桩) 。20世纪90年代, 苏州混凝土水泥制品研究院与番禺市桥丰水泥制品有限公司合作, 对引进生产线进行消化吸收, 自主开发了国产化的预应力高强度混凝土管桩生产线, 列入国家重点推广项目, 在长三角与珠三角地区需求量猛增, 并很快由南向北向全国扩展, 应用领域到所有建筑业, 特别是铁路、公路、市政、港口、冶金、石化等行业。据不完全统计, 到2007年末, 全国已有400多家生产企业, 年产各类管桩2.5亿m, 产值达300多亿元, 占全国水泥制品产值的50%以上, 辅助配套产业随之很快跟上, 年产值达250亿元。国家组织制定了一系列标准、规章制度, 管桩行业为改革开放做出了重要贡献, 成为一个朝气蓬勃的新型产业。
1 管桩行业耗能特点分析
(1) 蒸养耗汽量大, 锅炉热效率低, 能耗高。
管桩生产耗能有蒸汽、电和水。沙石、水泥等原料经搅拌、离心成型后, 需在蒸养池中用80±5℃蒸汽进行常压养护, 方可进行放张、拆模并初检。然后移至蒸压釜内经180±5℃、1.0MPa压力下用蒸汽进行二次蒸养。每釜用汽量为10~12t, 以提高强度, 缩短蒸养时间。蒸养合计耗蒸汽35kg/m左右, 占总能耗的90%、占成本的6.5%, 其中蒸养池耗汽6.8~7.4kg/m以上。生产线内各种机械动力设备较多, 主要耗电, 约为1.0~1.5kWh/m, 占总成本的1.8%左右。
在创业初期, 由于种种原因, 企业多选择价格较低的燃煤小型简易快装锅炉, 装备水平太低。10~20t/h锅炉不配空气预热器, 无上排污;排烟温度高达250~350℃;6t/h锅炉不配省煤器, 炉膛温度低, 燃烧不完全, 灰渣含碳量在20%以上, 致使排烟热损失q2和机械不完全燃烧热损失q4加大。加之对水处理重视不够, 无专业人员管理, 有时直接勾兑深井水, 锅炉内结垢较为严重, 影响热交换效果, 致使排污率在20%以上。因而, 锅炉热效率只有60%~65%, 单位产品煤耗高达54~65kg/m。
(2) 蒸压釜集中用汽量大, 锅炉汽压、水位急剧波动, 蒸汽带水多。
蒸压釜为周期性生产, 用汽时开大节门, 耗汽量突然加大, 汽压很快下降, 造成蒸汽带水瞬时高达20%以上, 水位随之下降, 发出报警;有时水位降到火线以下, 易发生爆管事故, 危及安全。不但锅炉操作难以适应, 而且蒸汽品质无法保证, 拖长了充汽时间, 使煤耗升高, 产量也会受到影响。
(3) 蒸压釜与锅炉排污的高温饱和水不回收, 造成浪费。
蒸汽带水进入蒸压釜沉到釜底, 随釜内压力、温度升高, 变为高温饱和水, 使管桩上下温差加大, 对产品质量不利, 须及时排掉;再加上锅炉排污率高, 二者均会释放出大量闪蒸汽。目前企业均不回收利用, 造成极大浪费。据初步测算, 锅炉煤耗升高8%左右。
(4) 锅炉排烟温度高, 烟气余热不回收, 排烟热损失大。
管桩行业是由小到大逐渐扩展的, 所购置的燃煤小型简易快装锅炉, 不设空气预热器, 有的甚至不设省煤器。随着锅炉服役期的增加, 炉内积灰、结垢越来越严重, 排烟温度随之升高, 有的高达350℃, 均未回收利用, 因而锅炉热效率低、煤耗高。
(5) 机电设备多, 电耗高。
管桩行业机电设备多, 电耗较高。近年来有些企业对节电工作比较重视, 风机、水泵、空压机等进行变频调速, 对变压器进行谐波治理并增设无功补偿, 使功率因数达到0.9左右。特别是有的厂对重型离心机采用变频调速技术, 节电效果明显, 使电耗降到1.0~1.4kWh/m。但随着电价的上涨, 电耗在成本中的比重仍然较高, 应继续加强节电工作。
2 热电联产在管桩行业的应用
2.1 热电联产符合热能梯级利用原则
目前使用的小型简易快装锅炉不但热效率低、煤耗高, 而且所排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等很难治理, 锅炉寿命临近期限, 即使投入很多财力, 也很难达到环保标准要求。因而, 应采取早淘汰、早更新、早主动的办法, 采用大型循环流化床锅炉, 生产高压过热蒸汽实施热电联产 (见图1) [1,2]。
1-锅炉;2-汽轮机;3-发电机;4-蒸汽蓄热器;5-分汽缸;6-减温减压器;7-蒸汽除氧器;8、9-蒸汽喷射热泵;10-扩容器与热交换器;11-采暖散热器;12-水处理池;13-软水箱;14-软化水。
大型循环流化床锅炉生产高压过热蒸汽可进行热能梯级利用。高压过热蒸汽先带动汽轮机、发电机发电供本企业用电需求, 而后汽轮机排出的蒸汽经减温减压或蒸汽蓄热器后, 输出的低压饱和蒸汽供蒸压釜等用汽。如以过热蒸汽计算成本, 蒸汽做功产生的电能可认为是纯利润部分。
2.2 循环流化床锅炉具有高效、清洁燃烧特性
循环流化床锅炉是国家产业政策推荐的高效、环保锅炉, 热效率高达85%左右, 比目前所用小锅炉高20个百分点~25个百分点, 并可燃烧次煤, 降低成本, 是小锅炉更新换代的首选产品。且在燃煤时可适量掺混石灰石, 进行炉内脱硫, 脱硫效率为80%左右。该锅炉属于中低温燃烧, 炉内温度可控制在850~950℃, 适宜脱硫反应温度要求, 还可减少热力型氮氧化物的排放, 并装设布袋或电除尘器, 保证污染物达标排放。
2.3 热电联产符合国家产业政策
热电联产是国家在《节约能源法》中明确提倡的产业政策, 与“小火电”不同。实行“以热定电”原则, 热为主产品, 电为副产品。据统计, 与小锅炉相比, 热电联产每吨蒸汽成本可降低20~30元, 电为纯利润部分。如以年产管桩300万m概算, 每年可节省电费300~350万元, 投资回收期1.5年左右。
2.4 热电联产应用实例投资效益分析
热电联产是综合利用能源的项目, 可显著降低能耗, 符合环保低碳政策要求, 在我国造纸、印染、化肥、石化、制碱、制糖等行业早已得到成功而广泛的应用, 取得良好的经济与社会效益。
广东省佛山市水泥制品有限公司、三和管桩有限公司于2005年前后均已成功进行了热电联产改造[1,2]。现已前者为例, 其年生产管桩约300万m, 经过2005年5月投产2年的生产实践, 运行正常, 其投资效益简要分析如表1所示。
由表1可知, 热电联产系统虽比煤炉供汽系统多投资550万元, 但每年仅电费收益就达到363万元, 1.5年内便可收回项目投资, 还不包含因锅炉热效率提高所带来的额外效益。
实施热电联产技术改造涉及的问题比较多, 要很好地加以解决, 如要通过正规设计院进行设计、厂内高压电转换为低压电、与当地电力局并网问题、过热蒸汽转化为饱和蒸汽以及更高要求的运行管理等问题, 都要在项目改造之初经过全面考虑加以妥善解决。
3 设置蒸汽热泵回收高温热能
3.1 充分回收蒸压釜高温余汽
蒸压釜加热结束后, 釜内有1.0MPa压力的余汽要排出, 目前各厂多采用自然倒气法, 把部分余汽排入待加热的空釜内。当两釜间的压力很快达到平衡时 (0.35~0.45MPa) , 自然倒汽停止, 约可回收40%~55%的余汽, 其余排空, 造成浪费。因为压力越低, 自然倒汽时间拖得越长, 这是生产节奏和产量要求所不允许的。
自然倒汽后釜内存有近50%的余汽, 可采用蒸汽喷射热泵进行强制倒汽[1,3], 排入另一空釜或蒸养池内, 可回收30%~40%余汽 (约1.5~2.0t蒸汽) , 并可缩短倒汽时间, 提高产量。当釜内压力降至0.05MPa时, 倒汽结束、排空。此法只需购置热泵与相关管道、阀门及控制设备, 投资少, 回收期只有2个月左右。
3.2 高温饱和水余能回收利用
3.2.1 回收高温饱和水闪蒸汽
管桩生产排出的高温饱和水主要有锅炉排污水与蒸压釜排出水。由于排出后压力突然降低, 产生大量闪蒸汽直接排空, 造成大量热能白白流失。对此可设置扩容器与蒸汽热泵进行回收, 其回收的蒸汽量为:
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式中:DK—每千克高温水可回收的闪蒸汽量, kg/kg;
ib—锅炉汽包或蒸压釜内绝对压力下的饱和水焓值, kJ/kg;
η—扩容器与管道的散热损失系数, 取η=0.98;
ik—扩容器内绝对压力下的饱和水焓值, kJ/kg;
x—扩容器内蒸汽干度, 取x=0.97~0.98;
γ—扩容器内绝对压力下水的汽化潜热, kJ/kg。
通过计算, 每千克高温饱和水可回收0.28kg左右的闪蒸汽。由于锅炉排污率高, 蒸压釜内积水多, 回收的闪蒸汽量相当可观, 完全可用于蒸养池或除氧器加热, 节省锅炉供汽, 实现较好的经济与社会效益。
3.2.2 设置热交换器加热软化水
在扩容器内设置一级热交换器或热管换热器, 通过回收余热加热软化水, 送到除氧器内。经热交换后剩余水流到水处理池内仍具有较高温度, 再设置二级热交换器或热管换热器加热采暖用热水或软化水箱中水。剩余水温度在50~60℃, 还可送往脱硫除尘器用水 (pH高的碱性水, 有较强的脱硫作用) 、洗砂、和水泥、冲渣、浇煤等用水。最后经水处理合格后, 仅余少量废水排放, 提高了企业水的重复利用率, 节约用水, 防止污染地下水源, 符合循环经济的要求。
3.3 设置蒸汽蓄热器, 稳定汽压
蒸压釜用蒸汽是周期性的, 用汽量大, 必然造成汽压波动, 给汽轮机正常运行与锅炉操作带来了一系列问题。为解决此种供、用汽的矛盾, 欧美各国、日本和俄罗斯等多采用蒸汽蓄热器来解决[4], 在我国冶金、造纸等企业也已成功应用, 不但起到了稳定汽压、适应汽轮机与锅炉的操作要求, 同时可带来11.0%左右的综合节能效果, 投资回收期为10个月左右。蓄热器 (图1中序号4) 的构造与设置如图2所示。
1-高压分汽缸;2-自动调节阀;3-低压分汽缸;4-排气截止阀、止回阀;5-蒸汽蓄热器;6-人孔;7-滚动支座;8-固定支座;9-排水阀;10-循环筒;11-蒸汽喷头;12-水位计;13-进汽止回阀、截止阀;14-油泵;15-锅炉。
当用汽负荷低时, 锅炉照常稳定运行, 多余高压过热蒸汽先发电, 做功后排出的蒸汽送往蓄热器储存起来。其原理很简单, 蒸汽送往蓄热器后, 罐内水温、压力随之升高, 形成一定压力下的高温饱和水;当用汽量增大时, 罐内与管网的汽压必然下降, 于是过热水沸腾, 可释放出一定量的蒸汽, 相当于增大了锅炉的出力。当蒸压釜用汽时可达到近于2倍的锅炉处理进行供汽;蒸汽蓄热器的使用大大缩短了供汽时间, 提高了产量, 保持了锅炉工作的稳定、高效运行, 这对汽轮机正常、稳定运转发电是极为重要的。
4 结语
管桩行业经过30年的艰苦创业, 扩展速度飞快, 对国家的贡献是肯定的。但目前仍然属于劳动密集型企业, 劳动强度大, 有些20t/h锅炉采用人工上煤, 计量设施不齐全, 能源消耗难以正常统计, 专业人才较少, 机械化、自动化程度低。要实施第二次创业, 就要跟上时代步伐, 充分应用现代科技成果武装企业, 引进人才, 提高机械化、自动化程度, 尽早实现现代化企业管理。
面对经济发展方式转型和节能、环保、低碳经济的发展方向, 原有的生产方式能耗高浪费大, 对环境污染严重, 必须进行改革。应尽早淘汰燃煤小锅炉, 采用循环流化床锅炉实行热电联产。为保证发电机组正常运行和锅炉稳定操作, 增设蒸汽蓄热器。同时要设置蒸汽热泵, 回收蒸压釜内余汽和高温饱和水的闪蒸汽, 用于空釜加热或蒸养池与除氧器加热。项目投资回收期短, 节能减排效果显著, 是我国管桩行业二次创业的有利发展方向。
参考文献
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[3]边广军, 黄素萍.管桩生产中蒸压釜余汽回用[J].上海节能, 2009, (5) :45-47.
[4]史培甫.工业锅炉节能减排应用技术[M].北京:北京化学工业出版社, 2009.
能耗特点 篇2
随着我国经济的快速发展, 办公建筑越建越多、档次越来越高、规模越来越大、立面造型越来越新颖别致、舒适度越来越高, 由此带来了巨大的能耗问题。不合理的能源设计不但给业主带来了巨大的能耗负担, 也给国家造成了巨大的浪费。北京一些较新的写字楼由于高能耗问题, 市场对此非常反感, 租金只能是原来预计的50%左右, 有的甚至还达不到。
因此, 为减少办公建筑的能耗, 积极响应国家“建设节约型社会”的号召, 我们十分有必要对办公建筑的能耗特点进行分析, 找出适宜的解决方案, 推进社会的可持续发展。
2 我国北方办公建筑能耗特点
1) 冷暖都要保证。为保证足够的舒适度, 我国北方地区办公建筑冬季需要采暖, 夏季需要制冷。办公建筑尤其是高档写字楼对室内环境控制要求较高, 而且大量的办公设备释放了大量热能, 由此带来了较大的冬季热负荷和夏季冷负荷。2) 使用时间主要在白天。办公建筑自身的使用功能决定了其主要使用时间在白天, 夜间仅有少量房间加班, 主要使用峰电, 很少使用谷电, 对白天的峰值负荷造成了不利影响, 应考虑蓄能措施, 同时考虑利用太阳能等新能源进行采暖、空调和采光。3) 设备、照明耗能量大。现代办公建筑办公自动化系统发展迅速, 从电脑到复印机等一系列办公设备一应俱全, 在给人们以巨大方便的同时带来了相当大的能耗。同时现在办公建筑多设置幕墙, 无法采光, 室内照明和装饰照明消耗了大量电能。4) 部分办公建筑因内部热源分为内外两区。一些办公建筑体量较大, 内部核心区域几乎不向外界传热, 而人体、设备散热量大, 造成了只有冷负荷全年需要制冷的内区;外区则冬季须采暖夏季须空调。内区废热的回收利用也应予以考虑。5) 新风负荷大。近年来, 随着生态办公理念的深入人心, 营造舒适高效的办公环境成为开发商追求的目标, 较大的新风量是生态建筑的基本标准之一, 增大的新风量带来了较大的新风负荷, 利用自然资源减少新风负荷已成为建筑能源设计的潮流。6) 供能要可靠。现代办公建筑对办公自动化设备依赖程度日益增大, 对供能的可靠性要求很高。而电力紧张造成的停电和拉闸限电常常会给公司造成巨大的经济损失。因此提高供能的可靠性, 考虑BCHP等综合供能系统的使用应越来越多的体现在能源设计方案阶段。
3 目前我国北方办公建筑节能方面存在的主要问题
1) 建筑设计中考虑节能较少。目前在建筑设计中, 考虑较多的仍然是建筑造型和立面效果, 对节能考虑较少。从一开始设计就没有就形体系数、窗墙比、光照遮挡等问题对建筑节能的影响进行细致讨论, 往往建设出的大楼出现形体系数较大、北向开大窗等现象而又未采取相应的措施, 造成能耗较大, 也为以后的节能改造和新能源系统的使用造成了不便。2) 围护结构保温性能过于薄弱。当前许多高档写字楼为了片面追求气派的立面效果, 大量使用普通玻璃幕墙, 甚至全部使用玻璃幕墙做外围护结构;这种玻璃盒子的做法在冬季大量散热, 夏季又引入了大量辐射热量, 大大增加了冬季热负荷和夏季冷负荷, 并在靠近外围护结构的区域造成了较为恶劣的办公热环境。3) 缺乏整体能源设计和全寿命经济分析。目前的建筑设计往往缺乏一个整体合理的能源设计方案即能源规划或在一开始并没有过多考虑能源问题并制定一个大楼全寿命的经济技术分析。使得建筑无法在一开始就按照最佳的能源配置方案用能, 造成了能源利用效率较低。4) 业主过于看中初投资而不考虑使用成本。目前大部分业主由于资金所限等诸多原因, 只片面强调低造价, 而不考虑今后运行时的高昂使用成本, 这样就造成了一些建筑原本可以在增加很少投资的情况下建设成为非常节能的建筑, 却建设成为非常不节能的建筑, 而且难以进行节能改造, 成倍增加了运行成本。许多业主认为建好房子就行了, 交电费是租户的事, 但随着节能理念的深入人心和能源价格的不断上涨, 租户将越来越多的考虑使用成本, 最终不节能建筑的租金将远低于节能建筑的租金, 业主将遭受更大损失。
4 我国北方办公建筑适用的建筑技术及设计手法
4.1 规划、建筑设计方面
1) 避开不利环境、争取有利环境、朝向。从规划设计阶段, 就应该考虑避开一些对建筑热环境不利的因素如北风和其他建筑物的遮挡等。同时应考虑合理配置建筑物的布局以保证主要建筑得到良好的光照, 并可在过渡季节利用自然风降温。良好的规划设计可以为节能设计和新能源的利用打下良好的基础。2) 控制体型系数和窗墙比。体型系数是目前常用的体型控制指标, 建筑物外表面积越大, 散热面就越大, 其耗热量随体型系数的增长而增加。JGJ 26民用建筑节能设计标准规定:“建筑物体型系数宜控制在0.30以下”。因此, 严格控制体型系数对节能建筑设计很重要。建筑体型系数与建筑单元联列情况有关。适当增加建筑物层数, 也可降低体型系数, 建筑物层数增加的过程中, 外围面积的递增比不上所包围的体积的增加, 即体积略大于面积的增率。高层建筑的体型系数普遍偏低, 一般在0.10～0.15之间就是这个原因。当单元平面 (标准层) 面积相同时, 提高建筑物进深 (面宽减少) , 体型系数会相应减小, 即相对直角而言, 正方形的体型系数为最小。因此, 在功能许可、技术条件允许时, 建筑平面接近正方形对建筑节能是有利的。再就是选择合适的平面形状。圆和多边形对节能有利, 三角形对节能不利。因此, 建筑物平面空间组合集中紧凑, 减少凹量变化, 可使体型系数减小。建议在建筑平面形状上采取典型的平面 (三角形、方形等) , 在此基础上做适当的平面变化, 创造一定的美学效果, 尽量减少不必要的小尺度的凹量不齐。另外, 适当增大建筑物体量, 可降低建筑物的体型系数。3) 温度“阻尼区”的设置。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次, 这一中间层次像热闸一样阻止外冷风的直接渗透, 减少外墙、外窗的热损失。4) 发挥CFD软件在规划、建筑设计中的指导作用。CFD即计算流体力学是一种模拟仿真技术, 在规划建筑设计中的应用主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。通过CFD模拟, 我们可以方便准确的预测组团、建筑单体和室内空间的风环境、热环境、室内空气品质和舒适度等, 从而有的放矢的调整设计方案, 避免不利的风环境, 有目的的利用自然通风降温。5) 使用能耗模拟软件。为了在建筑建造以前就对建筑的能耗状况做出分析和判断, 能耗模拟软件越来越多的应用到建筑设计中, 可在方案阶段就找到围护结构或暖通空调系统存在的问题, 及时予以调整。上述几个软件可能需要设备工程师来使用操作, 建筑师则可以使用ECOTECT等软件快速的得到一个建筑能耗分析的直观结果, 虽然不十分精确, 但已足够建筑师调整方案。能耗模拟对于建筑节能有着重大的意义, 因为一旦建筑建成, 进行节能改造就非常麻烦, 第一步做好是最重要的。
4.2 建筑技术方面
建筑技术层面的节能措施主要应从:围护结构保温隔热、暖通空调节能、建筑设备节能、太阳能的利用等方面着手, 采取适宜业主情况的节能方案, 达到节能与投资的最佳平衡。建筑节能技术门类众多, 对应每种层次的办公建筑都有与之对应的节能技术, 在此不做详细介绍。
4.3 能源合同管理
做好节能工作, 除了技术措施以外, 良好的节能运作机制也是不可缺少的, 近年来兴起的合同能源管理就是一种有效的节能运行机制。
合同能源管理 (简称EMC) 是一种全新的节能服务机制。与传统的节能服务公司通过推销节能产品或节能技术来推动建筑节能的模式不同, EMC是一种集前期工种诊断设计, 中期融资、采购、安装, 后期节能测定跟踪服务为一体的全方位、系统化服务。其内容包括:为客户提供能源诊断、方案设计、技术选择、项目融资、设备采购、安装调试、运行维护、人员培训、节能量监测、节能量跟踪等。其实质是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的投资方式, 这样一种节能投资方式允许用户使用未来的节能收益用于工厂或建筑的设备升级, 以及降低运行成本。合同结束后, 高效能的设备和节能效益全部归客户所有。
合同能源管理机制的实质是:一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。这种节能投资方式允许用户使用未来的节能收益为工厂和设备升级, 以及降低目前的运行成本。节能服务合同在实施节能项目的企业 (用户) 与专门的节能服务公司之间签订, 它有助于推动节能项目的开展。
为了提高我国在节约能源方面的迅速发展, 1997年, 我国政府 (财政部和原国家经贸委) 与世界银行和全球环境基金 (GEF) 共同实施了“世行/GEF中国节能促进项目”。该项目旨在引进“合同能源管理”模式, 并进一步在我国推广。目前国内已经有80家具有“合同能源管理”模式的企业, 并且取得了巨大的业绩。
“合同能源管理”作为一种面向市场的节能新机制, 有其广阔的应用发展前景。EMC作为专业化的节能服务公司, 通过带资为企业实施节能改造项目, 向企业提供优质高效的节能服务, 从而提高企业的能源利用效率, 降低企业成本, 客户企业在没有先期资金投入的情况下, 可获得稳定的节能收益和经济效益。因此, “合同能源管理”机制必将越来越多地被客户企业所关注和接受。
参考文献
能耗特点 篇3
随着全球气候变化问题越来越受到重视, 能源资源短缺问题的日益突出, 建筑节能作为节能减排重要组成部分备受关注。据统计, 我国公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%, 因此, 公共建筑节能对于我国建筑节能工作具有重要意义, 而掌握准确的建筑能耗现状, 是分析公共建筑节能潜力, 制定用能标准和能耗定额的基础。“十一五”期间, 我国共完成国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗统计33000栋, 完成能源审计4850栋, 公示近6000栋建筑的能耗状况, 已对1500余栋建筑的能耗进行了动态监测。节能监管体系建设, 有利于掌握公共建筑的能耗水平及耗能特点, 挖掘建筑节能潜力, 从而带动节能运行与改造的积极性, 促进节能潜力向现实节能的转化。因此, 笔者针对夏热冬暖地区气候特点下的61栋办公建筑的能源审计结果进行了汇总、统计与分析, 以了解夏热冬暖地区办公建筑能耗水平及用能特点, 并为下一步节能改造提出建议。
2 样本基本信息及能耗总体分析
2.1 基本信息
本文中样本均位于夏热冬暖地区, 单体建筑面积从约2000m2到40000m2以上不等, 包括政府办公建筑和非政府办公建筑两个类型。其中, 政府机关办公建筑35栋, 非政府机关办公建筑26栋。
从建筑年代来看, 1995年之前 (含1995年) 的建筑13栋, 占样本总量的21.31%;1995—2000年的建筑21栋, 占34.43%;2000—2005年的建筑19栋, 占31.15%;2005年之后的建筑8栋, 占13.11%。从建筑面积来看, 10000m2以下的建筑共23栋, 占37.70%;10000~20000m2的建筑15栋, 占24.59%;20000m2以上的建筑23栋, 占37.70%。非政府办公建筑较政府办公建筑单体建筑面积大, 政府办公建筑面积以10000m2以下为主, 而非政府办公建筑中面积大于20000m2的比例较大。
2.2 建筑能耗总体情况
为了使能耗数据更加直观地反映建筑用能水平, 文中对建筑能耗数据进行标准化处理。建筑常规能耗是指建筑总能耗中除去特殊能耗后的能源消耗量。特殊能耗是指不属于建筑物常规功能的用电设备的耗电量, 对于办公建筑, 特殊能耗通常来自信息机房、食堂、餐厅等特殊使用功能而产生的能耗。
从审计的能源账单可以看出, 电力是办公建筑用能系统的最主要能耗, 仅有个别建筑使用柴油、天然气等其他种类的能源, 且柴油通常作为电力的备用能源, 消耗量很少。经统计, 单位面积常规能耗指标在50~100k Wh/m2之间的建筑约占样本数的52%, 详细建筑总能耗、单位面积常规能耗指标分布如表1所示。
3 政府办公建筑能耗特点
3.1 建筑基本信息
在审计的61栋办公建筑中, 政府办公建筑共35栋。从建筑年代来看, 1995年之前 (含1995年) 的建筑占样本数量的32.26%;1995—2000年的建筑占35.48%;2000—2005年的建筑占25.81%;2005年之后的建筑占6.45%。从建筑面积来看, 5000m2以下的建筑占样本数量的29.03%;5000~10000m2的建筑占32.26%;10000~20000m2的建筑占25.8%;20000m2以上的建筑占12.91%。从政府办公建筑的建筑年代分布可以看出, 政府办公建筑的建设年代整体较早, 2005年以后竣工的建筑仅有两栋。从建筑面积分布可以看出, 样本中的政府办公建筑面积整体偏小, 最大建筑面积不超过40000m2, 超过25000m2的建筑仅有3栋。
从建筑层数来看, 6层以下的政府办公建筑占44.12%;10层以下的建筑占61.76%;20层以上的超高层建筑仅占8.82%。由于6层以下建筑通常不设置垂直交通系统, 且市政给水管网余压容易满足建筑内给水需求, 建筑内不设置给水泵, 不涉及该能耗, 因此政府办公建筑用能效率的评估以及节能潜力的挖掘更多地集中在建筑围护结构热工性能、照明系统及办公设备的用能管理以及人员行为节能意识方面。
3.2 用能系统形式
集中式全空气系统、风机盘管加独立新风系统和分体空调系统的形式在政府办公建筑样本中均有出现。其中采用集中式空调系统的建筑占样本容量的35.29%;采用分体式空调系统的建筑占64.71%。因此, 分体式空调系统是政府办公建筑统计样本中采用的主要空调形式, 这与样本中政府办公建筑的建筑面积普遍较小有关。
从照明系统来看, 其照明灯具在不同年代中的使用比例与61栋实施能源审计总体样本所反映的情况基本一致, 即普通荧光灯的使用率最高, 占样本容量的87.10%;白炽灯的使用比例为25.81%, 使用频率在2000年后明显降低;细管荧光灯的使用比例为22.58%。由此分析, 不同灯具形式的使用频率与建筑年代有关。样本中的政府办公建筑建筑年代普遍比较早, 因此节能灯具的使用频率相对较低, 而白炽灯的使用频率相对较高。
3.3 能耗特点
经统计, 政府办公建筑单位面积常规能耗指标的均值为60.98k Wh/ (yr.m2) 。根据办公建筑的用能特点, 结合国家机关办公建筑及大型公共建筑能耗分项计量技术导则中的规定, 将建筑能耗拆分成空调系统能耗、照明系统能耗、插座系统能耗、动力系统能耗以及特殊能耗五个分项。表2反映了政府机关办公建筑各用能系统能耗比重的分布情况及各分项能耗标准差。
从分项能耗看, 空调系统能耗比例最大。夏热冬暖地区不设置采暖系统, 空调系统能耗仅涉及制冷能耗。由于该地区全年空调季节很长, 空调系统能耗比例普遍较高。政府机关办公建筑调查样本中, 空调系统能耗平均比例为38.55%。
调查样本中, 照明系统能耗平均比例为17.17%。照明系统是所有建筑都涉及的用能系统, 该系统存在相对固定的节能潜力, 且改造成本和难度较低, 投资回收期较短, 是建筑节能改造中可行性较高的部分。同时, 照明系统能耗大小也与运行策略和建筑内人员的行为节能意识有很大的关系。
办公设备能耗是一个不容忽视的部分, 体现在分项计量导则中照明插座系统的子项——插座系统中。调查样本中, 插座系统能耗平均比例为19.43%。该分项通常没有独立的能源计量设备, 仅能通过设备台账的统计和运行时间的估算获得其能耗值。少数建筑样本插座系统有独立能源计量设备, 但存在空调末端能耗计入其中的现象。
在政府办公建筑调查样本中, 动力系统能耗平均比例为16.21%。不同面积的样本, 其动力分项用能特点不同。大型建筑动力系统包括电梯系统、给排水系统以及动力通风系统等用电系统, 该项能耗较高;10层以下的中小型办公建筑中的动力系统往往仅包括电梯系统、热水供应系统和卫生间排气扇, 且电梯和电热水器开启台数较少, 因此该项能耗比较低。
4 非政府办公建筑能耗特点
4.1 建筑基本信息
在审计的61栋办公建筑中, 非政府机关办公建筑共26栋。从建筑年代来看, 1995年之前 (含1995年) 的建筑仅占样本数量的8.7%;1995—2000年的建筑占30.43%;2000—2005年的建筑占39.13%;2005年之后的建筑占21.74%。从建筑面积来看, 10000m2以下的建筑仅占样本数量的8.7%;10000~20000m2的建筑占21.74%;20000m2以上的建筑占69.57%。与政府办公建筑相比, 统计样本中的非政府大型办公建筑的老旧建筑较少, 1995年以前建设的建筑仅有2栋。从建筑面积分布可以看出, 样本中的非政府大型办公建筑较多, 面积超过20000m2, 满足大型公共建筑定义的建筑在样本中所占比例约70%。因此, 本文分析的非政府办公建筑用能特点将在一定程度上反映面积超过20000m2的大型公共建筑的用能特点。
从建筑层数来看, 6层以下的非政府办公建筑仅占样本数量的7.69%;10层以下的建筑占19.23%;20层以上的超高层建筑占42.31%。可以看出, 10层以上的高层建筑占非政府办公建筑样本容量的65.39%。由于建筑层数的增加, 需设置电梯、自动扶梯等垂直交通系统, 同时, 当市政给水管网余压不能满足建筑内给水需求时, 还需设置给水泵。因此, 非政府办公建筑能耗与政府办公建筑能耗相比, 动力系统能耗有很大程度的增加, 这部分建筑用能效率的评估以及节能潜力的挖掘应注重动力系统的设备节能和合理管理及运行。
4.2 用能系统形式
非政府办公建筑中, 采用集中式空调系统的建筑占样本容量的88.46%;采用分体式空调系统的建筑仅占11.54%, 因此非政府办公建筑空调系统形式以集中式空调系统为主。
统计样本中显示, 非政府办公建筑采用的照明灯具形式受样本建筑建设年代的影响, 与政府机关办公建筑灯具使用情况一致, 普通荧光灯是使用频率最高的灯具类型。由于非政府办公建筑建筑面积普遍较大, 而照明系统在办公建筑中使用率又非常高, 因此, 更换节能灯具获得的节能潜力在办公建筑中是普遍存在且效果较为可观的。
4.3 能耗特点
统计调查样本中非政府机关办公建筑的能耗指标, 单位面积常规能耗指标均值为95.23k Wh/ (yr·m2) 。非政府办公建筑中约70%的建筑为大型公共建筑, 其动力系统能耗、空调系统能耗都远高于中小型建筑, 而中小型建筑是统计样本中政府办公建筑的主要形式。因此, 非政府办公建筑的单位面积能耗指标远高于政府办公建筑, 其各项单位面积能耗指标更能体现大型公共建筑能耗特点。
表3反映了非政府机关办公建筑各用能系统能耗比重的分布情况及各分项能耗的标准差。非政府机关办公建筑调查样本中, 空调系统能耗平均比例为33.46%。该指标略低于政府机关办公建筑的对应指标, 空调系统能耗增加的幅度略低于建筑总能耗增加的幅度。照明系统能耗平均比例为10.38%, 也低于政府办公建筑的对应指标。与政府办公建筑分项能耗相比, 空调系统能耗及照明系统能耗比重的降低, 正是由于非政府办公建筑中其他用能系统能耗的大幅度增加所致。插座系统能耗平均比例为24.64%, 略高于政府办公建筑的对应指标, 其原因是非政府办公建筑服务水平和使用密度更高, 建筑中的人员密度大, 办公设备使用率高。非政府办公建筑动力系统能耗平均比例为9.93%, 该项指标分布非常分散, 不同建筑内动力分项用能特点各异。
5 政府办公建筑与非政府办公建筑特点分析与节能建议
根据夏热冬暖地区61栋办公建筑的能源审计数据, 比较分析了政府办公建筑和非政府办公建筑的能耗水平和能耗特征, 得出以下结论:
(1) 政府办公建筑建筑年代一般较早, 其建筑规模普遍小于非政府办公建筑, 其建筑高度、建筑面积的均值均小于非政府办公建筑。
(2) 政府办公建筑多数采用分体式空调, 而非政府办公建筑大多数采用集中式空调, 空调能耗在两类办公建筑能耗中均为最主要的能源消耗。
(3) 政府办公建筑单位面积常规能耗低于非政府办公建筑单位面积总能耗及常规能耗。其中, 政府办公建筑单位面积常规能耗均值约为非政府办公建筑的64.03%。
(4) 从分项能耗角度分析, 由于政府办公建筑很少存在特殊能耗, 且建筑综合服务设备少, 因此, 表现为空调能耗、照明能耗、动力能耗的比例都高于非政府办公建筑, 其原因主要为政府办公建筑的综合服务水平显著低于非政府办公建筑。虽然同为办公建筑, 但政府办公建筑与非政府办公建筑的能耗特点存在一定差异。
(5) 照明节能改造是政府办公建筑节能改造的重要内容。政府办公建筑和非政府办公建筑都表现出节能灯具使用不足, 尤其体现在建筑年代较早的办公建筑中。因此更换高效节能灯具是改造成本较低、实施难度较低、改造效果较好的节能改造措施。
(6) 对于非政府办公建筑, 特别是大型非政府办公建筑, 其动力系统能耗通常较大, 因此, 提高动力系统设备效率, 加强设备运行监管, 提升运行管理人员素质是非政府办公建筑节能降耗的重要措施。
基于以上分析, 在我国政府办公建筑和非政府办公建筑的节能改造工作中, 需要针对不同类型办公建筑的用能特点, 采取不同的节能措施。在保证办公建筑室内舒适度、高效工作及综合服务水平基础上, 合理依据能耗特点进行分析, 探索适宜的、经济的节能改造途径是下一步的研究目标。
摘要：本文基于夏热冬暖地区的61栋办公建筑的能源审计结果, 对其能耗数据进行汇总分析, 从建筑年代、建筑面积、用能系统形式、总能耗以及分项能耗数据分布等方面对政府办公建筑和非政府办公建筑用能特点进行了研究。结果表明, 政府办公建筑的建筑规模、能耗水平以及综合服务水平明显低于非政府办公建筑, 节能潜力挖掘重点不同, 为政府办公建筑和非政府办公建筑节能改造提出建议。
关键词：办公建筑,夏热冬暖地区,能耗,用能特点
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