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嚴(yán)寒地域公共機(jī)構(gòu)建筑的能耗特點(diǎn)與節(jié)能改造論文
引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑面積的不斷增加，建筑能耗也隨之增加。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗占社會(huì)能耗的 30%~40%,而我國(guó)建筑能耗約占社會(huì)總能耗的 25%,工業(yè)用能量約占國(guó)家總能耗的 65%以上，交通用能僅占全社會(huì)能耗的 10%左右[1].我國(guó)現(xiàn)有公用建筑面積約為 45 億 m2,為城鎮(zhèn)建筑面積的 27%,占城鄉(xiāng)房屋建筑總面積的 10.7%,但公共建筑能耗約占建筑總能耗的 20%.在公共建筑中，公共機(jī)構(gòu)建筑比例不斷上升，通常是國(guó)家能源產(chǎn)品和服務(wù)的重要消費(fèi)者和最大使用者[2].目前，北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑數(shù)量不斷增長(zhǎng)，建筑能耗比例也持續(xù)增長(zhǎng)。對(duì)沈陽(yáng)某縣級(jí)市公共機(jī)構(gòu)建筑進(jìn)行實(shí)際案例調(diào)研，為北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑實(shí)施節(jié)能減排工作提供參考。
1 北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑的能耗基本現(xiàn)狀
1.1 公共機(jī)構(gòu)定義
《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》第四十七條和《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》第二條，規(guī)定了“公共機(jī)構(gòu)”的術(shù)語(yǔ)和定義，即“全部或者部分使用財(cái)政性資金的國(guó)家機(jī)關(guān)、事業(yè)單位和團(tuán)體組織”.據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，2010 年全國(guó)公共機(jī)構(gòu)約 190.44 萬(wàn)個(gè)（其中，國(guó)家機(jī)關(guān) 44.62 萬(wàn)個(gè)，教育事業(yè)類 67.60 萬(wàn)個(gè)，衛(wèi)生事業(yè)類 28.14 萬(wàn)個(gè)，科技事業(yè)類 18.95 萬(wàn)個(gè)，文化事業(yè)類 1.92 萬(wàn)個(gè)，體育事業(yè)類 0.62 萬(wàn)個(gè)，其他事業(yè)類6.60 萬(wàn)個(gè)，社會(huì)團(tuán)體21.99 萬(wàn)個(gè)），能源消耗總量約 1.92 億 t標(biāo)準(zhǔn)煤，約占全社會(huì)能源消耗總量的 6.19%,總用水量 132.54 億 t[3].
1.2 北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑的用能方式
遼寧地處中緯度的南半部，歐亞大陸東岸，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同季，日照豐富，四季分明。冬季漫長(zhǎng)寒冷，夏季炎熱多雨，春季多風(fēng)少雨，秋季晴朗短暫。夏季制冷季為 6-9 月；冬季采用市政熱水供熱，采暖期為 11 月-次年 4 月。
公共機(jī)構(gòu)建筑主要的能源形式有：煤炭、電、天然氣和液化石油氣，此外還有可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿�，以及新能源，如相變�?chǔ)能、沼氣等。
1.3 北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑能耗現(xiàn)狀的影響因素
公共機(jī)構(gòu)建筑能耗影響因素十分復(fù)雜，不僅與建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)、供熱、空調(diào)系統(tǒng)及照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備種類用能等有關(guān)，還與建筑人員使用和管理等多種因素有關(guān)。
1.3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)2005 年 7 月 1 日正式頒布的 GB 50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，針對(duì)不同建筑氣候區(qū)劃，提出了圍護(hù)結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)、氣密性要求，規(guī)定了公共建筑執(zhí)行 50%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。然而，公共機(jī)構(gòu)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能尚未完全滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，也沒有采取相關(guān)的節(jié)能措施，實(shí)際采暖耗煤量遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值，這些公共機(jī)構(gòu)建筑仍非節(jié)能建筑。
1.3.2 供熱、空調(diào)系統(tǒng)夏季公共機(jī)構(gòu)建筑空調(diào)系統(tǒng)和分體式空調(diào)使用由用戶決定，由于節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)，人們追求過低室內(nèi)溫度，在開啟門窗的同時(shí)使用空調(diào)，導(dǎo)致室內(nèi)空調(diào)耗能量大大增加。此外，空調(diào)清理不及時(shí)會(huì)增加系統(tǒng)阻力，降低使用效率。
冬季公共機(jī)構(gòu)建筑采暖能耗較高，主要是熱源方式和建筑本身存在諸多問題，如：建筑熱力管道入口熱量浪費(fèi)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)較大、門窗密閉性較差及散熱末端裝置散熱效率不高。
1.3.3 照明系統(tǒng)及辦公設(shè)備室內(nèi)照明設(shè)施也是影響公共機(jī)構(gòu)建筑能耗原因之一，如是否使用節(jié)能燈。另外，個(gè)別建筑熒光燈具安裝方式未與窗戶平行，也不利于自然光的充分利用。隨著現(xiàn)代化辦公的發(fā)展，公共機(jī)構(gòu)建筑辦公設(shè)備不斷增多。
1.3.4 運(yùn)行管理目前，建筑能耗監(jiān)控體系尚未建立起來，因此，管理者對(duì)該類建筑的能耗現(xiàn)狀并不了解，管理方面存在諸多問題。而公共機(jī)構(gòu)自身缺乏有效的管理機(jī)制，節(jié)能意識(shí)淡薄，浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在。
2 北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑能耗現(xiàn)狀的案例分析
以沈陽(yáng)某縣級(jí)市的 16 棟公共機(jī)構(gòu)建筑（建筑名稱為 A~P）為主要研究對(duì)象，結(jié)合調(diào)研取得的年基本能耗信息，進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計(jì)與分析，研究分析北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑的用能方式和建筑能耗基本現(xiàn)狀，掌握公共機(jī)構(gòu)建筑能耗現(xiàn)狀產(chǎn)生的原因。
2.1 建筑基本信息
調(diào)研建筑主要包括政府機(jī)關(guān)建筑、教育事業(yè)單位和衛(wèi)生事業(yè)單位等，層數(shù)為 2~6 層，建筑面積普遍較�。ㄒ妶D 1），建設(shè)時(shí)間跨度不是很大，建設(shè)時(shí)間和面積統(tǒng)計(jì)如圖 2 所示。為了分析出北方嚴(yán)寒地區(qū)影響公共機(jī)構(gòu)建筑的影響因素，選擇執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑 D 進(jìn)行調(diào)研，將從圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供熱、空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備、照明系統(tǒng)及辦公設(shè)備等方面進(jìn)行研究分析。
2.2 建筑能耗案例分析
調(diào)研信息表明，當(dāng)?shù)氐哪茉促Y源為：電和液化石油氣，其中，耗電設(shè)備主要包括照明、辦公設(shè)備、供熱、空調(diào)制冷系統(tǒng)。在空調(diào)季，所有建筑制冷系統(tǒng)主要依靠電力；在采暖季，除有 2 棟建筑利用了淺層地?zé)崮芡猓溆嘟ㄖ静膳檬姓䶮峋W(wǎng)，由于受當(dāng)?shù)貤l件因素制約其他能源方式不能被利用。
依據(jù)當(dāng)年的《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，得到各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)，統(tǒng)一能源單位，便于分析比較。
例如“電力”的等價(jià)系數(shù)取國(guó)際普遍采用的當(dāng)量熱值系數(shù)。
2.2.1 建筑案例各分項(xiàng)能耗所占比例將公共機(jī)構(gòu)建筑能耗拆分為供熱能耗、空調(diào)能耗、照明能耗、辦公設(shè)備能耗和其他綜合能耗。其中，空調(diào)能耗以電耗為主，其他綜合能耗主要包括生活水泵等設(shè)備電耗。通過對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)的整理分析，得到該地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑各分項(xiàng)能耗的百分比統(tǒng)計(jì)圖（見圖 3）。
2.2.2 各建筑案例總能耗與分項(xiàng)能耗的統(tǒng)計(jì)整理分析數(shù)據(jù)可得出各建筑總能耗和分項(xiàng)能耗水平，繪制出各建筑總能耗與各分項(xiàng)能耗比較圖（見圖 4）。
由圖 4 可以看出，公共機(jī)構(gòu)單位面積建筑能耗差距較大，最高為8.28 kgce/（m2·a），最低為 4.62 kgce/（m2·a）；照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備和其他綜合能耗水平因建筑不同而有所差別，波動(dòng)范圍不是很大；而采暖能耗水平相當(dāng)，保持在 3.22~3.49 kgce/（m2·a）之間。
2.2.3 建筑案例各分項(xiàng)能耗平均水平進(jìn)一步整理調(diào)研數(shù)據(jù)，得出公共機(jī)構(gòu)建筑各分項(xiàng)能耗平均水平，見表 1.
2.2.4 建筑案例能耗分析由圖 3、4 和表 1 可知，公共機(jī)構(gòu)建筑單位面積能耗為 6.17 kgce/（m2·a），其中，空調(diào)和采暖單位面積平均能耗達(dá)到 0.72 kgce/（m2·a）和 3.47 kgce/（m2·a），分別占到了公共機(jī)構(gòu)建筑總能耗的 57.66%和 11.32%.建筑采暖空調(diào)能耗占到全部建筑能耗的 70%左右，由此可見，公共機(jī)構(gòu)建筑空調(diào)與采暖系統(tǒng)能耗是影響建筑總能耗的關(guān)鍵因素。
從分項(xiàng)能耗數(shù)值分析，采暖能耗比例最大，約占總能耗的 57.66%.由于該地區(qū)全年采暖季較長(zhǎng)，供熱能耗比例普遍較高。其次是照明系統(tǒng)能耗，約占15.17%.由于公共機(jī)構(gòu)建筑辦公設(shè)備較多，且照明要求較高，使得照明能耗較高。再次為空調(diào)能耗，約占11.32%,空調(diào)系統(tǒng)耗電量全年波動(dòng)較大，在空調(diào)季達(dá)到高峰，辦公設(shè)備能耗約占 10.68%,公共機(jī)構(gòu)建筑辦公設(shè)備較多，使用量較大。最后，其他能耗約占5.17%,由于建筑物樓層均在 6 層以下，并沒有包括電梯能耗。公共機(jī)構(gòu)建筑全年使用時(shí)間較短（約為250 d,每天工作 8 h），單位面積能耗一般較小但是人均能耗較大，照明、辦公設(shè)備及其他綜合電耗全年基本穩(wěn)定。表 1 的建筑 D 是執(zhí)行了建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的，其單位面積能耗、各分項(xiàng)能耗均低于所有案例的平均水平，相對(duì)于建筑 P 節(jié)能效果尤為明顯。
3 北方嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑節(jié)能改造幾點(diǎn)措施
通過案例分析，提出適合于嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑節(jié)能改造技術(shù)的幾點(diǎn)建議。
3.1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》鼓勵(lì)在建筑節(jié)能改造中使用新型墻體材料等節(jié)能建筑材料和節(jié)能設(shè)備。對(duì)于北方嚴(yán)寒地區(qū)，對(duì)屋頂進(jìn)行節(jié)能改造，提高其保溫隔熱性；對(duì)外墻進(jìn)行外保溫；采用節(jié)能門窗，安裝外遮陽(yáng)設(shè)施。節(jié)能改造后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)、氣密性達(dá)到 GB 50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的要求。
3.2 供熱、空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)改造采暖方面，首先對(duì)暖氣罩進(jìn)行改造，其次做好建筑入口熱力管道保溫。
《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》規(guī)定公共機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制空調(diào)室內(nèi)溫度，充分利用自然通風(fēng)，改進(jìn)空調(diào)運(yùn)行管理。大部分的公共機(jī)構(gòu)建筑面積較小，應(yīng)采用分體式空調(diào)，是公共機(jī)構(gòu)建筑最節(jié)能的空調(diào)方式[4],也可采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)形式。另外，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)允許的條件下，根據(jù)該地區(qū)的能源形勢(shì)，公共機(jī)構(gòu)建筑應(yīng)充分利用可再生能源和新能源。
3.3 照明系統(tǒng)及辦公設(shè)備節(jié)能化《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》規(guī)定公共機(jī)構(gòu)應(yīng)充分利用自然光，優(yōu)化照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用高效節(jié)能照明燈具，推廣使用智能調(diào)控裝置，嚴(yán)格控制建筑物外部裝飾照明。
公共機(jī)構(gòu)建筑中的辦公設(shè)備使用較多，采用節(jié)能辦公設(shè)備能有效地降低辦公設(shè)備能耗。
3.4 加強(qiáng)節(jié)能管理，培養(yǎng)節(jié)能意識(shí)認(rèn)真貫徹落實(shí)《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》，要提高節(jié)能意識(shí)；提倡行為節(jié)能，做到“人走燈滅”,及時(shí)關(guān)閉用電設(shè)備。
4 結(jié)論
通過對(duì)公共機(jī)構(gòu)建筑實(shí)際案例能耗調(diào)研分析，該地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑主要用能方式為：夏季制冷采用分體式空調(diào)系統(tǒng)形式；冬季采暖主要由市政熱網(wǎng)供熱。
嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供熱空調(diào)、照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備和運(yùn)行管理等方面都存在著一定的問題，其中采暖能耗所占比例最大為 57.66%,空調(diào)能耗為 11.32%,建筑采暖空調(diào)能耗占到全部建筑能耗的70%左右；照明和辦公設(shè)備能耗全年基本穩(wěn)定，分別為 15.17%和 10.68%.嚴(yán)寒地區(qū)公共機(jī)構(gòu)建筑存在問題較多，為更好地推進(jìn)建筑節(jié)能，應(yīng)積極采取節(jié)能改造措施，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造、供熱空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造、照明及辦公設(shè)備節(jié)能化等，有效實(shí)現(xiàn)公共機(jī)構(gòu)建筑節(jié)能減排。
參考文獻(xiàn)：
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