严寒地域公共机构建筑的能耗特点与节能改造论文
引言
随着国民经济的不断发展，建筑面积的不断增加，建筑能耗也随之增加。目前，发达国家建筑能耗占社会能耗的 30%~40%,而我国建筑能耗约占社会总能耗的 25%,工业用能量约占国家总能耗的 65%以上，交通用能仅占全社会能耗的 10%左右[1].我国现有公用建筑面积约为 45 亿 m2,为城镇建筑面积的 27%,占城乡房屋建筑总面积的 10.7%,但公共建筑能耗约占建筑总能耗的 20%.在公共建筑中，公共机构建筑比例不断上升，通常是国家能源产品和服务的重要消费者和最大使用者[2].目前，北方严寒地区公共机构建筑数量不断增长，建筑能耗比例也持续增长。对沈阳某县级市公共机构建筑进行实际案例调研，为北方严寒地区公共机构建筑实施节能减排工作提供参考。
1 北方严寒地区公共机构建筑的能耗基本现状
1.1 公共机构定义
《中华人民共和国节约能源法》第四十七条和《公共机构节能条例》第二条，规定了“公共机构”的术语和定义，即“全部或者部分使用财政性资金的国家机关、事业单位和团体组织”.据初步统计，2010 年全国公共机构约 190.44 万个（其中，国家机关 44.62 万个，教育事业类 67.60 万个，卫生事业类 28.14 万个，科技事业类 18.95 万个，文化事业类 1.92 万个，体育事业类 0.62 万个，其他事业类6.60 万个，社会团体21.99 万个），能源消耗总量约 1.92 亿 t标准煤，约占全社会能源消耗总量的 6.19%,总用水量 132.54 亿 t[3].
1.2 北方严寒地区公共机构建筑的用能方式
辽宁地处中纬度的南半部，欧亚大陆东岸，属温带大陆性季风气候，雨热同季，日照丰富，四季分明。冬季漫长寒冷，夏季炎热多雨，春季多风少雨，秋季晴朗短暂。夏季制冷季为 6-9 月；冬季采用市政热水供热，采暖期为 11 月-次年 4 月。
公共机构建筑主要的能源形式有：煤炭、电、天然气和液化石油气，此外还有可再生能源，如风能、太阳能、地热能等，以及新能源，如相变储能、沼气等。
1.3 北方严寒地区公共机构建筑能耗现状的影响因素
公共机构建筑能耗影响因素十分复杂，不仅与建筑的维护结构、供热、空调系统及照明系统、办公设备种类用能等有关，还与建筑人员使用和管理等多种因素有关。
1.3.1 围护结构2005 年 7 月 1 日正式颁布的 GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》，针对不同建筑气候区划，提出了围护结构各个部位的传热系数、遮阳系数、气密性要求，规定了公共建筑执行 50%的节能标准。然而，公共机构建筑的围护结构的热工性能尚未完全满足节能标准，也没有采取相关的节能措施，实际采暖耗煤量远大于理论计算值，这些公共机构建筑仍非节能建筑。
1.3.2 供热、空调系统夏季公共机构建筑空调系统和分体式空调使用由用户决定，由于节能意识不强，人们追求过低室内温度，在开启门窗的同时使用空调，导致室内空调耗能量大大增加。此外，空调清理不及时会增加系统阻力，降低使用效率。
冬季公共机构建筑采暖能耗较高，主要是热源方式和建筑本身存在诸多问题，如：建筑热力管道入口热量浪费、围护结构传热系数较大、门窗密闭性较差及散热末端装置散热效率不高。
1.3.3 照明系统及办公设备室内照明设施也是影响公共机构建筑能耗原因之一，如是否使用节能灯。另外，个别建筑荧光灯具安装方式未与窗户平行，也不利于自然光的充分利用。随着现代化办公的发展，公共机构建筑办公设备不断增多。
1.3.4 运行管理目前，建筑能耗监控体系尚未建立起来，因此，管理者对该类建筑的能耗现状并不了解，管理方面存在诸多问题。而公共机构自身缺乏有效的管理机制，节能意识淡薄，浪费现象普遍存在。
2 北方严寒地区公共机构建筑能耗现状的案例分析
以沈阳某县级市的 16 栋公共机构建筑（建筑名称为 A~P）为主要研究对象，结合调研取得的年基本能耗信息，进行能耗数据汇总、统计与分析，研究分析北方严寒地区公共机构建筑的用能方式和建筑能耗基本现状，掌握公共机构建筑能耗现状产生的原因。
2.1 建筑基本信息
调研建筑主要包括政府机关建筑、教育事业单位和卫生事业单位等，层数为 2~6 层，建筑面积普遍较小（见图 1），建设时间跨度不是很大，建设时间和面积统计如图 2 所示。为了分析出北方严寒地区影响公共机构建筑的影响因素，选择执行建筑节能标准的建筑 D 进行调研，将从围护结构、供热、空调系统及设备、照明系统及办公设备等方面进行研究分析。
2.2 建筑能耗案例分析
调研信息表明，当地的能源资源为：电和液化石油气，其中，耗电设备主要包括照明、办公设备、供热、空调制冷系统。在空调季，所有建筑制冷系统主要依靠电力；在采暖季，除有 2 栋建筑利用了浅层地热能外，其余建筑冬季采暖利用市政热网，由于受当地条件因素制约其他能源方式不能被利用。
依据当年的《中国能源统计年鉴》，得到各种能源折标准煤参考系数，统一能源单位，便于分析比较。
例如“电力”的等价系数取国际普遍采用的当量热值系数。
2.2.1 建筑案例各分项能耗所占比例将公共机构建筑能耗拆分为供热能耗、空调能耗、照明能耗、办公设备能耗和其他综合能耗。其中，空调能耗以电耗为主，其他综合能耗主要包括生活水泵等设备电耗。通过对调研数据的整理分析，得到该地区公共机构建筑各分项能耗的百分比统计图（见图 3）。
2.2.2 各建筑案例总能耗与分项能耗的统计整理分析数据可得出各建筑总能耗和分项能耗水平，绘制出各建筑总能耗与各分项能耗比较图（见图 4）。
由图 4 可以看出，公共机构单位面积建筑能耗差距较大，最高为8.28 kgce/（m2·a），最低为 4.62 kgce/（m2·a）；照明系统、办公设备和其他综合能耗水平因建筑不同而有所差别，波动范围不是很大；而采暖能耗水平相当，保持在 3.22~3.49 kgce/（m2·a）之间。
2.2.3 建筑案例各分项能耗平均水平进一步整理调研数据，得出公共机构建筑各分项能耗平均水平，见表 1.
2.2.4 建筑案例能耗分析由图 3、4 和表 1 可知，公共机构建筑单位面积能耗为 6.17 kgce/（m2·a），其中，空调和采暖单位面积平均能耗达到 0.72 kgce/（m2·a）和 3.47 kgce/（m2·a），分别占到了公共机构建筑总能耗的 57.66%和 11.32%.建筑采暖空调能耗占到全部建筑能耗的. 70%左右，由此可见，公共机构建筑空调与采暖系统能耗是影响建筑总能耗的关键因素。
从分项能耗数值分析，采暖能耗比例最大，约占总能耗的 57.66%.由于该地区全年采暖季较长，供热能耗比例普遍较高。其次是照明系统能耗，约占15.17%.由于公共机构建筑办公设备较多，且照明要求较高，使得照明能耗较高。再次为空调能耗，约占11.32%,空调系统耗电量全年波动较大，在空调季达到高峰，办公设备能耗约占 10.68%,公共机构建筑办公设备较多，使用量较大。最后，其他能耗约占5.17%,由于建筑物楼层均在 6 层以下，并没有包括电梯能耗。公共机构建筑全年使用时间较短（约为250 d,每天工作 8 h），单位面积能耗一般较小但是人均能耗较大，照明、办公设备及其他综合电耗全年基本稳定。表 1 的建筑 D 是执行了建筑节能标准的，其单位面积能耗、各分项能耗均低于所有案例的平均水平，相对于建筑 P 节能效果尤为明显。
3 北方严寒地区公共机构建筑节能改造几点措施
通过案例分析，提出适合于严寒地区公共机构建筑节能改造技术的几点建议。
3.1 建筑围护结构节能改造《中华人民共和国节约能源法》鼓励在建筑节能改造中使用新型墙体材料等节能建筑材料和节能设备。对于北方严寒地区，对屋顶进行节能改造，提高其保温隔热性；对外墙进行外保温；采用节能门窗，安装外遮阳设施。节能改造后，围护结构各个部位的传热系数、遮阳系数、气密性达到 GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》中的要求。
3.2 供热、空调系统技术改造采暖方面，首先对暖气罩进行改造，其次做好建筑入口热力管道保温。
《公共机构节能条例》规定公共机构应当严格控制空调室内温度，充分利用自然通风，改进空调运行管理。大部分的公共机构建筑面积较小，应采用分体式空调，是公共机构建筑最节能的空调方式[4],也可采用多联机空调系统形式。另外，在经济和技术允许的条件下，根据该地区的能源形势，公共机构建筑应充分利用可再生能源和新能源。
3.3 照明系统及办公设备节能化《公共机构节能条例》规定公共机构应充分利用自然光，优化照明系统设计，使用高效节能照明灯具，推广使用智能调控装置，严格控制建筑物外部装饰照明。
公共机构建筑中的办公设备使用较多，采用节能办公设备能有效地降低办公设备能耗。
3.4 加强节能管理，培养节能意识认真贯彻落实《公共机构节能条例》，要提高节能意识；提倡行为节能，做到“人走灯灭”,及时关闭用电设备。
4 结论
通过对公共机构建筑实际案例能耗调研分析，该地区公共机构建筑主要用能方式为：夏季制冷采用分体式空调系统形式；冬季采暖主要由市政热网供热。
严寒地区公共机构建筑的围护结构、供热空调、照明系统、办公设备和运行管理等方面都存在着一定的问题，其中采暖能耗所占比例最大为 57.66%,空调能耗为 11.32%,建筑采暖空调能耗占到全部建筑能耗的70%左右；照明和办公设备能耗全年基本稳定，分别为 15.17%和 10.68%.严寒地区公共机构建筑存在问题较多，为更好地推进建筑节能，应积极采取节能改造措施，如围护结构节能改造、供热空调系统节能改造、照明及办公设备节能化等，有效实现公共机构建筑节能减排。
参考文献：
[1]清华大学建筑节能研究中心。中国建筑节能年度发展研究报告 2013[M].北京：中国建筑工业出版社，2013:3-9.
[2]王乐鹏，卢紫丁，陆青。我国公共建筑能耗调查研究综述[J].能源与环境，2013,（1）：15-17.
[3]公共机构节能“十二五”规划[J].宁波节能，2012,（4）：6-11.
[4]刘阿棋，朱颖心，林波荣，等。政府办公建筑夏季空调能耗分析[C]//2009 年全国节能与绿色建筑空调技术研讨会暨北京暖通空调专业委员会第三届学术年会论文集。2009.
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