重慶市大型商場建筑能耗調查與研究

重慶市大型商場建筑能耗調查與研究

后勤工程學院種凈植楊小鳳吳祥生重慶市建筑節(jié)能協會馬定平

摘要：本文通過對重慶市商場建筑能耗進行調查和分析，總結了重慶市大型商場這類建筑的能耗現狀及用能特點。并針對重慶市大型商場建筑耗能現狀，分別從圍護結構、系統運行管理和系統設計三個方面闡述了重慶市大型商場建筑能耗偏高的主要原因。關鍵詞：建筑能耗圍護結構運行管理系統設計

1概述

隨著重慶市經濟飛速發(fā)展，重慶公共建筑也保持了高速發(fā)展，而伴隨著能源消耗與浪費問題也較為突出。在重慶市既有公共建筑中，其中99％為高耗能建筑；在新建建筑中95％以上仍屬于高耗能建筑。重慶市公共建筑量大面廣，建筑能耗驚人，如果不實施建筑節(jié)能，將對重慶市的能源供應和環(huán)境保護造成巨大壓力，并制約著重慶市經濟的發(fā)展。1.1調查組織安排

為了促進重慶市整個節(jié)能工作的開展，有效的分解“十一五”節(jié)能降耗20％這一指標，為重慶市有效的開展既有建筑的改造做出基礎工作，由重慶市人大城環(huán)委牽頭組織了此次對重慶市現有公共建筑的能耗調查，并成立了專門的調查小組。調查對象以全市的大型公共建筑為主；調查人員由兩個團隊組成，一是能耗調查專家組，二是在校從事節(jié)能方面課題的博士生、高年級的碩士研究生；調查方式采取集中調查和重點調查相結合的方式進行。1.2重慶市公共建筑能耗現狀

下圖為賓館、辦公寫字樓、文廣、車站、醫(yī)院和商場六類大型公共建筑201*～201*年耗電量密度變化曲線。

201*～201*年各公共建筑年耗電量密度變化曲線300250akWh/m2201*50100500201*201*商場201*文廣201*賓館201*車站201*寫字樓201*201*醫(yī)院

圖1201*～201*年年耗電量密度變化曲線

由圖1可以看到，在單位建筑面積下，商場類建筑的年耗電密度明顯高于其他幾類大型公共建筑。并在這6年中能耗呈逐年上升趨勢，由此可見，隨著商場面積的不斷增加，總體的上漲不可避免，節(jié)能改造是勢在必行。

如圖2所示，與賓館、辦公寫字樓、文廣、車站和醫(yī)院五種類型建筑年電耗數據值進行單位面積的平均值比較，可以看出，商場類建筑年單位面積耗電量接近250kWh/m2.a，遠遠高出了其他五類公共建筑的年耗電密度。

各類型公共建筑年耗電密度比較250200akWh/m2150100500商場文廣賓館車站寫字樓醫(yī)院

圖2各類型公共建筑年耗電量密度

2重慶市商場建筑能耗狀況

大型商場建筑作為公共建筑中的一種，其特點為建筑面積大、客流密度和各種照明、電器密度高；多采用中央空調系統對商場溫度、濕度進行控制；能量傳輸距離長、能量轉換設備多，以用電為主，冬季采暖耗熱量��；運行時長為12個小時以上、全年基本沒有節(jié)假日、能耗受人們的消費習慣影響巨大。因此，與其他大型公共建筑或中小型商場相比，大型商場單位面積耗電密度高、全年總耗電量大，節(jié)能潛力巨大，因此是研究重點。2.1能耗總體狀況

圖3給出了重慶市十個大型商場201*年的年耗電密度數據統計。

201*年大型商場建筑年耗電密度500400akWh/m2300201*00012345678910商場編號

圖3201*年大型商場建筑年耗電密度統計

可以看出，①各商場相互之間用電量差異較大，單位建筑年能耗密度在213.28kWh/a～448.77kWh/a之間。

②最大值是平均值的1.3倍，而最小值只有平均值的60%；最大值與最小值之間相差接近2倍。2.2逐月能耗狀況

圖4為這十個大型商場建筑201*年逐月耗電變化曲線。從圖中可知：

①商場每月電量呈現出季節(jié)性變化，6月～10月是用電高峰期，其中峰值在8月前后出現；在11月~3月期間用電量較低，但部分商場在這期間能耗有小幅波動。

②商場能耗波動非常明顯，波動最大的商場其最大值與最小值之間相差4倍之多，而對這種波動影響最大的則是空調系統，照明及動力等其他能耗一年四季是只有少許變化，這就導致空調機組大多數情況下都在部分負荷下運行，能源浪費巨大。

上述差異可知，由于技術、設備和管理方面的原因，重慶市商場建筑能耗水平存較大差異，存在巨大的節(jié)能潛力。

201*年重慶市商場逐月耗電變化曲線1401201*0806040201*1223344556月份678910789101112akWh/m2

圖4201*年重慶市商場逐月耗電變化曲線

3重慶市大型商場耗能特點及主要原因

重慶市大型商場能耗巨大的原因較多，問題較復雜，其中的主要原因涉及建筑設計及圍護結構、

系統運行管理和系統設計三個方面。3.1建筑設計及圍護結構情況

建筑總體負荷與各圍護結構的熱工性能成正相關。改善公共建筑的圍護結構對減低空調負荷，減少設備容量，降低空調系統運行能耗起著重要作用。根據調查結果顯示，建設單位往往過多地考慮節(jié)省一次投資，而忽視運行上的節(jié)能。下表1為商場建筑圍護結構形式統計數據。

表1重慶市商場建筑圍護結構形式統計

圍護結構節(jié)能措施外墻保溫外保比例(%)溫－淺色83外墻形式玻璃幕墻75其他25通風幕墻19幕墻形式雙層皮幕墻19屋面保溫屋面保溫21屋頂綠化25建筑外窗普通單玻35鋁合金窗框61Low-e30

從上表可以看出：①大多數商場建筑圍護結構未考慮節(jié)能措施，所有的商場建筑均未做外墻保溫，只有21％的商場屋面做了外保溫。

②對窗體和玻璃幕墻的材料選擇都很差，有61％的建筑選擇的保溫性能很差的鋁合金窗，這就導致現有窗戶和玻璃幕墻傳熱系數普遍偏大，空氣滲透嚴重。重慶市既有商場建筑圍護結構的保溫環(huán)節(jié)十分薄弱。

就建筑設計來講，由于商場的特殊性，業(yè)主為達到很好的外觀效果，有75%的商場建筑使用了玻璃幕墻，然而只有30%的建筑使用了傳熱系數低的Low-e中空玻璃，并且沒有外窗或不能開啟，也沒有任何的遮陽措施；多數調查建筑以“箱體”形式為主，通風性能差，大量內區(qū)造成能量消耗巨大；同時，商場為了達到好的宣傳效果來吸引消費者，在外部又加入了大幅的廣告，從而嚴重影響了室內采光，導致照明負荷加大和空調負荷加大的雙重浪費。

另外，由于商場建筑在設計時，沒有考慮到春秋季大量引入新風的措施來降低室內熱負荷，這也是導致商場建筑春秋兩季能耗居高不下的關鍵原因。3.2運行管理現狀

公共建筑整體運行管理水平的高低直接決定著建筑整體能源利用水平。在本次調研對象中，建筑物運行管理有些是專門的物業(yè)管理公司來進行；有些建筑由自己的工程部門來進行。圖5為重慶市商場建筑運行管理方式統計。

19%56%25%業(yè)主自己物業(yè)公司其他圖5物業(yè)管理部門與業(yè)主的關系

3.2.1節(jié)能管理制度

建筑物運行管理水平的高低主要取決于物業(yè)管理管理公司及人員專業(yè)技術水平。因此提高公共建筑物業(yè)管理公司及人員在節(jié)能方面的知識是公共建筑節(jié)能環(huán)節(jié)中的重要組成部分。表2為商場建筑的節(jié)能管理制度建設情況。

表2商場建筑的節(jié)能管理制度建設情

相關節(jié)能措施以及制度比例(%)有節(jié)能培訓47有節(jié)能制度47進行過能耗數據收集和分析挖掘節(jié)能潛力53是否開展優(yōu)化用能設備的運行時間和參數70有節(jié)能運行的技術檔案35了解EMC合同5

從表中反映出節(jié)能管理制度主要存在以下幾個方面的問題：

①有不到50％的運行管理人員參與過節(jié)能培訓和節(jié)能制度的制定，直接導致在管理過程中技術水平低和缺少標準的指導。

②只有35％的單位建立了節(jié)能檔案，所以很多管理人員沒有原始資料的指導，對系統在不同時段下了運行情況缺少了解，導致了管理人員缺乏經驗和疏忽，間接的導致能源損失。3.2.2空調系統運行管理

表3商場建筑空調系統運行管理情況

重設冷凍水溫經測試后由專業(yè)人員設定13制冷機負荷合理分配沒自己專業(yè)人沒運行模式調整變頻自己專業(yè)人沒控定期對系統進行清洗87系統用電用水獨立計量614熱回收相關運行管理措施自己設定74有調整員調整有調整員調整有制1365926785178比例(%)

表3為商場建筑空調系統運行管理情況統計。從表中反映出節(jié)能管理制度主要存在以下幾個方面的問題：①空調系統自動化水平不高，變頻控制僅為8％，不能隨負荷變化而自動調整，給空調系統的節(jié)能帶來很大的障礙，導致了機組普遍存在“大馬拉小車”的情況。

②只有60％的商場建筑進行了對系統用電、用水的單獨計量。通過調查回訪顯示，有80％的進行分項計量的單位反映效果一般。

③過渡季節(jié)沒有很好地利用新風，熱回收裝置在中央空調系統中的安裝率極低，僅為4％。3.2.3照明及動力系統運行系統管理

表4為商場建筑照明及動力運行管理情況統計。通過對表4所示數據分析，各商場對照明和供電質量比較重視，大部分商場能做到對照明實施集中控制，90%的商場通過調整照度，滿足場地不同時段不同商品位置的需要，滿足人體舒適度的需要；通過調整配電三相平衡，有效減少電壓波動和負荷失衡引起的電壓諧波，降低能耗。但仍然存在以下幾個主要的問題：

①空調區(qū)域照明與空調綜合處理不高，僅占24%。在空調制冷量一定的條件下，如果照明發(fā)熱量減少，將造成冷量的不必要浪費。

②電力方面最突出的問題是設計容量偏大，又很少采用變頻技術，末端設備即使?jié)M負荷運行，動力功率也有很大部分浪費。

表4商場建筑照明及動力系統運行管理情況

相關運行管理措施比例(%)相關運行管理措施比例(%)樓層配電箱照度調整燈具清洗三相平衡調整90優(yōu)化通風機的開機時間581對風機水泵是否采取變頻控制10手動控制6290樓層集中控制62戶外照明光控－室外照明定時關閉38照明控制方式現場分散控制19專人負責管理14節(jié)水龍頭48集中空調區(qū)域照明是否與空調綜合處理24使用節(jié)能燈具90電加熱水器控制81

商場建筑使用功能多樣化導致建筑空間使用功能也有很大差別，成為目前重慶市公共建筑的主流。即使是在同一功能的公共建筑中，由于不同的使用功能導致建筑內各空間能源負荷特點與使用時間都不盡相同，相應能源系統的設計與管理、以及建筑物管理都必須根據需求作相應的調整和適應。因此，使用功能變化帶來的直接問題是建筑能源供應系統與管理復雜化，這是重慶市公共建筑運行管理中要值得重視的問題。3.3系統設計

對于公共建筑來說，系統設計的合理與否直接關系到整個建筑物的能耗大小。因此，在調查中主要發(fā)現以下突出問題：

①目前的商場建筑普遍采用的全空氣空調系統都是定風量方式，多數采用臺數控制，因此時常出現“大馬拉小車”的情況，浪費嚴重。

②不合理的系統和設備選型以及運行方式，導致空調系統效率過低。例如，由于冷卻塔工作時，其噪音對室外環(huán)境的影響，使其安裝位置受限，導致設計管路偏長，運行阻力增加，而冷卻塔在運行時，也是長期小溫差傳熱，從而造成輸送能耗浪費。

③還有一個值得注意的地方，就是商場是為了給消費者提供一個舒適的購物環(huán)境，讓人們在進入商場后就馬上能感覺到涼爽的效果，往往在設計時，沒有按照規(guī)范要求降低了室內溫度設計值和增大了新風量設計值，也相應的增大了空調能耗。

④空調系統在設計時，僅僅考慮到最不利情況下的空調負荷，沒有考慮到過渡季節(jié)采用全新風或增大新風比運行，來有效地改善空調區(qū)內空氣品質和大量節(jié)省空氣處理所需消耗的能量。

⑤由于商品展示等要求，室內照明及商品照明負荷大，而且持續(xù)時間長，這就導致空調負荷增大。

4結論

大型商場建筑是公共建筑中的耗能大戶，通過本次建筑能耗調查工作，可知重慶市商場建筑具有巨大的節(jié)能潛力，對既有大型商場建筑實施節(jié)能優(yōu)化和改造，對于國家“節(jié)能減排”基本國策的貫徹以及對于企業(yè)自身降低經營成本，提高經濟效益，都具有重要的意義。而盡快推進建筑節(jié)能設計、節(jié)能運行以及既有建筑的節(jié)能改造，其社會經濟效益將是十分顯著。

參考文獻

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擴展閱讀：重慶市大型商場能耗調研分析

重慶市大型商場能耗調研分析

重慶大學陳進軍張建波

四川大學龍恩深

摘要：通過對重慶市30家大型商場進行實地能耗調研，選擇其中9家具有代表性的商場進行能耗分析，從建筑本體、用能系統及運行管理三個方面分析商場用能情況及能耗特性；研究了商場空調設備功率構成比例及設備選型對能耗的影響,并針對各用能系統進行了節(jié)能分析。關鍵詞：商場能耗設備選型節(jié)能0背景

大型商場作為公共建筑的一種，由于建筑面積大、用能設備多、人流密度大、使用時間長等特點，因此與其他公共建筑相比單位面積能耗密度高，全年耗電量大，節(jié)能潛力巨大。根據統計的數據顯示重慶市大型商場201*年總耗電量約為96745萬千瓦，折合標煤33.86萬噸。如果按節(jié)能50%標準計算，其年節(jié)能潛力為16.93萬噸，占重慶市年節(jié)能指標的8.9%[2]。圖1為重慶市各類型公共建筑年節(jié)能潛力占全市年節(jié)能指標百分比，從圖1可以看出有效開展公共建筑節(jié)能工作能解決重慶市年節(jié)能指標的23.1%，可見建筑節(jié)能工作對“十一五”提出的節(jié)能降耗20%指標有重要意義；同時可以發(fā)現公共建筑中商場建筑年節(jié)能潛力最大，因此應重點加以研究。圖2為重慶市主要類型公共建筑的年能耗密度，從圖2可以看出大型商場年能耗密度為354.56kWh/(ma)，比其他類型公共建筑高出很多，因此是公共建筑節(jié)能設計及改造的重點研究對象。

其他,1.30%區(qū)縣辦公樓,2.80%2

[2]

[2]

[1]

商場,8.90%醫(yī)院,2.60%酒店,7.50%

圖1重慶市各類型公共建筑年節(jié)能潛力占全市年節(jié)能指標的百分比400350300250201*50100500年能耗密度（kWh/m2a）354.56167.8391.6710844.7527.78樓館場店院所3.18樓公書商酒醫(yī)場辦圖化校校文學學建筑類型學校教學

圖2重慶市主要類型公共建筑的年能耗密度

1重慶市大型商場能耗狀況1.1總能耗分析

重慶市直轄以來，經濟發(fā)展迅速，大型商場數量較以前有了很大程度的增加，估計全市商場建筑面積約為272.86萬平方米，而其能耗密度又非常之大，因此其耗電量是十分巨大的。為此，201*年重慶市建筑節(jié)能協會對全市30家大型商場進行了能耗調查，圖3為其中具有代表性的9家商場201*年單位面積耗電量數據。

500450400350300250201*5010050012345商場編號6789[2]

單位面積耗電量（kWh/(m2a)）

圖3重慶市9家大型商場201*年單位面積耗電量調研數據

從圖3可以看出，各商場之間用電量差異較大。建筑年能耗密度在288.9kWh/(ma)～448.8kWh/(ma)之間不等,平均值為371.9kWh/(ma)，最大值是最小值的1.7倍之多。經調研發(fā)現各商場能

22

耗不同的原因主要有：

（1)受人流密度、地理位置和營業(yè)狀況的影響很大，造成不同商場的能耗相差較大。（2)商場圍護結構熱工性能和系統設計上的差異，導致空調設備容量不同。

（3)商場管理部門采取的節(jié)能管理措施不同，有一些對系統進行了優(yōu)化，而有些卻沒有。

《201*中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告》指出我國商場類建筑年能耗密度為200kWh/(ma)～300kWh/(ma)，而重慶市商場建筑年能耗密度平均值為371.9kWh/(ma)，大大超出此范圍，可見其節(jié)能潛力巨大。1.2商場能耗結構

商場能耗主要由空調系統、照明系統及動力系統三大部分構成，其中空調系統和照明系統占較大的比重。由于目前大多數商場沒有實施用能分項計量，對各用能系統的能耗數據無法取得，因此調查只得到各商場各用能設備總安裝功率比例，如圖4所示。

照明22%2

[1]

22

電梯8%風機盤管2%新風機2%空調機8%冷源設備46%冷卻水泵7%冷凍水泵5%

圖4各商場各用能設備總安裝功率比例

從圖4可以看出空調系統設備安裝功率占總功率的70％，其中制冷機組占46%，水泵和末端設備各占12%，可見空調系統在商場能耗中占有很大的比重。在此基礎上我們可以分析商場各用能設備的能耗比例，由于商場空調設備開啟時間比照明、動力設備少，按全年空調設備開啟9個月估算，空調系統能耗占商場全年總能耗的比例約為60%，照明、動力系統能耗比例分別約為30%和10%。由于照明、動力系統在商場中耗能比較穩(wěn)定，而空調系統用能影響因素則極其復雜，所以重點研究空調系統能耗特性對商場節(jié)能具有重要的意義。1.3空調系統能耗特性分析

商場空調能耗主要由其負荷狀況及空調設備的使用狀況決定。建筑負荷的影響因素較多，主要有室外氣象參數、室內溫濕度設定值、建筑圍護結構熱工性能、新風比例、室內人流密度及用能設備密度等。在這些因素中，較其他建筑不同的一是商場建筑圍護結構一般都使用大面積的玻璃幕墻，玻璃門。然而調查中發(fā)現，玻璃幕墻熱工性能較差，同時也沒有設置合理的外遮陽設施，空調開啟期間門也是敞開的，沒有設置合理的門簾等設施，這都導致建筑負荷大大增加，從而導致能耗也大大增加。二是商場建筑人流密度大，因而新風比例的選取對其負荷的影響也格外關鍵。新風比例過大則會導致負荷急劇增加。研究表明，在人流密度及商場照明等因素不變的情況下，若將新風標準從10m/(h人)提高到20m/(h人)，總冷負荷將增加30%；比例過小則會影響室內空氣品質，使人體產生不舒適的感覺。因此，在商場建筑設計及空調設計階段應充分合理處理好建筑圍護結構熱工性能、外遮陽設計、新風比例的問題。

空調設備的使用狀況主要由設備的選型大小、能效比以及運行管理決定。調查顯示各商場空調設備能效比大體相當，但是設備選型大小及運行管理水平則參差不齊。由于空調系統的設備能耗以制冷機組能耗為主,而冷源設備的選取即冷源設備裝機容量與空調工程設計冷負荷的匹配是提高空調系統能效比的關鍵。再者其他設備的選取也是以制冷機組的選型大小為基礎的,因此我們主要分析了各商場年能耗密度與單位面積冷機功率之間的關系,如圖5所示

500[4]

[3]

33

單位面積年耗電量(kWh/(m2a)450400350300250201*501005000204060801001201*0單位面積冷機功率(W/m2)

圖5商場年能耗密度與單位面積冷機功率之間的關系

從圖5可以看出，所選商場單位面積冷機功率在25W/m2～118W/m2之間，平均值為68W/m2；同時可以定性的得出建筑能耗密度與單位面積冷機功率呈正比例關系。各商場單位面積冷機功率之間存在巨大的差異說明其中必然有選型不合理的商場。調研發(fā)現大多數商場建筑在空調設計階段，由于設計人員對建筑負荷計算的偏差或出于保險的考慮，裝機容量選擇過大，這就必然導致系統配置過大，使主機和系統整體放大，設計的先天不足埋下了建筑能耗巨大浪費的隱患。同時冷機容量大小間接決定了空調系統其他耗能設備的選型,如果冷機功率過大,一方面會造成其他設備功率過大,使設備長期處于低效工作狀態(tài)點,造成能源的大量浪費即所謂的“大馬拉小車”；另一方面，若建筑圍護結構熱工性能不佳（如玻璃幕墻傳熱系數過大）或人為操作（如空調期間開門窗）導致建筑物出現能源浪費黑洞，此時冷機容量配置合理則耗其所有，再大的容量配置也可以不知不覺的被消耗掉。因此，合理的選擇制冷機組的容量對空調系統的節(jié)能有著至關重要的作用。2重慶商場建筑節(jié)能淺析2.1圍護結構節(jié)能

商場建筑圍護結構的顯著特征就是使用了大面積的玻璃幕墻，而導致夏季室內空調能耗較大的主要原因是從玻璃幕墻進入室內的大量太陽輻射熱。這說明商場建筑節(jié)能在圍護結構方面應重點解決大面積玻璃幕墻帶來的熱對流，太陽輻射熱等問題。因此玻璃幕墻的熱工性能應盡可能的好，同時合理的外遮陽設施也是十分有必要的。2.2照明系統節(jié)能

照明系統能耗主要受照明設備功率及設備使用時間影響，因此其節(jié)能途徑主要有兩個方面。一是節(jié)能燈具的使用，在滿足照度的前提條件下采用高效節(jié)能型照明產品，不僅能降低照明系統的能耗，而且也能減少空調系統的能耗。二是照明系統控制方式的自動化、智能化，采取合理的自控方式能大大降低照明系統的同時又不對室內光環(huán)境需求產生不良影響。2.3空調系統節(jié)能

空調系統的能耗主要由冷熱源系統、水系統、風系統的能耗構成，其中冷熱源系統能耗占有較大比例。針對本次調研所發(fā)現的商場空調系統存在的問題，筆者提出一些建議以供探討：1)合理選擇冷機容量及臺數，提高冷熱源效率；2)選擇合理的室內空調運行參數；3)提高空調系統的自動化、智能化程度；4)充分利用自然冷源。2.4運行管理節(jié)能

大型商場建筑多采用集中空調系統，具有結構復雜、設備眾多、用能相對集中、能耗水平高，彈性相對大的特點，對它的節(jié)能運行管理應從制度和技術方面雙管齊下。制度方面，在對空調系統的能耗進行獨立計量甚至分項計量的基礎上，對空調系統用能狀況進行審計以確定整體節(jié)能潛力的大小，同時

[5]確定管理節(jié)能的潛力大小，進而采用定額管理、合同管理、目標管理等措施，對運行管理者進行約束和激勵，達到管理節(jié)能的目的；技術方面，節(jié)能技術的運用才是具體管理措施實施的工具，因此，還應對運行管理人員、運行操作人員進行專業(yè)節(jié)能培訓，使之掌握正確的節(jié)能理念和有效的節(jié)能技術。3結論

（1）重慶市公共建筑年節(jié)能潛力占全市年節(jié)能指標的23.1%，對“十一五”節(jié)能降耗20%指標的完成有重要意義。

（2）重慶市商場建筑面積約272.86萬平方米，平均能耗密度為371.9kWh/(ma)，最大值是最小值的1.7倍之多，節(jié)能潛力巨大，是公共建筑節(jié)能設計及改造的重點研究對象。

（3）空調系統是商場建筑的耗能大戶，約占建筑總能耗的60%。建筑總能耗與單位面積冷機功率呈正比例關系，合理選擇冷機容量是空調系統節(jié)能的關鍵。

建筑能耗影響因素極其復雜，節(jié)能工作任道重遠，還有大量工作有待繼續(xù)深入研究。

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