淺析大型辦公建筑運行能耗特點統(tǒng)計分析

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文通過對我國24個省市453棟大型辦公建筑基本信息、運行參數以及能耗數據進行調研，分別對綜合能耗和電力消耗進行了統(tǒng)計分析，在此基礎上分析了建筑固有特點以及運行特點與能耗的相關性，得出我國大型辦公建筑能耗特點，并對主要能耗影響因素進行分析，為既有大型辦公建筑能耗評價、診斷與優(yōu)化運行工作提供一定的指導。

關鍵詞:辦公建筑；運行能耗；分項電耗；影響因素

0引言

隨著我國經濟建設的迅速發(fā)展，以及民眾對生活品質要求的逐漸提高，我國建筑能耗在社會整體能耗的占比迅速增長。2020年9月22日舉行的聯(lián)合國大會上，*****提出中國二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現“碳中和”。為響應第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議，提出：降低碳排放強度，支持有條件的地方**達到碳排放峰值，制定二〇三〇年前碳排放達峰行動方案。對于建筑行業(yè)，要實現“碳中和”這一宏偉目標需要在節(jié)能和發(fā)展清潔低碳能源兩方面努力。

2017年，中國建筑運行的總商品能耗為9.63億噸標準煤，約占全國能源消費總量的21%，其中公共建筑能耗2.93億噸標準煤，占建筑能耗總量的30.4%；城鎮(zhèn)居住建筑能耗2.26億噸標準煤，占比23.5%；農村建筑能耗2.43億噸標準煤，占比25.2%；北方采暖能耗2.01億噸標準煤，占比20.9%[1]?？陀^認識大型公共建筑的能耗特征是開展建筑節(jié)能工作的基礎，我國各地研究者對一些城市的公共建筑進行了大量的能耗調查與節(jié)能分析[2-10]。但目前我國基于建筑實際運行數據大規(guī)模調研、分析的研究相對較少。

本文基于全國453棟辦公建筑能耗調研數據，通過用能現狀、能耗差異及特點分析，客觀描述了我國大型辦公建筑用能水平及能耗特點，從宏觀上認識了我國大型辦公建筑的能耗現狀。

1基本概括

本文在全國范圍內調研搜集了453棟2631.5萬m2大型辦公建筑相關數據，樣本分布在全國24個省，覆蓋嚴寒、寒冷、溫和、夏熱冬冷、夏熱冬暖五個氣候區(qū)，考慮到我國辦公建筑整體分布情況，調研樣本夏熱冬冷、夏熱冬暖及寒冷地區(qū)樣本量比較大，嚴寒地區(qū)和溫和地區(qū)樣本量較少。調研采用問卷形式，分為數據初步調研及數據復核兩個階段。調研內容包括建筑基本信息：建筑所在城市、建筑建成年份、建筑規(guī)模、圍護結構、設備信息；用能系統(tǒng)形式：能源類型、空調系統(tǒng)類型；建筑運行情況：運行時長、建筑功能分區(qū)、系統(tǒng)運行邏輯、節(jié)能措施；各類能源逐月能耗數據。

2大型既有辦公建筑綜合能耗特點分析

2.1綜合能耗特點

大型辦公建筑主要用能系統(tǒng)包括采暖系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、綜合服務系統(tǒng)。對于大型辦公建筑，不同建筑同一系統(tǒng)用能形式不同，如采暖空調系統(tǒng)，除消耗電力之外，還包括燃氣、集中供熱、集中供冷等不同用能形式；同一能源類型也可應用于不同建筑系統(tǒng)中，如電力用于采暖空調、照明、辦公等多個系統(tǒng)。大型辦公建筑能源消耗類型及用能系統(tǒng)。

調研的辦公建筑能源類型主要包括電力、天然氣、外購熱力三類，其中電力是主要的能源類型。電力在所有建筑樣本均有使用；有35.98%的樣本有天然氣消耗；10.15%的樣本使用了外購熱力。根據各類能耗數據計算建筑等效電，所有建筑年平均總等效電耗為238612.6萬kWh，單位面積等效電耗為91.3kWh·m2。

樣本建筑單位面積能耗分布，單位面積能耗處于40~80kWh·m2的建筑數量多，所占比例為49.7%，同時大多數建筑能耗水平處于80kWh·m2以下，這一能耗水平范圍內的建筑占到總數的66.4%，同時建筑能耗超過140kWh·m2的建筑占比6.2%。

2.2建筑固有特點與能耗相關分析

2.2.1不同地區(qū)建筑能耗分析

氣候因素是影響建筑能耗的主要因素之一，比較五個氣候分區(qū)的建筑能耗的整體水平，對樣本建筑統(tǒng)計，可以看出，能耗水平較高的是嚴寒地區(qū)，單位平米能耗為110.1kWh·m2，能耗水平低的是溫和地區(qū)，單位平米能耗為70.2kWh·m2，夏熱冬冷地區(qū)與寒冷地區(qū)差異不大。

2.2.2不同年份建筑能耗分析

37.1%的樣本建筑建成年份主要為2011到2015年，占比高，其次是2006到2010年，1990年以前及2016年以后樣本較少。對不同建成年份的建筑總能耗進行統(tǒng)計，2006-2010年建成的建筑能耗較高，年平均單位面積能耗在100.9kWh·m2左右。

2.2.3不同圍護結構建筑能耗分析

圍護結構熱工性能是影響建筑能耗的重要因素之一，根據GB50189—2005《公共建筑節(jié)能設計標準》顯示，2005年之前的辦公建筑，其建筑填充墻材多為實心黏土磚、空心黏土磚或者加氣混凝土砌塊等，其熱工性能較差，一般在2.0W/(m2·K)左右；2005年之后建造的建筑，圍護結構的熱工性能上有了較大的提升。圍護結構性能影響著建筑暖通空調負荷水平，圍護結構熱工性能越好，建筑暖通空調的能耗越低。調研樣本的外墻主要包括加氣混凝土塊、灰砂磚等5類材料，能耗對比結果，從能耗分布來看，除其他類外墻，加氣混凝土砌塊能耗高，灰砂磚建筑能耗分布能耗差異性大，空心黏土磚建筑能耗比較集中，實心黏土磚類型建筑平均能耗低，為73.3kWh·m2。

不同外窗類型建筑能耗水平，對于單層玻璃建筑和中空雙/三層玻璃建筑，其能耗水平接近，單層玻璃建筑平均值均為79.0kWh·m2，中空雙/三層玻璃建筑平均值均為80.6kWh·m2，其他外窗類型建筑樣本能耗高，能耗均值為100.1kWh·m2。單玻窗建筑平均能耗接近雙玻建筑，分析其原因，主要在于單玻窗樣本建筑能耗低于63.5kWh·m2的占一半，拉低了該類建筑能耗平均水平，與該部分建筑服務質量有明顯關系。雙玻/三玻窗建筑存在部分高能耗樣本建筑，這部分樣本為辦公建筑，服務水平較高，建筑能耗相對較高。

2.3建筑運行特點與能耗相關性分析

2.3.1不同功能類型建筑能耗分析

樣本建筑按照具體功能可分為一般辦公、金融、IT、媒體、混合及其他功能辦公6類，按照金融/IT/媒體、一般辦公、混合功能及其他類型進行能耗統(tǒng)計。一般辦公、混合及其他功能辦公建筑能耗較低，中位值分別為72.1kWh·m2、67.5kWh·m2；金融/IT/媒體類建筑能耗高，中位值75.2kWh·m2，大值231.2kWh·m2，平均值97.5kWh·m2。一般辦公能耗數據相對集中，其它辦公建筑能耗差異明顯，建筑功能是影響建筑能耗水平的主要因素之一。

2.3.2不同運行情況建筑能耗分析

(1)建筑每天運行時長。建筑運行方式是影響建筑功能效果的重要因素之一，工作運行時長是體現建筑不同運行方式的重要指標。樣本建筑由于具體功能、服務對象的不同，其每日工作時長也存在差異，大多數建筑工作時長為8~10h，占比40.2%，其次為工作時長小于8h，占比32.5%，部分建筑工作時長超過12h，例如部分大型辦公建筑采用24小時工作制，該部分建筑數量占比17.2%。不同工作時長建筑單位面積能耗，相同工作時長建筑能耗差異性較大，整體趨勢來看建筑單位面積能耗隨工作時長增加而增加。

（2）使用率。建筑使用率反映了建筑的整體使用情況。采用使用率可明確的建筑樣本對能耗與使用率相關性進行分析。不同使用率建筑單位面積能耗，隨使用率增加，建筑單位面積能耗逐漸增加。

（3）常駐辦公人數。常駐辦公人數反映了建筑的規(guī)模，辦公人數與建筑能耗水平密切相關。不同辦公人數與建筑單位面積能耗呈現正相關關系，隨著辦公人數的增加，單位面積能耗逐漸增加。結合樣本建筑特點，辦公人數越多的建筑，建筑規(guī)模越大，通常為服務量大，服務質量高的辦公建筑，其單位面積能耗相對小型辦公建筑較高。

2.3.3不同HVAC系統(tǒng)建筑能耗分析

暖通空調系統(tǒng)為建筑主要系統(tǒng)之一，其系統(tǒng)形式及運行方式，密切影響了建筑整體能耗水平。對于建筑HVAC系統(tǒng)的調研內容主要包括建筑暖通空調形式、系統(tǒng)相關參數設定和控制方式、系統(tǒng)調試情況和節(jié)能措施等，通過調研不同系統(tǒng)及運行方式下的建筑能耗，分析HVAC系統(tǒng)與建筑能耗的關系。

根據調研結果，目前我國辦公建筑主要的空調形式主要是定風量系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)、風機盤管+新風系統(tǒng)、多聯(lián)機系統(tǒng)、分體空調等，其中風盤+新風系統(tǒng)占比高，達到32.9%，其次是分體空調和多聯(lián)機系統(tǒng)，分別占21.6%、19.6%。

不同空調形式的樣本建筑能耗為：定風量系統(tǒng)平均能耗水平為84.7kWh·m2，中位值能耗為71.1kWh·m2，高能耗為178.7kWh·m2，變風量系統(tǒng)平均能耗水平為93.6kWh·m2，中位值能耗為76.0kWh·m2，高于定風量系統(tǒng)，其高能耗為154.7kWh·m2。風機盤管+新風形式系統(tǒng)建筑平均能耗為86.0kWh·m2，分體空調建筑平均能耗為81.6kWh·m2，多聯(lián)機系統(tǒng)建筑平均能耗為95.2kWh·m2，多聯(lián)機系統(tǒng)建筑整體能耗水平高。

3建筑耗電量分析

3.1總電耗分析

在大型辦公類建筑中，電力是主要的能源形式，大型辦公建筑電力消耗比較集中，主要分布在15kWh·m2~152kWh·m2，平均值為74.87kWh·m2。部分辦公建筑因其自身特殊性，電耗明顯高于其他建筑，可達均值的7倍以上。

3.2分項電耗分析

通過對各分項電耗數據統(tǒng)計分析，暖通空調系統(tǒng)能耗比重高，占總電耗的41.9%，其次是照明電耗，占總電耗26.4%，然后是動力系統(tǒng)能耗，占總電耗的18.3%，特殊電耗占比13.4%。

對于采暖空調電耗來講，不同機構消耗占比差異明顯，樣本建筑空調能耗主要占比28%~55%，個別樣本采暖空調電耗比例高達81%，該差異主要與建筑空調采暖系統(tǒng)形式及運行方式有關；照明系統(tǒng)電耗比例主要為12%到38%，造成該差異的原因主要為照明設備的節(jié)能性以及運行策略的合理性；動力系統(tǒng)電耗、特殊電耗比例的差異相對較小，該部分耗電設備種類較為固定，且本身能耗占比較小?？梢钥闯?，空調采暖系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)為大型辦公建筑主要能耗組成部分，是節(jié)能的主要工作。

4Acrel-EIOT能源物聯(lián)網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網開放平臺是一套基于物聯(lián)網數據中臺，建立統(tǒng)一的上下行數據標準，為互聯(lián)網用戶提供能源物聯(lián)網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

（2）應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監(jiān)測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監(jiān)控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

通過物聯(lián)網技術，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯(lián)網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

◆安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現及時的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。**了原先針對“九小場所”和危化品生產企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

5結語

大型辦公建筑是公共建筑的主要建筑類型之一，分析大型辦公建筑能耗特點及其影響因素是深入了解我國公共建筑能耗情況的重要手段。本文通過全國453棟綜合大型辦公建筑能耗及影響因素統(tǒng)計分析，得出我國大型辦公建筑能耗現狀及能耗特點。

我國大型辦公建筑年均單位面積能耗（等效電）為91.3kWh·m2，66.4%樣本建筑能耗水平低于

80kWh·m2，代表大多數大型辦公建筑能耗水平，部分高能耗建筑年均單位面積能耗超過140kWh·m2，占總樣本數量的6.2%。

我國大型辦公建筑電力消耗主要分布在15~152kWh·m2，平均值為74.87kWh·m2。對于辦公建筑分項電耗，采暖空調耗電量明顯高于照明插座耗電量，高于動力系統(tǒng)，特殊電耗占比低，采暖空調節(jié)能潛力高。

辦公建筑能耗除受圍護結構、氣候區(qū)等因素影響外，不同地區(qū)經濟因素、建筑運行狀態(tài)、服務功能等對建筑能耗影響也很明顯。由于辦公建筑用能系統(tǒng)較復雜、運行工況差異明顯、能耗影響因素眾多，再加上在設計、施工、使用及運行維護等環(huán)節(jié)的粗放式管理因素的不利影響，使得大型辦公建筑的節(jié)能工作成為了一個系統(tǒng)的復雜工程，需針對具體建筑的使用特點，科學地進行能耗分析與節(jié)能診斷，合理選擇低成本的節(jié)能改造方案，有效降低節(jié)能改造的風險、提高大型辦公建筑節(jié)能改造升清潔能源的使用比例。明確將各類工業(yè)和民用綠色建筑、超低能耗建筑、建筑可再生能源應用、裝配式建筑、既有建筑節(jié)能綠色改造、綠色照明改造、綠色園區(qū)建設與改造等列為綠色債券支持項目，本市適時開展綠色建筑“碳中和債”、節(jié)能改造金融配套資金引導，做好政策設計和規(guī)劃，引導金融資源向綠色發(fā)展領域傾斜，為建筑業(yè)主、節(jié)能改造公司提供綠色金融支持。從而實現建筑行業(yè)的綠色轉型和綠色發(fā)展。

四是強化監(jiān)管體系。建立基于全市建筑全生命周期碳排放數據、可再生能源應用數據、碳匯量的監(jiān)測與動態(tài)管理，加快推進建設項目設計、施工、驗收監(jiān)管，強化工程現場的執(zhí)法監(jiān)督檢查以及各類標識（綠建級、能效標識等）評價，保證綠色/低碳建筑技術在建筑全生命周期的實施效果。加強上海公共建筑能耗對標與公示管理。在已出臺的9類建筑合理用能指南的基礎上，適時推動建筑運行階段能耗強制對標制度的建設，制定更加細化的能耗公示相關管理辦法，逐步分類推動各類型建筑能耗排行榜單的落實，并在此基礎上，推動建筑綠色低碳各項考核機制。推動區(qū)區(qū)、新城、各類型樓宇之間的降碳比對和排名。

五是創(chuàng)新發(fā)展體系。推動研究攻關低碳建筑、低碳社區(qū)、零碳社區(qū)建筑技術及產品，推動超低能耗建筑規(guī)模化工程應用。在五個新城中選取規(guī)模適宜、功能復合的片區(qū)作為綠色低碳試點區(qū)，探索建立適合建筑領域的碳排放權交易機制。目前建筑領域主體多元、單個建筑碳減排量小的現狀，探索行政、園區(qū)或行業(yè)，如行政區(qū)、五大新城、高校等的建筑碳排放交易機制。

以節(jié)能減碳目標為導向，以監(jiān)管平臺為抓手，貫徹“共建互聯(lián)共享”，引導社會各界等共同參與和管理，履行降碳節(jié)能監(jiān)管責任，助力上海早日實現碳達峰碳中和目標。

參考文獻

[1]清華大學建筑節(jié)能研究第一版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2019.

[2]王遠，魏慶芃，薛志峰等.北京市大型公共建筑能耗統(tǒng)計數據庫與初步分析[J].全國暖通空調年會論文集，2006.

[3]孫立新，閆增峰，楊麗萍.西安市公共建筑能耗現狀調查與分析[J].建筑科學.2008，24（6）：25-28.

[4]李志生,李冬梅,劉旭紅等.廣州市20棟大型公共建筑能耗特征分析[J].建筑科學.2009，25（8）：34-38.

[5]呂建，郭式偉，蔣英等.天津市商場類典型建筑能耗現狀及節(jié)能分析[J].建筑科學.2008，24（6）：29-33.

[6]龍惟定，潘毅群，范存養(yǎng)等.上海公共建筑能耗現狀及節(jié)能潛力分析[J].暖通空調.1998，28（6）:13-17.

[7]周浩,李嘉麒,林波榮等.北京市公共建筑電耗限額管理現狀調研分析[J].建筑節(jié)能.2019,343(47)：115-122.

[8]韓星,陳秋火,史婷.上海市綠色辦公建筑運行能耗調研與分析[J].暖通空調.2014,44(4):89-91.

[9]陳曉欣,李永安.商務辦公建筑能耗調研及分析[J].建筑節(jié)能.2016,44(9):73-75.

[10]郭佳,郝學軍.北京市部分大型公共建筑運行能耗調研與分析[J].中國建筑學會建筑熱能動力分會第十七屆學術交流大會論文集,2011.

[11]企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.

[12]李林濤，陳昭文，曹越，魏崢，齊澤偉，宋業(yè)輝.大型辦公建筑運行能耗特點統(tǒng)計分析

作者簡介：

李明君，安科瑞電氣股份有限公司