中国北方典型公共建筑能耗分析外文翻译资料

 2022-04-08 10:04

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中国北方典型公共建筑能耗分析

马宏婷,娜杜,邵杰杰,文倩露,张泽宇,纳登,丛力

文章信息

文章历史:

2016年5月6日收到

2016年10月16日修订版形式收到

2016年11月17日接受

2016年11月18日在线提供

关键词:

公共建筑

能耗分析

能耗变量和碳排放指数

摘要

为了调查公共建筑能耗的特点,对华北119个公共建筑的能耗进行了统计和讨论。采用eQUEST软件对影响公共建筑能耗的主要因素进行分析。据统计,公共建筑能耗变量和碳排放指标在四种情况下确定。结果表明,单位面积综合能耗平均值为147.20kWh/(m2a),平均耗电量为47.96kWh/(m2a)。调查了三座典型公共建筑的能耗水平和特点。办公楼,医院和学校建筑单位面积的综合能源消耗量为26.76-475.27/kWh(m2a);从91.94至329.94kWh/(m2a)和50.85至204.30kWh/(m2a),平均值分别为188.36,194.64和103.27kWh/(m2a)。发现医院建筑的能耗远远高于办公楼和学校建筑的能耗。中国北部单位建筑面积的耗电量远低于美国和英国,但与日本接近。在讨论的因素中,空调系统,照明密度和建筑围护结构是影响建筑能耗最重要的因素。不同的功能性公共建筑具有不同的能源消耗变量和碳排放指标。据统计,政府办公楼,非政府办公楼,医院建筑和学校建筑平均能耗变量分别为169.98,197.71,206.92和118.54kWh/(m2a)。平均功耗变量分别为66.38,75.88,87.44和28.13kWh/(m2a)。平均碳排放指数分别为85.62,93.22,102.46和55.04kg/(m2a)。

copy;2016ElsevierB.V.保留所有权利。

1介绍

随着经济和城市化的快速发展,世界面临着能源短缺和环境污染的巨大挑战。全球范围内,能源消耗在住宅,商业,工业和运输部门。2011年,一次能源消费比例分别为22%,19%,31%和28%。建筑能耗在能源消费总量中所占比例最大,占欧洲40%,西班牙23%,英国39%,瑞士47%,日本25%,中国28%,巴西42%,博茨瓦纳为50%[1-4]

2014年,美国的能源消费总量中有41%用于住宅和商业建筑,并用于供暖,制冷和照明设备等用途。95%的中小商业建筑占所有建筑总建筑面积的51%,占建筑行业能源消耗的47%[5,6]。2009年,欧洲的总建筑面积接近240亿平方米,芬兰的平均建筑能耗为320千瓦时/平方米,保加利亚和西班牙为150千瓦时/平方米,平均值为220千瓦时/平方米[7]。对于美国,欧盟等发达国家来说,由于推行节能减排政策,未来建筑能耗增幅预计较低。

“BP世界能源统计年鉴”显示,2012年中国占全球能源消费总量的21.9%[8]。这表明中国的建筑能耗约占全球能源消耗的6.0%。中国的建筑能耗水平等于中东的能源消费总量,即非洲的两倍,或者日本和韩国的总和[9]。对于像中国这样的发展中国家来说,建筑能耗的增长主要是由于工业的持续发展,城市化水平的不断提高,人口的增加以及生活水平的提高。

如今室内环境代表了日常生活活动的核心,为了营造舒适的环境,大量的能源将被消耗[10]。因此,建筑节能对解决全球能源问题是必要的。

在中国,工业,建筑和交通是三大能源消耗部门。建筑行业占比最大,享受节能潜力最大。城市建筑仅占建筑总面积的40%,但占建筑能耗总量的近90%。城市建筑可以分为住宅和非住宅建筑。非住宅建筑在很多场合也被称为“公共建筑”,其中包括大部分非住宅建筑,如政府建筑,商业建筑和学校建筑。公共建筑能耗占建筑能耗的比例较高。公共建筑的每平方米能源消耗总量超过中国住宅建筑的两倍以上[11]。因此,建筑节能工作对能耗水平及其影响因素进行分析是非常重要的。

在过去的30年里(1978-2008年),中国商业建筑的建筑面积增加了十二倍,从0.53增至70.5亿平方米[12]。目前的统计数据表明,商业建筑能耗被低估了大约44%[13]赵等人[14,15]和蔡等人[16]分析了中国建筑能耗现状和面临的挑战,提出了一种能耗诊断方法,通过统计方法引入提高建筑能源利用效率和提高公共建筑能耗限额的方法分析。周等人[17]根据能源审计分析了上海48座大型公共建筑的不同功能区域和能耗数据,并提出了不同功能建筑的一组能耗指标。Lam等人[18]详细分析了香港10座建筑的分供电数据,模拟结果表明,节能潜力主要集中在照明和空调两个方面,供我们参考进行低成本的公共建筑节能改造。

Allouhi等人报道了住宅和商业建筑中世界能源消耗量的最新数据[19]。针对选定的国家对过去的情况,现状和未来趋势进行了讨论和分析,这些国家致力于概述各国采取的措施和政策。伦巴第等人根据相对于2004年的可用信息提供了一份关于住宅和商业建筑中的能源使用情况的分析报告,其中详细分类并特别关注暖通空调系统[20]。通常,在商业建筑中HVAC系统作为高能耗应用的优势显著[21,22]

发现通过持续调试改善现有系统的性能,可以实现显著的节能。在连续的调试过程中,能量基准对于追踪,监测和检测建筑物的异常能耗行为非常重要[23]。目前确定能耗变量的方法主要包括:多元线性回归拟合,建筑能耗模拟,建筑能耗估值,建筑能耗数据挖掘算法,建筑能耗相关系数[24-27]。Xu和Ang[28]报告20使用指数分解分析(IDA)分析了住宅能耗和能源相关的碳排放量研究。从酒店收集的能耗数据和相关信息经过严格的统计分析,并建立了基于回归的基准测试模型[29]。WilliamChung等人[30,31]回顾了用于开发基准系统的数学方法,讨论了方法的性质,并通过多元回归分析描述了能效的基准测试过程,其中能源使用强度(EUIs)并阐明了解释性因素。

有无数研究表明公共建筑的能源消耗。然而,没有关于中国北方不同功能建筑的能源消耗和碳排放的比较研究,也很少有报道讨论影响公共建筑能源消耗的主要因素。这是本研究背后的动机。在这方面,本研究的主要目标如下:(1)尽可能在中国北部地区收集公共建筑的信息和能源消耗,(2)分析和比较能源消耗(3)讨论影响公共建筑能源消耗的因素,(4)提出一些节能减排建议,(5)确定能源消耗变量和碳排放指数。

目前工作的创意可以列举如下:(1)通过实地研究和统计,收集大量数据样本来分析中国北方地区公共建筑的信息和能源消耗;(2)能源转换通过统计数据分析了三种典型功能公用建筑的消耗水平和特点,讨论了影响建筑能耗的因素,分析了不同影响因素综合能耗和功耗变化情况,采用eQUEST建筑节能模拟软件,有效降低建筑能耗和污染物排放的节能减排建议;(3)公共建筑的能耗变量和碳排放指数中国严重的寒冷和寒冷地区已经确定。

本研究有利于了解我国北方地区公共建筑的总体能耗状况,有利于掌握不同功能公共建筑的能耗特点和差异。预计通过分析影响建筑能耗的主要因素,提出一些有效的节能减排措施,这里介绍的方法将受到建筑围护结构和能源供应系统设计人员的启发,运营战略的制定和优化。本研究的范围受到中国北方三座典型公共建筑的调查的限制。

2公共建筑样本的基本信息

在目前的工作中,收集了北京,天津和其他北方地区119座典型公共建筑的基本信息,包括建筑设计规范,设计图纸,节能计算表,图纸和能耗数据。通过实地调查获取建筑围护结构信息,能源消耗类型,供配电系统,供水系统,建筑空调和锅炉房等信息。检测实际运行中的空调系统,通风系统,供热系统,热水系统和电梯,建筑照明系统等问题。由于工作中收集了119个公共建筑的原始能源消耗数据太多,很难在原稿中显示出所有的价值。然而,本文提出的所有能源消耗值均基于原始调查结果.

在119个公共建筑中,有99个办公楼,11个住宅楼和9个校舍,总建筑面积为5,481,940.81m2,“建筑面积m2”为“建筑面积”。其中,办公楼面积2,053,459.85平方米,医院建筑面积72.3,132.96平方米,学校建筑面积2,705,348.0平方米。在写字楼中,政府办公楼共71个,总面积为1,028,335.33平方米,28个样本为非政府办公楼,总面积为1,025,124.52平方米。

在所有被调查的建筑物中,2006年前建成了69座建筑物,占57.98%。其他50座建筑物2006年后建成,占42.02%。地下1〜2层,地上2〜41层。根据施工面积的不同,这些公共建筑可分为5000平方米以下,5000-10000平方米,10000-15000平方米,15,000-20,000平方米,20,000-30,000平方米和超过30,000平方米。施工时间和面积分布比例见图1a和b。

119个被调查样本的建筑结构包括砖混,混凝土剪力墙,框架和钢结构。砖混结构和混凝土剪力墙结构占比最大。根据实地调查结果,2005年以前建成的建筑采用单层玻璃窗结构,其中一小部分内部遮阳,但没有外部遮阳。而2005年以后建成的建筑主要使用双层玻璃,如截断铝合金低辐射中空玻璃。

119个公共建筑全部位于中国北方典型的严寒地区,冬季供热能耗占建筑总能耗的比例较高。实地调查发现,热源主要包括中央锅炉,分布式供热锅炉(燃煤锅炉和燃气锅炉),地源热泵,直燃机和热电厂,分布如图在图2中。

根据图2,中央锅炉是使用最广泛的热源,占43.7%,其次为分布式热源锅炉和地源热泵,占31.09%和17.65%。直燃机和热电厂的使用比例分别为5.04%和2.52%。

图1 不同的施工时间和面积建筑分配比例

图2 不同热源的分配比例3.能源消耗和影响因素分析

3.1能耗分析

3.1.1统计和分析能源消耗

在目前的工作中,已经分析了119个公共建筑的能耗。2014年总建筑面积548.19times;104m2,综合能耗总量254,196.90times;104kWh,总耗电量26,293.90times;104kWh。根据统计数据,单位建筑面积综合能耗可以按照147.20kWh/(m2a)计算,平均功耗为47.96kWh/(m2a)。

据调查,公共建筑的用电量主要用于空调,通风,照明,热水,电梯,办公设备等。通过统计数据分析,单位建筑面积的用电量,医院和学校建筑的范围从21.02到153.13kWh/(m2a);从59.16到114.53kWh/(m2a)和从6.33到37.68kWh/(m2a)。平均值分别为65.74kWh/(m2a),86.00kWh/(m2a)和24.31kWh/(m2a)。除电能外,建筑节能还包括天然气和城市热能等。办公楼,医院和学校建筑单位建筑面积的综合能耗在26.76〜475.27kWh/(m2a)之间;从91.94至329.94kWh/(m2a)和50.85至204.30kWh/(m2a)。平均值分别为188.36kWh/(m2a),194.64kWh/(m2a)和103.27kWh/(m2a)。能量强度频率分布如图3所示。

图3.单位建筑面积的耗电量和综合能耗的分布直方图

三栋典型公共建筑中,医院建筑单位面积综合能耗和能耗最高,校舍最少。从图3可以看出,住宅楼高能耗的频率明显高于政府和学校建筑。这主要是因为医院的暖气和空调运行时间明显长于办公楼和校舍,对温度,湿度和空气质量的要求高于办公楼和学校建筑。

建筑围护结构保温性能与施工时间密切相关,明显影响单位建筑面积的综合能耗和能耗。在目前的工作中,单位建筑面积的施工时间综合能耗和能耗变化如图4所示。

图4.施工时间内单位建筑面积的功率变化和综合能耗

图4显示了不同施工时间单位建筑面积综合能耗和能耗的变化情况。结果发现,一般情况下,旧建筑单位建筑面积能耗比同等功能公共建筑的新建建筑能耗高。例如,政府办公室A建于2012年;平均综合能耗和能耗分别为145.48kWh/(m2a)和63.25kWh/(m2a)。政府办公室B建于1998年;平均综合能耗和能耗分别为266.71kWh/(m2a)和121.50kWh/(m2a)。这主要是因为旧建筑的结构是砖墙外没有保温层的砖混结构,而窗户主要是普通的单一玻璃窗。自2005年实施的“公共建筑节能设计标准”[32]实施以来,墙体已变为混凝土剪力墙,墙体内外有保温层,节能窗框和低辐射玻璃被用于降低整体传热系数和

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