夏熱冬冷地區高校既有教學建筑節能改造實施研究

Study on the Energy Consevation Reformation of the Existing Teaching Building for Colleges and Universites at Hot-Summer and Cold-Winter Zone

楊文領1,方勇明2YANG Wenling1, FANG Yongming2（1.浙江建設職業技術學院，浙江杭州311231；2.杭州杰強置業有限公司，浙江杭州311106）

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夏熱冬冷地區高校既有教學建筑節能改造實施研究

Study on the Energy Consevation Reformation of the Existing Teaching Building for Colleges and Universites at Hot-Summer and Cold-Winter Zone

楊文領1,方勇明2
YANG Wenling1, FANG Yongming2
（1.浙江建設職業技術學院，浙江杭州311231；2.杭州杰強置業有限公司，浙江杭州311106）

摘 要：高校建筑作為一類特殊的公共建筑，建筑類型繁多，能耗強度較高，用能特點與常見的公共建筑和居住建筑存在著一定差異，且其能耗將會一直呈剛性增長趨勢。現以杭州市某高校教學樓為例，調查分析其能耗現狀與實施節能改造的情況，進行綜合效益分析，為高校教學建筑節能改造提供依據。

關鍵詞：夏熱冬冷地區；既有教學樓；節能改造

《民用建筑熱工設計規范（GB 50176—93）》中把我國熱工設計分區為：嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區和溫暖地區。其中夏熱冬冷地區大致范圍為秦嶺、淮河以南，南嶺以北，四川盆地以東，也可以說是長江中下游地區。其氣候特點是：夏季氣溫高，空氣濕度大，需要供冷；冬季比較陰冷，最冷月平均氣溫4℃左右，需要供熱。

據統計，目前我國建筑能耗約占社會總能耗的30%左右，全社會終端能耗30%以上都被商用、民用建筑所消耗。建筑能耗已經與傳統的“能耗大戶”工業能耗、交通能耗接近，節能潛力較大。其中，公共建筑耗能是普通居民住宅的10～20倍，公共建筑節能意義重大。但是，目前對公共建筑節能的研究主要集中在大型辦公樓、大型公共商場等，對能耗較大的教學建筑節能研究比較少［1］。

高校建筑作為一類特殊的公共建筑，不僅數量龐大，而且建筑類型繁多，能耗強度非常高。調查發現目前我國高校生均能耗和單位建筑面積能耗均高于全國人均水平和全國居民單位面積建筑能耗，用能特點又與常見的公共建筑和居住建筑存在著一定差異，并且高校能耗將會一直呈剛性增長的趨勢，高校建筑節能已成為繼國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能工作后的一項重要任務［2］。因此，針對夏熱冬冷地區氣候特征和高校建筑用能特點，本文選取杭州某高校教學樓為研究對象，調查其能耗狀況及節能改造措施，并進行綜合效益分析，為高校公共建筑節能提供有益參考。

1 既有教學樓基本概況

1.1 建筑概況

某高校教學樓，2002年開始使用，基本信息見表1。

表1 某高校教學樓基本信息一覽表

1.2 能耗設備概況

某高校教學樓用能包括水、電和蒸汽，其中用電占主要部分。用電系統包括照明與插座用電系統、空調用電系統、動力用電系統和特殊用電系統。主要能耗設備為照明設備、插座能耗設備以及空調設備。見表2～4。

表2 某高校教學樓照明設備一覽表

表3 某高校教學樓插座能耗設備一覽表

表4 某高校教學樓空調系統一覽表

2 既有教學樓建筑能耗現狀調研及分析

2.1 教學樓建筑能耗概況分析

某高校教學主樓2013年用電量為1 196 225 kW·h，各類能耗主要指標見表5。月度用電量見圖1；用水量17 783 t，月度用水量見圖2；用蒸汽量為1587.3 GJ，主要為中央空調系統冬季供熱提供熱源，供熱時段為1月（728.60 GJ）、2月（46.20 GJ）、3月（423.10 GJ）、12月（389.40 GJ）。其分月能耗折標煤量見圖3。

表5 某高校教學主樓2013年各類能耗主要指標一覽表

圖1 某高校教學主樓2013年度分月用電量統計圖

圖2 某高校教學主樓2013年度分月用水量統計圖

2.2 教學樓建筑典型單日能耗分析

某高校教學主樓某一工作日和休息日（2013年6月）24 h用電量見圖4。選取統計日出現三個用電高峰：9：00—11：00、14：00—17：00、19：00—22：00，這與教學樓作息時間基本吻合。休息日用電量2 405 kW·h，工作日用電量2 165 kW·h，兩者每小時平均用電量分別為100.2 kW·h和90.2 kW·h，休息日用電量稍大于工作日用電量。

圖3 某高校教學主樓2013年分月能耗折標煤量統計圖

圖4 某高校教學主樓2013年6月某工作日/休息日小時用電量統計圖

2.3 教學樓建筑分項能耗分析

某高校教學樓2013年總耗電量1 196 225 kW·h，可分為動力/特殊用電、插座照明用電、空調用電。其中，動力/特殊用電83 376 kW·h，占7%；插座照明用電654 814 kW·h，占55%；空調用電458 035 kW·h，占38%，包含中央空調、VRV空調和分體空調三種形式。見表6。

表6 某高校教學樓2013年不同形式空調用能情況

3 既有教學樓建筑節能改造措施

針對該教學樓的用能特點，節能改造措施分別為：太陽能光伏發電、高效低能耗LED燈具改造、中央空調系統節能監控改造。

3.1 太陽能光伏發電

根據該教學樓屋頂的可使用面積，確定總裝機容量為68.22 kW·P。具體情況見表7。

3.2 LED節能燈具改造

某高校教學樓目前所用燈具類型及數量為：T5直管熒光燈14W、1 860個；節能燈11W，499個；T8直管熒光燈40W（電子）、42-44W（電感），4 860個。具體情況見表8。

改造方案擬定三種類型：

第一種直接采用LED燈具替代原燈具，對燈具布置進行調整，桌面照度過高的，適當調低以節能，桌面照度過低的，適當調高以達標；

第二種是選取教室做集中供直流電控制系統試驗，系統改造中理論上每根燈管需要一個驅動器，存在驅動器數量過多、效率差、集中控制成本高等缺點。集中供直流電控制系統，功率因素可提高到0.95以上，整個LED燈效率還可提高3%～5%。

第三種是太陽能光伏系統結合，選取教室試驗直接采用太陽能光伏系統的直流電作為LED電源，作為整個智能電網的組成部分，提高太陽能光伏系統效能和經濟型的可能性。

依第一種全部更換的方案計算，該LED燈具改造工程年節約電量為313 309 kW·h，折當量標煤38.5 t，折等價標煤113.39 t。

表7 某高校教學樓太陽能光伏發電改造項目一覽表

表8 某高校教學樓新-舊替換燈具概況對比表

3.3 中央空調系統節能監控改造

教學樓空調使用面積為18 799 m2，有兩類集中空調系統：VRV空調和中央空調。中央空調供冷用電，供熱用蒸汽，單位建筑面積等價能耗高于VRV空調，主要原因如下：1）中央空調教室使用率高；2）新風供應，空氣質量好；3）開機即全系統運轉，使用較少時，維持系統運轉負荷無相應減少；4）供熱蒸汽來自蒸汽管網，距離遠，熱損大；5）管道長，熱損和冷損都大于VRV。

降低中央空調能量消耗的改造措施主要從節能行為管理著手，同時配合技術改造：1）落實節能規章制度；2）升級中央空調能耗監測系統，監測目標細化到教室（房間），增加使用時間和使用量實時記錄；3）精心組織教學科研活動，盡量減少“大馬拉小車”現象；4）加強輸送管保溫，減少熱（冷）損失。

配套技術改造是將供冷/熱計量細化到中央空調系統末端設備，包括風機盤管和新風機組。同時安裝計費系統軟件，實現以下功能：實時監測，設備查詢，用能糾正，異地遠程交互，圖標分析，賬單生成，能效公示，成本管理，階梯價格收費等。

通過節能監管與管理，可使中央空調系統用能節約10%。2013年該教學樓中央空調夏季用電量為142 019 kW·h，冬季用蒸汽量為1 587 GJ，以此基準，中央空調節能監控系統改造年節電量約14 202 kW·h，年節汽量159 GJ，兩項節能量折合標煤量合計約10.56 t。

4 既有教學樓節能改造綜合分析

某高校教學樓節能綜合改造以LED燈具改造和中央空調系統節能監控改造為重點，同時應用光伏發電。預計年節約電量38.35萬kW·h、蒸汽159 GJ，折合等價標煤144.22 t，節能率29.61%。具體情況見表9。

表9 某高校教學樓節能改造整體節能量統計分析表

參考文獻

［1］柴宜賢.淺談高校建筑節能低碳技術的應用［J］.哈爾濱學院學報，2012（11）：141-142.

［2］倪智明，吳興康.高校建筑能效分析與節能措施研究：以浙江工業大學屏峰校區1-A地塊項目建設為例［J］.建筑經濟，2012（10）：101-104.

中圖分類號：TU746.3；TU111.19+5

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3707（2016）02-0046-04

收稿日期：2015-11-30

基金項目：浙江省教育廳科研規劃項目（Y201432579）

作者簡介：楊文領（1980—），男，河南扶溝人，副教授，從事綠色監理及建筑節能技術研究工作。