Analysis of air conditioning energy consumption in commercial buildings of Wuhan
By Li Yuyun★ and Zhang Chunzhi
AbstractDefines the data of central air conditioning energy consumption in commercial building of Wuhan. Studies using energy in buildings energy consumption, air conditioning operation and indoor air quality, Indicates phase of inhibited requirement and irrational use. Broach the method of central air condition system energy management.
★Wuhan University of Science and Technology, China
1 概述
1.1武汉气候条件
武汉市地处我国长江中游，气候特点是夏热冬冷，夏季，高温干旱，白天烘炕，夜间无风闷热，“热岛效应”突出；冬季常有低温、冰冻，日照少，湿度大，“冷湖效应”显著。根据武汉市近十年的气象资料统计[1]，每年最热月平均温度为33.1℃，日平均温度≥28℃的有53天，其日平均温度为30.5℃，，起止日期为5月1日~10月1日，历史极端最高气温41.3℃，极端地表面温度为71℃，根据近十年的气象资料统计，气温有升高的趋势；冬季1月日平均温度为4.1℃，年日平均气温≤5℃的日数为42天，其日平均温度为2.9℃，起止日期为11月16日~3月24日，年日平均温气温≤8℃的日数为93天，冬季寒潮可造成剧烈降温，历史极端最低气温可降至-18.1℃，极端最低地表面温度为-22.6℃。最冷月平均空气相对湿度为75.4%，最热月平均空气相对湿度为76.6%，甚至高达90%，一年四季均处于高湿状态，日平均气温≤5℃的的平均日照率为26%。
全部回复（2 ）
只看楼主 我来说两句抢地板（2）商场商场制冷季节、采暖季节尽管存在平面、楼层温度分布不均匀等，但反映较好，但过渡季节问题较为严重。笔者采用问卷方式，分别对6家商场进行调研，表6分别为6家商场的情况。其中，R商场正进行歇业打折，客流量为110人/分·门，属特殊情况；P、Q为送新风的商场反映较好，D不送新风，不满意率达50%以上，O为平价商场，效果最差。
（3）客流密度有关规范和参考文献根据20世纪80年代商场分布，给出的客流密度为0.5~1.7人/m2，但武汉市20世纪90年代的客流密度在0.16~0.5人/m2之间，高峰期出现在元旦、春节、五·一和十·一，大型商场的平均客流密度为0.22~0.44人/m2，中型商场为0.13~0.27人/m2，夏季密度最低[6]。有的学者通过普查武汉大中型商场，其客流密度小于0.5~0.7人/m2[7]；笔者在2001年10月2日和10月10日调查了D座大型商场，客流密度分别为0.1594~0.445人/m2、0.1594~0.2754人/m2。
3.2空调系统运行状况
笔者测试和调研了13幢公共建筑空调系统的运行情况与室内热环境参数，部分结果如表7所示。从表中可知，室内温度远低于设定值，可相对湿度高于设定值。系统的供回水温差在制冷季节水系统的供回水温差较好的情况是4.4~4.3℃，较差的是1℃，甚至部分系统有时候小于1℃，但也有高于5℃。
表7空调系统运行参数
内容 A D E F G H K M
室内温度℃ 23.2/26.3④ 25.1 24.9 26.1 25.7 26.4 26.1 25.3
室内相对湿度 RH% 66.8 65.6 63.3 71.3 69.8 61.6 668.5 57.5
室内CO2 ppm 838.2 710 666 541 539 571 669 668
供/回水温度℃ 9.8/14.2 10.4/7.5 7.4/11.7 7.4/10.9 6.8/9.9 12.2/9.8 9.1/7.1 5/9
制冷机运行台数①/总台数 2/4 2/3 2/3 2/3 3/4② 2/3 1/2 2/2
①室外温度最高时制冷机运行台数；②商场温度/办公楼温度；③室内参数均取同一时间段的平均值。
4 讨论
4.1武汉市空调系统能耗低的原因
（1）业主并不是以满足用户的生活质量和工作环境为标准，而是以牺牲功能和环境质量为代价来降低空调系统运行成本。例如，当室外温度为29℃左右时，系统的起停、运行时间基本上由领导决定；冬季不采暖，过渡季节不开空调等。
（2）非商场公共建筑客户率低，一般在30%~70%左右。
（3）办公楼的照度标准低，我国JG67-89《办公建筑设计规范》中规定，办公室的照度标准为100-200lx,当办公楼全部采用电气照明时，可以推算出耗电量为12.3~25W/m2,由照明形成的空调负荷仅为9~18 W/m2。而日本的一般办公楼照度水平为400 lx，智能化大楼中照度水平可达500~1000 lx，因此，照明形成的空调负荷也相应大；办公楼的智能水平很低，办公设备少，我国一般办公楼总的电气负荷密度为40 W/m2,以照明和插座容量占35%计，其电器负荷仅为14 W/m2,而日本一般办公楼的照明和插座电气容量在30 W/m2左右，在高度智能化的办公楼里设备发热量可达80 W/m2。
（4）武汉市2000年每户用电量仅是美国南方的9.68%，北方的32%，人均能耗基本上与世界人均能耗持平，但室内空气品质低于发达国家。由此得出，武汉市耗能低是基于抑制需求的基础上。
4.2空调系统存在的问题
尽管公共建筑中央空调能耗低于其它两市，但通过上面的分析，可得出系统耗能仍然存在不尽合理的地方。主要表现在以下几个方面：①设备选型没有充分考虑空调系统负荷特点和设备性能；②风水系统为大温差小流量，风机、泵与制冷机在不经济状况下运行，比如D座大楼，泵的额定流量为792m3/h，制冷机的额定流量为556 m3/h，实测管道流量为724m3/h，则通过制冷机的流量比额定流量大30%；③系统水力失调；④制冷机机组的运行或间断运行没有综合考虑节能和舒适度，导致室内时冷时热；⑤系统调试不到位，新回风比例没有达到设计要求；⑥过渡季节没有充分利用新风等；⑦室内温度偏低。
4.3空调系统节能的主要措施
根据上面的讨论，笔者提出以下几点参考意见。
（1）加强宣传，做到全民动员，全行业参与，让节能深入到千家万户。一方面政府为节能建筑提供一些优惠政策；另一方面组织有关科研、设计、施工、生产等部门，制定武汉市公共建筑的节能标准，包括制造、设计、施工和物业管理等方面的标准，有量化管理措施，比如建筑物单位能耗指数评价，空调系统经济效率指数评价和空调系统耗能系数评价等，不仅仅是从初投资、运行费用上设计、管理系统，而且要考虑设备使用年限、能源利用效率，以法节能，强化执行全国和武汉市公共建筑的节能标准。
（2）采用高效节能和环保好的空调设备和系统，例如，①选择性能系数（COP）较高的节能型制冷机组；②提高能源管理的自动化应用水平。目前，武汉市较高的自动控制水平也仅处在分散控制，空调运行还是以手动调节为主；③为转移电网高峰用电负荷，提高电网负荷率，合理利用电网峰谷差，在条件许可的前提下，采用蓄能空调技术。武汉市已拟定蓄能项目13家，面积86.6万m2,现已可投入运行的有4家，其中，武汉市华美达酒店（四星级）4万平方米蓄能项目与常规空调相比，综合投资未增加（供电部门给予了较优惠的政策），配电容量减少了550余万Kwh，一年多的运行测试，削减高峰用电负荷500Kw，每年高峰用电量减少50余万Kwh，低谷电量增加50余万Kwh，经过2001年9月的测试计算，每天可节约电费5000余元，蓄能系统的电费仅占常规空调系统电费的41%，2001年7~9月空调系统电量占整个酒店的电量的70%，但电费支出仅占整个酒店电费的30%，每年可节省电费70~80万元，经济效果十分明显，运行效果也达到了设计要求，提高了电网的运行效率[8]；④充分利用武汉水源特点，改善冷却水问题。
致谢本文得到了湖北省武汉市建筑节能办公室的资助，得到了湖北省暖通空调委员会副主任委员蔡路得高工、刘绍基教授级高工、祁传斌高工和金峰教授级高工的指导，为此，作者表示衷心感谢。
5 参考文献
[1] 武汉市居住建筑节能设计技术规定.武汉市建设管理委员会，WBJ-1-9-2000，P：29。
[2] 武汉统计年鉴.中国统计出版社，2001年，P：249~250。
[3] 湖北省电力局通信局2000年安全经济技术指标年报。
[4]钱以明.高层建筑空调与节能.上海：同济大学出版社，1990，P：432。
[5]龙惟定等.上海公共建筑能耗现状及节能潜力分析.暖通空调，1998，28（6）。
[6]胡平放等.大中型商场客流密度现状分析.通风除尘，1997，（4）。
[7]蔡路得，武汉市商场空调系统运行现状及综合分析.97年湖北省暖通空调制冷学术年会论文集.
[8]蔡路得等.武汉市华美达天禄酒店冰蓄冷空调工程.2001年湖北省暖通空调制冷学术年会论文集。
*2001年武汉市建筑管理委员会建设科技项目
☆李玉云，女，1955年11月生，副教授，武汉市雄楚大街199号武汉科技大学城建学院（027）87392027；
E-mail: li-yuyun@263.net
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表2湖北省省网用电情况kW
内容日期 最大日负荷 最小日负荷 最大日电量 最小日电量 最大峰谷差 最小峰谷差
1999 763 250 15340 7910 303 117
时间 9.10 2.15 9.10 2.18 12.21 8.1
2000 769 260 15721 7448 309 125
时间 7.27 2.9 7.27 2.7 1.21 9.2
研究与开发空调系统节能的另一个重要原因是我国生态环境日益恶化，重要根源在于能源消费和利用中大量排放污染物，能源利用中造成的环境污染份额占总量的80%，其中煤炭直接燃烧造成的污染占绝大多数。因此，保护环境，改善人类生存的空间环境质量，有利于人类身体健康。2000年武汉市的耗煤量为1191.40万吨标煤，燃料燃烧过程中废气排放量为923.45亿标立方米，经消烟除尘后烟尘排放量为5.83万吨。根据《环境统计手册》计算，每少用1吨煤，可减少烟尘排放量7.5kg，减少硫氧化合物15.2kg，氮氧化物4.5kg，一氧化碳1kg,碳氢化合物（CmHn）0.5kg。
2 能耗现状
2.1冷热源
中央空调使用的能源有气、油和电力，但武汉市制冷机主要以电力为主，供热主要以燃油锅炉为主。其冷热源设备主要有四种形式：①电制冷+锅炉；②电制冷+电热水器供热；③直燃式机组供冷供热；④电制冷,如表3所示。从表3可看出，单位面积装机冷量大小不等，，其平均值为132.8W/m2，高于上海、日本东京平均空调装机冷量（上海的平均空调装机冷量为127 W/m2，日本东京的平均空调装机冷量为127 W/m2）[4]。笔者在现场调查中，没有用户反映制冷机冷量不够，虽然写字楼、旅馆存在客户率的问
题，但武汉在最高温度和周末时间段，制冷机组的负荷率一般小于70%。图3为D座大楼1999年6月1日~10月1日制冷机组的负荷率，最大值为60.1%，最小值为21.45%。供回水温差为0.8℃~6.7℃。
2.2空调系统能耗
笔者对武汉市11幢办公楼、写字楼和综合楼的全年能耗作了调查和现场测试，几座典型建筑的全年度变化趋势如图4所示。由于建筑用电没有分类装电表，如果业主没有提供空调耗电量的几幢大楼，可以认为照明、动力等基本负荷是全年稳定，而空调负荷则随季节和气候等因素变化，因此，可以将最低两个月（分别出现在春秋季）的能量平均值作为基本负荷，将基本负荷以上的空调负荷作为空调负荷， 10幢大楼的全年能耗的部分结果如表4所示。从上可知，空调耗能占总耗能的22.33%~79.60%，平均空调耗能为42.90%。最大值可达到87.84%。由此得出，空调耗能是主要的建筑耗能。在欧美十国，采暖、通风和空调耗能占65%，热水占15%，照明、电视占14%，上海占25%~35%[5]。三大城市的年空调能耗如表5所示。从表中可看出，武汉市的空调年能耗量低于其它城市，且空调能耗区别很大，能耗最低的D建筑，制冷机和空调设备仅在6月至9月运行，年运行，且写字楼的客户率仅有30%。
表410幢公共建筑能耗和空调能耗
建 筑名 称 建筑能耗※/kW/m2·a 空调能耗/ W/m2·a 空调能耗百分率/% 空调能耗最大值/%·月 空调耗电量/MWh/a 空调耗油量/t/a 写字楼、办公室或宾馆客户率/%
制冷季节 采暖季节
A 193.7 105.5 54.46 72.89 33.13 3695 80
B 224.95 88.08 39.16 65.41 34.32 2677.4 59.3
C 97.18 77.17 79.60 87.84 72.73 4735.9 185.0* 〈70
D 456.96 100.00 22.33 45.18 0.00 1790.7 0.0
E 212.44 71.5 33.66 67.32 0.00 2145.0 0.0
F 334.17 118.3 35.41 58.00 22.41 1046.4 243 85
G 376.0 147.8 39.00 57.34 0.00 1565.7 240.24 70
H 95.68 50.86 53.35 56.94 76.04 532.40 185.4* 50
I 247.22 64.00 26.00 62.65 0.00 448.2 0.00 99
M 542 220.58 45.05 74.46 63.00 389.95 35.69
表5 各类建筑物空调平均年一次耗能量（×106kJ/m2·a）
建筑类型 办公楼 旅馆 商场
日本东京 1.03 1.8 1.68
上海 1.8 2.698
武汉 0.315 0.426 0.550
3 空调系统运行状况
3.1室内空气品质
（1）写字楼、办公楼和酒店室内温、湿度一般能满足用户要求，存在的一些问题是：①风系统不合理或用户装修不注意末端装置的布置，导至一些房间温度偏高（室内温度大于30℃）或偏低，；②水力失调，导致房间温度有的偏冷，有的偏热；③系统间断运行，导致室内温度时冷时热。
图6D座商场客流密度图 7C、D座各类建筑能耗比例
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