夏热冬冷地区高校既有教学建筑节能改造实施研究

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

杨文领1,方勇明2YANG Wenling1, FANG Yongming2（1.浙江建设职业技术学院，浙江杭州311231；2.杭州杰强置业有限公司，浙江杭州311106）



夏热冬冷地区高校既有教学建筑节能改造实施研究

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

杨文领1,方勇明2
YANG Wenling1, FANG Yongming2
（1.浙江建设职业技术学院，浙江杭州311231；2.杭州杰强置业有限公司，浙江杭州311106）

摘 要：高校建筑作为一类特殊的公共建筑，建筑类型繁多，能耗强度较高，用能特点与常见的公共建筑和居住建筑存在着一定差异，且其能耗将会一直呈刚性增长趋势。现以杭州市某高校教学楼为例，调查分析其能耗现状与实施节能改造的情况，进行综合效益分析，为高校教学建筑节能改造提供依据。

关键词：夏热冬冷地区；既有教学楼；节能改造

《民用建筑热工设计规范（GB 50176—93）》中把我国热工设计分区为：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温暖地区。其中夏热冬冷地区大致范围为秦岭、淮河以南，南岭以北，四川盆地以东，也可以说是长江中下游地区。其气候特点是：夏季气温高，空气湿度大，需要供冷；冬季比较阴冷，最冷月平均气温4℃左右，需要供热。

据统计，目前我国建筑能耗约占社会总能耗的30%左右，全社会终端能耗30%以上都被商用、民用建筑所消耗。建筑能耗已经与传统的“能耗大户”工业能耗、交通能耗接近，节能潜力较大。其中，公共建筑耗能是普通居民住宅的10～20倍，公共建筑节能意义重大。但是，目前对公共建筑节能的研究主要集中在大型办公楼、大型公共商场等，对能耗较大的教学建筑节能研究比较少［1］。

高校建筑作为一类特殊的公共建筑，不仅数量庞大，而且建筑类型繁多，能耗强度非常高。调查发现目前我国高校生均能耗和单位建筑面积能耗均高于全国人均水平和全国居民单位面积建筑能耗，用能特点又与常见的公共建筑和居住建筑存在着一定差异，并且高校能耗将会一直呈刚性增长的趋势，高校建筑节能已成为继国家机关办公建筑和大型公共建筑节能工作后的一项重要任务［2］。因此，针对夏热冬冷地区气候特征和高校建筑用能特点，本文选取杭州某高校教学楼为研究对象，调查其能耗状况及节能改造措施，并进行综合效益分析，为高校公共建筑节能提供有益参考。

1 既有教学楼基本概况

1.1 建筑概况

某高校教学楼，2002年开始使用，基本信息见表1。

表1 某高校教学楼基本信息一览表

1.2 能耗设备概况

某高校教学楼用能包括水、电和蒸汽，其中用电占主要部分。用电系统包括照明与插座用电系统、空调用电系统、动力用电系统和特殊用电系统。主要能耗设备为照明设备、插座能耗设备以及空调设备。见表2～4。

表2 某高校教学楼照明设备一览表

表3 某高校教学楼插座能耗设备一览表

表4 某高校教学楼空调系统一览表

2 既有教学楼建筑能耗现状调研及分析

2.1 教学楼建筑能耗概况分析

某高校教学主楼2013年用电量为1 196 225 kW·h，各类能耗主要指标见表5。月度用电量见图1；用水量17 783 t，月度用水量见图2；用蒸汽量为1587.3 GJ，主要为中央空调系统冬季供热提供热源，供热时段为1月（728.60 GJ）、2月（46.20 GJ）、3月（423.10 GJ）、12月（389.40 GJ）。其分月能耗折标煤量见图3。

表5 某高校教学主楼2013年各类能耗主要指标一览表

图1 某高校教学主楼2013年度分月用电量统计图

图2 某高校教学主楼2013年度分月用水量统计图

2.2 教学楼建筑典型单日能耗分析

某高校教学主楼某一工作日和休息日（2013年6月）24 h用电量见图4。选取统计日出现三个用电高峰：9：00—11：00、14：00—17：00、19：00—22：00，这与教学楼作息时间基本吻合。休息日用电量2 405 kW·h，工作日用电量2 165 kW·h，两者每小时平均用电量分别为100.2 kW·h和90.2 kW·h，休息日用电量稍大于工作日用电量。

图3 某高校教学主楼2013年分月能耗折标煤量统计图

图4 某高校教学主楼2013年6月某工作日/休息日小时用电量统计图

2.3 教学楼建筑分项能耗分析

某高校教学楼2013年总耗电量1 196 225 kW·h，可分为动力/特殊用电、插座照明用电、空调用电。其中，动力/特殊用电83 376 kW·h，占7%；插座照明用电654 814 kW·h，占55%；空调用电458 035 kW·h，占38%，包含中央空调、VRV空调和分体空调三种形式。见表6。

表6 某高校教学楼2013年不同形式空调用能情况

3 既有教学楼建筑节能改造措施

针对该教学楼的用能特点，节能改造措施分别为：太阳能光伏发电、高效低能耗LED灯具改造、中央空调系统节能监控改造。

3.1 太阳能光伏发电

根据该教学楼屋顶的可使用面积，确定总装机容量为68.22 kW·P。具体情况见表7。

3.2 LED节能灯具改造

某高校教学楼目前所用灯具类型及数量为：T5直管荧光灯14W、1 860个；节能灯11W，499个；T8直管荧光灯40W（电子）、42-44W（电感），4 860个。具体情况见表8。

改造方案拟定三种类型：

第一种直接采用LED灯具替代原灯具，对灯具布置进行调整，桌面照度过高的，适当调低以节能，桌面照度过低的，适当调高以达标；

第二种是选取教室做集中供直流电控制系统试验，系统改造中理论上每根灯管需要一个驱动器，存在驱动器数量过多、效率差、集中控制成本高等缺点。集中供直流电控制系统，功率因素可提高到0.95以上，整个LED灯效率还可提高3%～5%。

第三种是太阳能光伏系统结合，选取教室试验直接采用太阳能光伏系统的直流电作为LED电源，作为整个智能电网的组成部分，提高太阳能光伏系统效能和经济型的可能性。

依第一种全部更换的方案计算，该LED灯具改造工程年节约电量为313 309 kW·h，折当量标煤38.5 t，折等价标煤113.39 t。

表7 某高校教学楼太阳能光伏发电改造项目一览表

表8 某高校教学楼新-旧替换灯具概况对比表

3.3 中央空调系统节能监控改造

教学楼空调使用面积为18 799 m2，有两类集中空调系统：VRV空调和中央空调。中央空调供冷用电，供热用蒸汽，单位建筑面积等价能耗高于VRV空调，主要原因如下：1）中央空调教室使用率高；2）新风供应，空气质量好；3）开机即全系统运转，使用较少时，维持系统运转负荷无相应减少；4）供热蒸汽来自蒸汽管网，距离远，热损大；5）管道长，热损和冷损都大于VRV。

降低中央空调能量消耗的改造措施主要从节能行为管理着手，同时配合技术改造：1）落实节能规章制度；2）升级中央空调能耗监测系统，监测目标细化到教室（房间），增加使用时间和使用量实时记录；3）精心组织教学科研活动，尽量减少“大马拉小车”现象；4）加强输送管保温，减少热（冷）损失。

配套技术改造是将供冷/热计量细化到中央空调系统末端设备，包括风机盘管和新风机组。同时安装计费系统软件，实现以下功能：实时监测，设备查询，用能纠正，异地远程交互，图标分析，账单生成，能效公示，成本管理，阶梯价格收费等。

通过节能监管与管理，可使中央空调系统用能节约10%。2013年该教学楼中央空调夏季用电量为142 019 kW·h，冬季用蒸汽量为1 587 GJ，以此基准，中央空调节能监控系统改造年节电量约14 202 kW·h，年节汽量159 GJ，两项节能量折合标煤量合计约10.56 t。

4 既有教学楼节能改造综合分析

某高校教学楼节能综合改造以LED灯具改造和中央空调系统节能监控改造为重点，同时应用光伏发电。预计年节约电量38.35万kW·h、蒸汽159 GJ，折合等价标煤144.22 t，节能率29.61%。具体情况见表9。

表9 某高校教学楼节能改造整体节能量统计分析表

参考文献

［1］柴宜贤.浅谈高校建筑节能低碳技术的应用［J］.哈尔滨学院学报，2012（11）：141-142.

［2］倪智明，吴兴康.高校建筑能效分析与节能措施研究：以浙江工业大学屏峰校区1-A地块项目建设为例［J］.建筑经济，2012（10）：101-104.

中图分类号：TU746.3；TU111.19+5

文献标志码：A

文章编号：1008-3707（2016）02-0046-04

收稿日期：2015-11-30

基金项目：浙江省教育厅科研规划项目（Y201432579）

作者简介：杨文领（1980—），男，河南扶沟人，副教授，从事绿色监理及建筑节能技术研究工作。