【IBE】典型办公建筑负荷特性及低碳策略研究

复合材料的轻质特性，减轻建筑负荷，间接降低能耗 #生活技巧# #居家生活技巧# #节省能源的生活习惯# #复合材料建材#

【导读】以某典型办公建筑为例，对其实际运行负荷数据进行多维度分析研究。分别对负荷整体情况、租户负荷、公共负荷中的暖通空调、照明插座、典型动力负荷等进行负荷特性分析。根据数据分析结果，从负荷计算方法、改变使用者行为习惯、暖通空调高效系统设计、公区照明控制策略、降低电梯能耗、增加光伏消纳、排油烟系统与电热水器节能运行及能源管理系统设置等维度，给出了典型办公建筑的设计运营低碳策略建议。

典型办公建筑负荷特性及低碳策略研究

文/马腾跃

（香港华艺设计顾问（深圳）有限公司）

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引言

2021年全国房屋建筑全过程能耗总量为19.1亿tce，占全国能源总量比重为36.3%。其中，建筑运行阶段能耗11.5亿tce，占全国能源消费总量的比重为21.9%，占全过程能源消费的60.4%。2021年全国房屋建筑全过程碳排放总量为40.7亿tCO2，占全国能源相关碳排放的比重为38.2%。其中，建筑运行阶段碳排放23亿tCO2，占全国能源相关碳排放总量的比重为21.6%，占全过程能源碳排放的26.6%。2021年，建筑运行阶段，公共建筑以仅21%的面积（150亿㎡）占比消耗了42%的能源（4.8亿tce）并贡献了41%的碳排放（9.5亿tCO2），是建筑运行能耗和碳排放的最主要来源。减少公共建筑运行阶段能耗及碳排放，对实现双碳战略意义重大。

本文以某典型办公建筑（下文称项目A）为例， 对其实际运行负荷数据进行研究，对负荷运行特性进行分析，从设计及运营角度提出办公建筑低碳策略建议。本研究对同类办公建筑负荷运行特性研究及设计运营低碳策略有一定参考意义。

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负荷特性整体情况

1.1 项目概况

1.2 年度能耗指标

由图1及表1可知，2019至2023年期间，项目A在2021年能耗最大，2021年度能耗指标为84kWh/ ㎡·a，与文献[2]中标准工况下的平均能耗指标53kWh/ ㎡·a相比，高出约58%。在笔者调研的众多项目中，项目A因有部分超充，能耗指标为相对大者。

图1 项目A 2019~2023年度总电耗

1.3 最大逐时负荷

由图2及图3可知，最大逐时负荷出现在2022.08.22的10:00-11:00，由后台运营数据查得，最大逐时负荷为3463.5kWh，负荷指标（以总建筑面积计）为0.034 kWh/ ㎡·h ，折合变压器指标为48.6VA/ ㎡（按变压器负载率80%，补偿后功率因数0.9）。如前文所述，项目A能耗为笔者调研的大量办公楼中的相对大者，无论与文献[3]中推荐的办公楼变压器容量指标（限定值110VA/ ㎡及节能值70 VA/ ㎡） 相比，还是和目前实际项目设计值相比 均有较大偏差，实际运行数据显著偏低。由此，客观上造成了设备选型的偏差与浪费。为贯彻落实低碳设计理念，建议尽快建立电气负荷计算新方法，出台相关政策，将建筑能耗管理系统数据纳入城市能耗管理云平台，借助AI工具，对各类建筑负荷运营大数据进行分析，建立更加科学的负荷计算新方法。

图2 项目A 2019~2023年度逐日负荷

图1 项目A 2022.08.22逐时负荷

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分项负荷运行特性

2.1 能耗分项数据

由表2可知，2019~2023年照明插座类电耗（包含租户＋公区照明及插座）占比为60%，暖通空调占比为36%，动力设备及其他为4%。节能降耗的重点是照明插座和暖通空调负荷。由表3可知，负荷最大年度2021年分项负荷情况：租户电耗占比为51.95%；公共电耗占比为48.05%，其中暖通空调占比36.43%，照明及插座占比7.20%；动力设备及其他占比4.42%。下文对各分项负荷运行特性进行分析。

2.2 租户能耗研究

为排除疫情封城等因素对数据结果影响，以2021年数据为例，由图4和表4可知，租户能耗按月份变化相对平缓，除2月份因春节放假因素外，最大月份为8月份，最小月份为1月份，最小月份电耗占比和最大月份电耗比例均高于80%。这说明租户电耗与气候因素呈弱相关。

图4 项目A 2021租户月度电耗

由图5可知，2019~2023年能耗最大月度的租户电耗分布，呈现高度的以周为单位周期的负荷分布特性，说明租户电耗与办公楼内人员活动呈强相关。

由图6可知， 在非工作日及工作日非工作时段，仍有较大量租户电耗，接近高峰时段的40%。调研发现，主要原因为办公楼有大量电脑未关机。

如前文所述，租户电耗与气候呈弱相关，与人员活动呈强相关，呈现以周为单位的周期特性。基于以上特点对上述非工作时段租户电耗进行估算。

工作日非工作时段：由表5可知，在非工作时段(2022.08.22 00:00-05:59)/(2022.08.22 21:00-23:59)， 租户无效电耗占比为17.6%+11.2%=28.8%。

非工作日：工作时段(07:00-18:59)按租户电耗的30%为有效电耗，其余按无效电耗估算。租户无效电耗占比为(12+70%×12)/24=85%.

在1个典型周的周期内，由后台数据查得2022.08.22-2022.08.26工作日租户电耗为71401.5kWh，2022.08.27-2022.08.28非工作日租户电耗为17319.9kWh。租户无效电耗占比为(71401.5 ×28.8%+17319.9 ×85%)/(71401.5+17319.9)= 40%。

由以上估算可知，因下班未关电脑造成的无效电耗，约占到了建筑全年总电耗的21%。由此可见，改变行为习惯对低碳节能至关重要。建议加强宣传引导，让随手关灯关电脑成为低碳生活的重要一环，同时建议各公司加大绿色低碳行为习惯考核，做到既节能又节费。

2.3 公共能耗研究

2.3.1 公共电耗整体情况

2.3.2 公共负荷低碳策略

2.4 节假日能耗与光伏消纳

2.5 其他

……

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结束语

（1）目前办公建筑电气指标设计值普遍偏大，客观上造成了设备选型的偏差与浪费。为贯彻落实低碳设计理念，建议尽快建立电气负荷计算新方法，可以通过借助AI工具，对各类建筑负荷运营大数据进行分析，从而得出更加科学的负荷计算方法。

（2）改变行为习惯对低碳节能至关重要，因下班未关电脑等造成的无效电耗浪费相当严重。建议加强宣传引导，让随手关灯关电脑成为低碳生活的重要一环，同时建议加大绿色低碳行为习惯考核。

（3）暖通空调电耗在公共电耗中占比最大，且机房系统能耗中暖通空调系统占比最大，建议通过技术手段使制冷机房系统全年平均运行能效比（EER）达到5.0以上，实现高效机房运行。

（4）公区照明除采用LED光源等，建议根据办公楼用能特点，分场景采用不同控制策略，实现照明系统的低碳节能运行。

（5）建议通过选用A级节能电梯，结合能量回馈、智能群控等节能措施显著提升电梯运营能效。

（6）光伏发电并网点选择应充分考虑节假日负荷用能特性，办公建筑中，办公租户用电、充电桩快充、塔楼顶商业餐饮排油烟风机、塔楼核心筒照明/热水器、地下室照明、24小时空调、弱电主机房、标准层空调机房用电总箱、自动扶梯等在节假日为其主要运行负荷。

（7）餐饮排油烟风机、办公茶水间热水器等热水设备用能在办公建筑中占有一定的比例，需对应考虑其节能运行措施。

（8）能源管理系统是能源数据采集的重要一环，应高度重视仪表设置部位、校正调试、采样间隔及数据处理能力、用电类别合理分类及分析等相关问题。

作者简介：

马腾跃，本科，机电事业部总工程师，高级工程师，注册电气工程师（供配电）。

本文引用格式：

[1]马腾跃.典型办公建筑负荷特性及低碳策略研究[J].智能建筑电气技术,2024,18(06):1-8.

本文有删减，全文刊登于《智能建筑电气技术》杂志

2024年12月刊

网址：【IBE】典型办公建筑负荷特性及低碳策略研究 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1340801

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