北京市大型商场用能现状与主要节能策略

北京市大型商场用能现状与主要节能策略

清华大学 魏庆芃，张晓亮，王远，王鑫，江亿

摘要：本文从统计数据和实测结果出发，总结北京市大型商场这类建筑的能耗现状及用能特点。并针对空调系统这一商场节能重点，分析空调箱风机变频、充分利用新风这一免费冷源、以及避免冷热不均等主要节能策略的效果。

关键词：商场 节能 现状 风机变频

背景

大型商场作为公共建筑中的一种，由于建筑面积大、客流密度和各种照明、电器密度高，多采用中央空调系统对商场温度、湿度进行控制，能量传输距离长、能量转换设备多，以用电为主，冬季采暖耗热量很小。大型商场一般每天运行12个小时以上、全年基本没有节假日，因此，与其他大型公共建筑或中小型商场相比，大型商场单位面积耗电密度高、全年总耗电量大，节能潜力巨大，因此是研究重点。

下图为宾馆饭店、办公写字楼和商场等三类大型公共建筑的年耗电量多样本散点图（数据来自中国建筑能耗信息网http://bdb.dest.com.cn/）。

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图1 各类大型公共建筑年耗电量散点图

由图1可以看到，在相同建筑面积下，商场类建筑的年电耗远高于其他几类大型公共建筑。对宾馆饭店、商场、写字楼办公楼三种类型建筑年电耗数据值进行单位面积的平均值比较，如图2所示。可以看出，商场类建筑单位面积全年耗电量接近200kWh/m2.a，几乎是宾馆饭店和办公写字楼的两倍。

不同类型建筑平均单位面积全年耗电量200150kWh/m2.a100500宾馆饭店商场写字楼办公楼

图2 不同类型建筑单位面积平均全年耗电量

1. 北京市商场用能现状

1.1. 总电耗分析

北京市大型商场耗能、特别是耗电量大、密度高，因此，近年来科研机构、节能管理部门多大型商场进行了多次的能耗调查。例如，清华大学对北京市十个大型商场的能耗调查结果如图3所示[1]。可以看出，各商场相互之间用电量差异较大，单位建筑面积全年总耗电量为210～370kW.h，电耗高的商场用电量是电耗低的商场的近两倍。

北京市大型商场单位建筑面积全年总电耗(kW.h)400300200100012345678910商场编号 图3 清华大学对北京市大型商场耗电量调查结果 2005年初，对北京市13家大型商场进行了调查，得到其单位面积总耗电量和全年用水量数据如图4所示。

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300250200353025kWh/m2.a1501510050012345678910111213商场序号1050万吨20单位面积全年耗电量全年耗水量

图4 2005年大型商场能耗调查比较

同样可以看出，所调查的各商场相互之间用电量差异较大，单位建筑面积全年总耗电量在140～285kWh之间，电耗高的商场用电量仍然可以达到电耗低的商场两倍左右。用水量差异更为明显，从5吨到30吨不等。上述差异表示北京市大型商场存在着巨大的节能潜力。

1.2. 分项电耗分析

对于商场来讲，空调系统和照明系统是其能源消耗比重最大的两部分。调查得到北京市各大型商场的各用电设备系统耗电量的份额如图5所示。其中，空调系统所占比重最大，达到50％；其次为照明系统，电耗达40％；其余10％为电梯。

电梯10%白炽灯3%其它15%照明40%空调50%荧光灯30%节能灯52%

图5 商场各环节耗电比例

图6 所调查商场各类照明灯具总安装功率比例

大型商场的照明系统耗电量主要与各种灯具的安装比例有关。图6给出2005年初调查各商场中各类照明灯具的总安装功率比例。

可以看出，大型商场照明系统普遍采用节能灯和荧光灯加电子镇流器作为光源。但是某些柜台由于陈列商品的需要，增强了一些照度极高的其他类型灯具，这样就造成了室内照明强度和功耗密度的增加，也增加了空调负荷。

1.3. 空调系统分项电耗

商场空调系统的能耗大主要由其负荷状况决定。一些商场建筑的围护结构采用玻璃幕墙等热量易穿透材料构建，通过围护结构进入室内的冷负荷十分巨大；由于商品展示等要求，

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室内照明及商品照明负荷大，而且持续时间长；此外，商场人员密集，来自人体的全热负荷成为商场空调系统负荷的一个很重要部分。商场建筑的热湿负荷密度大，导致商场空调系统夏季开始运行日期相对于其他建筑空调需提前，而且，由于大型商场内区大、室内发热量高，冬季甚至也需要供冷。因此其空调系统能耗比重较大。

调查中各大型商场的空调系统各设备耗电份额如图7所示。

图7 商场空调系统各设备耗电比例

其中，冷冻机电耗占23％，冷冻泵、冷却泵和冷却塔等水系统电耗合计占11.6%。由于大型商场基本采用全空气空调系统，而空调箱风机全年运行，因此商场空调系统中空调箱风机电耗所占比重最大，达到了该商场空调系统总用电的65.4%，浪费最严重、节能潜力最大。因此，大型商场节能的关键环节是空调风系统。

2. 北京市大型商场空调系统主要节能策略和手段

北京市大型商场节能涉及的环节和方面较多，问题较复杂，其中的关键环节是空调系统、特别是风系统。相应的空调系统节能策略和手段包括：空调箱风机变频调节，利用新风冷却，以及商场不同空间风压控制以避免冷热不均等三方面。

2.1. 空调箱风机变频调节

（1）系统现状

北京市某大型商场建筑面积约51万m2，空调面积约38万m2，冬季采用燃气锅炉采暖，夏季以离心式冷机为冷源，采用定风量全空气系统，共有不同型号的空调箱530台，各型号的空调箱台数及其风机功率情况统计如表1所示：

表1 空调箱风机功率规格统计 功率(kW) 台数 30 33 15 8 12 12 11 229 8.8 12 7.5 128 7.2 5.5 3.6 4 52 12 3 5 2.4 2.2 1.8 1.6 0.8 3 15 6 4 7 整个建筑的全年用电情况如图8所示，空调系统各部分的能耗如图9所示：

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800用电量(万kWh)60040020001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月照明及其他空调电梯

图8 某大型商场各月电耗统计 冷却塔,1.1%泵, 8.0%冷机, 17.7%风系统,73.2% 图9 某大型商场空调系统各部分的能耗 整个建筑的年平均耗电为181kWh/m2（以空调面积计算，下同），其中空调系统耗电为82.7kWh/m2，占了整个建筑电耗的45.9%。通过调研发现，在夏季，空调系统耗电中有超过60%为风机耗电，而冬季由于采用了燃气锅炉，该比例更是超过了90%。全年统计下来，为其中风机能耗约为60.5 kWh/m2，约占总空调电耗的73.2%。

（2）变频调节的可行性

造成上述大型商场空调箱风机电耗巨大的主要原因是，空调系统采用定风量系统，风机并没有根据商场中的负荷变化而调节。而商场中人流密度的变化较大，因此最有效的节能方案之一就是采用风机变频控制调节策略，将定风量系统改变为变风量系统。采用风机变频控制调节时，在保证送风温度和室内温度不变的前提下，当室内负荷为最大室内负荷的一半时，风机的风量可以降到额定风量的50%，风机电耗可以降到其额定功率的1/8，具有极大的节能潜力。

通过模拟计算，可得到该商场全年的逐时室内负荷曲线如图10所示。可以看出，商场全年需要空调制冷，负荷变化不大。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qadd.html