上海办公建筑节能改造技术研究

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上海办公建筑节能改造

技术研究

谢立寇玉德

12

1上海市能效中心

2上海市建筑建材业市场管理总站

摘要：本文通过对27个办公类项目建筑用能情况统计分析，研究其用能

结构，分析典型建筑主要用能系统的能耗情况和用能特点。在此基础上

介绍主要的改造技术，并分析单项改造和整体效果，以探索办公建筑节

能改造的方向和途径，为办公建筑节能改造提供参考和借鉴。

关键词：办公建筑；商务办公建筑；建筑能耗；节能改造；技术措施；

节能效果

DOI:10.13770/2095-705x.2018.07.003

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栏

StudyonShanghaiOfficeBuilding

EnergySavingRenovationTechnology

XieLi,KouYude

1ShanghaiEnergyEfficiencyCenter

2ShanghaiArchitectureBuildingMaterialsMarketAdminis-

trationGeneralStation

Abstract:Thearticlestudiesenergyconsumptionstructureandana-

lyzestypicalbuildingmainenergyconsumptionconditionandcharacteristics

throughcomprehensiveanalysison27officebuildingsenergyconsump-

tioncondition.Basedonintroducingmainrenovationtechnology,theau-

thoranalyzessinglerenovationandoveralleffecttoexploredirectionand

methodsofofficebuildingenergysavingrenovationtoprovidereference

toofficebuildingenergysavingrenovation.

Keywords:OfficeBuilding,CommercialOfficeBuilding,BuildingEn-

ergyConsumption,EnergySavingRenovation,TechnologyMeasures,

EnergySavingEffects

上海办公建筑节能改造技术研究

上海节能

建筑和机关办公建筑，其数量和面积分布如图1和

图2所示。其中，商务办公建筑数量较多，占总数的

比例达到85%，面积比例达到84%。当前，在上海市建筑节能各领域中，既有公共

研究背景

建筑节能改造依然是当前建筑节能工作的主要内

容之一。根据《2016年上海年鉴》，截止2015年，上

海房屋总计120390万m，非居住房屋有57383万

2

m。此外，上海市于2005年前建成的公共建筑约

2

有2亿m，这些建筑至今已运行10年以上，设备的

2

老化及当时尚未执行节能标准等因素造成运行能

耗大，对全市的建筑节能工作影响很大。为促进既

有公共建筑节能改造工作的开展，上海市相继出台

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ARCHITECTURE ENERGY SAVING COLUMN

图1办公建筑数量分布

扶持政策大力推动既有公共建筑节能改造的示范。

“十三五”期间，公共建筑节能改造仍将是上海

建筑节能工作的重点，有必要在既有公共建筑节能

改造的基础上，对项目中各项节能改造技术进行归

纳梳理、总结经验以指导上海地区公共建筑节能改

造工作更好开展。

1上海办公建筑情况

根据上海市住房和城乡建设管理委员会和上

海市改革和发展委员会发布的《2016年度上海市国

家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析

报告》（以下简称2016年度报告）：截至2016年12

月31日，接入到上海市国家机关办公建筑和大型公

共建筑能耗监测中心平台的公共建筑有1501栋，

总建筑面积6572.2万m，办公建筑约占45%，其中

2

机关办公182栋，数量占比为12.1%，总建筑面积

368.4万m；办公建筑497栋，数量占比为33.1%，

2

总建筑面积2189.1万m。根据《2016年上海年

2

鉴》，截止2015年，上海非居住房屋有57383万

m，其中办公楼为7343万m，占比约为13%。因

22

此，研究上海的办公建筑节能改造技术是推进上海

公共建筑节能改造的一项重要工作。

2办公建筑分布特点

本文的研究工作主要基于上海27个既有办公

建筑节能改造项目。办公类项目总建筑面积

150.24万m。办公建筑进一步可细分为商务办公

2

图2办公建筑面积分布

如图3所示，从办公类项目建造年代看，主要分

建

布在1991~2005年之间建造，占到项目办公建筑总

筑

数的89%。

节

图3办公建筑年代分布

能

3办公建筑用能分析

根据2016年度报告，国家机关办公建筑年用

电强度合理值为109kWh/（m

专

2

·a）,办公建筑年用电

强度合理值为115kWh/（m

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2

·a）。改造前机关办公

类项目最大单位面积能耗为176kWh/（m

2

·a），最

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018年第07期

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上海节能

小为104kWh/（m左右的信息中心全年耗电量能占到2~3万m办

222

·a），平均为138kWh/（m·a）。

商务办公类项目最大单位面积能耗为196kWh/公建筑全年电耗的30%~40%。

（m此外，多数机关办公建筑由于投入使用年限

22

·a），最小为50kWh/（m·a），平均为122

kWh/（m

2

·a）。

3.1办公建筑用能特点

办公建筑自身的建筑特点决定了其独特的

能耗特点。影响办公建筑能耗的因素主要包括

围护结构、暖通空调、照明系统和办公设备系统在办公类建筑中，能源消耗形式有电力、

等。办公建筑用能特点如下：天然气、燃油等。电力主要用于空调、照明、

（1）围护结构对能耗影响相对较大：办公建插座、动力等，同时也是主要的耗能形式。

筑造型丰富，建筑形体较复杂，窗墙比较大。天然气、燃油等其他燃料主要用于集中空调

围护结构热工性能的特点与建筑建造年代有密的供暖。

切的关系。2005年《公共建筑节能设计标准》某商务办公项目总建筑面积144241m，空

(GB50189-2005)发布前建造的办公建筑，其建筑调系统形式为离心式冷水机组+电锅炉，能源消

填充墙材多为实心黏土砖、空心黏土砖或加气混耗形式为电力，基准年能耗为14011375kWh。

凝土砌块等，热工性能较差，一般在2.0W/（m全年能耗数据构成如图4所示。由图4可看

2

·K）

左右。2005年后建造的办公建筑，围护结构的出，暖通空调系统能耗最大，占全部能耗的

热工性能有了较大的提升。如墙体保温材料37.48%；照明系统能耗占总能耗的29.53%，室

种类有硬泡聚氨酯、岩棉板、挤塑聚苯板、保温内设备系统能耗占总能耗的24.28%，这两个系

砂浆等，墙体传热系数一般在1.0W/（m统的耗电量也相对较高；综合服务系统（包括

2

·K）左

右。办公类项目改造前采用节能窗户的比例电梯、水泵等）占总能耗的3.62%，特殊功能区

较低，多数办公建筑外窗传热系数在4.7~6.4能耗占总能耗的1.33%；其余用能都并入“其

W/（m他”，占总能耗的3.75%。

2

·K）之间。

（2）办公建筑空调负荷特点是工作时间稳

定，使用功能单一。办公建筑的空调负荷主要

为办公、会议及相关配套服务；特殊区域用能设

备主要是网络机房的用电和空调。

（3）办公建筑中的照明和设备电耗有很强

的规律性，与人均办公面积、工作时间等关系密

切。其节能潜力在于降低非工作时间段的办公

电器待机电耗、选用节能的电脑设备。

（4）电热开水器、电梯、给排水泵等建筑物内综

合服务设备，其耗电量在办公建筑中占5%~10%的

比例。这类设备的能耗特点是：往往只有很少一

部分时间工作在额定功率下、启停或功率变化频

繁，具有较大的随机性。

（5）特殊功能设备电耗高。据统计，200m

2

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ARCHITECTURE ENERGY SAVING COLUMN

建筑节能专栏

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2018

较久、设备老化程度较高、用能人数增长较快等

原因，导致总体能耗呈逐年上升趋势，能耗总量

控制压力加大。

3.2办公建筑用能结构

2

图4典型办公建筑能耗组成

由图5可以看出，该办公楼的用电高峰出现在

1月、2月和12月，主要是由于大楼的冬季采暖全部

使用电加热锅炉，用高品味的电能直接转化为低品

位的热能进行采暖，热效率低，运行负荷高；这期间

上海办公建筑节能改造技术研究

上海节能

系统中，锅炉系统能耗占采暖系统能耗的70%，为处于冬季气温最低时段，采暖负荷高，耗电量很

主要耗能设备；末端风机盘管和新风机组电耗占采大。用电量次高峰出现在7月和8月，此期间为夏

暖系统能耗的27.15%，为次要耗能设备；采暖泵电季空调供冷主要时期，室外气温高，室内空调冷负

耗占采暖系统能耗的2.37%。荷高，空调系统耗电量较大。

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图5典型办公大楼逐月用电量

该办公楼的空调通风系统涉及的区域和用

能范围很广，能耗占总能耗比例很大，现对其进

行进一步的能耗拆分，以明确系统中各用能设备

的具体能耗量情况。从图6可以看出，空调系统

中，冷水机组电耗占空调系统电耗的33.63%，新

风空调机电耗占空调系统电耗的18.83%，冷水

泵电耗占空调系统电耗的14.88%，送排风机电

耗占空调系统电耗的1.38%，风机盘管电耗占空

调系统电耗的28.62%，冷却塔占空调系统电耗

的2.66%。冷水机组和新风空调机组是主要的

空调电能消耗设备。

图6典型办公大楼空调通风系统电耗比例

办公大楼采暖系统采用电加热锅炉，能耗消耗

量较大，现对其进行进一步的能耗拆分，明确系统

中各能耗设备的能耗量情况。从图7可看出，采暖

图7采暖系统能耗比例

4节能改造技术

办公建筑的能耗一般可分为空调能耗、照明能

耗、插座能耗、电梯和给排水等综合服务设备能耗

以及其他能耗。节能改造项目涉及的节能改造技

术措施多达百种，常用的节能改造涉及围护结构、

供暖通风空调、照明系统等（见图8）。

图8办公建筑主要用能系统改造的频率分布

4.1围护结构

4.1.1外窗改造

建筑外窗是整个建筑围护结构中热工性能最薄

弱的部分。外窗改造可采用整窗拆换、加窗及窗扇

改造等多种节能改造措施，改善外窗的热工性能。

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION

2018年第07期

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上海节能

外窗的改造通常包括拆换、加窗、贴膜、遮阳等方式。（2）输配系统变频

4.1.2外墙、屋面保温改造

外墙、屋面保温改造是指采用一定的固定方以取代阀门调节及旁通方式。

式（粘结、机械锚固、粘贴+机械锚固、喷涂、浇注（3）冷却塔变频

等），把导热系数较低的绝热材料与建筑物固定冷却塔变频是指根据冷却塔的出水温度通

一体，增加墙体的平均热阻值，从而达到保温或过冷却塔风机变频器调整风机的转速，实现冷却

隔热效果。外墙保温改造适用于窗（墙）比较小、塔的节能运行。冷却塔风机变频适合长期处于

外墙热工性能差的公共建筑。屋面保温改造适部分负荷工况运行下的公共建筑改造。

用于屋面面积占外围护结构面积比例较大的建

筑。从项目应用情况看，外墙保温改造通常结合

建筑外立面改造、屋面防水改造同时进行，节能

效果较为明显。采用高效节能光源和灯具替换传统光源（如

4.2供暖通风空调

4.2.1主机、输配系统与末端更换

（1）更换冷热源机组要求的LED照明灯具或光源直接替换，同时配合

将使用时间久、效率低下的冷热源机组更

换为效率较高的离心式冷水机组、螺杆式冷水能、经济，使用寿命长，通用性好等优点。

机组、空气源热泵机组、磁悬浮离心式冷水机

组、热源塔热泵机组或者燃气锅炉等，以提高

机组效率、降低能耗。智能照明系统控制是照明节能设计优化的

（2）更换水泵、风机和冷却塔重要措施，智能照明控制应根据某一区域的功

更换水泵是指采用更高效的冷水泵、热水泵能、使用时间、室外环境对该区域的影响及该区

替代原有老旧、效率低下、流量或扬程不匹配的域的用途来进行智能照明控制。采用集中控制、

水泵，从而降低输配系统能耗。更换风机是指定时控制、感应开关控制等多种方式，可减少灯

采用更高效率的风机替代原来老旧、效率低下具启用时间，从而实现节能降耗。

的风机，从而降低空调系统的风机能耗。更换

冷却塔是指采用更高效的冷却塔替代原来老

旧、冷却能力低下的冷却塔，从而提升冷却塔的节能插座是指通过设置插在主控孔上电器

冷却能力。的开机/关机状态，自动实现开启和关闭其他受

4.2.2主机、输配系统与末端变频

（1）离心式冷水机组变频智能插座是指在插座内设置WiFi模块，通

离心式冷水机组安装变频器后可加大机组运过智能手机的客户端进行功能操作的电源插

行范围，并大幅提高机组部分负荷性能，使机组始座，遥控插座通断电流，设定插座的定时开关。

终处于节能高效运行状态，同时可降低机组启动采用智能插座，对办公辅助设备进行控制。通

电流，避免机组频繁启停，延长设备使用寿命。过对智能插座进行属性定义（定时、延时）和开

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建筑节能专栏

No.07

2018

输配系统变频是指通过采用变频技术改变

集中空调系统水泵和风机转速，调节管道流量，

4.3照明与插座

4.3.1采用高效节能光源和灯具

球泡、荧光灯泡、白炽灯泡）或灯具。LED灯具适

用于所有公共建筑，对地下车库、走道、大厅等公

共区域的传统灯具或光源可采用性能参数满足

智能控制方式实现节能降耗。LED照明具有节

4.3.2智能照明控制

4.3.3节能插座与智能插座

控孔的电源插座，从而减少电器待机能耗，达到

省电目的。

上海办公建筑节能改造技术研究

上海节能

商务办公建筑改造后单位面积能耗平均值关设置，实现下班后设备及时自动关闭，减少能

为93.44kWh/m，机关办公建筑改造后单位面积耗浪费。

2

能耗平均值为105.82kWh/m。从节能率来看，商

2

务办公建筑改造的节能率平均值为23.12%，机

关办公建筑改造的节能率平均值为23.07%，如图9是办公建筑节能改造技术使用频率Top

表1所示。10排名。从图中可以看出，对于办公建筑，非

表1项目数据对比

kWh/(m.a)最大值最小值平均值

2

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ARCHITECTURE ENERGY SAVING COLUMN

5节能改造效果分析

节能灯具更换为LED灯具的使用频率最高，在

27个项目中出现了20次。除此之外，集中空

调系统的水泵变频、空气源热泵机组以及冷冻

机房的群控使用比例较高。相对于其他类型的

公共建筑，围护结构对办公建筑能耗的影响较

改造前184.4049.79119.08

大，单层玻璃更换为双层玻璃以及外窗贴膜技

术均出现在使用频率前十的排名。

图9办公建筑节能改造技术使用频率Top10排名

图10是办公建筑节能改造技术节能率Top10

排名。从图中可以看出，对于办公建筑，某办公楼

将燃油锅炉+蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组更换为

多联式空调（热泵）机组，节能率达到16.5%。此

外，空气源热泵机组、LED灯具和高效离心式冷水

机组也有上佳的性能表现。

图10办公建筑节能改造技术节能率Top10排名

改造后134.2739.3891.39

6小结

上海办公建筑数量巨大，很多是2005年未执

行节能设计标准时建造的。随着经济的发展、环境

控制标准的提高、人们对于环境舒适程度的重视，

办公建筑的能耗水平呈逐年上升的态势，因此办公

建筑节能势在必行。通过针对不同建筑的特点、用

能情况的差异等因素，应合理选择相应的节能改造

措施。

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