浅析大型办公建筑运行能耗特点统计分析

陈怡锦

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文通过对我国24个省市453栋大型办公建筑基本信息、运行参数以及能耗数据进行调研，分别对综合能耗和电力消耗进行了统计分析，在此基础上分析了建筑固有特点以及运行特点与能耗的相关性，得出我国大型办公建筑能耗特点，并对主要能耗影响因素进行分析，为既有大型办公建筑能耗评价、诊断与优化运行工作提供一定的指导。

关键词:办公建筑；运行能耗；分项电耗；影响因素

0引言

随着我国经济建设的迅速发展，以及民众对生活品质要求的逐渐提高，我国建筑能耗在社会整体能耗的占比迅速增长。2020年9月22日举行的联合国大会上，***主席提出中国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。为响应第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议，提出：降低碳排放强度，支持有条件的地方率先达到碳排放峰值，制定二〇三〇年前碳排放达峰行动方案。对于建筑行业，要实现“碳中和”这一宏伟目标需要在节能和发展清洁低碳能源两方面努力。

2017年，中国建筑运行的总商品能耗为9.63亿吨标准煤，约占全国能源消费总量的21%，其中公共建筑能耗2.93亿吨标准煤，占建筑能耗总量的30.4%；城镇居住建筑能耗2.26亿吨标准煤，占比23.5%；农村建筑能耗2.43亿吨标准煤，占比25.2%；北方采暖能耗2.01亿吨标准煤，占比20.9%[1]。客观认识大型公共建筑的能耗特征是开展建筑节能工作的基础，我国各地研究者对一些城市的公共建筑进行了大量的能耗调查与节能分析[2-10]。但目前我国基于建筑实际运行数据大规模调研、分析的研究相对较少。

本文基于全国453栋办公建筑能耗调研数据，通过用能现状、能耗差异及特点分析，客观描述了我国大型办公建筑用能水平及能耗特点，从宏观上认识了我国大型办公建筑的能耗现状。

1基本概括

本文在全国范围内调研搜集了453栋2631.5万m2大型办公建筑相关数据，样本分布在全国24个省，覆盖严寒、寒冷、温和、夏热冬冷、夏热冬暖五个气候区，考虑到我国办公建筑整体分布情况，调研样本夏热冬冷、夏热冬暖及寒冷地区样本量比较大，严寒地区和温和地区样本量较少。调研采用问卷形式，分为数据初步调研及数据复核两个阶段。调研内容包括建筑基本信息：建筑所在城市、建筑建成年份、建筑规模、围护结构、设备信息；用能系统形式：能源类型、空调系统类型；建筑运行情况：运行时长、建筑功能分区、系统运行逻辑、节能措施；各类能源逐月能耗数据。

2大型既有办公建筑综合能耗特点分析

2.1综合能耗特点

大型办公建筑主要用能系统包括采暖系统、空调系统、照明系统、办公系统、动力系统、综合服务系统。对于大型办公建筑，不同建筑同一系统用能形式不同，如采暖空调系统，除消耗电力之外，还包括燃气、集中供热、集中供冷等不同用能形式；同一能源类型也可应用于不同建筑系统中，如电力用于采暖空调、照明、办公等多个系统。大型办公建筑能源消耗类型及用能系统。

调研的办公建筑能源类型主要包括电力、天然气、外购热力三类，其中电力是主要的能源类型。电力在所有建筑样本均有使用；有35.98%的样本有天然气消耗；10.15%的样本使用了外购热力。根据各类能耗数据计算建筑等效电，所有建筑年平均总等效电耗为238612.6万kWh，单位面积等效电耗为91.3kWh·m2。

样本建筑单位面积能耗分布，单位面积能耗处于40~80kWh·m2的建筑数量多，所占比例为49.7%，同时大多数建筑能耗水平处于80kWh·m2以下，这一能耗水平范围内的建筑占到总数的66.4%，同时建筑能耗超过140kWh·m2的建筑占比6.2%。

2.2建筑固有特点与能耗相关分析

2.2.1不同地区建筑能耗分析

气候因素是影响建筑能耗的主要因素之一，比较五个气候分区的建筑能耗的整体水平，对样本建筑统计，可以看出，能耗水平较高的是严寒地区，单位平米能耗为110.1kWh·m2，能耗水平低的是温和地区，单位平米能耗为70.2kWh·m2，夏热冬冷地区与寒冷地区差异不大。

2.2.2不同年份建筑能耗分析

37.1%的样本建筑建成年份主要为2011到2015年，占比高，其次是2006到2010年，1990年以前及2016年以后样本较少。对不同建成年份的建筑总能耗进行统计，2006-2010年建成的建筑能耗较高，年平均单位面积能耗在100.9kWh·m2左右。

2.2.3不同围护结构建筑能耗分析

围护结构热工性能是影响建筑能耗的重要因素之一，根据GB50189—2005《公共建筑节能设计标准》显示，2005年之前的办公建筑，其建筑填充墙材多为实心黏土砖、空心黏土砖或者加气混凝土砌块等，其热工性能较差，一般在2.0W/(m2·K)左右；2005年之后建造的建筑，围护结构的热工性能上有了较大的提升。围护结构性能影响着建筑暖通空调负荷水平，围护结构热工性能越好，建筑暖通空调的能耗越低。调研样本的外墙主要包括加气混凝土块、灰砂砖等5类材料，能耗对比结果，从能耗分布来看，除其他类外墙，加气混凝土砌块能耗高，灰砂砖建筑能耗分布能耗差异性大，空心黏土砖建筑能耗比较集中，实心黏土砖类型建筑平均能耗低，为73.3kWh·m2。

不同外窗类型建筑能耗水平，对于单层玻璃建筑和中空双/三层玻璃建筑，其能耗水平接近，单层玻璃建筑平均值均为79.0kWh·m2，中空双/三层玻璃建筑平均值均为80.6kWh·m2，其他外窗类型建筑样本能耗高，能耗均值为100.1kWh·m2。单玻窗建筑平均能耗接近双玻建筑，分析其原因，主要在于单玻窗样本建筑能耗低于63.5kWh·m2的占一半，拉低了该类建筑能耗平均水平，与该部分建筑服务质量有明显关系。双玻/三玻窗建筑存在部分高能耗样本建筑，这部分样本为办公建筑，服务水平较高，建筑能耗相对较高。

2.3建筑运行特点与能耗相关性分析

2.3.1不同功能类型建筑能耗分析

样本建筑按照具体功能可分为一般办公、金融、IT、媒体、混合及其他功能办公6类，按照金融/IT/媒体、一般办公、混合功能及其他类型进行能耗统计。一般办公、混合及其他功能办公建筑能耗较低，中位值分别为72.1kWh·m2、67.5kWh·m2；金融/IT/媒体类建筑能耗高，中位值75.2kWh·m2，大值231.2kWh·m2，平均值97.5kWh·m2。一般办公能耗数据相对集中，其它办公建筑能耗差异明显，建筑功能是影响建筑能耗水平的主要因素之一。

2.3.2不同运行情况建筑能耗分析

(1)建筑每天运行时长。建筑运行方式是影响建筑功能效果的重要因素之一，工作运行时长是体现建筑不同运行方式的重要指标。样本建筑由于具体功能、服务对象的不同，其每日工作时长也存在差异，大多数建筑工作时长为8~10h，占比40.2%，其次为工作时长小于8h，占比32.5%，部分建筑工作时长超过12h，例如部分大型办公建筑采用24小时工作制，该部分建筑数量占比17.2%。不同工作时长建筑单位面积能耗，相同工作时长建筑能耗差异性较大，整体趋势来看建筑单位面积能耗随工作时长增加而增加。

（2）使用率。建筑使用率反映了建筑的整体使用情况。采用使用率可明确的建筑样本对能耗与使用率相关性进行分析。不同使用率建筑单位面积能耗，随使用率增加，建筑单位面积能耗逐渐增加。

（3）常驻办公人数。常驻办公人数反映了建筑的规模，办公人数与建筑能耗水平密切相关。不同办公人数与建筑单位面积能耗呈现正相关关系，随着办公人数的增加，单位面积能耗逐渐增加。结合样本建筑特点，办公人数越多的建筑，建筑规模越大，通常为服务量大，服务质量高的办公建筑，其单位面积能耗相对小型办公建筑较高。

2.3.3不同HVAC系统建筑能耗分析

暖通空调系统为建筑主要系统之一，其系统形式及运行方式，密切影响了建筑整体能耗水平。对于建筑HVAC系统的调研内容主要包括建筑暖通空调形式、系统相关参数设定和控制方式、系统调试情况和节能措施等，通过调研不同系统及运行方式下的建筑能耗，分析HVAC系统与建筑能耗的关系。

根据调研结果，目前我国办公建筑主要的空调形式主要是定风量系统、变风量系统、风机盘管+新风系统、多联机系统、分体空调等，其中风盘+新风系统占比高，达到32.9%，其次是分体空调和多联机系统，分别占21.6%、19.6%。

不同空调形式的样本建筑能耗为：定风量系统平均能耗水平为84.7kWh·m2，中位值能耗为71.1kWh·m2，高能耗为178.7kWh·m2，变风量系统平均能耗水平为93.6kWh·m2，中位值能耗为76.0kWh·m2，高于定风量系统，其高能耗为154.7kWh·m2。风机盘管+新风形式系统建筑平均能耗为86.0kWh·m2，分体空调建筑平均能耗为81.6kWh·m2，多联机系统建筑平均能耗为95.2kWh·m2，多联机系统建筑整体能耗水平高。

3建筑耗电量分析

3.1总电耗分析

在大型办公类建筑中，电力是主要的能源形式，大型办公建筑电力消耗比较集中，主要分布在15kWh·m2~152kWh·m2，平均值为74.87kWh·m2。部分办公建筑因其自身特殊性，电耗明显高于其他建筑，可达均值的7倍以上。

3.2分项电耗分析

通过对各分项电耗数据统计分析，暖通空调系统能耗比重高，占总电耗的41.9%，其次是照明电耗，占总电耗26.4%，然后是动力系统能耗，占总电耗的18.3%，特殊电耗占比13.4%。

对于采暖空调电耗来讲，不同机构消耗占比差异明显，样本建筑空调能耗主要占比28%~55%，个别样本采暖空调电耗比例高达81%，该差异主要与建筑空调采暖系统形式及运行方式有关；照明系统电耗比例主要为12%到38%，造成该差异的原因主要为照明设备的节能性以及运行策略的合理性；动力系统电耗、特殊电耗比例的差异相对较小，该部分耗电设备种类较为固定，且本身能耗占比较小。可以看出，空调采暖系统以及照明系统为大型办公建筑主要能耗组成部分，是节能的主要工作。

4Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

◆电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

◆能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

◆预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表中心：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

◆充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板

◆智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

◆安全用电

安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现及时的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。填补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

 

分类	产品型号	外观	产品功能
无线测温	ARTM-Pn		可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度
ATC600		ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度
光伏监控	AGF

 

 

	光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量电流20A；电压测量功能可测量母线电压DC1500V
电力监控	AEM96

 

 

	三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出
APM系列

 

 

	全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月值和上月值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。
预付费	DDSY

 

 

	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
DTSY

 

 

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。
智能抄表	ADL200

 

 

	单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。
ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。
ADW210		4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。
ADW300

 

 

	三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯
直流电能表	DJSF1352		1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。
电气	ARCM300-Z		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传
AAFD-DU

 

 

	监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出
充电桩	ACX系列		充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电，
AEV_AC007

 

 

	额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi
智慧照明	ASL200

 

 

遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出

 

5结语

大型办公建筑是公共建筑的主要建筑类型之一，分析大型办公建筑能耗特点及其影响因素是深入了解我国公共建筑能耗情况的重要手段。本文通过全国453栋综合大型办公建筑能耗及影响因素统计分析，得出我国大型办公建筑能耗现状及能耗特点。

我国大型办公建筑年均单位面积能耗（等效电）为91.3kWh·m2，66.4%样本建筑能耗水平低于

80kWh·m2，代表大多数大型办公建筑能耗水平，部分高能耗建筑年均单位面积能耗超过140kWh·m2，占总样本数量的6.2%。

我国大型办公建筑电力消耗主要分布在15~152kWh·m2，平均值为74.87kWh·m2。对于办公建筑分项电耗，采暖空调耗电量明显高于照明插座耗电量，高于动力系统，特殊电耗占比低，采暖空调节能潜力高。

办公建筑能耗除受围护结构、气候区等因素影响外，不同地区经济因素、建筑运行状态、服务功能等对建筑能耗影响也很明显。由于办公建筑用能系统较复杂、运行工况差异明显、能耗影响因素众多，再加上在设计、施工、使用及运行维护等环节的粗放式管理因素的不利影响，使得大型办公建筑的节能工作成为了一个系统的复杂工程，需针对具体建筑的使用特点，科学地进行能耗分析与节能诊断，合理选择低成本的节能改造方案，有效降低节能改造的风险、提高大型办公建筑节能改造升清洁能源的使用比例。明确将各类工业和民用绿色建筑、超低能耗建筑、建筑可再生能源应用、装配式建筑、既有建筑节能绿色改造、绿色照明改造、绿色园区建设与改造等列为绿色债券支持项目，本市适时开展绿色建筑“碳中和债”、节能改造金融配套资金引导，做好政策设计和规划，引导金融资源向绿色发展领域倾斜，为建筑业主、节能改造公司提供绿色金融支持。从而实现建筑行业的绿色转型和绿色发展。

四是强化监管体系。建立基于全市建筑全生命周期碳排放数据、可再生能源应用数据、碳汇量的监测与动态管理，加快推进建设项目设计、施工、验收监管，强化工程现场的执法监督检查以及各类标识（绿建级、能效标识等）评价，保证绿色/低碳建筑技术在建筑全生命周期的实施效果。加强上海公共建筑能耗对标与公示管理。在已出台的9类建筑合理用能指南的基础上，适时推动建筑运行阶段能耗强制对标制度的建设，制定更加细化的能耗公示相关管理办法，逐步分类推动各类型建筑能耗排行榜单的落实，并在此基础上，推动建筑绿色低碳各项考核机制。推动区区、新城、各类型楼宇之间的降碳比对和排名。

五是创新发展体系。推动研究攻关低碳建筑、低碳社区、零碳社区建筑技术及产品，推动超低能耗建筑规模化工程应用。在五个新城中选取规模适宜、功能复合的片区作为绿色低碳试点区，探索建立适合建筑领域的碳排放权交易机制。目前建筑领域主体多元、单个建筑碳减排量小的现状，探索行政、园区或行业，如行政区、五大新城、高校等的建筑碳排放交易机制。

以节能减碳目标为导向，以监管平台为抓手，贯彻“共建互联共享”，引导社会各界等共同参与和管理，履行降碳节能监管责任，助力上海早日实现碳达峰碳中和目标。

参考文献

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[2]王远，魏庆芃，薛志峰等.北京市大型公共建筑能耗统计数据库与初步分析[J].全国暖通空调年会论文集，2006.

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[11]企业微电网设计与应用手册2022.05版.

[12]李林涛，陈昭文，曹越，魏峥，齐泽伟，宋业辉.大型办公建筑运行能耗特点统计分析

作者简介：

作者简介：陈怡锦，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电气火灾监控系统的研发和应用。Acrel295（+V）

审核编辑 黄宇