结 论
对于建成年代较早的既有公共建筑来说，整个建筑没有实现能耗分项计量，往往只有一块总电表，无法对能耗进行分项的统计、分析，继而难以有针对性的提出节能优化方案。 此外，在针对已建成的办公建筑实施节能优化方案时，在进行实地调研收集整理建筑各设备的运行数据后，往往采取“头疼医头、脚疼医脚”的方式提出节能优化方案，根据空调制冷及采暖时间简单估算节约能耗量的数值，除了难以准确计量实际采取各项节能优化措施后的节能效果，也无法准确的定量分析各项优化节能方案节能量的比重，难以在实际更换设备时进行最为经济合理的选择。在寒冷地区办公建筑的节能研究中，经济性回收期的计算少有涉及，难以结合实际情况在工程中加以推广应用。
因此本文旨在针对寒冷地区一栋建成年代相对较早的办公建筑，基于 eQUEST 建筑全年能耗模拟计算软件建立起建筑全年用电基本模型，并通过与建筑全年用电量的实际数据相比对，完成对该模型可靠性的合理验证。然后结合现场实地调研采集的该栋办公建筑实际运行数据，有针对性的设置建筑围护结构、暖通空调系统各项参数，对各项节能优化方案对建筑全年用电量的节能效果进行数据量化分析，并结合经济性回收期的计算分析，最终针对该建筑的实际情况，提出经济合理的节能优化方案。关于建筑节能优化方案的分析得到如下结论：
（1）随着 XPS 保温层厚度从 0 增加到 100mm，屋面保温性能有了显着改善，其传热系数从 2.38W/（m2·K)逐渐降低至 0.27W/（m2·K)，夏季空调制冷耗电量从 322.54×103kWh 降低至 317.64×103kWh，节能量有限并不明显；分析原因可知，随着屋面传热系数的逐渐降低，夏季日间空调系统运行时由于传热减少而降低的室内冷负荷值，大于晚间屋面散热效果减弱而增加的室内冷负荷，但二者数值相差很小。冬季空调供暖耗电量从 915.52×103kWh 降低至 870.16×103kWh，节能量为 45360kWh；分析原因可知，由于冬季室内外温差较大，随着屋面传热系数的逐渐降低，冬季室内热损失逐渐减少，有效降低了热负荷，从而降低空调供暖耗电量。综合全年建筑空调系统耗电量来看，当XPS 保温板厚度的逐渐增大时，每增加 10mm 保温层厚度，保温性能改善带来的耗电量节约效果逐渐减弱；建筑屋面敷设 100mm 厚的保温层与屋面无保温相比，全年空调系统耗电量节能率为 4.23%，由于屋顶单位面积接收的太阳辐射热量较多，且屋面面积占整个建筑表面积的比例有限，屋顶保温性能的提升对于减少建筑全年用电量有一定效果，但节能量有限。考虑到屋顶无保温时室内人员为了满足舒适度的要求，常常超长时间运行空调系统，甚至在夜间也维持运行以满足早间室内温度要求，屋面保温性能的改善带来的节能效果应优于模拟计算值，可作为节能优化方案之一进一步计算经济效果。
（2）随着保温层厚度从 0 增加到 100mm，外墙保温性能有了显着改善，其传热系数从 1.62W（/m2·K)逐渐降低至 0.21W（/m2·K)，夏季空调制冷耗电量有所增加，从 322.54×103kWh 变化为 336.01×103kWh；分析原因可知，当外墙传热系数逐渐减小时，夏季日间空调系统运行时由于传热减少而降低的室内冷负荷数值，小于晚间外墙散热效果减弱而增加的室内冷负荷数值，因此夏季空调制冷耗电量有所增加。冬季空调供暖耗电量从 915.52×103kWh 大幅度降低至 670.90×103kWh，节能量为 244620kWh；分析原因可知，由于冬季室内外温差较大，随着外墙传热系数的逐渐降低，冬季室内热损失逐渐减少，有效降低了热负荷，从而大幅度降低空调供暖耗电量。综合全年来看，建筑空调系统耗电量从 1238.06×103kWh 大幅度降低至 1006.91×103kWh，节能量为 231150kWh。改善外墙保温性能与提升屋面保温性能的计算结果并不相同，进一步分析原因可知，除了外墙面积大于屋面面积这一因素导致外墙传热系数降低带来的冬季空调耗电量节能效果优于屋面传热系数降低以外，与屋面相比外墙得到太阳直射辐射量相对较少，冬季外墙室内外的温差大于屋面室内外温差，因此外墙处的散热损失比屋面处更大，改善保温性能后冬季节能效果也更好。对于夏季来说，外墙接受的太阳直射辐射量相对较少，外墙外表面温度要低于屋面的外表面温度，外墙处由于室内外温差导致的传热量要低于屋面处；而夏季夜间建筑物向室外散热时，由于外墙面积更大，保温性能提升对散热的不利影响也更大，因此综合来看，外墙保温性能提升后，夏季空调制冷耗电量有所增加。但显然针对寒冷地区的自然条件来说，冬季供暖耗电量大于夏季制冷耗电量，综合建筑全年来说，提升外墙保温性能可以显着降低建筑全年空调系统耗电量，是有效的重要节能减排手段。保温层厚度的逐渐增加，每增加 10mm 保温层厚度，保温性能改善带来的耗电量节约效果逐渐减弱；外墙敷设 100mm 厚的保温层与外墙无保温相比，全年空调系统耗电量节能率为 22.96%，考虑到现在无保温时室内人员为了满足舒适度的要求，常常在夜间也维持运行空调系统，外墙保温性能的改善带来的节能效果应优于模拟计算值，可作为该栋办公建筑的节能优化方案之一进行经济效益的计算。
（3）随着外窗传热系数从 4.8W/（m2·K)逐渐降低至 1.3W/（m2·K)，夏季空调制冷耗电量有所增加，从 322.54×103kWh 变化为 363.89×103kWh；分析原因可知，当外窗传热系数逐渐减小时，夏季日间空调系统运行时由于传热减少而降低的室内冷负荷数值，小于晚间外窗散热效果减弱而增加的室内冷负荷数值，因此夏季空调制冷耗电量有所增加。冬季空调供暖耗电量从 915.52×103kWh 大幅度降低至 656.41×103kWh，节能量为259110kWh；分析原因可知，由于冬季室内外温差较大，随着外窗传热系数的逐渐降低，冬季室内热损失逐渐减少，有效降低了热负荷，从而大幅度降低空调供暖耗电量。综合全年来看，建筑空调系统耗电量从 1238.06×103kWh 大幅度降低至 1020.30×103kWh，节能量为 217760kWh，全年空调系统耗电量节能率为 21.3%，可作为该栋办公建筑的节能优化方案之一进行经济效益的计算。
（4）当机组 COP 值从 2.0 逐渐提高到 3.4 时，空调制冷耗电量减少了 50150kWh，制冷耗电量节能率达到 15.55%。进一步对建筑制冷用电量的变化进行分析，可观察到随着 COP 值的不断提高，每提高一个能效等级提升机组性能系数带来的节能效果呈递减趋势，制冷耗电量下降比例在 6.87%~3.44%之间，因此可知当制冷机组性能系数提高到一定水平后，继续提高制冷机组性能系数降低的建筑制冷用电量有限。由于该栋办公建筑风冷热泵机组实际运行 COP 过低，在合理范围内提升风冷热泵的性能系数，可有效降低空调制冷用电量，节能效果较好。
（5）当水泵效率从 55%提升至 80%时，水泵耗电量从 81.85×103kWh 减少至45.39×103kWh，节约电能 36.46×103kWh，以水泵效率为 55%时的空调制冷耗电量为基准，计算得到节能率为 11.20%。随着水泵效率的不断提升，其带来的节能效果显着程度逐渐降低，使用效率为 75%的冷冻水泵与使用效率为 80%的冷冻水泵相比，节能效果有限。因此，应针对项目实际需求合理选择冷冻水泵。该栋办公建筑冷冻水泵的额定效率为 79%，已经满足节能运行的要求，但水泵实际运行效率过低导致难以满足节能要求，因此考虑换用较高效率的水泵，并进一步进行经济性回收期的计算。
（6）使用水泵变频调速控制措施后，水泵耗电量有了大幅度的降低，从81.85×103kWh 减少至 53.20×103kWh，节约电能 28.64×103kWh，以采用定频冷冻水泵时的空调制冷耗电量为基准，计算得到节能率为 8.79%，具有较好的节能效果，可作为节能优化方案进行后续经济性回收期的计算与研究。
关于各项节能优化方案进一步的经济效益分析得到如下结论：
（1）采取改善围护结构整体保温性能的措施后，全年空调系统耗电量有了大幅度的降低，从 1238.06×103kWh 减少至 840.78×103kWh，节约电能 397.28×103kWh，以建筑围护结构优化前的全年空调系统耗电量为基准，计算得到节能率为 32.09%。当地电价按照 0.97 元/kWh 计算，全年总计节约电费 385366.43 元。根据工程经济学中的动态投资回收期计算公式进行回收期计算，计算结果回收期为 4.67 年。
（2）采取更换能效较高的风冷热泵机组（内置变频冷冻水泵）的措施后，综合计算后夏季空调制冷耗电量有了一定程度的降低，从 322.54×103kWh 减少至 182.36×103kWh，节约电能 140.18×103kWh，以节能优化前的夏季空调制冷耗电量为基准，计算得到节能率为 43.46%。当地电价按照 0.97 元/kWh 计算，全年总计节约电费 135974.6 元。一台制冷量 960kW 的内置喷雾系统的高效机组造价总计 652088 元，根据工程经济学中的动态投资回收期计算公式进行回收期计算，计算结果回收期为 6.29 年。
（3）采取水泵变频控制及提升效率的措施后，综合计算后夏季空调制冷耗电量有了一定程度的降低，从322.54×103kWh 减少至 280.45×103kWh，节约电能 42.09×103kWh，以节能优化前的夏季空调制冷耗电量为基准，计算得到节能率为 13.04%。当地电价按照0.97 元/kWh 计算，全年总计节约电费 40827.3 元。两台效率达到 80%的变频水泵造价总计 75390 元，根据工程经济学中的动态投资回收期计算公式进行回收期计算，计算结果回收期为 2.08 年。
对于该栋办公建筑来说，各项节能优化方案的经济回收期都在 7 年以内，其中提升围护结构保温性能的全年空调耗电量节能效果最好，回收期为 4.67 年；提升制冷机组性能系数的全年空调耗电量节能率为 10.45%，初投资较高回收期最长；提升水泵效率及变频控制的全年空调耗电量节能效果较为有限，但初投资最低仅为 2.08 年。上述节能优化方案的经济效益计算结果都证明可行性较高，可以提供建筑运营方采用。
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