办公建筑能耗诊断与节能改进工作的研究

教育信息化2.0

thestudyofofficebuildingenergyconsumptiondiagnosis和能源保存流程杨谦柔

C.J Yang

文化大学建筑与城市规划研究所博士研究生征求摘要

建筑能耗诊断分析工作是建筑能耗管道的基础，本文介绍了PDCA循环的三阶段能耗诊断和改进节能机制，使办公楼能耗诊断和节能整改工作具体可行。 对于后续研究，建议分三个阶段消耗诊断工作是经过的，诊断内容和改进方法是经过的，广泛收集、调查相关信息，开发建筑能耗诊断专家系统。期有助于办公建筑的能源法规建设。关键词：办公楼，能耗诊断，节能改进Abstract

buildingenergymanagementbasedonenergyconsumptiondiagnosis，this paper submits诊断程序process should be have PDCA concept，andincludingenergysavingmethod.for the more，we suggest thatthesuccessionalresearchwillfacetodeveloptheexpertsystemofbuildingenergyconsumptiondiagnosisby3步骤诊断过程。Key Words:Office Building，能源配置诊断，能源服务一.前言

“诊断”一词从医学角度对人们判断为体质，对健康者的健康类型、动能与特定生过程的判断

即使断了，也属于诊断范畴，其操作前提是预防、治疗，预后1。 因此，本文针对“办公楼能耗”诊断一词的定义是“办公楼的能源消耗情况和使用状态的判断、能源消耗的问题和病因的挖掘、寻求治疗、预后的解决途径。 " "建筑能源管的主要目的是减少建筑消耗能量，用安全、健康、舒适的建筑环在环境的前提下，运用各种科学方法和技术进行促进节约能源。 建筑能耗诊断分析工作是建筑能耗源管基础，藉由现状调查与分析来寻找1中国大百科全书，p.1765。寻找能源消耗的课题和对策，包括PDCA2的手续，结束变成整个建筑物的循环运行。

本文由一般大管理者为了自己

要深刻认识能源管理，推进能源节约的改善措施往往面临困境，所以考虑三个阶段的能源消耗诊断步骤与内容，藉以诊断建筑能源的目标、方法和机制等工作内容。 能在期限内处理事务有利于建筑能源法规的建设。

二.办公建筑能耗诊断工作的内涵2.1办公建筑能耗因子办公室能耗因子分为建筑壳体能耗

2即计划(Plan )、实施(Do )、验证)和动(Action )、周而复始循环和持续能量诊断改善。9-6-1

Power DOE3的内部设备耗电量大软件

体模拟，其能耗因子包括建筑场地、方位、工况性能、空调系统、室内温度、室外空气室内人员密集、设备密集、照明密集、驾驶时间等因素。2.2建筑能耗因子与建筑节能技术的关系建筑节能的技术领域取决于能源消耗的影响因素分为“机箱节能设计”、“内部使用”分区和配置”、“设备性能的重新评估”、“设备使用”管技术》四大部分(张世典，2003 )，耗影响因素与节能技术的关系如图1所示。设备能量影响因子1 .系统规划2 .单元性能3 .设备设计水平4 .制造水平5 .材料性能

管材消耗能量影响因素1 .操作管

电气、空调照明、动作2 .维护管电气、空调照明、动作设备性能改善设备使用管能源需求减少

节约能源

能源效率提高

机箱节能设计空间活动分区外部能量影响因素

1 .区域气候2 .方位3 .开口4 .个案5 .遮阳

6 .地形地貌7 .栽种，邻室内部能量影响因子1 .空间尺2 .环境层面3 .使用型分区4 .人员密集5 .设备发热6 .使用时间节能技术一节能技术二节能技术三节能技术四图1能耗影响因素与节能技术的关系资源：张世典(2003 )。2.3建筑能耗诊断三阶段工作内容建筑能耗在初步诊断、二次诊断、在三次诊断等阶段，所有阶段都有相同的诊断人员、目标和所需研究资金如图2所示。初步诊断二次诊断三次诊断

诊断负责人进行大规模管理上司和管理者建筑设备技术技术专家

ESCO服务公司上司和专家

诊断的建筑环境概要状况、能源消耗能源消耗的问题和改善

详细的能源消耗量分析和具体

3建筑能耗模拟软件Power DOE由美国能源部等单位支持的计算机科学计算程序使用已知的气象资金、建筑概况、建筑设备规划情况、预测建筑时间消耗能源使用情况和能源使用情况。水平、善战对策方针诊断费用竣工图能源使用

账簿、日志竣工图

日志参考目视与访谈机器监测记住分析

图2建筑能耗诊断的三个阶段2.3.1 預備診斷

預備診斷階段係以一般大樓管理員為診斷人員，進行大樓能源總體消費情形的調查與了解，為一種簡易的自我診斷評估。診斷項目係以大樓管理人員平日工作範圍與所接觸到的電力帳單所列載項目與數值進行初步診斷工作，包括（1）建築環境概要、（2）大樓能源消費水準解析、（3）契約容量合理化與（4）功因改善程度。（1）建築環境概要：指建築物基本資料之調查，可分為建築設計概要、建築外殼設計概要、建築設備概要、營運管理情形等四大面向。此部分重點在對大樓營運狀況的了解，一般大樓管理人員雖然無法從這些調查結果中發現能源使用上的問題，但翔實的資料記載卻可提供二次診斷工作時的判別依據。（A）建築設計概要包括座落地點、基地面積、建築面積、總樓地板面積、樓層數、建築物高度、建築方位、構造方式、平面設計、各樓層的用途、機械室的位置、週邊環境等。

（B）外殼設計概要包括外殼面積、構造、遮陽設計情形、大廳出入口有無設置除風室等。

（C）建築設備概要包括空調方式、容量、台數、送風方式、運轉時間、衛生器具設置情形、電力、照明、動力設備設置情形等。（D）營運管理情形方面包括人員數、使用時間、管理體制與管理基準等。

9-6-2

（2）大樓能源消費水準解析：藉由全國普查之耗能水準常態分佈資料4，分析該大樓耗能水準之落點，藉以評析是否需要進行第二階段診斷作業。一般而言，政府辦公廳舍單位面積年耗電量 （ EUI ）平均值 153.39kwh⁄㎡‧year，商業辦公建築單位面積年耗電量（EUI）平均值 177.68kwh⁄㎡‧year。

（3）契約容量合理化：大樓與電力公司簽訂契約容量，若是用電量超過將被鉅額罰款。合理化的契約容量是以全年所繳的基本電費及超約罰款之總和最低為合理值，透過各月電費單據之記錄整理分析，可研擬最適宜之契約容量。

（4）功因改善程度：台電電價計費標準規定，用戶每月用電之平均功率因數不及百分之八十時，每低於百分之一，該月份電費應增加千分之三；

迎新系统

二次診斷係以熟悉能源改善方針之建築設備技術專業者為診斷人員，進行大樓能源總體消費情形的調查與評估。除了針對大樓整體耗電量之診斷外，亦依照使用類型檢視能源消費量合理性。一般可分為機器設備耗 4 本文以經濟部能源局於 2001 年至 2003 年間，委託財團法人中華建築中心「建築物能源管理技術研究

1/4～3/4」研究計畫，監測 23 棟辦公類建築之初步成果作為參考依據。能 EUI 與 DUI 值分析，及部門（樓層）耗能EUI 與 DUI 值分析。進行二次診斷時，除了大樓已有之計測量表外，尚須依照診斷標的增設必要之監測設備與儀器。大樓整體耗能水準診斷（kwh∕㎡‧year）機器設備耗能

EUI、DUI部門（樓層）耗能EUI、DUI

空調 照明 動力 A部門 B部門 C部門圖 3 耗能診斷指標關連例舉

（1）耗能診斷項目：包括：（A）每月總耗電量、空調耗電、照明耗電及其他動力耗電量（kWh）分析；（B）空調耗電、照明耗電及其他動力之比例（%）分析；（C）監測期間內最高需量（kW）之單月及單日進行分析；（D）各類設備單位面積用電需量強度DUI值（W/ m 2）分析；（E）各類

設備單位面積耗電密度 EUI 值（kWh/m2.yr）分析

（2）單位面積耗電密度 EUI（Energy Use Index）：單位樓地板面積消耗之電量（度），此值越高時，代表消耗之電量越多。可區分為空調（AC）、動力（Distribution）、照明（Lighting）等三大類。依分析之耗電設備主體不

同，其計算公式例舉如下：空調總樓地板面積（ ）空調總用電度數（ ）2m

kWh EUI AC =（2.1.1 式）9-6-3 動力總樓地板面積（ ）動力總用電度數（ ）2m

kWh EUI Distribution =（2.1.2 式）照明總樓地板面積（ ）照明總用電度數（ ）2m

kWh EUI Lighting =（2.1.3 式）全建物總樓地板面積（ ）全建物總用電度數（ ）2m

kWh EUI Total =（2.1.4 式）

（3）單位面積用電需量強度 DUI（Demand Use Index）：單位樓地板面積消耗之最大功率（kW），此值越高時，代表建物使用時需求之瞬間最大電量越高。依分析之耗電設備主體不同，包括空調（AC）、動力（Distribution）、照明（Lighting）等計算公式例舉如下：

空調總樓地板面積（ ）空調最大總用電功率（ ）2m

kW DUI AC =（2.2.1 式）動力總樓地板面積（ ）動力最大總用電功率（ ）2m

kW DUI Distribution =（2.2.2 式）照明總樓地板面積（ ）照明最大總用電功率（ ）2m

kW DUI Lighting =（2.2.3 式）全建物總樓地板面積（ ）全建物最大總用電功率（ ）T 2m

kW DUI otal =（2.2.4 式）

（4）設備耗能比例：辦公建築設備可分為空調、照明、動力，本文由歷年對商業辦公大樓 23 棟的全年耗能實測資料中，取出各月空調、照明、動力三個分項耗能 EUI 的值，以季節分開統計其用電分配比，得到商業辦公大樓的用電分配比例如下表 1 所示。參考該表，可知道該棟大樓各設備耗能比例是否合乎常態？若有異常，則可朝該耗能比例異常的設備項目進行細部診斷，尋找節能潛力。表 1 辦公大用電分配比例季節別 空調 照明 動力夏季（6～9 月） 47% 40% 13%春秋季（3～5、10

～11 月）

41% 46% 13%

冬季（12～2 月） 34% 49% 17%（5）室內環境水準與耗能關連解析：室內環境水準會影響大樓耗能情形，所以基本調查項目必需包括室內溫濕度、照度、二氧化碳濃度與 OA 機器密度之調查與解析。各項目與耗能設備之關連性如圖 4。室內環境溫濕度的設定隨環境條件變化，夏天設定26℃ ～ 28℃，冬天設定 20℃ ～22℃，可獲得良好的節約能源效果，

根據 ASHRAE Standard 62 所規定之室內二氧化碳濃度為 1000ppm 以內，而根據照度標準 CNS，大廳為30~75lux，辦公室為 500~750lux，走道為 50~100lux，CNS 照度基準參考如表 2 所示。空調系統照明系統溫濕度

二氧化碳濃度照度

OA機器密度

圖 4 室內環境水準與設備耗能關連性9-6-4 2.3.4 三次診斷

三次診斷係以預備診斷、二次診斷之調查項目為基礎，以能源技術專業服務者 5

（ESCO, Energy Service Company）或具有能源管理專長之大樓管理者為診斷人員較佳，

進行更詳細的設備能源使用效率改善診斷，並提出具體可行的改善方案。診斷面向包括空調系統中的冷凍機與空調機之診斷、照明系統診斷、電力系統診斷等。表 2 CNS 照度參考標準表30

5075

100150200300500750100015002000

場 所 工作設計製圖打字計算打卡

辦公室a（註1）、營業室、設計室、製圖室、門廳（白天）（註2）集會室、會客室、等候室、餐廳、廚房、娛樂室、休息室、守衛室、門廳（夜晚）、電梯廳

飲茶室、休息室、值班室、更衣室、倉庫、正門（台階）安全梯

辦公室b、職員室、會議室、印刷室、電話交換室、電子計算機室、控制室、診療室、電氣室和機械室等的配電盤、儀表盤、服務台書庫、工作室、金庫室、電氣室、機械室、電梯間

茶水間、浴室、走廊、樓梯、盥洗室、廁所

註 1：精細視覺工作以及由於天然光影響，室外明亮而室內感到暗，最好採用 a 的情況。

註 2：在門廳，眼睛適應著幾萬勒克斯的白天的室外天然光照度，因而廳內看起來暗。故希望門廳的照度高。再者，門廳的照明在夜間和白天宜按分檔開關進行調節。

教育信息化管理系统

ESCO透過能源效率的診斷、節能設備的安裝 、 相關節能措 施的規劃與 設計等等專 業 技術，為顧客節約能源，提昇效率，再從節能效益中收取一定比例的報酬。入風溫度、風速等項目進行監測與記錄，對於循環水量的測定則藉由超音波流量計進行測定，藉以發現空調機運轉效率低落的原因，進而提出改善方案。

（3）照明系統：進行現場環境之勘查、使用者訪談，以及照明器具使用狀況的調查，包括平均照度水準、累積點燈時間、累積故障率（累積故障台數⁄總台數）、燈具使用情形、照明器具清潔情形、安定器填充物是否流出變色、是否有接觸不良情形等現象。（4）電力系統：再次查核初步診斷階段所進行的契約容量、功率因素情形，必要時可建議該大樓裝設需量控制系統，進行電力負載控制。此外，對於配電電壓負載效率改善方面，負載率維持在 50～65%之間，運轉效率最高。故應測量變壓器的三相電流及瓦特值，若負載率偏低，則應採合併供電方式調整，減少變壓器無載損失，及變壓器三相各負載分佈是否平衡。三、耗能診斷與改善效益案例介紹3.1 常見省能方法與效益參考經濟部能源委員會所編印出版的《政府機關辦公室節能技術手冊》以及本研究實際案例實證之經驗，依照辦公建築設備分類，整理常見省能方法與效益如表 3 所示。表 3 常見省能方法與效益分類

省能方法 效益與回收年限契約容量合理化 ‧節省電費支出‧立即回收需量控制系統 ‧減少超約罰款降低電費

‧立即回收電力系統

提高功率因數 ‧獲得電費折扣、減少低壓線路功因落後損失9-6-5 分

類

省能方法 效益與回收年限‧立即回收照度合理化檢討 ‧調整燈具數量減少耗電‧立即回收

採用電子式安定器＋三波長燈管OA 燈具

‧減少照明用電與降低空調負荷，節能 28% ‧3 年回收照明系統

採用省電燈泡 ‧可節約能源 60%以上，並降低空調負荷‧3 年回收空調主機汰換為效率高之主機‧可節約空調用電 30～47%以上‧5 年以上才能回收定期保養主機及清洗冷凝器‧提高主機熱交換率，節約用電

‧3 年內

空調區劃 ‧節約不必要空調耗能‧立即回收台數控制 ‧減少設備耗電量‧立即回收VAV、VWV 變頻控制

‧降低耗能量

‧5 年以上才能回收冷卻水塔清潔維護與散熱片更換

‧提升散熱力，降低冷卻水溫度，每降低 1℃，主機可減少 1.5～3%耗電量冷卻水塔併聯加裝變頻器

‧節省冷卻水塔耗電‧5 年以上才能回收調整冷房溫度不低於 26℃‧節省空調用電‧立即回收減少外氣量 ‧節省空調用電‧立即回收

汰換窗、箱型冷氣機改為中央空調系統‧節省空調用電‧10 年以上空調系統

控制停車場抽排風機運轉時間‧節省用電‧1 年內採用液晶螢幕 ‧節省用電‧10 年以上插座用電

拔掉不用之電器設備插頭

‧節省用電 2%～3% ‧立即回收3.2 案例介紹

3.2.1 透過預備診斷作業進行改善（1）案例 A－契約容量調整：由於 A 大樓整年電力消費尖峰最高需量及離峰最高需量均未超過契約容量，因此可適當的調低契約容量。從基本電費的節省涵蓋超約部分的罰款，透過合理契約容量試算檢討分析之後，A 大樓的契約容量建議改善調整為900KW。表 4 A 大樓每月尖峰需量

月份 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月尖峰需量 822 784 734 745 821 926月份 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月尖峰需量 987 1034 945 921 903 841註：原契約容量為 1100KW

（2）案例 B－提高功率因數：由電費單之功率因數記錄發現其值偏低，如表 5所示。經過現場調查，係因為其自動功因控制器運作不正常，無法配合空調、照明、動力設備運轉，經原廠商維護調整後，將功率因素提升至 99%～100%之間，以獲得電費之功因折扣及減少低壓線路功因落後損失，估計至少可減少 1.2 %的電費。表 5 B 大樓功因改善前數值月份 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月功率因素 88% 89% 87% 90% 91% 93%月份 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月功率因素 93% 92% 91% 93% 91% 92%3.2.2 透過二次診斷作業進行改善

（1）案例 C－照度合理化：案例 C 大樓經現場實測室內環境品質，發現辦公區照度水準約為 750～950Lux 之間，較 CNS 照度標準 500～950Lux高；室內走道照度水準約為 500～850Lux，較 CNS 照度標準 100～200Lux 高。因此檢討整個辦公室照明區劃，減少一根燈管或加大照明器具間隔，並進行區劃管制，避免全般9-6-6 照明，以降低照明耗電消費。

（2）案例 D－改用電子式安定器：D 大樓各層辦公室原裝設 40W×2 型傳統式安定器日光燈具共約 250 具，建議改為 40W×2 型電子式安定器可減少照明用電約 17％左右。由於部分公共空間仍然有 100W 白熾燈泡共約 220具，建議改用 27W 型 PL 省電燈泡，可減少照明用電 60％以上。3.2.3 透過三次診斷作業進行改善（1）案例 E－企業機電管理部門介入診斷：企業總部機電部門管理人員針對大樓耗能進行詳細之監測、調查與診斷之後，提出具體可行之節能方案包括：（A）停車場空氣循環設備採時程設定及變頻控制、（B）停車場照明節約控制、（C）揚水泵供水變頻控制、（D）公共區域空調給排氣扇變頻控制。其中 A 方案節能效益最為顯著，在時程控制方面每年可節約電費 696718 元。B 方案停車場照明控制部分，由於不需要太大之照度，因此採用跳躍式點燈區劃，節省 30%以上之照明耗能。而 C、D 方案之變頻控制每年則可節省電費 1089738元。

（2）案例 F－能源技術專業服務介入協助空調系統汰舊換新作業：案例 F 係一機關辦公大樓，由於入選 92 年度中央廳舍暨院校空調節能改善計畫案例之一，所以有機會進行節能診斷與改善。由於該棟大樓空調系統已逾20 年，老舊且效率不佳，所以服務團隊提出了冰水主機汰換更新、循環水泵汰換更新、送風機系統採變風量方式、冷卻水塔汰換更新、風管回風管路徑改善及主機房保溫修補、增設空調及電力監控耗能監測系統等改善項目。由於採集中監控管理，改善後之總體節能率可逾 30%。四、結論與建議4.1 結論

本文建立具 PDCA 循環理念之三階段耗能診斷與節能改善機制，並涵容相關節能改善手法與效益，使辦公建築耗能診斷與節能改善作業內容具體可行。

所謂的 PDCA 循環診斷與節能改善係指每一階段之診斷作業是循序漸進、且具關連性。其內容包括：診斷計畫與目標的確立、診斷作業的實施、耗能情形的檢證與改善方案的提出。依照診斷內容程度之深淺與時程遠近提出三階段診斷作業程序，每一階段之診斷作業內容均有相呼應之節能改善作業方案，提供建築能源管理作業進行之參考。4.2 後續研究建議以本文所研提之三階段耗能診斷作業為經，診斷內容與改善方法為緯，廣泛收集、調查相關資訊，以充實其廣度與深度，開發建築耗能診斷專家系統。

此系統可藉由親切的人機介面與問答方式，逐步指引使用者尋得該棟大樓耗能診斷結果，並藉由背後強大之知識庫支持，提出具體可行的節能改善手法與效益。謝誌本研究成果承經濟部能源局委託之「建

築物能源管理技術研究 1/4～3/4」研究計畫支持，在此致謝。參考文獻

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