南京工程学院图书信息中心能耗现状分析

谌珂;陶郅;邓寿朋

【摘 要】由于能耗统计和分析的缺失,设计者凭主观决策的设计并不一定能达到预期的效果.以南京工程学院逸夫图书信息中心作为研究对象,分析其2014和2015年两年的能耗数据,结合实地能耗数据的调研以及使用方的反馈,通过实践数据来检验初始设计,以期得到更为客观的图书馆低能耗设计策略.分析过程中采用时间轴上年度间的纵向比较,分析图书馆能耗与气温和运营管理的关系;通过与其他大学图书馆横向的比较,准确定位分项能耗水平,引导分析设计策略.%Due to the lack of energy consumption statistics and analysis, a designer's subjective design decisions may not achieve the desired effect. Taking Yifu Library and Information Center of Nanjing Institute of Technology as the research object, this paper analyzes its energy consumption data of 2014 and 2015, combining field investigation of energy data and user feedbacks. This paper also analyzes the building's present situation of energy consumption and uses practical data to test the initial design objectives, in order to achieve more objective design strategies for low energy library designs. In the analytical process, by comparing its annual energy data, this paper analyzes the relationship between energy consumption, temperature and operation management of the library. At the same time, by comparing this library with other university libraries, this paper also accurately locates the energy consumption level, providing guidance for analysis and design strategies.

【期刊名称】《南方建筑》 【年(卷),期】2018(000)001 【总页数】5页(P36-40)

【关键词】大学图书馆;能耗现状;能耗统计;设计策略;运营管理 【作 者】谌珂;陶郅;邓寿朋

【作者单位】华南理工大学建筑学院;华南理工大学建筑学院;华南理工大学建筑设计研究院

【正文语种】中 文

【中图分类】TU242.3;TU244

1 项目概况

南京工程学院逸夫图书信息中心（以下简称南工图书信息中心），位于南京市南京工程学院江宁校区的校园中心（图1）。2005年初，江苏省教育厅批准学院建设新校区图书馆项目。同年4月，建设部发布了首部《公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）》，并于2005年7月1日起正式实施。项目从设计伊始，从选址规划到建筑设计、内部空调水源热泵设备的选取，以及屋顶墙体的设计，处处体现绿色的设计理念，力求实现低能耗图书馆的设计理念。该工程列入2006年南京市低能耗建筑试点工程（宁墙办2006-010号），财政部与建设部2007年“可再生能源建筑应用示范项目”（财建2007-002号）。

2008年4月，新校区图书馆落成，整个图书馆共5层，总建筑面积38470m2。建筑以“叠书”作为概念（图2），整体仿佛一堆随意叠放的书籍，4个立面都极

具雕塑感的体量，满足校园规划上对各轴线控制的要求。立面虚实对比强烈，虚的部分采用深灰色中空LOW-E玻璃幕墙，局部配置固定孔板外遮阳；实的部分采用灰色干挂石材，内贴保温板与页岩模数砖墙体形成低热阻的复合保温墙体[1]。由于校园主轴线与地理坐标呈45°夹角，阅览室主要布置在东北和东南，机房和研究室布置西北和西南，几个功能组团围绕着中间庭院展开，东侧局部放大形成共享中庭，朝西的幕墙增设了铝合金外遮阳，防止过度西晒对中庭舒适度的影响。 图书馆在使用过程中，具体的能耗数据是否符合设计预期，是我们设计者一直关心的问题，但由于监测平台的缺失，很难得到分项的具体能耗数据。直至2014年，南京工程学院对新校区的全部单体实现了用水用电的在线实时监控，及时发现水电异常，为学校节约了水电开支，同时也准确地监测了各个单体的实际能耗，为我们这次图书信息中心的能耗使用现状分析提供了技术支撑。 2 图书馆能耗构成分项比较

大学图书馆的能耗主要由空调设备、照明设备和其他设备能耗等3方面组成。我们从校园的水电监测平台上获得了2014年度和2015年度的完整分项能耗数据，为了尽可能减少单独年度气温变化对分项能耗指标的影响，取两年度分项之和作为研究对象（表1），其中动力用电主要是指图书馆内电梯的用电量，所占份额最小，仅为0.04%，相对于另外两个单项几乎可以忽略不计；照明插座的用电量最大，约占60%，是空调用电量的一倍多。

据文献数据显示，“建筑采暖、空调与通风能耗占建筑总能耗 70% 以上”[2]，“大型公共建筑中央空调系统的耗电量占其总电耗的40%～60%”[3]。由于校园建筑在最冷最热月份为寒暑假阶段，空调的使用相对较低，但空调用电量36.88%的比例也充分说明，项目中空调系统水源热泵的采用确实起到了节能的效果；另一方面，照明插座用电约占63.08%的用电比例，说明图书馆用于照明的能耗比例相对较高，需要对单方年用电量与其他同气候带的大学图书馆做进一步横向比较。

表1 12014年与2015年度图书馆能耗分项用电量2014年度 2015年度 合计 占百分比照明插座用电量（kW·h） 1605170 1763236 3368406 63.08%空调用电量（kW·h） 1178442 790987 1969429 36.88%动力用电量（kW·h） 1011 1078 2089 0.04%合计用电量（kW·h） 2784624 2555301 5339924 100% 表2 2014年度图书馆照明插座能耗月份 照明插座能耗（kW·h）1月 106760.33 2月 74901.47 3月 129995.60 4月 110670.03 5月 126392.07 6月 172871.04 7月 111102.16 8月 111160.73 9月 177350.08 10月 150969.41 11月 145693.57 12月 187303.62合计 1605170.11

表3 2015年度图书馆照明插座能耗月份 照明插座能耗（kW·h）1月 136536.7171 2月 87487.87012 3月 158893.4796 4月 136986.1488 5月 159154.5403 6月 179324.7493 7月 152035.0473 8月 140856.2066 9月 174867.846 10月 161360.6443 11月 154931.7411 12月 120801.0648合计 1763236.055

3 2014年度与2015年度图书馆能耗纵向比较

从分项用电量的分析中可以看出大学图书馆的能耗构成主要有两部分，即照明插座能耗和空调能耗。其中2014年度照明插座总能耗为1605170kW·h（表2），2015年度较上年度略有增加，总能耗为1763236kW·h（表3）。201 5年度照明用电量较2014年度稍高，且高出的部分分布较为均匀，说明图书馆对阅览室的照明标准有所提高，阅读空间的照度有所提升。

表4 2014年度空调能耗 月份 空调能耗（kW·h）1月 148522.23 2月 45795.90 3月 138267.45 4月 2289.99 5月 38814.16 6月 178732.04 7月 156591.13 8月 146594.11 9月 73688.98 10月 2697.52 11月 5142.57 12月 241306.72合计 1178442.80

表5 2015年度空调能耗月份 空调能耗（kW·h）1月 130420.0607 2月

1984.949393 3月 101437.3993 4月 2533.230506 5月 10211.17221 6月 75656.05035 7月 62887.71157 8月 129341.393 9月 76778.20117 10月 2780.363335 11月 43357.78861 12月 153598.6653合计 790986.9853 3.1 两年度照明插座耗电量比较

再看各月份之间的照明插座用电量差异（图3）：2014年最高值出现在6月和12月，2015年最高值出现在6月和9月，其中2 0 1 5年9月是开学季，其他3个最高值都是考试的季节，学生自修的要求提高，导致照明用电的增加；两年度的最低值都出现在2月份，说明寒假期间图书馆的使用频率最低，而7、8月份暑假图书馆并未闭馆，与其他月份相比，没有明显差异。从能耗数据最大和最小值出现的时间点与图书馆能耗实际使用之间关系来看，客观数据与主观分析基本匹配，也印证了照明插座能耗数据的准确性。 3.2 两年度空调用电量比较

相对于照明能耗，空调能耗受外部天气影响相对较大，年度能耗与当地城市该年份的天气情况相关联。接下来，通过时间维度上，年度之间分项能耗的比较，结合城市当年度的气象数据，进一步研究不同年份图书馆的空调能耗情况。

从年度指标上看，2015年度空调总用电量较 2014年度降低了33.87%（表4、5）。年度空调能耗的降低很大可能是相对温和的气温，减少了空调的使用量，另一种可能是能耗管理水平的提高，人为主动地节约了能源。于是，将南京当地两年天气的数据与空调用电量叠加在同一图表上，分别生成了年度空调用电量与气温的关系图（图4、5）。

图3 2014和2015年度照明插座能耗比较 图4 2014年度空调用电量与气温关系图 图5 2015年度空调用电量与气温关系图

纵观两幅图，两年度的空调能耗高峰均出现在冬、夏两季，且最高值均在冬季采暖

季。从数据上说明：系统所采用的水源热泵空调，夏季制冷效果较好，而冬季制暖效果较差。在使用方的意见反馈中也提到，即使付出了较高的电费，图书馆冬季的采暖效果也不尽人意。在2015年12月22日的实地调研中，我们选取了下午5点至晚上9点的时间段，测得图书馆阅览室的温度都介于21.1℃～22.3℃之间，满足阅览室20℃的温度设计标准；但中庭大厅的温度则介于16.5℃～18.2℃之间，且随时间变化逐渐呈下降趋势，下午6点以后基本上在设计标准温度18度以下，这就意味着中庭内布置的众多的阅览空间，无法满足使用者温度舒适度的要求。 回到空调用电量与气温的关系图中，两年度的最大值均出现在12月份，是外部天气气温较低与内部使用需求增加两种效应叠加的结果。其中2014年12月的平均最高气温为9.13℃，平均最低气温为-0.26℃，为两年中最冷月，也是空调能耗最大的月份。2015年8月是两年中最热月，平均最高气温达31.03℃，其空调的能耗也是当年夏季制冷的最大能耗，但与2014年相比， 6、7、8月的温度均没有高过2015年8月，但空调制冷的耗电量却都要大。这也说明：能耗数据大小与使用和管理关系密切，完善的管理和精确的控制对减少图书馆的能耗意义重大。 图6 国内大学图书馆单位面积年耗电量kW·h/·比较2）

图7 南工图书信息中心与同济大学图书馆单位面积耗电量分月比较 图8 年度照明单位面积耗电量比较 3）

比较完冬夏两季的空调用电量极大值，再看一下春秋两季，其中春季的4、5月和秋季的10、11月空调用电量上基本是零能耗。说明了通过合理的设计，在这4个月中并没有依赖空调的调节，基本上通过自然的通风，实现了建筑设计低能耗的目标，而如何进一步延长这个时间段也是我们课题研究的目的所在。

通过两年度图书馆自身能耗数据的纵向比较，空调能耗有大幅度的降低，照明能耗适度的增加，最终总能耗降低了8.23%，说明学校能耗监控平台的启用对能耗的有效控制作用逐步显现。

4 与其他大学图书馆能耗现状横向比较1）

如果时间轴上的纵向比较是对图书馆自身使用和管理的一次内部评估，那么与其他图书馆的横向比较则是对实际能耗水平高低的一次大检阅。有比较，才有鉴别，通过对比，更能够发现问题，也更具有现实意义。 4.1 单位面积年度耗电量比较

首先，粗略地选取了国内5所大学图书馆作为首轮比较对象，根据单位面积年耗电量的数据生成了图6这种跨地域气候分区的比较，只能粗略地对其能耗水平有一个大致定位。很明显，香港大学图书馆单位面积年耗电量远高于内地几所大学，这是由于香港大学图书馆一年四季均使用空调，未考虑自然通风[4]。而安徽工业大学图书馆由于管理上以自然通风采光为主，较少使用空调，单位面积年耗电量远低于其他高校。其他4所高校图书馆，一所位于夏热冬暖地区，一所位于寒冷地区，另外两所位于夏热冬冷地区，但单位面积年耗电量基本接近。关于两个极值的具体能耗特征，本文并不展开讨论，只是想表明，相对于外部气候上的差异对能耗产生的影响，内部使用方式的不同才是决定最终能耗高低的关键因素。 4.2 同热工分区单位面积耗电量分月比较

南京位于长江中下游地区，属于建筑热工分区的夏热冬冷地区，夏季炎热，冬季湿冷。本文所研究的南工图书信息中心和位于上海的同济大学图书馆都属于这个热工分区，相同热工分区的比较更具有现实意义。

从图7中两所高校图书馆各月的表现来看，能耗相差不大。同济大学图书馆除夏季空调能耗较高外，其他月份均低于南工程图书信息中心；南工图书信息中心冬季能耗数据高，再次说明水源热泵系统制冷效果强，但制热效果较差，仍需电力补充；南工图书信息中心在空调较少使用的春秋两季数据均高，说明照明系统单位面积耗电量大。

4.3 照明分项年度单位面积耗电量横向比较

在与使用方的回访中，我们也了解到，南工图书信息中心的馆方对整个图书馆的自然采光不甚满意。共享大厅内的西向遮阳虽然遮挡了太阳高度角较高的夏季，但在其他大部分时间内，大厅的采光质量不佳，后期使用中，增设了很多阅览座椅，更无法满足阅览的照度需求。由于玻璃幕墙选用了较深颜色，即使是在朝南的办公用房内，自然采光也满足不了一般的照度需求，一年四季从早到晚几乎都需要人工照明。东侧和北侧阅览室的情况也是如此，在2015年12月22日的调研中，距窗3m内，天然光照度基本满足阅读标准，6m以后照度迅速衰减，必须提供人工照明才能满足照度要求。全馆的采光几乎完全依赖人工照明，导致了年度照明单位面积耗电量相比较其他大学图书馆翻倍的结果（图8）。 图9 年度照明单位面积耗电量比较3） 4.4 空调分项年度单位面积耗电量横向比较

我们将所处地理位置气候条件接近的3所图书馆的年度空调单位面积耗电量放在图9中，明显看到，南京工程学院图书信息中心的数值最低，与同热工分区的同济大学图书馆比较，空调单位面积耗电量降低了约30%，又一次说明了合理选择空调系统对降低图书馆能耗的意义。 结语

本文将南京工程学院逸夫图书信息中心使用过程中能耗的基本情况、能耗构成及特点进行了分项的分析，并通过与其他院校的比较以期衡量分项能耗水平的高低，并与使用方对接，结合具体的实地调研数据，重新衡量了当初设计的节能目标。从一个公共建筑的实例印证了我国公共建筑低能耗设计方法不足导致的“设计决策主观化，多项能耗指标难以兼顾，设计过程与评价机制分离等问题”[5]。在表6中，梳理分析了项目最初设计阶段的一些主观设想与实际能耗现状的矛盾，并给出了相应的设计策略。

图书馆低能耗设计是一个复杂的系统，系统内各个方面有着不同甚至对立的需求。

设计者凭借主观意念、自上而下的设计，可能在某些方面起到降低能耗的效果，但也会牺牲其他方面的能耗。而最终能耗高低需要在使用过程中通过实际计量综合评判，及时总经验，不断地对最初的设计进行修正，才能真正的落实低能耗设计的初衷。 图、表来源

本文图、表由作者根据调研数据和相关文献数据绘制。 注释

1）其他几所高校的数据来自于期刊数据，未能确定灯具的选用以及空调的设定参数，所以横向的比较只能是宏观能耗的比较，无法排除灯具选择和空调使用行为模式对能耗的影响；

表6 现状问题与设计策略分析设计过程中的低能耗方案实际使用过程中能耗现状的评价分析评估后的结论及修改意见目的：减少热辐射；策略：外窗选用颜色较深的中空LOW-E玻璃辐射热大幅降低的同时，阅览室照度衰减严重，全馆采光几乎依赖人工照明颜色过深，外窗玻璃颜色的选择需平衡考虑热辐射和照明两个因素照明目的：减少中庭的热辐射；策略：增设铝合金百叶遮阳夏季有效阻挡了热辐射同时，其他季节严重影响了大厅采光质量单一角度固定铝合金百叶只降低了某些时段的热辐射，但对于全能总能耗的角度并未起到积极作用。需选用可调节角度的百叶窗空调利用校园中心湖，选用水源热泵空调系统较同类大学图书馆，大幅降低了空调能耗；但冬季制热效果不佳已在后期使用过程中增设电辅助加热通风 可开启窗扇自然通风的设计实现了全年4个月份空调零能耗 基本实现设计目标

2）南京工程学院图书馆和安徽工业大学图书馆数据由作者联系校方基建处协助提供；同济大学图书馆和香港大学图书馆数据来源：参考文献[4]；山东青年政治学院数据来源：宋旭东.图书馆能量使用状况分析及节能管理策略[D].济南：山东大学，2015；广州大学图书馆数据来源：陈柳枝.广州某图书馆能耗分析与节能改造[D].

广州：广州大学，2013；

3）安徽工业大学的数据（2015年度）由校方提供，其中包含少量分体式空调用电，但由于使用量非常少，暂且忽略；山东青年政治学院（2011年度）数据来源：宋旭东.图书馆能量使用状况分析及节能管理策略[D].济南：山东大学，2015：19。 参考文献

[1]李桂贞，韩峰，吴钦宽.绿色理念在图书馆建筑中的体现——以南京工程学院逸夫图书信息中心为例[J].南京工程学院学报(社会科学版)，2009，9（2）：26-27. [2]刘加平，高瑞，成辉.绿色建筑的评价与设计[J].南方建筑，2015（2）：4-8. [3]江亿.我国建筑能耗状况与节能重点[J].建设科技，2007（3）：26-29. [4]刘少瑜，苟中华，孙小暖.绿色校园的运行管理——同济大学与香港大学校园建筑物能耗比较分析[J].中国能源，2003（11）：34-37.

[5]孙澄,韩昀松.寒冷气候区低能耗公共建筑空间性能驱动设计体系建构[J].南方建筑，2013（3）：8-13.