本文以湖南某高校新建绿色图书馆为例，利用中央空调综合节能平台系统实行节能监控管理。针对空调设计参数，减少对空调负荷的影响程度，在此基础上提出相应的节能策略。

合同能源管理模式

▌工程概况及合同模式

该工程为某高校新建图书馆，位于湖南省衡阳市，地下两层，地上十层，建筑总面积39552.2m²，建筑高度47.50m，按照《湖南省绿色建筑评价标准》属于1星级绿色建筑。考虑寒暑假及学生作息与办公作息有所不同，九至十层图书馆办公人员设置独立的空调系统，ESCO的服务对象为一至八层，空调面积26021.81m²,总冷负荷3340 kW,总热负荷2400 kW。学校与节能服务公司签订托管型能源管理合同，ESCO负责空调机房的投资建设与合同期内的运营维护，学校每月支付托管费用，合同期限为十年，合同结束后设备归学校所有。

▌运营服务与节能要求

供暖期为11月15日至次年3月15日，供冷期为5月15日至10月15日（剔除寒暑假及其他因素无需空调时间，约定实际供冷70天、供热70天），空调开启时间为8:00至21:30，室内温度标准：供冷26±2℃，供热20±2℃。运营期间空调系统全年综合能效（制冷系统全年累计供冷量/制冷系统全年累计用电量）不低于5.4。

▌用能费用的调整

具体费用结算按照年度托管费用(中标价/合同期的期限)12个月均摊，该费用包括空调期内的能源费用。双方约定当能源价格上涨时，能源费用差额由学校承担，价格下降时，学校相应减少托管费用。如因天气原因、设备故障、学校管理要求等原因，全年超过或减少使用天数，按照全年的平均能源费用进行核减或核增托管费用。如每天开放时间有调整，也应按照全年的小时能耗平均值增加或减少托管费用。

空调负荷影响因素

影响负荷的主要变量包括：建筑本体的热工性能、使用者相关信息（人员密度、运行时间、室内设计温度、灯光及设备开启情况等）、气象参数、自然通风换气等。该项目建筑设计建设已经完成，因此将围护结构热工性能、灯光及设备散热视为固定变量，主要考虑的变量为室外气象参数、室内温度、人员密度、人均新风量、自然通风对空调负荷的影响。在利用EnergyPlus分析不确定性变量对空调负荷的影响时，以设计工况为基点每次只改变一个变量，其他变量固定，分析该变量对空调负荷的影响程度。

▌模型的建立

通过软件平台，建立起图书馆的物理模型，如图1所示。

将该模型参考来源于建筑设计图纸，具体信息见表1。

灯光和设备最大散热功率分别为9W/m²和15 W/m²，室内蓄热体主要为书、书架及桌椅，书的比热容为1.8 kJ/(kg·K)、密度为800 kg/m³，书架比热容为1.72 kJ/(kg·K)、密度为540 kg/m³。一楼为大厅，二至八楼座位分别为254、456、424、400、336、460、296个。室内设计温度：夏季26℃、冬季20℃、人均新风量30 m³/（h·人），寒假日期为1月15日至3月1日，暑假日期为7月15日至8月31日。人员与设备、灯光作息如图2和图3所示。

▌气象数据

目前模拟软件最常用的气象数据为CSWD（中国标准气象年），CSWD数据是基于1971-2003年实测气象数据开发，与目前真实气象数据已有一定差异。邵涛涛对一栋夏热冬冷地区办公建筑的研究表明，不同年份的气象数据导致的能耗变化幅度为-9%～11%。因此在分析气象数据对空调负荷的影响时，采用CSWD、2012-2021年共计11个气象数据进行计算。计算结果如图4所示，在典型气象年下空调冷负荷为80.3 kWh/(m²·a)、热负荷为38.59 kWh/(m²·a)。历年真实气象数据下冷负荷呈现大幅度增加趋势，热负荷呈现略微下降趋势。与典型年相比，冷负荷最大值增加了28%，热负荷最小值下降了16%。2012-2021年间冷负荷最大值较平均值高15.32%，热负荷最小值较平均值低10.40%。2014年空调负荷最接近近十年平均值，在分析其他参数对空调能耗的影响时，以2014年的气象数据作为输入参数。历年空调冷/热负荷见图4。

▌渗透风与自然通风

渗透风量与建筑气密性密切相关，该建筑窗户气密性等级为7级，根据GB/T 31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》的性能分级方法，理论计算得出该建筑渗透换气次数在0.05~0.1次/h之间，模拟计算得出在该范围内空调全年累计耗冷量变化率为0.25%，全年累计耗热量变化率为2.3%，对空调冷热负荷影响较小，且空调系统新风的引入会使室内相对于室外为正压，减少了室外空气渗透对室内负荷的影响，因此将渗透换气次数设定为0.1次/h，不再考虑渗透换气次数变化对负荷的影响。自然通风量受门窗开启面积、室内外风压和热压等多种因素影响。该建筑窗户最大可开启面积为10%，设定过渡季节窗户可开启时间为4月1日-6月30日、9月1日-10月31日，可开启条件为室外温度低于室内温度，窗户开启面积为0~10%。模拟计算不同开启面积下空调冷负荷变化，结果图如图5所示。

由图5可知，在过渡季节随着窗户开启面积比例的增大，自然通风能力加强，全年累计耗冷量逐渐下降，但下降趋势明显减小，窗户开启面积达到50%后，加大开窗面积节能效果已不再明显。

▌室内环境与入馆人数

在合同中双方仅商定了室内温度与开放时间，对入馆人数及人均新风量没有作具体要求，实际上入馆人数及人均新风量对空调负荷的影响是不可忽略的。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（以下简称为《规范》）规定公共建筑主要功能房间人均新风量为30 m³/（h·人），按此标准计算得出高密人群建筑新风负荷占比可达20%～40%，结合建筑人员流动特性与节能需求，《规范》对该条文进行了解释说明，将人员密度（人数/面积）≤0.4的图书馆类建筑最小新风量指标放宽至17 m³/（h·人），因此本文将新风指标范围设定为17~30 m³/（h·人）。

阅览室入馆人数受在校人数、学生学习习惯等多种因素影响，本文将入馆人数范围设定为实际座位数的50%～100%，且假设人员均匀分布在各个楼层，人员作息按照图2所示。计算结果如图6～图8所示。

由图可知：夏季室内温度每降低1℃，全年累计冷负荷约增加12.5kWh/(a·m²)，冬季室内温度每增加1℃,全年累计热负荷约增4.5 kWh/(a·m2)。最大新风量和最小新风量指标下全年冷负荷相差9.33 kWh/(a·m²)，热负荷相差6.53 kWh/(a·m²)。人均新风量每增加3.25 m³/（h·人），冷负荷增加2.33 kWh/(a·m²)，热负荷增加1.63 kWh/(a·m²)。入馆人数每降低10%，空调年耗冷量降低3.87 kWh/(a·m²)，空调年耗热量降低1.55 kWh/(a·m²)。

由此可知对冷热负荷影响程度最大的均是室内温度，其次是入馆率。因此根据入馆人数对室内温度进行分区控制，以此可达到节能目的。不同室内温度下冷/热负荷见图6，不同新风指标下冷/热负荷见图7，不同入馆率下冷/热负荷见图8。

节能运行策略

由上文可知影响空调负荷最大的变量为室内温度与入馆人数，根据《规范》第3.0.2条说明，图书馆开架书库可视为短期逗留区，其设计温度可比长期逗留区放宽1~2℃，适当降低舒适度要求（夏季室温放宽至28℃、冬季放宽至16℃）。该图书馆属于大开间，开架书库与预览区之间没有隔断，温度分区难以实现，但可根据实际入馆人数对室内温度进行分楼层控制或者根据馆内人员作息对部分楼层进行间歇控制，以此降低空调耗冷/热量。

▌分层控制

以实际入馆人数为1890人为例，其人员可均匀分布在一至八层，也可集中分布在一至六层，七至八层只有在借还图书时有短暂停留，将其视为短期逗留区。内部设备及灯光开启率设为正常作息的三分之一，在降低空调能耗的同时也可降低设备及灯光电耗，不同入馆人数下的分层控制策略见表2。

模拟计算五种入馆人数两种控制策略下的全年冷/热负荷，模式一假设馆内人员均匀分布在各个楼层，模式二假设人员集中分布在部分楼层。图9为入馆人数为1 890时分层控制模式下七层阅览室空调季的逐时自然室温，

冷/热负荷计算结果如图10～11所示。由室内逐时温度可知分层控制降低了部分楼层空调开启时长和所需制冷量。入馆人数越低，节能效果越明显，各入馆人数下耗冷量节能率依次为34.48%、25.75%、18.68%、12.47%、6.34%，耗热量节能率依次为27.74%、20.61%、14.5%、9.6%、4.43%。

▌间歇控制

由图2作息表可知各时段入馆人数变化规律，部分时间段入馆人数比例较少，因此可在分层控制的基础上根据人员作息对部分楼层进行间歇控制，即假设入馆人数比例较低的时段人员也可集中至某些楼层，其他楼层降低舒适度要求。以设计最大入馆人数为例，将各楼层高舒适度要求（冬季20℃、夏季26℃）时间段与人员作息设定如图12所示。

计算结果如表3所示，在设计入馆人数下间歇控制可节约14.89%的冷负荷和19.14%的热负荷。

结论

1）对影响目标建筑空调负荷的输入变量进行了辨析，模拟计算了输入变量在取值区间内空调负荷的变化情况。

2）通过敏感性分析表明，空调负荷最敏感的变量是室内温度，其次是人员密度。天气因素对冷负荷的影响程度大于热负荷。

3)在实际入馆人数低于设计入馆人数时对室内温度分楼层控制具有较大节能潜力，在入馆人数达到设计标准时，空调间歇运行在夏季有14.89%的节能潜力，冬季有19.14%的节能潜力。