寒冷地區(qū)既有公共建筑節(jié)能改造措施及綜合效益分析

張麗娟+田國(guó)華

摘 要：伴隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，建筑能耗在社會(huì)總能耗占比逐年遞增，且?guī)?lái)很多環(huán)境問(wèn)題。既有公共建筑的節(jié)能改造，有利于建筑能耗的降低，有利于社會(huì)環(huán)境的改善。文章以徐州某大型公共建筑為例，首先對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)、給水排水、建筑照明、可再生能源利用、分項(xiàng)計(jì)量等方面進(jìn)行節(jié)能診斷，根據(jù)診斷分析，提出其節(jié)能改造措施，并分析其經(jīng)濟(jì)和環(huán)境綜合效益。

關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū)；既有公共建筑；節(jié)能改造；措施；效益

中圖分類(lèi)號(hào)：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）34-0033-04

引言

伴隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，建筑能耗在社會(huì)總能耗占比逐年遞增，2015年，其占比達(dá)到41%[1]。伴隨建筑能耗的增加，氣候變暖、空氣污染等諸多環(huán)境問(wèn)題近年來(lái)凸顯出來(lái)。故對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造勢(shì)在必行，2016年，國(guó)務(wù)院下發(fā)的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》中明確提出，強(qiáng)化實(shí)施完成既有建筑節(jié)能改造，其中居住建筑5億m2以上，公共建筑1億m2以上[2]。目前，寒冷地區(qū)大批既有公共建筑，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，未采取任何節(jié)能措施。且寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)是冬季寒冷，夏季炎熱，作為未采取任何節(jié)能措施的老舊建筑來(lái)說(shuō)，冬季不保溫，夏季不防熱，建筑能耗相當(dāng)大，多不符合現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)其節(jié)能改造十分必要[3]。本文以徐州某大型公共建筑為例，分析既有公共建筑節(jié)能改造的措施及其綜合效益。

1 工程概況

基本情況

該公共建筑建于1971年，建筑功能主要包括辦公、客房、商鋪等。70年代初期，我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能還不夠重視，該建筑也只是采用基本的做法，沒(méi)有任何具體的節(jié)能措施，因此有必要對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。建筑基本概況如表1。

2 建筑節(jié)能診斷情況

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

（1）改造前圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本情況。改造前，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能如表2。

（2）熱工性能。改造前，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能較差，不滿(mǎn)足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》）的要求，應(yīng)對(duì)其熱工性能進(jìn)行節(jié)能改造。

（3）遮陽(yáng)設(shè)施與遮陽(yáng)系數(shù)。改造前，建筑無(wú)遮陽(yáng)設(shè)施?！稑?biāo)準(zhǔn)》要求：寒冷地區(qū)，乙類(lèi)建筑，當(dāng)窗墻比大于0.2，且小于等于0.3時(shí)，對(duì)外窗遮陽(yáng)系數(shù)不作要求，可不做改造[4]。

（4）外窗氣密性。改造前，因其外窗采用單層玻璃鋼窗、年代久遠(yuǎn)，且單層玻璃鋼窗氣密性較差，不滿(mǎn)足《標(biāo)準(zhǔn)》的要求，應(yīng)對(duì)外窗氣密性進(jìn)行改造。

（5）體形系數(shù)?！稑?biāo)準(zhǔn)》要求：寒冷地區(qū)，乙類(lèi)建筑，體型系數(shù)宜≤0.40。該建筑物改造前體形系數(shù)為0.23，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可不進(jìn)行改造。

（6）窗墻比。《標(biāo)準(zhǔn)》要求：寒冷地區(qū)，乙類(lèi)建筑，東西南北向均為≤0.7。根據(jù)表2，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可不進(jìn)行改造。

綜上，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能以及外窗氣密性需要改造。

2.2 采暖空調(diào)

（1）采暖系統(tǒng)。改造前，本建筑采暖系統(tǒng)熱媒為蒸汽，不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范。采暖系統(tǒng)采用下供下回異程式系統(tǒng)，對(duì)于大型公建來(lái)講，不利于平衡。另外，采暖系統(tǒng)采用鋁串片散熱器，積灰較多，不美觀且影響散熱效果。

（2）空調(diào)系統(tǒng)。改造前，所有辦公室、客房、商鋪均采用分體式空調(diào)，由于使用年限較長(zhǎng)，改造前的空調(diào)系統(tǒng)COP很低，能耗大，且已滿(mǎn)足不了建筑對(duì)冷熱量的基本需求。未設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)，不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（3）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。改造前，采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)均未設(shè)置隨室外氣溫變化進(jìn)行供冷熱量調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制裝置，不具備室溫調(diào)控手段，不節(jié)能。

綜上所述，采暖空調(diào)系統(tǒng)需要改造。

2.3 給水排水系統(tǒng)

（1）管材。冷熱水給水管道、消防給水管道采用鍍鋅鋼管，排水管道采用鑄鐵管，由于使用年限很久，銹跡斑斑，部分管道存在漏水現(xiàn)象，宜進(jìn)行改造。

（2）衛(wèi)生器具。水龍頭采用普通水龍頭；大小便器具均為非節(jié)水型，不節(jié)水，宜進(jìn)行改造。綜上所述，給水排水系統(tǒng)需要改造。

2.4 照明系統(tǒng)

（1）改造前，本工程辦公室、商鋪采用了功率40W的普通熒光燈T12，客房、公共區(qū)域照明采用白熾燈，經(jīng)計(jì)算，其照明功率密度值和室內(nèi)燈具照度值均超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限值，應(yīng)進(jìn)行改造（如表3）。

（2）改造前，照明系統(tǒng)未設(shè)置自動(dòng)控制裝置，均為手動(dòng)開(kāi)關(guān)，不節(jié)能，宜進(jìn)行改造。

（3）未合理采用自然光，宜進(jìn)行改造。綜上所述，建筑照明系統(tǒng)需要改造。

2.5 可再生能源利用

原建筑沒(méi)有利用可再生能源。根據(jù)建筑節(jié)能要求，應(yīng)充分利用可再生能源，如利用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，滿(mǎn)足建筑生活熱水需要。

2.6 分項(xiàng)計(jì)量

原建筑未設(shè)置分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，不利節(jié)能，宜進(jìn)行改造。

3 建筑節(jié)能改造措施

根據(jù)JGJ176-2009標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合本工程實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)條件，本示范項(xiàng)目節(jié)能改造目標(biāo)滿(mǎn)足節(jié)能50%的要求。

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)2.1章節(jié)的分析，確定合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造技術(shù)措施，詳見(jiàn)表4。

3.2 采暖空調(diào)

（1）選擇節(jié)能的采暖空調(diào)系統(tǒng)形式。在建筑能耗中，采暖空調(diào)的能耗比重很大，在選擇采暖空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮其節(jié)能性。根據(jù)工程特點(diǎn)，改造后統(tǒng)一由空調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)夏季冷負(fù)荷和冬季熱負(fù)荷，冷熱源設(shè)置在地下室。結(jié)合此改造工程特點(diǎn)，在選取空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，客房和辦公室使用時(shí)間和空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間不同，各房間對(duì)空氣調(diào)節(jié)的要求也有不同，綜合比較采用變頻多聯(lián)機(jī)。室外機(jī)設(shè)于屋面。變頻多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，只有室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)組成，無(wú)需冷卻塔、水泵等輔助設(shè)備，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，壽命長(zhǎng)，安裝及維護(hù)保養(yǎng)成本低。各房間室內(nèi)機(jī)單獨(dú)控制，且室外機(jī)運(yùn)行頻率可根據(jù)室內(nèi)機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)節(jié)，費(fèi)用低，更節(jié)能[5]。此工程中，各客房和辦公室使用時(shí)間和空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間不同，因此采用變頻多聯(lián)機(jī)可以靈活開(kāi)關(guān)和控制，因此，更好的起到了節(jié)能效果。endprint

（2）其他節(jié)能措施。每個(gè)房間設(shè)有新風(fēng)口，在過(guò)渡季節(jié)盡可能使用新風(fēng)，以達(dá)到最大節(jié)能狀態(tài)。

3.3 給水排水系統(tǒng)

（1）給排水系統(tǒng)管材。生活給水系統(tǒng)引入管、橫干管、主立管及各層生活冷水支管均采用公稱(chēng)壓力為1.25MPa的PPR冷水管，熱熔連接。生活污廢水管采用PVC-U管，承插粘接。

（2）衛(wèi)生潔具。本工程衛(wèi)生潔具安裝參照?qǐng)D集，潔具的五金配件應(yīng)配建設(shè)部推薦的節(jié)水型產(chǎn)品。

3.4 照明系統(tǒng)

（1）照明系統(tǒng)改造中，辦公室、商鋪采用更為節(jié)能的T5節(jié)能熒光燈，可實(shí)現(xiàn)節(jié)電10-30%。

（2）公共部分照明用熒光燈取代白熾燈，可節(jié)電70%以上[6]。

（3）根據(jù)各區(qū)域功能照明運(yùn)行時(shí)間的不同，劃分不同的回路，使每個(gè)回路能夠獨(dú)立控制。根據(jù)房間功能和天然采光情況，增設(shè)智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，節(jié)電節(jié)能。

3.5 可再生能源利用

（1）當(dāng)?shù)靥?yáng)能條件。徐州地區(qū)每年日照時(shí)間在247311h以上，太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能年輻射總量約為5000～5800MJ/m2，利用太陽(yáng)能的條件良好[7]。

（2）本工程太陽(yáng)能利用改造。本工程賓館客房部分有熱水需求，因此，對(duì)客房部分增設(shè)太陽(yáng)能熱水。在屋面設(shè)置太陽(yáng)能集熱器，溫度低于60℃時(shí)，利用電作為輔助熱源。

3.6 分項(xiàng)計(jì)量

本建筑改造中設(shè)計(jì)安裝分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)。具體方案如下：

（1）變電所電能表配置。配置33臺(tái)多功能電能表，通過(guò)對(duì)配電室各回路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明、空調(diào)、動(dòng)力等用電的分項(xiàng)計(jì)量。

（2）供水監(jiān)測(cè)配置。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑的用水情況，在生活給水總供水管上配置1臺(tái)智能水表。

（3）現(xiàn)場(chǎng)子網(wǎng)配置。設(shè)置數(shù)據(jù)集中采集器2臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)上傳到上一級(jí)能源監(jiān)管中心功能。

4 建筑節(jié)能改造效益分析

4.1 節(jié)能改造增加總投資概算

本工程節(jié)能改造增加投資主要包括外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)設(shè)施、給水排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、可再生能源設(shè)備的投資。

根據(jù)各分項(xiàng)投資增量計(jì)算，本工程改造增量投資概算詳見(jiàn)表5。

本項(xiàng)目為了建筑節(jié)能增加的投資額約為616.34萬(wàn)元。

4.2 節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)效益分析

4.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造，通過(guò)斯威爾軟件計(jì)算模擬改造前后的暖通空調(diào)負(fù)荷和節(jié)能效率，詳見(jiàn)表6；圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造經(jīng)濟(jì)效益分析詳見(jiàn)表7。

4.2.2 采取空調(diào)改造經(jīng)濟(jì)效益分析（如表8）

4.2.3 給水排水改造經(jīng)濟(jì)效益分析（如表9）

4.2.4 照明系統(tǒng)改造經(jīng)濟(jì)效益分析（如表10）

4.2.5 可再生能源改造經(jīng)濟(jì)效益分析（如表11）

4.2.6 分項(xiàng)計(jì)量改造經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)文獻(xiàn)研究結(jié)果，分項(xiàng)計(jì)量裝置對(duì)建筑節(jié)能貢獻(xiàn)率約為5%[8]。分項(xiàng)計(jì)量改造經(jīng)濟(jì)效益分析詳見(jiàn)表12。

4.2.7 節(jié)能改造綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

該建筑節(jié)能改造具體效益分析見(jiàn)表13。

（1）經(jīng)濟(jì)效益。該建筑改造后節(jié)能率大大提高，建筑能耗降幅明顯，每年可節(jié)約1330682kWh電量， 經(jīng)計(jì)算約5.3年可收回改造成本，改造效益顯著。

（2）環(huán)境效益。根據(jù)表13的計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過(guò)節(jié)能改造后，該公建每年可節(jié)約439.13噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年減少排放CO21150.6噸，SO23.71噸，NOX3.25噸，取得了很好的環(huán)境效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以實(shí)際工程為例，主要從圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖空調(diào)、給水排水、建筑照明、可再生能源利用、分項(xiàng)計(jì)量等方面分析既有公共建筑節(jié)能改造的措施及其綜合效益。對(duì)比改造前后的節(jié)能效果，針對(duì)寒冷地區(qū)既有公共建筑的節(jié)能改造，應(yīng)主要從以下幾點(diǎn)著手：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造包括外墻、屋面、外窗的傳熱性能和外窗的氣密性改造；采暖空調(diào)的節(jié)能改造主要包括選擇合理節(jié)能的采暖空調(diào)系統(tǒng)、選擇合理的冷熱源、設(shè)置節(jié)能控制裝置；給排水系統(tǒng)的節(jié)能改造主要體現(xiàn)在采用節(jié)水型衛(wèi)生器具和優(yōu)質(zhì)的管材；照明系統(tǒng)的節(jié)能改造主要包括采用節(jié)能燈具、合理設(shè)計(jì)室內(nèi)燈具照度、根據(jù)不同功能區(qū)域照明的使用特點(diǎn)，采取不同的控制策略；應(yīng)根據(jù)地域條件以及建筑物特點(diǎn)，充分利用可再生能源，如太陽(yáng)能、空氣能等；針對(duì)公共建筑，可設(shè)置分項(xiàng)計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)用能情況的分項(xiàng)監(jiān)測(cè)，從而有針對(duì)性地采取有效措施，達(dá)到節(jié)能目的。

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