文體場(chǎng)館項(xiàng)目的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品體系研究與實(shí)踐

文｜中國建筑第八工程局 黃超 馮華晟 劉正揚(yáng) 謝厚 韋慶祝 劉方園

一、引言

2018年全國建筑運(yùn)行階段能耗為10 億tce，占全國能源消費(fèi)總量的21.7%。其中，公共建筑單位面積能耗是城鎮(zhèn)居住建筑的2.4 倍，具有能耗密度高的特點(diǎn)。體育館是城市主要公共建筑之一，且大多屬于高大空間建筑，具有人員密集、室內(nèi)冷負(fù)荷大、峰值負(fù)荷高、部分負(fù)荷占比大等特點(diǎn)。研究指出，當(dāng)公共建筑單體超過 2 萬m2，采用玻璃幕墻等全密閉形式，配以集中空調(diào)系統(tǒng)，其單位建筑面積能耗是普通公共建筑能耗的2-3 倍。李艷麗經(jīng)過對(duì)國內(nèi)多個(gè)大型體育場(chǎng)館調(diào)研分析得出2008-2011年能源費(fèi)用占場(chǎng)館年運(yùn)營收入的比例依次為44.99%、40.75%、45.18%和45.41%。

體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)等大型公建項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營是公司未來的主要產(chǎn)品類型。通常這類項(xiàng)目能源系統(tǒng)復(fù)雜、能耗水平較高，但是常用的節(jié)能技術(shù)種類繁雜，專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)于一線人員來說掌握難度大，應(yīng)用實(shí)施的要求更高。因此，加大對(duì)綠色節(jié)能產(chǎn)品技術(shù)體系的研發(fā)，總結(jié)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)管理操作思路，進(jìn)而幫助項(xiàng)目管理者快速根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)選用合適的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行落地，方能實(shí)現(xiàn)降低項(xiàng)目能耗費(fèi)用、提升服務(wù)品質(zhì)、提升公司綜合競(jìng)爭(zhēng)能力的目的。

二、調(diào)研與考察

2.1 行業(yè)調(diào)研

如何在設(shè)計(jì)階段降低體育場(chǎng)館能耗，國內(nèi)專家開展了大量研究。陳祖銘等人研究了符合體育館多種經(jīng)營模式下利于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的體育館設(shè)計(jì)方案。肖劍仁對(duì)福建省體育館通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了技術(shù)分析，并提出空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的措施。張磊等人對(duì)廣東藥學(xué)院體育館設(shè)計(jì)中采用的多種被動(dòng)式節(jié)能措施進(jìn)行了實(shí)測(cè)與分析，效果顯著。

對(duì)于已建成項(xiàng)目，如何通過運(yùn)行管理和優(yōu)化控制，降低運(yùn)行能耗，也是各位專家學(xué)者研究重點(diǎn)。張時(shí)聰?shù)热送ㄟ^對(duì)全國10 個(gè)城市26 棟大型公共建筑運(yùn)營現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，得出了可廣泛應(yīng)用于各類大型公共建筑運(yùn)營階段的低成本節(jié)能措施。閆軍威等人從運(yùn)行節(jié)能角度，提出并設(shè)計(jì)了體育館空調(diào)節(jié)能運(yùn)行管理與優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了體育館空調(diào)系統(tǒng)從冷源到末端設(shè)備的精細(xì)化管理。陳二松采用動(dòng)態(tài)模擬的方式對(duì)多功能體育館進(jìn)行節(jié)能分析，通過合理室內(nèi)溫度、冷凍水出水溫度、采取熱量回收以及采用變頻泵等節(jié)能手段，實(shí)現(xiàn)體育館空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化和運(yùn)行。

2.2 案例調(diào)研

通過對(duì)梅奔文化中心和東方體育中心的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，在與運(yùn)營方溝通中了解到東方體育中心2019年組織室內(nèi)活動(dòng)40 余場(chǎng)，全年能耗費(fèi)用約1600 萬元，占場(chǎng)館每年運(yùn)營成本的比重約30-40%；而梅奔文化中心2019年組織活動(dòng)近100 場(chǎng)，全年能耗費(fèi)用約3500 萬，占場(chǎng)館每年運(yùn)營成本約50%?；顒?dòng)安排越滿，場(chǎng)地使用頻率越高，能耗費(fèi)用占運(yùn)營成本的比例越高。另外，通過和東方體育中心工程物業(yè)人員交流，對(duì)項(xiàng)目在運(yùn)營期機(jī)電系統(tǒng)使用情況和采取的有效的節(jié)能策略進(jìn)行深入了解。

圖1 東方體育中心效果圖

圖2 東方體育中心現(xiàn)場(chǎng)考察交流

系統(tǒng)使用情況：1）空調(diào)系統(tǒng)：歷年夏季最高峰值使用2 大1 小冷機(jī)，多出1 臺(tái)1300RT 大冷機(jī)的容量。2）泳池?zé)嵩矗涸O(shè)計(jì)采用鍋爐，后改造為湖水源熱泵，泳池未配備除濕熱泵，11月中旬到次年4月中旬泳池需要啟動(dòng)熱水鍋爐對(duì)池水進(jìn)行恒溫加熱，其余時(shí)間加熱需求較少。3）電氣系統(tǒng)：變壓器負(fù)載無活動(dòng)時(shí)為20%～30%，體育館、游泳館都有活動(dòng)時(shí)變壓器負(fù)載最大不超過80%。4）充電樁：后期改造增加2臺(tái)630KVA 充電樁專用變壓器，共設(shè)置40個(gè)充電樁（20 個(gè)快充+20 個(gè)慢充），但目前使用率很低。

節(jié)能運(yùn)營策略：1）體育館冬季不會(huì)啟動(dòng)冷機(jī)進(jìn)行制冷，冬季室內(nèi)溫度高時(shí)會(huì)開啟頂部排風(fēng)排除熱量；2）過渡季會(huì)優(yōu)先采用加大新風(fēng)量運(yùn)行方式減少空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間；3）過渡季節(jié)溫度適宜時(shí)，采用湖水源熱泵代替鍋爐運(yùn)行，用于生活熱水及泳池?zé)崴訜?，大大?jié)省能源費(fèi)用；4）全部區(qū)域已完成LED 節(jié)能燈具改造，大幅降低照明能耗；5）建設(shè)能源監(jiān)控管理平臺(tái)，接入電表、水表能耗數(shù)據(jù)，指導(dǎo)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行；6）增加一座蓄水池，通過緩沖與調(diào)節(jié)水量，解決冷卻水泵停機(jī)造成蓄水溢出的浪費(fèi)問題。

三、節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品體系

大型公共建筑領(lǐng)域常用的節(jié)能技術(shù)種類繁雜，通過搜集行業(yè)一些技術(shù)可靠性強(qiáng)、節(jié)能空間大、投資收益高、環(huán)境影響小的節(jié)能技術(shù)，進(jìn)行了研究和分析，挑選出適合于文體場(chǎng)館項(xiàng)目這類高大空間的節(jié)能技術(shù)，整理成為文體場(chǎng)館節(jié)能技術(shù)金字塔，詳見圖3。

圖3 文體場(chǎng)館項(xiàng)目節(jié)能技術(shù)金字塔

位于金字塔頂端的是被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，是指不采取人為干預(yù)手段實(shí)現(xiàn)建筑能耗降低的節(jié)能技術(shù)，具體指在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中通過對(duì)建筑朝向的合理布置、遮陽的設(shè)置、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱技術(shù)、有利于自然通風(fēng)的建筑開口設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)建筑需要的采暖、空調(diào)、通風(fēng)等。位于金字塔中部的是可再生能源技術(shù)，是指通過一定技術(shù)手段將自然界中可以循環(huán)再生的能源進(jìn)行提取和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)建筑所需的采暖、通風(fēng)、空調(diào)等，具體是指太陽能發(fā)電、太陽能熱水、風(fēng)力發(fā)電、地源熱泵等。相對(duì)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的是主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，即指通過機(jī)械設(shè)備干預(yù)手段，通過優(yōu)化的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高效的設(shè)備選用，為建筑提供采暖空調(diào)通風(fēng)等舒適環(huán)境控制的建筑設(shè)備節(jié)能工程技術(shù)。主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)種類最多、實(shí)現(xiàn)難度和付出代價(jià)最大，可根據(jù)在建筑能源系統(tǒng)中所處的環(huán)節(jié)和節(jié)能途徑的不同，進(jìn)一步細(xì)分為六個(gè)部分，分別是高效機(jī)房、高效輸配、低耗末端和能量回收、移峰填谷、自控管理。再加上被動(dòng)式節(jié)能和可再生能源，共同形成了文體場(chǎng)館節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品體系，包含八大模塊，54 項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。詳見表1。

表1 文體場(chǎng)館節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品體系

這些常用的節(jié)能技術(shù)種類繁雜，專業(yè)性強(qiáng)，對(duì)于一線人員來說掌握難度大，應(yīng)用實(shí)施的要求更高。因此，如何在設(shè)計(jì)管理階段幫助項(xiàng)目管理者快速根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)選用合適的節(jié)能技術(shù)，明確節(jié)能設(shè)計(jì)管理操作思路，確保項(xiàng)目落地尤為重要。

四、節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)管理思路總結(jié)

杭州奧體中心體育游泳館項(xiàng)目包含體育館、游泳館和配套商業(yè)三種業(yè)態(tài)，總建筑面積達(dá)39 萬m2。通過綠色建筑方案優(yōu)化、施工圖審核、設(shè)備招采把控、施工過程巡檢等手段，全面嘗試實(shí)踐上述節(jié)能技術(shù)體系，共落實(shí)了八大模塊中38 項(xiàng)節(jié)能技術(shù)和方案，預(yù)計(jì)進(jìn)入運(yùn)營期后，每年可節(jié)約能耗費(fèi)用達(dá)280 萬元/年。通過這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大致總結(jié)了在項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)階段，如何通過設(shè)計(jì)管理將節(jié)能優(yōu)化的理念轉(zhuǎn)變成具體的工作去推動(dòng)上述節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品體系的落地的重要關(guān)注點(diǎn)。

第一，方案設(shè)計(jì)階段，通過分析項(xiàng)目所在地氣候條件、周邊可利用資源條件以及項(xiàng)目本身的建筑形式、業(yè)態(tài)，討論確定最適合的能源方案和節(jié)能技術(shù)。

第二，施工圖設(shè)計(jì)階段，通過設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化，降低設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)冗余，加強(qiáng)圖紙審核，確保各個(gè)節(jié)能技術(shù)順利入圖，優(yōu)化設(shè)備選型，關(guān)注性能系數(shù)、效率曲線等影響節(jié)能性能的參數(shù)，并通過匹配節(jié)能策略，做好能耗需求和能源產(chǎn)出的最佳匹配，確保設(shè)計(jì)方案中各個(gè)系統(tǒng)可以保持高效的運(yùn)行狀態(tài)。

第三，設(shè)備招采階段，加強(qiáng)對(duì)于能耗占比較大或維修成本較高的的核心機(jī)電設(shè)備技術(shù)招標(biāo)環(huán)節(jié)把控，包括技術(shù)要求編制、技術(shù)評(píng)標(biāo)、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收等，確保最終采購的設(shè)備材料都是滿足項(xiàng)目使用的最佳選擇。

第四，深化設(shè)計(jì)階段，和運(yùn)營單位物業(yè)單位共同討論，細(xì)化對(duì)能源系統(tǒng)的使用需求和管理需求，并要求已中標(biāo)的系統(tǒng)、設(shè)備廠家結(jié)合各自產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，確保前期制定的設(shè)計(jì)控制運(yùn)行策略可以落實(shí)到具體的控制策略當(dāng)中，避免理論和實(shí)際相偏離。

第五，施工及調(diào)試階段，組織開展定期和不定期的現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的各類問題，下發(fā)整改報(bào)告，并督促落實(shí)整改意見，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)機(jī)電調(diào)試的審核和驗(yàn)收，確保各系統(tǒng)正常運(yùn)行，并滿足設(shè)計(jì)圖紙和運(yùn)營要求。

第六，運(yùn)行及后評(píng)估階段，做好圖紙資料移交和現(xiàn)場(chǎng)交底工作，編制節(jié)能運(yùn)行實(shí)施方案，在試運(yùn)行階段進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，并在運(yùn)營期內(nèi)做好能耗數(shù)據(jù)收集分析，組織對(duì)能源系統(tǒng)開展后評(píng)估。