既有大型公共建筑節(jié)能改造研究
——以東莞市民服務(wù)中心為例

李志青，張彤煒，周書東，葉雄明，蘇梓豪

（1、東莞實(shí)業(yè)投資控股集團(tuán)有限公司 廣東東莞 523000；2、東莞市建筑科學(xué)研究院有限公司 廣東東莞 523809）

0 引言

在綠色、低碳的大背景下，既有建筑的節(jié)能改造、功能提升無疑將成為未來的一大趨勢［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國公共建筑年耗電量約占全國城鎮(zhèn)總耗電量的22%，公共建筑1 m2年耗電量是普通居住建筑的10～20 倍，是歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家同類建筑的1.5～2.0倍［2］。尤其是大型公共建筑普遍存在功能多樣、系統(tǒng)復(fù)雜、能耗大的特點(diǎn)［3］。由此可見，既有大型公共建筑的節(jié)能改造研究工作對我國的建筑節(jié)能工作有重要意義。

1 工程概況

東莞市民服務(wù)中心的前身是東莞國際會展中心，建成于2002年，位于鴻福路與東莞大道交匯處。原建筑地上2 層，地下0 層，高35.60 m，建筑面積約為4.10 萬m2，屬于大跨度鋼結(jié)構(gòu)展覽館［4］，如圖1 所示。改擴(kuò)建后，成為東莞市民服務(wù)中心，總建筑面積117 574 m2，地上3 層、局部4 層，地下1 層、局部2 層，停車位1 129 個。工程總投資6.6 億元，擴(kuò)建改造完成后的效果如圖2所示。

2 能耗分析

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：原空調(diào)系統(tǒng)使用年限較長，部分設(shè)備及系統(tǒng)老化嚴(yán)重，部分配件缺失、損壞，且不適于擴(kuò)建改造后的使用要求。原有幕墻系統(tǒng)均采用單層玻璃進(jìn)行建造，熱工性能差，導(dǎo)致室內(nèi)外熱交換量增大，空調(diào)制冷負(fù)荷增加，進(jìn)而增加建筑的總能耗。擴(kuò)建改造完成后，作為東莞市民服務(wù)中心使用，原有圍護(hù)結(jié)構(gòu)和新增十字街功能分區(qū)，不滿足室內(nèi)采光要求，如長時間使用照明設(shè)備，容易造成能耗增加的問題。

3 節(jié)能改造

3.1 空調(diào)系統(tǒng)

隨著東莞市民服務(wù)中心使用功能的轉(zhuǎn)換，由原來的大空間轉(zhuǎn)換成十字街+4層辦公區(qū)域，如繼續(xù)使用原有空調(diào)系統(tǒng)將會導(dǎo)致能耗偏高，原有空調(diào)系統(tǒng)僅為定頻冷水機(jī)系統(tǒng)，不能根據(jù)每個區(qū)域或房間的情況自動提供所需要的冷氣，導(dǎo)致能耗高，急需對原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造升級［5］。

由于東莞市民服務(wù)中心內(nèi)部空間布局及使用功能不一，如采用同一種空調(diào)供冷，容易造成供冷效率低、能耗偏高問題，故改造方案需要針對不同使用功能區(qū)域采用相應(yīng)的制冷方式。1～3層的辦公區(qū)域及十字街區(qū)域人員較為集中且工作時間固定，因此，適合采用冷水機(jī)組。其他區(qū)域，如物業(yè)辦公室、廚房及24 h銀行自助服務(wù)廳等功能較為零散且使用時間不統(tǒng)一的區(qū)域，適合采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

3.1.1 空調(diào)平面布置

保留北側(cè)原設(shè)備房，并將冷源輸送至室內(nèi)。冷水管道布置根據(jù)改造后的平面圖進(jìn)行布局，主要依據(jù)冷負(fù)荷（見表1）及工作時間區(qū)域進(jìn)行劃分，對于僅在工作時間段使用的區(qū)域采用冷水機(jī)組；對于24 h區(qū)域等功能較為零散且使用時間不統(tǒng)一的區(qū)域，采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，如圖3所示。

表1 室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算Tab.1 Indoor Load Calculation

3.1.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)包括：吊柜、風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)。獨(dú)立間隔的房間，采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管暗裝在吊頂內(nèi)，上回側(cè)送或散流器平送。設(shè)新風(fēng)處理機(jī)組，新風(fēng)管接入風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)管或?qū)⑿嘛L(fēng)直接送至室內(nèi)。采用轉(zhuǎn)輪式熱回收機(jī)組處理新風(fēng)，新風(fēng)通過與排風(fēng)熱交換后經(jīng)冷卻處理后送至室內(nèi)，排風(fēng)通過與新風(fēng)熱交換后排出室外，可有效減少空調(diào)制冷時間與功率，降低建筑能耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

3.2 幕墻系統(tǒng)

原東莞國際會展中心對框架式玻璃幕墻要求不高，僅需滿足采光要求即可，但隨著內(nèi)部空間使用功能轉(zhuǎn)變，除滿足采光要求外，還需要滿足舒適和節(jié)能要求。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，最終，決定采用“遮陽格柵+Low-E 玻璃”方案。幕墻框架不變的前提下，將原有外置的玻璃改造成內(nèi)置，并在原有幕墻框架上增設(shè)鋁單板，形成遮陽格柵，有效降低太陽輻射，同時，采用Low-E 玻璃，傳熱系數(shù)較低，可以有效降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)能耗，從而達(dá)到節(jié)能效果，如圖4所示。

3.3 屋面系統(tǒng)

經(jīng)過十余年的使用，原鋼板屋面出現(xiàn)多處滲漏，維修成本高，使用效果差，且不滿足辦公建筑對消防排煙、采光、隔熱、舒適、節(jié)能、環(huán)保和美觀方面的要求。因此，建設(shè)單位經(jīng)過充分論證決定對原屋面系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造面積達(dá)23 218.56 m2［6］。

為了滿足消防排煙、采光、隔熱、舒適、節(jié)能、環(huán)保和美觀要求，本工程對原屋面進(jìn)行組合設(shè)計(jì)：中間部位采用ETFE 氣枕式膜結(jié)構(gòu)（部分設(shè)置成熔斷膜［7］，熔斷膜數(shù)量和位置，根據(jù)消防排煙要求進(jìn)行確認(rèn)），屋面邊緣部位保留原來的鋁單板屋面，ETFE 氣枕和鋁單板之間的區(qū)域?yàn)樾略鲈O(shè)的鋁鎂錳金屬屋面［8-11］，如圖5所示。

ETFE 膜材直接熱塑成形，厚度很薄，具有很高的透光率。通過對膜材表面鍍銀色圓點(diǎn)可以調(diào)節(jié)膜材的透光率，從而滿足室內(nèi)不同的采光需求，但實(shí)際工程中常需要在不同時刻對太陽輻射進(jìn)入室內(nèi)的量進(jìn)行改變，單層ETFE 膜材在確定了印點(diǎn)率之后難以進(jìn)行可控調(diào)節(jié)，而ETFE 氣枕式膜結(jié)構(gòu)很好地解決了這一難題。氣枕可采用3 層ETFE 膜材，膜材具有一定的印點(diǎn)率，氣枕具有上、下兩個獨(dú)立的充氣腔，通過控制上、下充氣腔不同的內(nèi)壓，從而改變中間層膜材的位置，直接影響太陽輻射的通過量，如圖6所示。

氣枕式膜結(jié)構(gòu)由于空氣層的存在，具有很好的隔熱性能。此外，通過氣枕內(nèi)壓的改變可以有效調(diào)節(jié)氣枕內(nèi)部空氣層的厚度，再加上內(nèi)壓改變可以對氣枕透光率進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，合理控制太陽輻射的通過量，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)氣枕式膜結(jié)構(gòu)的隔熱性能，使室內(nèi)滿足舒適和節(jié)能要求。

4 結(jié)語

通過對空調(diào)、幕墻和屋面系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其滿足辦公使用要求，同時達(dá)到綠色、舒適、節(jié)能和美觀的效果?？照{(diào)系統(tǒng)根據(jù)建筑內(nèi)部空間布局、使用功能、使用時間等進(jìn)行劃分，采用“冷水機(jī)組”或“多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)”進(jìn)行制冷，科學(xué)合理，節(jié)能高效。幕墻采用“遮陽格柵+Low-E 玻璃”改造方案，在原有幕墻框架上增設(shè)鋁單板，形成遮陽格柵，有效降低太陽輻射，同時，采用Low-E 玻璃，傳熱系數(shù)低，可以進(jìn)一步降低室內(nèi)溫度，達(dá)到節(jié)能減排的效果。通過組合設(shè)計(jì)的方法，屋面大部分區(qū)域采用ETFE 氣枕式膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，可以有效解決本工程消防排煙難題，同時，滿足采光、隔熱、舒適、節(jié)能和美觀的要求。