智能一體化低碳技術(shù)在城市更新工程的應(yīng)用
——雅礱江二灘大廈改造提升項(xiàng)目實(shí)踐為例

文｜中建深圳裝飾有限公司 李長(zhǎng)春 耿懷欣

0.引言

“十四五”規(guī)劃綱要中明確了“城市更新行動(dòng)”和“雙碳”目標(biāo)等發(fā)展方向，在可持續(xù)發(fā)展的模式下，既有建筑的改造提升成了城市更新的工作重點(diǎn)。本文主要介紹了在雅礱江二灘大廈改造提升項(xiàng)目實(shí)踐中，將屋面裝飾裝修工程與風(fēng)－光－儲(chǔ)新能源系統(tǒng)融合，探索綠色生態(tài)、節(jié)能低碳的建筑改造提升方案，可為類似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，促進(jìn)裝飾行業(yè)的綠色發(fā)展。

1.工程概況/研究目的

雅礱江二灘大廈地下1 層，地上20 層，建筑高度79.5m，建筑面積20946m2，二灘大廈于1999年投入使用，歷經(jīng)20 余年的運(yùn)行，部分配套設(shè)施老化，功能喪失；總改造提升施工面積達(dá)1.9 萬m2。在改造實(shí)踐中，將既有建筑的改造提升與光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，形成裝飾裝修與新能源系統(tǒng)一體的施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝飾上美觀協(xié)調(diào)，功能上節(jié)能降碳。

2.工程重難點(diǎn)/解決措施

2.1 光伏組件與裝飾裝修的融合協(xié)調(diào)

太陽能光伏板外觀形式較為單調(diào)，難以滿足裝飾裝修的美觀性要求；光伏組件脆弱，結(jié)構(gòu)性差能，大面積應(yīng)用在天棚飾面材料時(shí)，安裝難度過高，在使用時(shí)需要嚴(yán)格甄選與光伏板組合的飾面材料和基層結(jié)構(gòu)材料。

面層裝配式單元統(tǒng)一預(yù)制，基層高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)整體安裝。屋面選用太陽能光伏板和透光玻璃板塊作為該區(qū)域的天棚飾面材料。通過對(duì)兩種面板進(jìn)行排版優(yōu)化，將雙玻光伏板與透光玻璃板塊對(duì)角排布，多塊光伏板與透光玻璃板統(tǒng)一預(yù)制為一個(gè)裝配式單元，解決光伏組件脆弱，安裝過程難度大的問題，同時(shí)還兼顧采光?；鶎邮褂昧舜笠?guī)格方鋼焊接成頂框、柱框、等裝配式構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝，再使用耐候性、耐熱性、耐溶劑、高韌性、高硬度的氟碳漆做裝飾表層，保證基層框架的穩(wěn)固?；鶎涌蚣艿捻斂蛱幯胤戒摬贾秒[藏式線槽，使光伏板布線暗藏，整體觀感整潔統(tǒng)一。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的匹配布置

受氣候年變化、天氣日變化影響，綜合周邊建筑遮擋等因素，光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際工作時(shí)間有限；因此需要對(duì)光伏板的安裝位置，安裝角度等進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算分析，綜合選取有效采光時(shí)間最長(zhǎng)、有效受光面積最大的方案進(jìn)行光伏板布置。

光伏板的發(fā)電效率，極大程度上取決于光伏板接受的太陽輻射強(qiáng)度，在屋頂提升改造時(shí)，對(duì)屋頂周邊的建筑物遮擋情況進(jìn)行嚴(yán)格統(tǒng)計(jì)分析，選擇受遮擋影響最小的部位大面積布置光伏板；同時(shí)利用Autodesk Ecotect 軟件結(jié)合建筑BIM 模型，校核成都市的氣象數(shù)據(jù)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，最終確定光伏板的安裝方位為正南，安裝角度為22°。依托光伏板的布置位置配套實(shí)施建筑改造提升。本提升改造提升工程中，使用53 塊500Wp 的單晶硅光伏板和16 塊490Wp 的單晶硅光伏板的作為屋頂?shù)娘椕娴闹饕椕娌牧?，在?shí)施方案中，光伏板與全透光玻璃板交替布置，實(shí)現(xiàn)屋頂遮陽、采光、發(fā)電等功能的融合統(tǒng)一。

2.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的匹配布置

受建筑群的分布情況、氣候因素影響，建筑周邊風(fēng)力條件不穩(wěn)定，因此需要對(duì)樓頂?shù)目諝饬鲌?chǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選取恰當(dāng)安裝位置；同時(shí)，考慮樓頂屋面結(jié)構(gòu)的荷載能力，采取相應(yīng)結(jié)構(gòu)加固措施。

風(fēng)力發(fā)電裝置作為本系統(tǒng)的發(fā)電補(bǔ)充設(shè)備，在安裝位置選址時(shí)對(duì)周圍建筑物群進(jìn)行了空氣流場(chǎng)模擬分析，綜合選擇空氣流速最高，流量最大的部位作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝位置。選取整機(jī)重量為60kg 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，啟動(dòng)風(fēng)速為2.5m/s，額定風(fēng)速11m/s，風(fēng)輪直徑1.85m，裝機(jī)容量為1kW。根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)備選型結(jié)果，對(duì)屋頂荷載能力進(jìn)行計(jì)算分析，并在樓板十字梁處澆筑400mm×400mm×350mm 的混凝土基座。本風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)有自捕風(fēng)裝置，可根據(jù)空氣流場(chǎng)的分布情況自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)扇葉迎風(fēng)面，提高風(fēng)能的利用效率（圖1～4）。

圖1 二灘大廈建筑平面風(fēng)壓分布

2.4 風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)的融合統(tǒng)一

光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單系統(tǒng)的產(chǎn)能波動(dòng)幅度大，難以實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的能量輸出，需要整合形成穩(wěn)定的能量輸出和儲(chǔ)存系統(tǒng)。

風(fēng)光儲(chǔ)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)均有發(fā)電連續(xù)性差、發(fā)電功率不穩(wěn)定等特征，將各系統(tǒng)進(jìn)行融合統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)融合互補(bǔ)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯(cuò)率。

圖2 二灘大廈建筑平面風(fēng)速分布

圖3 二灘大廈建筑立面風(fēng)壓分布

圖4 二灘大廈建筑立面風(fēng)速分布

2.4.1 系統(tǒng)集成原理

光伏發(fā)電組件單元發(fā)電后經(jīng)光伏逆變器轉(zhuǎn)化為380VAC，供地下室照明、20 層、樓頂?shù)葏^(qū)域使用，同時(shí)接入市電，當(dāng)光伏組件發(fā)電量無法滿足供電時(shí)，由儲(chǔ)能電池輸出，保證供電穩(wěn)定性。風(fēng)機(jī)發(fā)電單元發(fā)電后經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為220VAC，輔助光伏系統(tǒng)，直接接入儲(chǔ)能系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)均不能滿足用電負(fù)荷要求時(shí)，由雙電源開關(guān)無縫切換至市電供電，保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。（圖5）

圖5 風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)原理圖

2.4.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)整合

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要設(shè)置為儲(chǔ)存光伏和風(fēng)力發(fā)電在供電后的剩余電量，削峰填谷，體現(xiàn)光伏、風(fēng)電儲(chǔ)能協(xié)同的供電作用。儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)置兩面屏柜，一面主機(jī)屏和一面蓄電池屏，主要的輸入電源為光伏系統(tǒng)變器輸出的380VAC、風(fēng)機(jī)逆變器輸出的220VAC 和380VAC 市電，市電作為備用和系統(tǒng)的檢修電源，輸出為380VAC，接入樓頂?shù)呐潆娤洹?chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)控柜接入新能源發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控后臺(tái)將實(shí)時(shí)充放電狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)和故障信息傳輸入到監(jiān)控后臺(tái)，并由風(fēng)光互補(bǔ)控制器對(duì)監(jiān)控反饋的信息進(jìn)行相應(yīng)控制。

2.4.3 風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)

風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電展示系統(tǒng)主要對(duì)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)展示光伏和風(fēng)電的模型，體現(xiàn)兩種清潔能源與儲(chǔ)能系統(tǒng)互補(bǔ)利用，協(xié)調(diào)發(fā)電。展示平臺(tái)配置一臺(tái)50 英寸的液晶顯示屏作為光伏和風(fēng)力實(shí)時(shí)發(fā)電情況和歷史發(fā)電情況的展示；同時(shí)配套監(jiān)控服務(wù)器，作為光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的監(jiān)控后臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)收集并儲(chǔ)存運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障信息提供發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)表，并提供手機(jī)端、外網(wǎng)的數(shù)據(jù)訪問。

2.5 風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景匹配

針對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電間歇性、周期性明顯，穩(wěn)定性較為不足的特征，將本系統(tǒng)匹配給地下室照明、20 層照明、屋頂景觀泛光照明、屋頂展示廳空調(diào)外機(jī)動(dòng)力等應(yīng)用場(chǎng)景。

3.工程實(shí)踐研究成果

3.1 風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)與建筑改造融合效果佳

在本項(xiàng)目中，建筑改造提升與風(fēng)光儲(chǔ)新能源系統(tǒng)的融合實(shí)踐應(yīng)用良好，整體裝飾效果好，理念先進(jìn)；在滿足了建筑改造提升的基本功能需求的同時(shí)，還附加了一定的能源供給、低碳降碳屬性，是既有建筑改造提升與雙碳目標(biāo)融合的重要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3.2 風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能效果理想

目前已經(jīng)完成風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組建與調(diào)試，并投入運(yùn)行，從應(yīng)用效果來看，風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)可完全滿足地下室、20 層及屋頂區(qū)域的照明用電負(fù)荷18kw，和頂樓展示廳空調(diào)外機(jī)動(dòng)力負(fù)荷12kw。就目前的使用情況統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可節(jié)約地下室32%的用電能耗，節(jié)約20 層18%的用電能耗和樓頂新能源區(qū)域92%的用電能耗。在夏季建筑總體能耗較高的時(shí)期，風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能效果更為顯著（圖6、7）。

圖6 風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)20 層應(yīng)用節(jié)能效果

圖7 風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)樓頂應(yīng)用節(jié)能效果

3.3 風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)降碳能力可觀

根據(jù)《 建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》（GBT51366-2019）計(jì)算，本風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在使用壽命周期內(nèi)效益情況較好，降碳能力也相當(dāng)可觀。光伏發(fā)電首年利用小時(shí)數(shù)為870h，首年發(fā)電量2.9 萬kWh，系統(tǒng)效率為87.41%，25年綜合累計(jì)發(fā)電量近71.87 萬kWh，累計(jì)可減少CO2排放近548.7 噸。風(fēng)力發(fā)電按照每天5.5 小時(shí)的利用小數(shù)預(yù)估，1 臺(tái)風(fēng)機(jī)每年共計(jì)可發(fā)電近0.2 萬kWh，20年綜合累計(jì)發(fā)電量近4 萬kWh，可減少CO2排放近31.5 噸。（圖8、9）

圖8 風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)電能力

圖9 風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)降碳能力

4.結(jié)語

雅礱江二灘大廈改造提升項(xiàng)目，創(chuàng)造性的將裝飾裝修工程與新能源系統(tǒng)相融合，既滿足了建筑改造提升中裝飾裝修的整體表達(dá)效果，又響應(yīng)了國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，綠色降碳。在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，大量運(yùn)用了BIM 技術(shù)、模擬分析技術(shù)、裝配式技術(shù)，即保證了施工方案的精準(zhǔn)性，又良好的把控了整體施工進(jìn)度，以建筑改造提升為主導(dǎo)，“雙碳”目標(biāo)為引領(lǐng)的城市更新行動(dòng)中具有較好的實(shí)踐示范意義。