生態(tài)節(jié)能技術(shù)在世茂天津生態(tài)城展示中心工程中的應(yīng)用

□文/屈大成 劉水沼 唐世波

□劉水沼、唐世波/中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司。

生態(tài)節(jié)能技術(shù)在世茂天津生態(tài)城展示中心工程中的應(yīng)用

□文/屈大成 劉水沼 唐世波

世茂天津生態(tài)城展示中心工程在屋面、車棚、外墻、雨棚等多個(gè)部位利用太陽能發(fā)電，在屋面利用太陽能提供生活熱水，路邊設(shè)置太陽能路燈、草坪燈、采用智能照明等，具有節(jié)能要求高、形式多、系統(tǒng)繁雜的特點(diǎn)，充分顯示生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能與建筑的一體化，也顯示了節(jié)能環(huán)保帶來的社會(huì)價(jià)值。

太陽能；光伏發(fā)電；地源熱泵；導(dǎo)光照明；智能照明

中新天津生態(tài)城致力建設(shè)成綜合性的生態(tài)環(huán)保、節(jié)能減排、綠色建筑、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)推廣的平臺(tái)；通過積極推廣新能源技術(shù)，加強(qiáng)能源梯級(jí)利用，提高能源利用效率；優(yōu)先發(fā)展地?zé)崮堋⑻柲堋L(fēng)能、生物能等可再生能源，建成一座倡導(dǎo)環(huán)保節(jié)能的生態(tài)之城。而世茂天津生態(tài)城展示中心工程正是依據(jù)此理念實(shí)現(xiàn)了生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能與建筑一體化的完美結(jié)合。

1 工程概況

世茂天津生態(tài)城展示中心工程位于中新天津生態(tài)城南端起步區(qū)內(nèi)，總建筑面積4171m2，地上2層，建筑物高度17.45m。

2 工程特點(diǎn)及相關(guān)要求

2.1 工程特點(diǎn)

1）將生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能、自然的設(shè)計(jì)理念完美體現(xiàn)，將生態(tài)、環(huán)保、企業(yè)文化展區(qū)與住宅售樓處結(jié)合為一體的建筑功能完美呈現(xiàn)是工程施工的基本要求。

2）在屋面、車棚、外墻、雨棚等多個(gè)部位利用太陽能發(fā)電，在屋面利用太陽能提供生活熱水，路邊設(shè)置太陽能路燈、草坪燈、采用智能照明等，體現(xiàn)了本工程節(jié)能要求高、形式多、系統(tǒng)繁雜的特點(diǎn)，也充分顯示了節(jié)能環(huán)保帶來的社會(huì)價(jià)值。

2.2 相關(guān)要求

1）充分利用太陽能光伏發(fā)電，總功率約為100kW，能發(fā)電15萬kW·h/a，使用壽命在25a以上。

2）采用集中式聯(lián)集管式太陽能熱水系統(tǒng)，能節(jié)省電能5.15萬kW·h/a，使用壽命在15a以上。

3）使用地源熱泵承擔(dān)展示中心夏季制冷、冬季供暖的所有負(fù)荷，節(jié)能在50%左右。

4）采用智能照明系統(tǒng)，對(duì)所有的設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)化管理，通過不同時(shí)間內(nèi)的能耗監(jiān)測(cè)，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省電能。

3 主要節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

3.1 太陽能光伏發(fā)電

工程充分利用太陽能發(fā)電節(jié)省能源且分別在屋面、車棚、外墻、雨棚等多個(gè)部位安裝了單晶硅電池板，為其提供電能。

1）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

2）屋面發(fā)電。在屋頂安裝436.6m2的170W高效單晶硅電池板，總功率55.08kW，配有330塊2V800A蓄電池和一套60kW光伏控制及逆變器，為展廳辦公、樣板間、機(jī)房照明、應(yīng)急照明等處提供電能。

3）車棚發(fā)電。在車棚頂安裝有159.55m2的40W高效單晶硅電池板，電池板作為車棚的構(gòu)件部分，實(shí)現(xiàn)了太陽能發(fā)電和車棚的一體化，總功率18.76kW，配有110塊2V800A蓄電池和一套20kW光伏控制及逆變器，為部分生態(tài)展示區(qū)供電能，見圖2和圖3。

圖2 車棚電池板

圖3 車棚照明

4）幕墻發(fā)電。在南北側(cè)幕墻安裝有853塊16W高效單晶硅電池板，電池板作為幕墻菱形百葉的構(gòu)件部分，實(shí)現(xiàn)了太陽能發(fā)電和幕墻的一體化設(shè)，總功率15.6 kW，配有95塊2V600A蓄電池和一套16kW光伏控制及逆變器，為展廳弱電及機(jī)房設(shè)備提供電能，見圖4。

圖4 可旋轉(zhuǎn)菱形百葉

5）雨棚發(fā)電。在東南側(cè)雨棚安裝有62m2的40W高效單晶硅電池板，電池板作為雨棚的構(gòu)件部分，實(shí)現(xiàn)了太陽能發(fā)電和雨棚的一體化，總功率9.5kW，配有45塊2V500A蓄電池和一套10kW光伏控制及逆變器，為展廳弱電及機(jī)房設(shè)備提供電能，見圖5。

圖5 雨棚電池板

6）其他。應(yīng)用風(fēng)光互補(bǔ)太陽能路燈，為展廳道路庭院提供照明；太陽能草坪燈，提供綠地夜景照明；使用帶太陽能照明的垃圾箱，見圖6-圖8。

圖6 太陽能路燈

圖7 太陽能草坪燈

圖8 太陽能照明垃圾箱

3.2 集中式聯(lián)集管式太陽能熱水系統(tǒng)

1）系統(tǒng)概況。集中式聯(lián)集管式熱水系統(tǒng)采用24h進(jìn)行供水，提供熱水5t/d，熱水溫度50℃，滿足一層和二層衛(wèi)生間生活熱水，太陽能系統(tǒng)配備有1臺(tái)6t保溫不銹鋼水箱、10套集熱器、控制器1套及管道泵閥系統(tǒng)，總集熱面積為75m2。

2）運(yùn)行原理。屋面布置太陽能集熱器陣列，太陽能系統(tǒng)運(yùn)行采用溫差循環(huán)(強(qiáng)制循環(huán))與定溫出水的工作方式，對(duì)太陽能水箱中的水不斷加熱。當(dāng)太陽能水箱需要補(bǔ)水時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)電磁閥進(jìn)行補(bǔ)水，將水補(bǔ)充到設(shè)定水位時(shí)停止。當(dāng)太陽能水溫不足時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)電輔助加熱，將水溫加熱到設(shè)定溫度時(shí)停止。

3.3 地源熱空調(diào)系統(tǒng)

地源熱泵技術(shù)是利用地?zé)幔捎脽岜迷恚ㄟ^少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移，具有高效、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。

1）系統(tǒng)原理。夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到地下，由于地下溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達(dá)到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過地源熱泵機(jī)組，從地下中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量，即能效比達(dá)到4.0以上，能效等級(jí)一級(jí)。

2）機(jī)組運(yùn)行。冬天機(jī)組制熱時(shí)，井水進(jìn)入機(jī)組的蒸發(fā)器中，作為吸熱源。通過制冷劑在蒸熱器中蒸發(fā)，吸收井水中的熱量，井水回灌于地下。制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮之后，成為高溫高壓的過熱氣體，進(jìn)入冷凝器，加熱循環(huán)水，獲得45～50℃的熱水，見圖9。

圖9 冬天機(jī)組運(yùn)行

夏天機(jī)組制冷時(shí)，井水進(jìn)入機(jī)組的冷凝器中，作為放熱源。通過制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，吸收制冷系統(tǒng)水的熱量，為建筑物提供7℃的冷凍水。制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)之后，進(jìn)入機(jī)組的冷凝器，由井水帶走熱量并回灌于地下，見圖10。

圖10 夏天機(jī)組運(yùn)行

3.4 天然光導(dǎo)光管照明

1）系統(tǒng)原理。天然光導(dǎo)光技術(shù)是通過收集天然光，利用合理的技術(shù)將其傳送到需要的空間進(jìn)行照明。

2）系統(tǒng)組成。天然光導(dǎo)光管系統(tǒng)主要由集光器、導(dǎo)光筒以及漫射器3部分組成。集光器的作用是讓盡可能多的天然光進(jìn)入，同時(shí)防止灰塵、雨水和紫外線的侵入；導(dǎo)光筒的作用是傳輸天然光，將光線傳輸?shù)叫枰膱?chǎng)所；漫射器的作用是將光分布到室內(nèi)，為空間提供照明。

3.5 智能照明

智能照明系統(tǒng)借助各種不同的輸入模塊、時(shí)鐘控制以及控制元件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的場(chǎng)景進(jìn)行控制，營造一個(gè)舒適的視覺環(huán)境，減少光污染。

1）大堂照明。采用時(shí)鐘控制，在大堂服務(wù)臺(tái)處配置控制面板，也可根據(jù)需要設(shè)置手動(dòng)控制燈具的開關(guān)。通過回路搭配方式對(duì)照明設(shè)置為白天模式、上班模式、下班模式及晚上模式等，同時(shí)根據(jù)實(shí)際用途設(shè)置為一般模式、省電模式和全開模式。在主控室做集中管理與監(jiān)控，達(dá)到節(jié)省用電又可以達(dá)到最佳控制效果的目的，使大堂照明實(shí)現(xiàn)真正的智能化管理。

2）宴會(huì)廳。通過紅外遙控去控制場(chǎng)景模式。會(huì)議準(zhǔn)備開始的時(shí)候，全部的射燈逐漸點(diǎn)亮；入場(chǎng)時(shí)，隱藏?zé)舨蹠?huì)逐漸點(diǎn)亮；會(huì)議正式開始的時(shí)候調(diào)亮全部的燈光，使會(huì)議室顯得輝煌，會(huì)議進(jìn)行過程中，可以調(diào)節(jié)各回路的明暗程度而改變視覺效果；當(dāng)會(huì)議結(jié)束時(shí)，可以漸漸調(diào)亮筒燈和燈槽的亮度；當(dāng)會(huì)議中間休息時(shí)，可以將隱藏?zé)舨鄞蜷_，創(chuàng)造一個(gè)寬松的環(huán)境。

3）公共區(qū)域照明（走道）。公共走廊采用定時(shí)控制和紅外感應(yīng)控制方式，在走道的四個(gè)方向都安裝了紅外傳感器，有人來時(shí)，觸發(fā)探頭將自動(dòng)開啟該區(qū)域照明，人離開后燈延時(shí)關(guān)閉。同時(shí)在主要的出入口處配置控制面板，可根據(jù)需要手動(dòng)控制燈具的開關(guān)。

4 實(shí)施效果及分析

4.1 太陽能光伏發(fā)電

由于地理位置及日照長短、天氣及周邊建筑物等原因影響，太用能光伏發(fā)電上下會(huì)有波動(dòng)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)屋面月發(fā)電容量：30d×220.3kW·h/d×80%=5287.2(kW·h)；外墻菱形百葉月發(fā)電容量：30d×62.4 kW·h/d×80%=1497.6(kW·h)；車棚月發(fā)電容量：30d×75.04kW·h/d×80%=1800(kW·h)；雨棚月發(fā)電容量：30d×38kW·h/d×80%=912(kW·h)，由此得知，可節(jié)約電能（5287.2+1497.6+1800+912）kW·h/30d=316.5(kW·h/d)，大約 11.5萬 kW·h/a。

4.2 太陽能熱水系統(tǒng)

使用太陽能熱水系統(tǒng)后，1～2層衛(wèi)生間均可用到40～55℃的熱水，滿足了室內(nèi)辦公及生活用水需要，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可節(jié)約電能4.22萬kW·h/a。

4.3 地源熱泵

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況，在室外溫度-10℃時(shí)，地源熱室外埋地管內(nèi)水溫平均達(dá)到9.7℃，室內(nèi)供水管道內(nèi)水溫達(dá)到42～45℃，室內(nèi)溫度14～16℃，基本達(dá)到了冬天取暖的預(yù)期效果。

4.4 智能照明

采用智能照明系統(tǒng)后，不但節(jié)省電能而且節(jié)約了人工成本，對(duì)公共走廊的照明燈具的功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照每個(gè)額定電流為10A回路考慮，則實(shí)際負(fù)載為3A；所以每天每個(gè)回路工作10h，節(jié)省電能為220V×3A×10h×40%=2.64（kW·h）。

5 結(jié)語

世茂天津生態(tài)城展示中心工程將生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能與建筑一體化的完美結(jié)合，帶來了一定的效益，對(duì)節(jié)能減排有其巨大的作用，為將來中新天津生態(tài)城對(duì)生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保的利用提供了完美的示范作用。

TU52

C

1008-3197（2011）04-01-03

2011-05-20

屈大成/男，1978年出生，工程師，中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，從事工程技術(shù)管理工作。

□劉水沼、唐世波/中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司。