武漢市既有公共建筑節能改造技術方案研究

李 嘉 楊運國 劉 兵

（1.中國鐵道部第四勘查設計院 湖北 武漢： 430000；2.湖北中城科綠色建筑研究院湖北 武漢： 430022；3.武漢工程職業技術學院 湖北 武漢：430080）

1 問題的提出

既有公共建筑節能改造是我國城鄉建設領域的一項重點工作，開展既有建筑節能改造，不僅能有效地降低建筑耗能、節約資源和能源，大幅度減少整個社會的運行成本，對我國實現節能減排國家戰略、建設低碳城市具有重大作用。

常用的改造技術主要包括外圍護結構熱工性能改造、采暖空調通風及生活熱水系統改造、供配電、照明及控制系統改造技術、行為節能、設備圍護及可再生能源利用等。

依據湖北中城科綠色建筑研究院（2010－2011年）能耗調查及能源審計數據分析，武漢市既有公共建筑能耗在60～135kWh／（m2·a）之間，能耗數據偏高。造成既有公共建筑能耗高的因素有很多，主要有以下幾個方面：圍護結構方面（不滿足現有《公共建筑節能設計標準》限值要求）、冷熱源方面（大馬拉小車、水系統實際溫差小、換熱器污垢）、輸配系統方面（水力不平衡、定流量運行）、末端系統方面（盲目提高室內溫度要求、新風不可調或部分新風進口堵塞、風盤末端未設電動兩通閥、風機無變頻）、電氣系統、照明及辦公設備方面（變壓器負載偏低、未使用節能燈具、空調系統控制不完善、樓宇智能化水平低）、管理環節方面（系統分區不合理、冷凍水旁通、節能意識不強）。

2 改造方案

本文討論分析時選用的技術都是目前行業內較為成熟的技術，而節能改造本身的環保、生態效益都是正面的。因此，主要從節能改造的經濟性（投資回收期）來評價改造技術方案。

改造方案基本參數如下：

（1）依據湖北中城科綠色建筑研究院（2010－2011）能耗調查及能源審計數據，中央空調類辦公建筑，平均能耗為103.76kW·h／（m2·a）。

（2）通過咨詢相關材料市場報價及查閱相關資料（根據湖北卓寶建筑節能科技有限公司，深圳市得訊科技有限公司、成都華臻科技有限公司2012 年的產品資料和報價），確定各項節能改造措施的投資單價：外墻外保溫200元／m2（外墻面積），屋面改造120元／m2（屋面面積），外窗更換為中空窗（內置遮陽）650元／m2（玻璃面積），外窗更換為低輻射中空窗500元／m2（窗戶面積），窗貼膜200元／m2（膜面積），活動外遮陽200～550元／m2（產品面積），照明系統30元／m2（建筑面積，僅考慮照明燈具的更換，不涉及線路的重新調整），變配電系統15～25 元／m2（建筑面積，未考慮變壓器的更換費用），中央空調水泵、風機變頻改造＋增設平衡閥＋保溫層修復＋系統重新調試110元／m2（建筑面積，未考慮冷熱源設備的更換費用），分項計量系統15～25 元／m2（建筑面積）。

2.1 改造技術方案評價方法

中央空調類建筑，圍護結構、室內設備等配置與空調系統之間的關聯性較強，且空調末端設備使用的靈活性較分體空調類建筑要差，因此，對中央空調類建筑采取全年動態能耗模擬的方法。

全年動態模擬的技術路線圖如圖1。

圖1 全年動態模擬的技術路線圖

首先收集建筑能耗相關數據，包括建筑圍護結構特性參數、幾何尺寸，建筑全年逐月（逐時）能耗數據（建筑使用的電、柴油、天然氣等能源）、空調系統和其他系統的使用功率、運行時間表、部分空調系統和其他系統的現場測試數據、氣象參數和建筑內辦公使用人數等。將收集的數據輸入軟件，建立模型（研究選用DesignBuilder軟件）。建模時可以適當簡化模型，簡化模型的原則是按空調、采暖區域考慮。模擬計算建筑能耗，根據調查獲取的建筑逐月能耗進行比較，修正參數設置，使模擬結果與實際能耗數據的誤差在允許的誤差范圍內。

從外墻、屋面保溫，外遮陽，換窗，換窗＋外遮陽，綜合，燈具更換，燈具更換＋控制等各個方面進行技術措施改造，得出改造后的總能耗量

本次研究結果顯示，疾病療效的總有效率，試驗組為96.40%，對照組為94.55%，非劣效檢驗成立，試驗組不劣與對照組?？人云鹦r間的組間比較，差異有統計學意義（試驗組＜對照組），提示試驗組較對照組能縮短咳嗽起效時間。兩組中醫證候療效、單項癥狀及體征的消失率的組間比較，差異均無統計學意義。試驗期間，試驗組未發生不良事件。綜上可認為，在頭孢呋辛酯干混懸劑基礎上，應用止咳橘紅顆粒對小兒急性支氣管炎（痰熱壅肺證）的病情改善作用不劣于金振口服液，且具有更好的止咳對癥治療作用，臨床應用的安全性較好。

根據計算出的節能量和現行的改造投資成本，計算節能改造的投資回收期，評價改造措施的可行性，比選改造方案。

2.2 中央空調類建筑節能改造技術評價方法

（1）模型參數。根據相關情況的調研，在調查比對的基礎上，建立武漢市既有辦公建筑的典型中央空調建筑模型，典型參數為：

建筑平均能耗：根據調查數據綜合能耗為103.76kWh／（m2·a），有關文獻［1］研究指出，在用能系統中空調采暖系統能耗占的比重較大，平均在35%～50%，其次是照明和辦公設備。

建筑體型相關參數：外窗面積／建筑面積＝0.25，外墻面積／建筑面積＝0.50，屋面面積／建筑面積＝0.10。

圍護結構參數：武漢市既有辦公建筑的墻體以燒結普通磚、燒結多孔磚和空心磚為主，故外墻的傳熱系數取1.7W／（m2·℃）；外窗多采用鋁合金窗框，普通白色透明玻璃，傳熱系數設為6.26W／m2·℃，SHGC＝0.86；屋面傳熱系數選1W／m2·℃。

室內熱源參數：人員密度設置為0.11 人／m2，照明密度9W／m2，室內辦公設備8W／m2；

室內溫度控制：空調溫度為26℃，采暖溫度為20℃；

系統效率：制冷（電制冷）系統COP＝3.0，采暖（天然氣）效率0.75。

（2）在典型模型的基礎上，將節能改造措施應用于既有公共辦公建筑中（表1）。

表1 既有公共辦公建筑節能改造措施

此外，有關調查顯示，在配電系統增設無功補償器和濾波器等裝置，節能率是5%；裝設分項計量系統，節能率5%；對中央空調系統進行變頻、水力平衡技術以及系統重新調試等方式大約可實現建筑節能15%。

3 數據分析

改造前建筑總能耗、用能系統能耗數據以及改造措施的節能量數據見表2。通過模擬計算得出各項節能措施的節能量和相關經驗數據可以確定圍護結構改造、暖通空調改造、照明改造、分項計量等措施的建筑能耗節能率，通過咨詢市場報價及查閱相關資料確定各項節能改造措施的投資費用，在此基礎上對各項改造技術附加相關輔助工程費用，形成綜合單價，在結合目前的能源單價，即可以分析得出各個節能改造措施的靜態投資回收期，見表3。

從表3數據可以看出，在武漢的氣候條件下，依據2012 年材料價格，照明改造投資單價31.05元／m2，建筑節能率10.7%，回收期2.91年；變配電改造，投資單價20.7元／m2，建筑節能率5%，回收期4.16 年；空調系統改造，投資單價113.84元／m2，建筑節能率15%，回收期7.62年；分項計量改造，投資單價113.84元／m2，建筑節能率15%，回收期4.16年。以上改造措施的投資回收期較短，經濟性好，應優先選用。對于圍護結構改造技術而言，單項技術的回收期都較長，經濟性相對較差。但是由于目前我市建筑的圍護結構的熱工性能參數都不能滿足節能標準的限值要求，而圍護結構對中央空調系統的能耗有明顯的影響，也應在改造范圍之內。

表2 節能改造措施節能效果

表3 節能改造措施靜態回收期

考慮技術組合，定義低層次改造為照明改造、變配電改造、空調系統改造和分項計量系統的組合；中層次改造為低層次改造基礎上，增加外窗的某項改造；高層次改造為中層次改造基礎上增加外墻、屋面的保溫改造。根據表中的數據，低層次改造的節能率為10.7%＋5%＋15%＋5%＝35.7%，考慮0.9的綜合系數，取節能率為32.13%，綜合投資單價186.3元／m2，回收期5.84年，投資收益顯著，是優選方案；中層次改造的投資、節能率及回收期見表4。

表4 中層次改造的投資、節能率及回收期

從表4可以看出，中層次的改造采用外窗貼膜＋低層次改造的投資為238元／m2，回收期7.2年；采用外遮陽＋低層次改造的投資為277 元／m2，回收期8.1年；采用低輻射中空窗＋低層次改造的投資為316元／m2，回收期8.8年；采用帶遮陽功能的中空窗＋低層次改造的投資為354.4元／m2，回收期9.5年。該組合方案的回收期可控制在10年以內，是比較理想的方案。

高層次改造的投資、節能率及回收期見表5。

從表5可以看出，在增加外墻和屋面保溫的作用下，建筑改造投資增加100元／m2，而回收期增加2年左右，經濟性較差。此外，外保溫改造往往都是在建筑物正常使用中進行，施工會因噪聲、粉塵、垃圾或大量濕作業造成對正常工作、生活的干擾，也有可能在拆除過程中造成相關部位例如門窗等的不必要損壞。另外，在建筑物正常使用中進行外保溫改造施工，會由于技術選擇不當，在施工中發生火災，對建筑物或室內人員造成傷害，應充分論證選擇，不建議對建筑進行高層次的改造。

表5 高層次改造的投資、節能率及回收期

4 結論

通過建立武漢市既有公共辦公建筑中央空調模型采用全年動態模擬的方法，根據2012年材料價格模擬測算，分析了單項改造技術的回收期。根據2012年材料價格模擬測算，其中燈具更換為節能燈，回收期2.91年；安裝節電裝置，回收期4.15年；空調系統改造，回收期7.61年；安裝分項計量系統，回收期4.15年，外墻、屋面保溫，回收期36.8年；外窗更換帶遮陽功能的中空窗，回收期29.8年；更換低輻射中空窗，回收期31.5年；窗貼膜，回收期40年；外遮陽，回收期38年。

結果表明，照明改造、變配電改造、空調系統改造和分項計量改造的投資回收期較短，經濟性好，應優先選用；而圍護結構單項的回收期均較長），經濟性較差。

在單項技術分析的基礎上，根據不同的改造技術組合，定義了低層次改造、中層次改造和高層次改造，并分析了不同層次的回收期。根據2012年材料價格，經過模擬計算低層次改造的投資，綜合投資單價186.3 元／m2，節能率為32.13%，回收期5.84年，經濟性好，是優選方案；中層次改造的綜合投資單價238 元／m2～354.5 元／m2之間，節能率為33.3%～37.7%，回收期在7.2～9.5年之間，經濟性較好；高層次改造綜合投資單價354 元／m2～466.5元／m2之間，節能率為36.5%～40.8%，回收期在9.74～11.5年之間，經濟性較差，不建議采用。

［1］中國建筑科學研究院.JGJ176－2009，公共建筑節能改造技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［2］徐偉，鄒瑜.公共建筑節能改造技術指南［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010.