淺析長春市大型公共建筑節能潛力

摘要：文章以長春地區某大型公共建筑為例，通過對各項節能措施的節能效果進行實際調查以及DeST模擬分析，并對各項節能措施的相對重要性進行比較，提出適合長春等嚴寒地區的切實可行的節能途徑及節能潛力。

關鍵詞：公共建筑；建筑節能；能耗模擬；長春市；節能措施 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU532 文章編號：1009-2374（2015）36-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.038

1 背景

我國建筑節能主要包括建筑物圍護結構（外墻、外窗、外遮陽等）的節能、建筑內部供暖系統（空調、采暖系統）的節能、建筑內部燈具及各種電器的使用效率提高、既有大型公共建筑的相關節能改造措施、新建大型公共建筑的相關節能措施。建筑節能的目標的貢獻大致分別為30%、30%、15%、10%、15%左右。可見，既有大型公共建筑具有很大的節能潛力和提升空間。對于不同地理條件、不同功能類型的大型公共建筑而言，各種節能措施所產生的節能效果也存在差異。因此，以長春地區為例針對各項節能措施的節能效果進行實際調查以及計算機模擬分析的結果，提出適合長春地區的切實可行的節能途徑。建筑環境設計模擬分析軟件——DeST（designer′s simulation toolkits）。DeST分析軟件可用于建筑能耗的模擬分析和建筑環境控制系統的設計校核，起到了降低系統能源消耗、提高環境系統設計質量以及保證設計可靠性的作用。建筑能耗的計算方法基本上包括建立在不穩定傳熱理論基礎上的計算軟件動態模擬能耗以及建立在穩定傳熱理論基礎上的靜態能耗分析方法，靜態能耗分析的方法主要有度日數法、設備滿負荷小時數法、當量峰值小時數法、溫頻數法等。但建筑能耗是一個由多種復雜因素決定的動態過程，因此動態能耗模擬分析的方法對室內外的各種擾量考慮較細致全面，同時利用計算機可以非常方便地對實時變化的室外環境氣候下建筑物的冷、熱負荷進行動態模擬計算以及對建筑內部空調系統的全年能耗進行動態模擬分析計算。大型公共建筑人員流動情況復雜，空調面積大，空調系統復雜，要了解該類型建筑的能耗狀況，只有選擇一個在各方面比較典型的公共建筑建立能耗模擬的模型，這樣才能對長春市公共建筑的能耗進行有效地分析。本文選擇了一棟綜合性大廈作為示例對象。

2 外圍護結構節能潛力

外圍護結構主要包括有外墻、外窗、外遮陽以及屋頂等的影響因素，就長春地區的氣候條件而言以及文中示例公共建筑的能耗模擬分析過程中可以看出，冬季采暖季較長，能耗相對夏季以及過渡季節來說要高得多，所以外圍護結構中尤其外墻及外窗的能耗影響對冬季耗熱量影響較大；雖然夏季的室外氣溫偏高的時間很少，但白天日照時間長，太陽輻射強度依然很高，所以外遮陽對于夏季的建筑能耗還是有一定影響的。

2.1 外墻及外窗對熱負荷的影響

從圖1可以看出，通過外圍護結構中的外墻和外窗的改造對建筑節能的效果比較明顯，采用兩種不同的熱工系數負荷分別相對于最大傳熱系數外墻減少了20%、35%，而外窗與外墻的變化曲線基本相似，所以外墻與外窗對建筑熱負荷的影響效果是不容忽視的。通過改造既有建筑的外圍護結構的熱工性能來實現節能，效果非常顯著，在長春地區的大型公共建筑可以大力推廣。

對于外墻可設置透明幕墻，但對于非透明的幕墻，則可采用如石材幕墻、鋁塑復合材料及金屬幕墻。從節能的角度來講，應將非透明的幕墻作為實墻處理，采取保溫隔熱的措施。對于外窗，要想達到保溫節能的目的，可從以下三方面著手：（1）提高外窗的氣密性。一般外窗都有些許縫隙，室外的冷空氣或者熱空氣滲入其室內的量是相當大的，當窗戶的密封性能達不到節能標準要求時，應當采取適當措施，例如在縫隙處設置氈片等制成的密封條，從而提高窗戶的氣密性；（2）提高外窗的保溫性，可采取措施適當提高窗框及玻璃的保溫性能；（3）控制窗墻面積比。窗戶的熱阻相對于墻體的熱阻較小，單玻窗的傳熱損失約為48cm磚墻的數倍，中空玻璃窗戶的傳熱損失也大于墻體。因此，將窗墻面積控制在適宜范圍內是十分必要的。

2.2 外遮陽對冷負荷的影響

由圖2可以看出，在采用外遮陽后，建筑的夏季累計冷負荷減少了不到4%，節約率不是很高，但也有一定的效果，所以大型公共建筑在夏季注意外遮陽也可實現一定的節能效果。部分大型公共建筑采用平屋結構，這為屋頂綠化提供了可能性。屋頂綠化不僅可以還原部分建筑所占用的綠化資源，重現了鋼筋水泥中的自然綠色，增加城市綠化率，并且可起到外遮陽作用。考慮到技術方面，需要解決屋頂綠化所面臨的荷載加大、防水、養護難等的問題，就可以使得屋頂綠化不僅限于草坪、花卉和灌木等輕型的綠化，而且還可以形成豐富綠化元素的空間景觀；考慮到嚴寒地區的室外條件，屋頂綠化存在一定的局限性，但長遠來看，帶來的節能可行性還是很大的，尤其是夏季。此外，還可對墻面進行遮陽，采用專用的遮陽構件對西墻加以遮陽。

3 冷熱源節能潛力

空調系統冷熱源的能耗占整個集中空調系統的60%～70%，同時其使用成本也占整個集中空調系統70%左右，不同的冷熱源方案差別也較大。在北方地區，大型公共建筑的中央空調工程也只在近十年內出現。通常熱源供給方式分為電鍋爐、燃煤鍋爐、燃油+氣鍋爐等。近些年來，大多數城市已從環保角度出發開始控制燃煤爐的使用，減少有害氣體的排放。同時在很多電力供應較為充足的地區為鼓勵用電，在電價及其政策上相對給予一定的優惠，如取消用電增容費等措施，小區商業用途用電按民用用途電收費，諸如此類的政策促使電鍋爐的大量廣泛使用。而在石油、天然氣資源豐富的地區則鼓勵選用燃油爐和燃氣爐。冷源就其形式大致分三種：熱泵機組、電制冷機組以及溴化鋰吸收式機組。比較常用的是電制冷機組和溴化鋰吸收式機組兩種類型。電的制冷機組又分風冷和水冷兩種，風冷機組可放置在建筑物屋頂或室外地坪上，從而縮減機房使用面積，甚至可以做到取消機房，從而節省建筑物利用空間、增加利用率，這對于公共建筑來說是十分有利的，但機組的價格相對偏高且耗電量也相對較大。具有很大應用潛力的冷熱源節能新技術，如地源熱泵、冷熱電聯產、水源熱泵等，近年來在這方面的研究逐漸增多，但實際應用中卻很少見。所以在冷熱源的選擇上設計人員應考慮結合實際情況，盡可能精確計算冷、熱負荷，做到合理選配冷熱源臺數及其容量大小，盡量避免裝機容量偏大或偏小，從而達到既舒適又節能的效果。

4 空調運行管理與自動控制

在調研的大型公共建筑物中未發現配有自動控制系統的建筑，多數建筑物建筑的制冷機運行是由人工操作的，同時空調的風系統和水系統自動調節能力差，容易造成室內冷熱不均的情況，并且長春市大型公共建筑中的系統運行管理人員操作專業知識掌握不深、管理水平較差，通常只是習慣性按照一般的流程來控制運行管理。同時在空調運行方面，大多數大型公共建筑如商場、酒店都存在著部分負荷運行的現象，未根據室內具體的情況來控制運行空調機的運行，造成了很大的不必要的浪費。合理妥善地將自控技術運用于暖通空調系統的控制管理中，可以有效地改善系統運行品質，節省運行能耗，提高管理水平，并減少運行管理勞動強度，取得良好的經濟效益和社會效益。自動控制和變頻技術應用逐漸廣泛應用，空調系統運行管理的自動控制，不僅可以精確地保證空調房間溫濕度要求，同時節約人力，而且可防止系統多余的能耗損失及降低能耗的重要環節，以達到最佳節能運行的效果。

5 結語

就長春地區既有大型公共建筑的能耗問題而言，提出三項較為常見且實際的節能潛力措施：（1）建筑物的外圍護結構，對北方地區來說，外墻及外窗對建筑熱負荷的影響較大，而在外遮陽方面只對夏季短時期內的冷負荷有些許影響效果；（2）空調系統的運行管理，大部分的大型公共建筑常年處于部分負荷狀況下運行，而且存在運行管理人員專業知識有限、操作較差等，系統操作設備上不先進的問題，可以加以改善。多數大型公共建筑屬于綜合性建筑，有著建筑內部的各房間功能不同，其內部人員流動不同以及室內既有設備運行發熱量不同的特點，所以空調不宜選擇過大的機型，要切實切量地選擇，并且在實際運行中根據不同的房間情況適當做出相應的調節與管理；（3）冷熱源的選擇，需要注意的是應精確計算冷、熱負荷，盡可能合理選配冷熱源臺數及其容量大小，避免裝機容量偏大或偏小，造成浪費，以達到既舒適又節能的效果，有條件還可以考慮節能潛力較大的冷熱源新技術。

參考文獻

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作者簡介：鄭家佳（1982-），女，吉林集安人，吉林省集安市國土資源局工程師，研究方向：建筑技術科學。

（責任編輯：秦遜玉）