鄭州市既有公共建筑采暖系統(tǒng)節(jié)能改造

李雯雯

【摘 要】本文以構(gòu)建節(jié)約型綠色社會為背景，從人們?nèi)找娓纳频纳钚枨蟪霭l(fā)，通過對鄭州較典型的公共建筑供暖方式調(diào)研，深入了解其建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)采暖效果的作用以及采暖技術(shù)。以典型既有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及各供暖方式為例進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)合鄭州獨特的地理、氣候環(huán)境，對鄭州市既有建筑的采暖節(jié)能改造提出科學(xué)可行的建議。

【關(guān)鍵詞】公共建筑；供暖方式；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析；節(jié)能

1 鄭州既有公共建筑采暖現(xiàn)狀調(diào)研及分析

1.1 調(diào)研設(shè)計與數(shù)據(jù)采集

實地采集信息包括：功能類型、建筑年代、窗墻比、窗是否雙層、墻材質(zhì)、屋頂綠化情況、供暖方式等。

1.2 數(shù)據(jù)整理和分析

1.2.1 有效數(shù)據(jù)整理

對所采集的數(shù)據(jù)錄入到Excel表格，篩選有效數(shù)據(jù)。共30個樣本（在統(tǒng)計學(xué)中一般地，樣本數(shù)量大于30個的樣本成為大樣本）。使本文的數(shù)據(jù)樣本具有在年代以及地域類型上具有一定代表性。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理分析

①建筑年代久，窗墻比值小：從采集的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計結(jié)果顯示，隨著建筑建設(shè)年代的臨近，墻窗比基本呈現(xiàn)上升趨勢，即越來越多公共建筑的窗體使用率在提高（與玻璃幕墻的大量使用有一定關(guān)系），在2005年之后的樣本里甚至窗墻比都大于等于1：1，這可能跟我們樣本選取有一定關(guān)系，但是也不難看出玻璃在建筑外墻的應(yīng)用中越來越頻繁，尤其是新建建筑，部分高端酒店寫字樓等為了美觀時尚，大量采用玻璃幕墻。為建筑的有效節(jié)能提出了巨大挑戰(zhàn)；②屋頂綠化少：屋頂是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的熱工性能對建筑的溫度環(huán)境有一定影響，同時屋頂是建筑的“第五立面”，它的立面效果也值得關(guān)注。屋頂綠化是一種新型的節(jié)能環(huán)保、綠色建筑屋面處理形式，不僅可提高屋面保溫性能，更能有效提高城市綠化率，改善城市環(huán)境；③空調(diào)采暖多，新技術(shù)使用少：從供暖方式來看，80%的建筑僅使用或結(jié)合使用了中央空調(diào)，23.3%的建筑僅使用或結(jié)合使用了柜式（獨立）空調(diào)，極少數(shù)的建筑采用新節(jié)能技術(shù)采暖如地暖、地源熱泵、太陽能等，不同的供暖方式對建筑環(huán)境、天氣情況、地質(zhì)等有要求，也通常結(jié)合建筑需要已經(jīng)相應(yīng)的預(yù)算來決定。

2 公共建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)改造技術(shù)

2.1 外墻節(jié)能改造技術(shù)

外墻的保溫系統(tǒng)主要包括內(nèi)保溫系統(tǒng)和外保溫系統(tǒng)。內(nèi)保溫系統(tǒng)在歐洲的一些國家應(yīng)用較多，它作法簡單，造價較低，且技術(shù)成熟。但也存在明顯缺陷：建筑物使用面積減少；對既有建筑的改造需拆除內(nèi)部裝修，增加拆除及重裝成本；內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致內(nèi)外墻出現(xiàn)兩個溫度場，建筑物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，保溫層易出現(xiàn)裂縫。外保溫系統(tǒng)則可以規(guī)避內(nèi)保溫系統(tǒng)的缺點，但是容易引起火災(zāi)，對保溫材料的防火性能要求極高。

2.2 窗體節(jié)能改造技術(shù)

在鄭州公共建筑普遍使用的節(jié)能改造方法是將玻璃改成雙層中空玻璃窗。更改窗體后的節(jié)能效果明顯，但是更改窗體初始投資大，應(yīng)在計算能耗節(jié)省和改造成本的評估后進(jìn)行。在不能大面積更改窗體的基礎(chǔ)上修繕窗體，窗主體傳熱系數(shù)不能大幅改善，可通過修繕增加窗體氣密性，減少不必要的冷風(fēng)滲入，如在窗框與窗扇之間加上高效保溫氣密性材料（礦棉、玻璃棉、橡膠條）。

2.3 屋頂?shù)墓?jié)能改造

屋面節(jié)能技術(shù)是指改善屋面的熱工性能阻止熱量傳遞，有加貼絕熱反射膜、架空通風(fēng)屋面、蓄水屋面、坡屋面、綠化屋面等類型。鄭州公共建筑的屋頂主要為平屋頂，可采用綠化屋面的形式。綠化屋面節(jié)能環(huán)保能改善城市景觀，存在隱性效益，需考慮屋頂承重能力，屋面防水方面技術(shù)性強(qiáng)，其他部分的施工技術(shù)較成熟，但仍鼓勵屋頂綠化進(jìn)行節(jié)能改造。

3 幾類采暖設(shè)備比較分析

下文具體分析對比中央空調(diào)、地暖、地源熱泵三類供暖方式的采暖原理和優(yōu)缺點比較。

3.1 中央空調(diào)采暖

3.1.1 工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)制熱通過電動四通閥的轉(zhuǎn)換，將經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮的高溫高壓液體直接進(jìn)入室內(nèi)機(jī)冷凝器、釋放出大量的熱量由風(fēng)扇排放到室內(nèi)，吸收室內(nèi)的冷空氣；系統(tǒng)制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流后通過室外機(jī)蒸發(fā)器由液體轉(zhuǎn)換為氣體，將在室內(nèi)機(jī)吸收的冷空氣經(jīng)室外機(jī)蒸發(fā)器和風(fēng)扇將冷空氣排到室外，制冷劑通過管道回到壓縮機(jī)吸氣端。通過循環(huán)達(dá)到制熱目的。

3.1.2 優(yōu)劣勢

初始投資較小，施工難度較小，國內(nèi)該項施工經(jīng)驗豐富，但是運(yùn)行費用較高，對外部環(huán)境會造成一定的污染破壞，運(yùn)行聲音大，且體感干燥。

3.2 地板輻射采暖

3.2.1 工作原理

地暖以不高于60℃的低溫水作為熱媒，使其科學(xué)分布于地面層下的熱水盤管，均勻輻射加熱整個地面，并以整個地面為散熱面，利用地面自身的蓄熱量向房間各個角度輻射熱量，來達(dá)到取暖的目的。

3.2.2 優(yōu)勢

地板輻射使人“溫足涼頂”，體感良好。地面蓄熱量大，室內(nèi)溫度變化緩慢，熱穩(wěn)定性好；熱媒低溫輸送，輸送過程熱損失小，節(jié)能效果好；鋪在地下，利于屋內(nèi)裝修和家具布置，節(jié)約室內(nèi)使用面積同時隱藏在地下穩(wěn)定性好、不腐蝕，免除挖開地面維修的煩惱，如正常使用無人為破壞，地暖系統(tǒng)使用壽命長達(dá)50年以上；由于地暖的熱源設(shè)備是壁掛爐，可充分利用低溫?zé)崴Y源，運(yùn)行費用低。

3.2.3 劣勢

采用加熱的方式有煤炭、太陽能、電等，煤炭會造成環(huán)境污染，太陽能來源不夠持續(xù)穩(wěn)定，電能消耗較大。由于地暖鋪設(shè)占用3-8厘米層高，人會感到壓抑。由于地暖采暖時，地面會達(dá)到一定的溫度，所以地面鋪設(shè)有限制。

3.3 地源熱泵采暖

3.3.1 工作原理

地源熱泵系統(tǒng)在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，通過四通閥將冷媒流動方向換向。由室外地能換熱系統(tǒng)吸收地下水或土壤里的熱量，通過水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)向室內(nèi)供暖。

3.3.2 優(yōu)點

綠色環(huán)保，利用少量電能作為驅(qū)動力，汲取儲存在大地的太陽能取暖；壽命長，地下水或深層土壤溫度恒定，地源熱泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定；安全性能高，系統(tǒng)機(jī)組無直接對外散熱風(fēng)扇，不會對人造成意外傷害；占地面積小，約為傳統(tǒng)空調(diào)的三分之一；運(yùn)行安靜。

3.3.3 劣勢

地源熱泵對施工區(qū)域有要求如建筑周圍是否有充足打井空間，地下土壤是否適合打井等，當(dāng)?shù)卣呦拗埔矔绊憽Ａ硗獬跬顿Y較高，一般設(shè)備價格都占到整個工程的30%不到，大部分費用都用在了施工上面。最重要的是對工藝要求高，國內(nèi)安裝經(jīng)驗不夠成熟，會影響使用效果。

綜上分析，三者的前期投入從低到高依次是中央空調(diào)、地暖、地源熱泵，但是在后期的運(yùn)營上，單位建筑面積的花費順序是顛倒的，所以僅從這兩個方面來看，前者符合短期的以及初期預(yù)算較小的采暖，后者從長遠(yuǎn)來說是經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的，通過幾年的運(yùn)行可以將初期多投資的通過運(yùn)營費用的減少來折算，并在后期一直維持經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保的狀態(tài)，以下將以中央空調(diào)和地源熱泵做經(jīng)濟(jì)分析，用數(shù)據(jù)說明初期投入和運(yùn)營費用的關(guān)系。同時在國家的綠色環(huán)保的口號下，節(jié)能環(huán)保無疑是以后的建筑趨勢，政府也用政策積極引導(dǎo)另外不得不提的是，從體感上來說空調(diào)和后兩者有明顯的差距，后兩者更符合人體需要。也值得指出的是，地暖只使用于采暖，但是其他兩種是適用于夏冬，地源熱泵甚至可以扮演提供熱水的角色。所以這三種模式，需要根據(jù)具體項目的資金、需求、環(huán)境條件等詳細(xì)分析得到最佳的方案。

4 結(jié)語

通過實地調(diào)研并在此基礎(chǔ)上對幾種節(jié)能改造技術(shù)以及供暖方式的可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了討論和研究。圍繞建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和供暖方式兩個方面對既有建筑采暖進(jìn)行節(jié)能改造的研究，得到以下結(jié)論：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱能消耗量占據(jù)采暖熱負(fù)荷1/3以上，在同等條件下，發(fā)達(dá)國建的房屋單位面積采暖能耗不到我國的1/3，也就是說我們可以通過有效的改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的方法降低既有建筑能耗50%～65%；圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中，門窗對建筑節(jié)能的影響最大，在改造過程中，可對門窗進(jìn)行重點設(shè)計。可從玻璃材質(zhì)構(gòu)造、門窗密閉性等角度進(jìn)行改造并注意太陽輻射得熱和保溫性能兩個指標(biāo)；地源熱泵整體上表現(xiàn)出較節(jié)能環(huán)保，但是初始投資高，對施工技術(shù)、地質(zhì)等有明顯要求，需要對建筑進(jìn)行全方位分析，結(jié)合實際情況綜合考慮；新的采暖節(jié)能方式的探索之路還應(yīng)該不斷繼續(xù)前行，特別是對于既有建筑的節(jié)能改造具有較大潛能，本文只是初步的探索。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]