大型公共建筑的綜合節(jié)能

石俊 魏平 魏昶宇

摘要：能耗問題在我國社會日漸凸顯，大型公共建筑節(jié)能是建筑節(jié)能的重點。本文從墻體外圍結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)及運行管理5個方面分別總結(jié)論述了目前幾種常用的節(jié)能方法，公共建筑應(yīng)結(jié)合自身特點選用適合的方法，并注重系統(tǒng)運行的整體性。

Abstract： The problem of energy consumption is becoming more and more prominent in our society. The energy saving of large-scale public buildings is the key point of building energy conservation. This article summarizes and discusses several commonly used energy-saving methods from the five aspects of the peripheral structure of the wall， the air conditioning system， the lighting system， the elevator system and the operation management. The public building should use suitable methods in combination with its own characteristics， and pay attention to the overall system operation.

關(guān)鍵詞：大型公共建筑；技術(shù)節(jié)能；管理節(jié)能；綜合管理

Key words： large-scale public buildings；technology and energy saving；management and energy saving；comprehensive management

中圖分類號：TK01+8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0148-03

0 引言

在過去的三十年間，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，各類大型公共建筑也涌現(xiàn)出來，但隨之而來的則是久居不下的建筑能耗。我國公共建筑能耗目前約占社會總能耗的20%，主要原因是大部分公共建筑并未普及節(jié)能技術(shù)，也沒有進行智能化管理。進入21世紀，國家倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有必要對大型公共建筑采取綜合節(jié)能措施進行節(jié)能改造，降低能耗。

目前大型公共建筑的綜合節(jié)能主要分為墻體外圍結(jié)構(gòu)，中央空調(diào)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)，電梯系統(tǒng)及樓宇綜合運行自動化管理五個方面，并且采取技術(shù)節(jié)能與管理節(jié)能相結(jié)合的方式。

1 墻體外圍結(jié)構(gòu)

提高建筑墻體或者外部圍護結(jié)構(gòu)的隔熱性，減少熱量散失，可以有效降低能耗。主要包括采用新型墻體材料，加設(shè)保溫層，改造窗戶結(jié)構(gòu)，增加遮陽裝置，改良建筑屋頂?shù)取１疚闹攸c關(guān)注屋頂改造中對新能源的利用，即太陽能和風(fēng)能。

1.1 太陽能屋頂

公共建筑中對太陽能利用主要分為三個部分：光熱轉(zhuǎn)換；光伏發(fā)電；太陽光照明。太陽能屋頂主要是實現(xiàn)前兩個方面。在光熱轉(zhuǎn)換中它分為主動和被動兩種。被動式是直接利用太陽輻射熱量，主動式則是以太陽能集熱器為主，外加風(fēng)機、泵及儲熱裝置等組成的強制循環(huán)系統(tǒng)。

太陽能熱電聯(lián)供系統(tǒng)是將太陽能光熱電資源同時利用，關(guān)鍵技術(shù)為PVT熱電聯(lián)產(chǎn)組件及其與建筑的結(jié)合方式。文獻[1]中對水冷型和相變流體型進行比較，得出后者系統(tǒng)效率和特性優(yōu)于前者。同時該熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以引入其他新能源系統(tǒng)作為輔助，彌補太陽能不穩(wěn)定的缺點。如太陽能與熱泵技術(shù)相結(jié)合，太陽能與燃氣技術(shù)相結(jié)合等。如圖1、圖2所示為集中PVT組件結(jié)構(gòu)圖。

1.2 風(fēng)能屋頂

公共建筑對風(fēng)能的利用根據(jù)風(fēng)機安裝位置大致可分為三種：頂部型、空洞型和通道型。文獻[2]中對幾種不同形式的長方體屋頂進行風(fēng)機模擬后得出長方體平屋頂建筑沿屋頂前沿點安裝風(fēng)力機的風(fēng)能利用效果最佳。風(fēng)能可以和上述太陽能構(gòu)成風(fēng)光電互補系統(tǒng)。無論是太陽能還是風(fēng)能屋頂，如何更好地與建筑本體結(jié)合成為新的研究熱點。

2 空調(diào)系統(tǒng)

大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)均為中央空調(diào)系統(tǒng)，其能耗一般占全建筑能耗的30%至50%，是建筑耗能最大的系統(tǒng)之一。中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施主要分為三個方面：采用變風(fēng)量或者變流量系統(tǒng)；對冷熱源進行節(jié)能改造；對新風(fēng)進行利用。

2.1 變風(fēng)量或者變流量系統(tǒng)

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)（Variable Air Volume System）是指通過溫控器及風(fēng)機末端VAV裝置，在送風(fēng)溫度不變的情況下改變送風(fēng)量，進而可以跟隨室內(nèi)負荷的變化。變風(fēng)量或者變流量在原理上類似，只不過控制對象有所不同。具體主要是在空調(diào)水泵、風(fēng)機、冷卻塔、制冷機等環(huán)節(jié)采用變頻調(diào)速技術(shù)及相應(yīng)的控制技術(shù)，使其風(fēng)量、水量、制冷量等能夠?qū)崟r跟蹤室內(nèi)冷熱負荷的變化，避免不必要的能量浪費，從而達到節(jié)約能源的目的，同時減少故障增加設(shè)備的使用壽命。

對冷水系統(tǒng)采用變流量控制常用有恒壓差控制、恒溫差控制。恒壓差控制檢測供回水管道某處水壓力或最不利末端用戶兩端的壓力差，使其壓差穩(wěn)定在設(shè)定值。溫差控制檢測供回水溫差使其穩(wěn)定在設(shè)定值。

2.2 冷熱源改造

常見的傳統(tǒng)中央空調(diào)改造方式主要有水或冰蓄冷技術(shù)；地源熱泵技術(shù)、水環(huán)熱泵技術(shù)以及熱回收技術(shù)。

蓄冷技術(shù)實際為一種儲能技術(shù)，即利用電力部門推出的“峰谷電價”政策，在谷電期間制冷并將其冷量儲存，在白天峰電時段釋放，使其全部或部分替代制冷機組運行，在滿足符合需求的前提下達到節(jié)能運行。地源熱泵技術(shù)則利用土壤“冬暖夏涼，保持恒溫”的特點，夏天通過機組制冷轉(zhuǎn)移熱量給土壤，冬季則在其已有熱能基礎(chǔ)上再加熱對室內(nèi)進行供暖，實際上為一種土壤蓄能技術(shù)。

水源熱泵技術(shù)主要以水為載體來轉(zhuǎn)移熱量。

根據(jù)不同環(huán)境特點和要求，有時也可以采取多種改造方法結(jié)合的方法，如有水源熱泵與冰蓄冷技術(shù)復(fù)合，地源熱泵與太陽能系統(tǒng)相結(jié)合等。

2.3 新風(fēng)利用

空調(diào)系統(tǒng)除了對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)外，更要滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求，對大型公共建筑尤其如此。因此需要高效利用新風(fēng)量。主要采用的方式為變新風(fēng)量控制，通過在不同季節(jié)采取不同的控制策略，在達到對新風(fēng)量要求的基礎(chǔ)上盡可能節(jié)能。

3 照明系統(tǒng)

照明能耗通常占整個建筑能用電量的20%至30%，其節(jié)能措施通常從以下四個方面著手：選擇節(jié)能燈具；合理的配光設(shè)計以及照明智能控制管理。

3.1 節(jié)能燈具選擇

在燈具選擇上主要考慮光效和壽命兩個方面。在空間較低矮場合應(yīng)盡量選用細、長管優(yōu)質(zhì)直管熒光燈，在走廊、餐廳等應(yīng)選用高效LED節(jié)能燈，除燈具外還要合理選用節(jié)能型的燈具附件。

3.2 配光設(shè)計

在配光設(shè)計上主要從兩方面入手，一是改變墻體表面材料和光滑度，增加墻體等的反射；二是合理分布各種燈具及光源，提高其利用系數(shù)。除此之外也需要考慮充分利用自然光源。

3.3 照明智能控制管理

照明智能控制管理則是從整個照明系統(tǒng)的合理使用角度出發(fā)進行綜合節(jié)能，主要為對光源的群控策略。

4 電梯系統(tǒng)

大型公共建筑中的電梯能耗約占總體的10%至20%，對電梯進行節(jié)能運行和管理可以取得良好的效果。電梯的主要能耗在于曳引機和驅(qū)動控制系統(tǒng)。因此目前的節(jié)能電梯改造從這兩方面入手。

4.1 曳引機節(jié)能

對于電梯曳引機，可以采用無齒輪曳引技術(shù)，并由永磁同步電動機拖動，可以提高系統(tǒng)的傳動效率。

4.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)節(jié)能

對于驅(qū)動控制系統(tǒng)，目前已經(jīng)廣泛采用變頻調(diào)速器。在此基礎(chǔ)上的節(jié)能措施為增加能量回饋裝置，將電梯制動運行時的位能回饋給電網(wǎng)或者鄰近其他用電設(shè)備。除此之外也可以提高對電梯的群控策略和自動控制管理達到節(jié)能的目的。

5 運行管理

采用樓宇自動化系統(tǒng)（Building Automation System簡稱BAS）對大型公共建筑進行綜合節(jié)能管理是目前建筑節(jié)能中一大趨勢。圖4為樓宇自動化系統(tǒng)各種子系統(tǒng)構(gòu)成。

6 結(jié)束語

在大型公共建筑運用各項節(jié)能技術(shù)確實能取得一定程度的節(jié)能效果，但一定要注重各系統(tǒng)間的相互影響及互相配合。中央空調(diào)中的變風(fēng)量、變流量、變新風(fēng)量等系統(tǒng)，各控制變量需要達到同步協(xié)調(diào)變化，才能維持系統(tǒng)穩(wěn)定同時達到較好的節(jié)能效果，否則不僅不能節(jié)能反而會引起系統(tǒng)振蕩損壞設(shè)備。此外，不同的公共建筑節(jié)能一定要量力而行，認清自身特點選用合適的節(jié)能技術(shù)，同時也要進行經(jīng)濟上的合理考量。目前的各項節(jié)能技術(shù)還存在很多不足之處，結(jié)合我國社會現(xiàn)狀在未來仍具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻：

[1]陳紅兵，欒丹明，褚賽，等.基于相變流體的熱管式太陽能PV/T熱電聯(lián)供系統(tǒng)實驗研究[J].可再生能源，2017 ，35 （7） ：984-989.

[2]袁行飛，張玉.長方體建筑屋頂風(fēng)能利用效能研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2012，34（3）：117-123.

[3]劉曉光，公共建筑的綜合節(jié)能技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[4]張媛媛，中央空調(diào)自動化系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究和應(yīng)用[D].南京師范大學(xué)，2015.

[5]何志議. 智能建筑中的樓宇自動化系統(tǒng)理論淺析[J].電氣應(yīng)用，2004（8）：57-61.

[6] 龔明啟，冀兆良，宋瑋.水環(huán)熱泵型空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及工程實例分析[J].制冷，2005，24（3）：46-52.

[7]楊國棟.公共建筑照明系統(tǒng)的控制與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息，2005（11）：77-81.

[8]王曄. 地鐵高架車站照明設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2017，8（7）：34-37.

[9]黃柏成. 基于矩陣變頻器的電梯節(jié)能控制系統(tǒng)[J].自動化與信息工程，2007，28（1）：37-39.