節能環保技術在小型公共建筑中的集成應用及能耗模擬分析

胡 志 鵬

(山西省農業規劃設計研究院，山西 太原 030001)

0 引言

在小型公共建筑中，對節能環保技術進行集成應用可以在地區建筑風貌不被改變的情況下，起到改善生活環境與居住條件的作用，利用能耗模擬的方法可以對節能環保技術在小型公共建筑中的應用效果進行分析，進而明確節能環保技術的應用價值。

1 工程概況

該小型公共建筑位于我國北京市歷史文化保護區內，為一老齡公寓建筑，總體建筑面積約為3 075 m2。該建筑在設計上借鑒了我國傳統的四合院模式，為四面圍合庭院布局，其地上、地下均有2層，地下1層是半地下形式。在設計過程中，對當前節能建材外觀做出了進一步改進，讓其貼近傳統民居風貌，并引進霧化降溫、新風換氣等設施，融入中水回用等技術，構建了綠色樓宇節能環保監測與預警系統。

2 節能環保技術在小型公共建筑中的集成應用

2.1 太陽能的利用

1)太陽能光電。在該小型公共建筑工程中，構建了太陽能光電系統，該系統可以為建筑走廊提供夜間照明能量，同時，可以為建筑外Logo提供照明能量。在具體應用中，首先在建筑北側天窗上部鋪設光伏板，光伏電板面積共有8 m2，此光伏板可以作為天窗進行采光，同時可以為可再生技術的應用提供幫助。利用墻體內嵌的方法安裝配電柜，利用壁掛的方法安裝逆變器[1]。

2)陽能熱水。利用太陽能光熱系統，可以為小型公共建筑的療養室提供生活熱水，在建筑南側屋頂鋪設光熱集熱器，該集熱器面積約為98 m2，如果太陽能不足，那么可以利用電能進行輔助加熱。服務人數床位超過100個，其最高日熱水量為7.4 t，可以24 h供給熱水。

2.2 圍護結構節能技術

在圍護結構上，在選材上嚴格遵循了節能環保理念。應用夾心保溫墻體材料作為建筑外墻，采用具有質量輕、強度高、耐火性好、保溫隔熱好的ASA保溫板材，該板材的施工過程較為便捷，可操作性相對較高。利用標定熱箱法對其進行測試，發現試件厚度如果為250 mm，其傳熱系數是0.20 W/(m2·K)，試件厚度如果是190 mm，其傳熱系數是0.36 W/(m2·K)，使用木塑鋁復合窗框與中空Low-E玻璃作為外窗，其傳熱系數是2.3 W/(m2·K)，在氣密性上，可以滿足我國國家6級標準。采用種植屋頂，利用70 mm厚度的擠塑聚苯板作為保溫材料，利用75 mm厚度的擠塑聚苯板作為坡屋頂保溫材料，其綜合傳熱系數是0.43 W/(m2·K)，利用50 mm厚度的A2級WFC聚氨酯硬泡保溫裝飾復合板作為地面保溫材料，其傳熱系數是0.47 W/(m2·K)。

2.3 節水措施

在該小型公共建筑中，用水系統均利用節水設備和器具，節水率在8%以下，在建筑內部進行污水、廢水分流處理，設置雜排水排水管系、糞便污水排水管系，并設置給水供水管系與中水供水管系。在此體系中，其中水的用量是4.4 t/d，中水的原水量是6.8 t/d，經過分析計算，發現中水的處理量為5 t/d。依照主要處理量及水質相關要求，在該建筑工程中，利用微型MBR一體化中水處理設備進行中水處理，引進膜生物反應器污水處理技術。在微型污水處理器中，可以將其分為設備箱與處理池這兩個部分，設備箱設置在地上，處理池設置在地下。在處理池中，主要包含了生化池與調節池這兩個部分，其中生化池內部具有活性微生物，可以對污水進行凈化，利用曝氣器可以提供相應空氣；調節池內部具有污水提升泵，可以讓污水進入生化池之中。同時，有膜組件安裝在生化池中，利用出水泵負壓作用，可以讓凈化完成的水通過膜流出，以供二次使用[2]。

2.4 新風換氣與霧化降溫

在療養室中設置新風換氣系統，依照房間大小可以選擇機器數量，設置風量。在該小型公共建筑中，共有16臺LY-300B/W型設備，具有300 m3/h的新風量；共有2臺LY-1600B/W型設備，具有1 600 m3/h的新風量。利用φ100消音軟風管作為新風換氣系統支管，利用φ150消音軟風管作為系統主送管、排風管。在建筑內庭院夏季活動區域利用霧化降溫技術，其應用面積約為224 m2,在該區域中，共有8臺可移動霧化降溫風扇，約為8 m～15 m的有效距離，且最大風量可以達到8 000 m3/h。

2.5 綠化和透水鋪裝

將面積約為138 m2的屋頂花園設置在北側療養室上部，該技術可以讓城市熱島效應得到有效減緩，可以讓屋頂公共空間得到創造，同時可以起到改善熱舒適度、隔熱保溫的功能。建筑約有224 m2的庭院綠化面積，利用滴灌、噴灌對其進行澆水。利用聚合物纖維混凝土透水磚鋪裝在室外庭院與人行道，約為120 m2的總鋪裝面積，室外透水地面面積大于40%。

3 能耗模擬分析

3.1 分析方法

利用Energy Plus能耗分析軟件可以對該小型公共建筑的能耗進行分析，依照建筑圖紙，可以對其進行建模。在該模型中，房間如果使用情況及功能較為接近，那么可以將其合并作同一熱工分區。

3.2 參數計算

設備、人員及照明為建筑室內主要熱源，計算熱源功率以及作息時間可以得出熱源逐時熱功率。該建筑實際體形系數是0.34，在圍護結構上，屋面傳熱系數為0.43 W/(m2·K)；外墻鋼筋混凝土基層+70厚保溫板傳熱系數為0.33 W/(m2·K)，190厚與250厚ASA復合保溫外墻板傳熱系數分別為0.37 W/(m2·K)，0.20 W/(m2·K)；非采暖空調房間和采暖空調房間的樓板、隔墻是0.47 W/(m2·K)與1.5 W/(m2·K)；接觸室外空氣底面的外挑樓板、架空樓板傳熱系數是0.47 W/(m2·K)；外窗的傳熱系數是2.3 W/(m2·K)；外門的傳熱系數是2 W/(m2·K)；地下室與地面的外墻傳熱系數是0.5 W/(m2·K)。該建筑利用市政供熱方法為建筑采暖系統提供熱能，應用VRV空調系統在半地下室衛生站區域與地下1層衛生站區域中，其機組COP=3.5，利用單元式空調機在地下療養室，機組COP=3.6，將全熱新風換氣機設置在室內，具有50%的新風回收比，夏季與冬季的全熱回收效率分別為55%,65%。在溫濕度參數上，其室內具有60%的相對濕度，夏季設計濕度是25 ℃，冬季設計濕度是18 ℃。療養室空調全天開啟，其余房間從早8點開啟，至晚8點關閉[3]。

3.3 負荷計算

對建筑逐時冷熱負荷進行計算，比較參考建筑，發現建筑業實際全年最大熱負荷下降15%，最大冷負荷下降10.2%，累積熱負荷下降38%，累積冷負荷下降2.7%。對其HVAC系統能耗進行分析，比較參考建筑，發現其每年可以節省的采暖能耗約為16 012 kW·h，空調系統耗電量可以節省10 012 kW·h。對其照明系統能耗進行分析，利用該分析軟件，設定工作日運行時間為11 h，全年運行時間為261 d，可以發現實際建筑的全年照明耗電大約是46 000 kW·h，參考建筑的實際照明耗電約是55 000 kW·h。

4 結語

在該小型公共建筑中，應用了太陽能技術、節能圍護材料、新風換氣與霧化降溫等節能環保技術，通過模擬能耗分析，可以發現該建筑設計和參照建筑相比具有明顯的節能效果，在對生活環境、居住條件進行改善的同時可以滿足節能目的。