節(jié)能環(huán)保技術(shù)在小型公共建筑中的集成應(yīng)用及能耗模擬分析

胡 志 鵬

(山西省農(nóng)業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

0 引言

在小型公共建筑中，對(duì)節(jié)能環(huán)保技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用可以在地區(qū)建筑風(fēng)貌不被改變的情況下，起到改善生活環(huán)境與居住條件的作用，利用能耗模擬的方法可以對(duì)節(jié)能環(huán)保技術(shù)在小型公共建筑中的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，進(jìn)而明確節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

該小型公共建筑位于我國(guó)北京市歷史文化保護(hù)區(qū)內(nèi)，為一老齡公寓建筑，總體建筑面積約為3 075 m2。該建筑在設(shè)計(jì)上借鑒了我國(guó)傳統(tǒng)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(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)當(dāng)前節(jié)能建材外觀做出了進(jìn)一步改進(jìn)，讓其貼近傳統(tǒng)民居風(fēng)貌，并引進(jìn)霧化降溫、新風(fēng)換氣等設(shè)施，融入中水回用等技術(shù)，構(gòu)建了綠色樓宇節(jié)能環(huán)保監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。

2 節(jié)能環(huán)保技術(shù)在小型公共建筑中的集成應(yīng)用

2.1 太陽(yáng)能的利用

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

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

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，在選材上嚴(yán)格遵循了節(jié)能環(huán)保理念。應(yīng)用夾心保溫墻體材料作為建筑外墻，采用具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐火性好、保溫隔熱好的ASA保溫板材，該板材的施工過(guò)程較為便捷，可操作性相對(duì)較高。利用標(biāo)定熱箱法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)試件厚度如果為250 mm，其傳熱系數(shù)是0.20 W/(m2·K)，試件厚度如果是190 mm，其傳熱系數(shù)是0.36 W/(m2·K)，使用木塑鋁復(fù)合窗框與中空Low-E玻璃作為外窗，其傳熱系數(shù)是2.3 W/(m2·K)，在氣密性上，可以滿足我國(guó)國(guó)家6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。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(shù)是0.43 W/(m2·K)，利用50 mm厚度的A2級(jí)WFC聚氨酯硬泡保溫裝飾復(fù)合板作為地面保溫材料，其傳熱系數(shù)是0.47 W/(m2·K)。

2.3 節(jié)水措施

在該小型公共建筑中，用水系統(tǒng)均利用節(jié)水設(shè)備和器具，節(jié)水率在8%以下，在建筑內(nèi)部進(jìn)行污水、廢水分流處理，設(shè)置雜排水排水管系、糞便污水排水管系，并設(shè)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(jīng)過(guò)分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)中水的處理量為5 t/d。依照主要處理量及水質(zhì)相關(guān)要求，在該建筑工程中，利用微型MBR一體化中水處理設(shè)備進(jìn)行中水處理，引進(jìn)膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)。在微型污水處理器中，可以將其分為設(shè)備箱與處理池這兩個(gè)部分，設(shè)備箱設(shè)置在地上，處理池設(shè)置在地下。在處理池中，主要包含了生化池與調(diào)節(jié)池這兩個(gè)部分，其中生化池內(nèi)部具有活性微生物，可以對(duì)污水進(jìn)行凈化，利用曝氣器可以提供相應(yīng)空氣；調(diào)節(jié)池內(nèi)部具有污水提升泵，可以讓污水進(jìn)入生化池之中。同時(shí)，有膜組件安裝在生化池中，利用出水泵負(fù)壓作用，可以讓凈化完成的水通過(guò)膜流出，以供二次使用[2]。

2.4 新風(fēng)換氣與霧化降溫

在療養(yǎng)室中設(shè)置新風(fēng)換氣系統(tǒng)，依照房間大小可以選擇機(jī)器數(shù)量，設(shè)置風(fēng)量。在該小型公共建筑中，共有16臺(tái)LY-300B/W型設(shè)備，具有300 m3/h的新風(fēng)量；共有2臺(tái)LY-1600B/W型設(shè)備，具有1 600 m3/h的新風(fēng)量。利用φ100消音軟風(fēng)管作為新風(fēng)換氣系統(tǒng)支管，利用φ150消音軟風(fēng)管作為系統(tǒng)主送管、排風(fēng)管。在建筑內(nèi)庭院夏季活動(dòng)區(qū)域利用霧化降溫技術(shù)，其應(yīng)用面積約為224 m2,在該區(qū)域中，共有8臺(tái)可移動(dòng)霧化降溫風(fēng)扇，約為8 m～15 m的有效距離，且最大風(fēng)量可以達(dá)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(shè)置在北側(cè)療養(yǎng)室上部，該技術(shù)可以讓城市熱島效應(yīng)得到有效減緩，可以讓屋頂公共空間得到創(chuàng)造，同時(shí)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(duì)其進(jìn)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(duì)該小型公共建筑的能耗進(jìn)行分析，依照建筑圖紙，可以對(duì)其進(jìn)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(qū)。

3.2 參數(shù)計(jì)算

設(shè)備、人員及照明為建筑室內(nèi)主要熱源，計(jì)算熱源功率以及作息時(shí)間可以得出熱源逐時(shí)熱功率。該建筑實(shí)際體形系數(shù)是0.34，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.43 W/(m2·K)；外墻鋼筋混凝土基層+70厚保溫板傳熱系數(shù)為0.33 W/(m2·K)，190厚與250厚ASA復(fù)合保溫外墻板傳熱系數(shù)分別為0.37 W/(m2·K)，0.20 W/(m2·K)；非采暖空調(diào)房間和采暖空調(diào)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(shù)是0.47 W/(m2·K)；外窗的傳熱系數(shù)是2.3 W/(m2·K)；外門的傳熱系數(shù)是2 W/(m2·K)；地下室與地面的外墻傳熱系數(shù)是0.5 W/(m2·K)。該建筑利用市政供熱方法為建筑采暖系統(tǒng)提供熱能，應(yīng)用VRV空調(diào)系統(tǒng)在半地下室衛(wèi)生站區(qū)域與地下1層衛(wèi)生站區(qū)域中，其機(jī)組COP=3.5，利用單元式空調(diào)機(jī)在地下療養(yǎng)室，機(jī)組COP=3.6，將全熱新風(fēng)換氣機(jī)設(shè)置在室內(nèi)，具有50%的新風(fēng)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(shù)上，其室內(nèi)具有60%的相對(duì)濕度，夏季設(shè)計(jì)濕度是25 ℃，冬季設(shè)計(jì)濕度是18 ℃。療養(yǎng)室空調(diào)全天開(kāi)啟，其余房間從早8點(diǎn)開(kāi)啟，至晚8點(diǎn)關(guān)閉[3]。

3.3 負(fù)荷計(jì)算

對(duì)建筑逐時(shí)冷熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，比較參考建筑，發(fā)現(xiàn)建筑業(yè)實(shí)際全年最大熱負(fù)荷下降15%，最大冷負(fù)荷下降10.2%，累積熱負(fù)荷下降38%，累積冷負(fù)荷下降2.7%。對(duì)其HVAC系統(tǒng)能耗進(jìn)行分析，比較參考建筑，發(fā)現(xiàn)其每年可以節(jié)省的采暖能耗約為16 012 kW·h，空調(diào)系統(tǒng)耗電量可以節(jié)省10 012 kW·h。對(duì)其照明系統(tǒng)能耗進(jìn)行分析，利用該分析軟件，設(shè)定工作日運(yùn)行時(shí)間為11 h，全年運(yùn)行時(shí)間為261 d，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際建筑的全年照明耗電大約是46 000 kW·h，參考建筑的實(shí)際照明耗電約是55 000 kW·h。

4 結(jié)語(yǔ)

在該小型公共建筑中，應(yīng)用了太陽(yáng)能技術(shù)、節(jié)能圍護(hù)材料、新風(fēng)換氣與霧化降溫等節(jié)能環(huán)保技術(shù)，通過(guò)模擬能耗分析，可以發(fā)現(xiàn)該建筑設(shè)計(jì)和參照建筑相比具有明顯的節(jié)能效果，在對(duì)生活環(huán)境、居住條件進(jìn)行改善的同時(shí)可以滿足節(jié)能目的。