既有辦公建筑節(jié)能潛力及改造途徑分析

【摘?要】通過不同辦公建筑的能耗分析，總結(jié)整理出既有辦公建筑用能情況，并根據(jù)能耗特點及不同建筑存在的問題提出了相應(yīng)節(jié)能改造措施。節(jié)能改造以建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)為主，總體可實現(xiàn)約30%左右的節(jié)能率。并針對節(jié)能改造中可能存在的問題，提出相關(guān)解決措施。

【關(guān)鍵詞】辦公建筑;建筑能耗;節(jié)能改造;空調(diào)系統(tǒng);照明系統(tǒng)

1公共建筑用能

大型公共建筑其建筑面積較大，設(shè)備運行時間相對于固定，室內(nèi)成員較多，為了保證室內(nèi)成員舒適性，不僅需要使用中央空調(diào)系統(tǒng)，同時照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備、動力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)等也同樣有著較大規(guī)模，這就導(dǎo)致了其建筑能源消耗量很高。以下為整體而言針對大型公共建筑用能特點進(jìn)行的能耗分析：

1）部分同類型公共建筑功能相似，面積相近，但由于其建筑內(nèi)部采用的空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備及其他用電設(shè)備的差異，故而在建筑的實際能耗中往往會有很大差異;

2）從整體上來看，各建筑自身照明插座、空調(diào)、動力等各分項能耗在總能耗中所占比例也不盡合理[1]。

調(diào)研選取了山東省某市47家機(jī)關(guān)辦公單位，共計110棟建筑，進(jìn)行實地調(diào)研并參照《黨政機(jī)關(guān)能耗定額標(biāo)準(zhǔn)》DB37/T 2672-2019進(jìn)行統(tǒng)計計算得出其2年能源資源消耗占比情況：其中非供暖能耗（主要為用電能耗）占比約為53%。

根據(jù)調(diào)研辦公建筑特點及供冷、供熱設(shè)備的統(tǒng)計情況，選取A、B兩棟典型建筑為代表，其中A棟建筑面積30618m2建造于2009年采用集中式空調(diào)系統(tǒng)供冷，B棟建筑面積3493.6m2建造于1999年采用分體式空調(diào)供冷。

2典型建筑節(jié)能診斷

典型建筑能源消耗以電力為主，其他能耗還包括采暖、生活用水等。其中電力能耗主要用于空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及室內(nèi)其他用能設(shè)備等。根據(jù)其能源賬單對用電情況進(jìn)行分析得出A、B建筑用電變化情況：A、B建筑用電量隨季節(jié)變化明顯，用電高峰集中在每年6-8月;根據(jù)以上特點，對其主要用電系統(tǒng)：空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、辦公設(shè)備等進(jìn)行分項用電測算，其中A棟建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗占比約為43.48%，B棟建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗占比約為48.36%。

通過能耗賬單數(shù)據(jù)及實際調(diào)研結(jié)果分析A、B兩棟典型建筑，其建筑及能源消耗主要有以下特點：

1）兩類建筑雖建筑結(jié)構(gòu)、用能設(shè)備、室內(nèi)人數(shù)不同，但其用能都集中在空調(diào)、照明等系統(tǒng);且部分用電設(shè)備存在使用年限過長的現(xiàn)象;

2）部分建筑在使用過程中運行管理不科學(xué)及室內(nèi)部分人員節(jié)能意識淡薄[2]。

3建筑節(jié)能改造途徑及節(jié)能效果分析

通過對其他建筑實際調(diào)查及A、B兩棟典型建筑用能情況的詳細(xì)分析，提出以下節(jié)能改造途徑：

3.1建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造

1）以A棟建筑為代表的建筑部分采用普通玻璃幕，可以采取貼節(jié)能膜的方式在保證美觀及室內(nèi)采光基礎(chǔ)上增強建筑保溫性能;

2）以B棟建筑為代表的部分建筑其修建年代久遠(yuǎn)，建筑整體保溫性能較差;可將原有單層玻璃更換為保溫性能更好的雙層中空玻璃，并對原墻面處理后增加保溫隔熱材料，也可以直接鋪設(shè)建筑裝飾保溫一體化板材。

3.2建筑空調(diào)系統(tǒng)的改造

目前，集中式中央空調(diào)節(jié)能改造策略相對而言更加復(fù)雜，不僅要考慮空調(diào)系統(tǒng)形式與設(shè)備運行狀態(tài)，還要結(jié)合建筑實際使用情況與負(fù)荷特性。根據(jù)以上特點及實際建筑的空調(diào)系統(tǒng)運行情況，集中空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造主要有以下3個方面：冷熱源改造、水系統(tǒng)輸送設(shè)備改造、末端控制裝置改造。

1）部分建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)其制冷機(jī)組使用年限過久，機(jī)組效率下降嚴(yán)重，可更換為效率更高更節(jié)能的制冷機(jī)組;

2）部分建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)缺少集中控制手段，部分存在“大流量小溫差”的現(xiàn)象[3]，可通過給系統(tǒng)增加溫度補償功能，并對循環(huán)水泵增加變頻系統(tǒng)來解決存在的“大流量小溫差”的現(xiàn)象;

3）部分建筑室內(nèi)溫度、風(fēng)速等設(shè)置不合理，造成能源浪費，可把室內(nèi)控制裝置更換智能溫度控制裝置來實現(xiàn)節(jié)能。

3.3建筑照明系統(tǒng)的改造

實際改造過程中對建筑照明系統(tǒng)節(jié)能改造多將低能效光源以替換為高能效照明光源為主。在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)：少數(shù)建筑已全部采用LED燈，多數(shù)建筑采用T8-600、T8-1200型普通熒光燈及部分LED燈，可將其全部更換為LED燈并增加公共區(qū)域照明燈具智能控制模塊。

3.4建筑節(jié)能效果分析

（一）建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造效果分析

由于在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中外墻面積最大，外墻傳熱耗熱量占建筑物總耗熱量的 23%～34%[4]。因此，對外墻進(jìn)行改造可大幅提升建筑保溫性能。以B棟建筑為例，其外墻傳熱系數(shù)約為1.63 W/（m2·℃），保溫性能較差;若對其外墻外表面進(jìn)行處理并鋪40mm EPS保溫板，改造完成后其外墻的傳熱系數(shù)約為0.84W/（m2·℃）。

通過數(shù)據(jù)計算可得改造后外墻的傳熱量可減少40%以上，節(jié)能效果顯著;但對建筑外墻的節(jié)能改造施工難度較大，初投資較大且施工周期較長。

（二）建筑空調(diào)系統(tǒng)改造效果分析

集中式空調(diào)的改造：常見節(jié)能手段多以系統(tǒng)變流量運行為主;選取一次泵定流量系統(tǒng)為模型，對其循環(huán)水泵做變頻控制，并利用TRNSYS軟件對整個供冷季（6月15日-9月15日）期間能耗進(jìn)行模擬，模擬運行時間為每天8：00-18：00，仿真平臺如圖4、圖5所示。

經(jīng)以上仿真平臺模擬空調(diào)系統(tǒng)定流量運行時總耗電量為8878kWh，增加變頻控制以后總耗電量為7654 kWh;由此可見對水泵增加變頻控制后，在整個供冷季期間可實現(xiàn)約16%的節(jié)能率，節(jié)能效果明顯。

1）分體式空調(diào)：以B棟建筑中的采用的能效等級3級、制冷量3300W的空調(diào)器為例，若將其替換為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB12021.3-2010中2級能效等級的空調(diào)器，這樣理論上就可實現(xiàn)約11.76%的節(jié)能率。

（三）建筑照明改造效果分析

為保證光源替換前后房間照度要求，選取A、B兩棟建筑的典型房間測量計算其平均照度及照明功率密度[5]，其中A棟典型辦公室（T8-600熒光燈）平均照度為362lx，照明功率密度為8.76W/m2;B棟典型辦公室（T8-1200熒光燈）平均照度為348lx，照明功率密度為8.44W/m2。

目前，T8-600、T8-1200型熒光燈功率分別為20W、40W，而同型號LED燈功率則為9W、18W;在保證房間照度基本不變前提下，將原有日光燈光替換為同型號的LED燈后，其照明系統(tǒng)能耗將大幅減少，可實現(xiàn)約50%的節(jié)能率。

4結(jié)論

1）通過對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造前后耗熱量計算分析可以得出：對建筑外墻增加保溫層可減40%以上的耗熱量損失;

2）利用TRNSYS軟件搭建一泵定流量空調(diào)系統(tǒng)及變流量空調(diào)系統(tǒng)仿真平臺并模擬供冷季能耗，發(fā)現(xiàn)對一次泵定流量空調(diào)系統(tǒng)增加變頻控制后可實現(xiàn)約16%的節(jié)能率。

3）對典型房間照度及照明功率密度進(jìn)行測量并在此基礎(chǔ)上將照明設(shè)備更換為LED燈，可實現(xiàn)50%左右的節(jié)能率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李明.淺談基于自動控制的大型公共建筑節(jié)能改造[J].建材與裝飾.2018，（41）：206-207.

[2]曹鵬，蔣濟(jì)友.公共建筑節(jié)能改造的設(shè)計和分析[J].自動化與儀器儀表.2017，（02）：65-66.

[3]李洪硯，袁苗.公共建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造研究[J].價值工程.2018，37（19）：159-160.

[4]余勇.現(xiàn)澆泡沫混凝土復(fù)合墻體施工技術(shù)[J].科技展望，2015（22）：28.

[5]GB/T 5700—2008，《照明測量方法》[S].

作者簡介：

李瑞杰（1996.6-23），男，漢族，山東濟(jì)南人，18級在讀研究生，山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，碩士學(xué)位，專業(yè)：建筑與土木工程（暖通），研究方向：建筑節(jié)能與自動控制。

（作者單位：山東建筑大學(xué)）