既有辦公建筑節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，總結整理出既有辦公建筑用能情況，并根據能耗特點及不同建筑存在的問題提出了相應節能改造措施。節能改造以建筑外圍護結構、空調系統以及照明系統為主，總體可實現約30%左右的節能率。并針對節能改造中可能存在的問題，提出相關解決措施。

【關鍵詞】辦公建筑;建筑能耗;節能改造;空調系統;照明系統

1公共建筑用能

大型公共建筑其建筑面積較大，設備運行時間相對于固定，室內成員較多，為了保證室內成員舒適性，不僅需要使用中央空調系統，同時照明系統、辦公設備、動力系統、供熱系統等也同樣有著較大規模，這就導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，但由于其建筑內部采用的空調系統、照明系統、辦公設備及其他用電設備的差異，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、動力等各分項能耗在總能耗中所占比例也不盡合理[1]。

調研選取了山東省某市47家機關辦公單位，共計110棟建筑，進行實地調研并參照《黨政機關能耗定額標準》DB37/T 2672-2019進行統計計算得出其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%。

根據調研辦公建筑特點及供冷、供熱設備的統計情況，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年采用集中式空調系統供冷，B棟建筑面積3493.6m2建造于1999年采用分體式空調供冷。

2典型建筑節能診斷

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系統、照明系統、動力系統及室內其他用能設備等。根據其能源賬單對用電情況進行分析得出A、B建筑用電變化情況：A、B建筑用電量隨季節變化明顯，用電高峰集中在每年6-8月;根據以上特點，對其主要用電系統：空調系統、照明系統、辦公設備等進行分項用電測算，其中A棟建筑空調系統能耗占比約為43.48%，B棟建筑空調系統能耗占比約為48.36%。

通過能耗賬單數據及實際調研結果分析A、B兩棟典型建筑，其建筑及能源消耗主要有以下特點：

1）兩類建筑雖建筑結構、用能設備、室內人數不同，但其用能都集中在空調、照明等系統;且部分用電設備存在使用年限過長的現象;

2）部分建筑在使用過程中運行管理不科學及室內部分人員節能意識淡薄[2]。

3建筑節能改造途徑及節能效果分析

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

3.1建筑外圍護結構節能改造

1）以A棟建筑為代表的建筑部分采用普通玻璃幕，可以采取貼節能膜的方式在保證美觀及室內采光基礎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，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，也可以直接鋪設建筑裝飾保溫一體化板材。

3.2建筑空調系統的改造

目前，集中式中央空調節能改造策略相對而言更加復雜，不僅要考慮空調系統形式與設備運行狀態，還要結合建筑實際使用情況與負荷特性。根據以上特點及實際建筑的空調系統運行情況，集中空調系統節能改造主要有以下3個方面：冷熱源改造、水系統輸送設備改造、末端控制裝置改造。

1）部分建筑的中央空調系統其制冷機組使用年限過久，機組效率下降嚴重，可更換為效率更高更節能的制冷機組;

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

3）部分建筑室內溫度、風速等設置不合理，造成能源浪費，可把室內控制裝置更換智能溫度控制裝置來實現節能。

3.3建筑照明系統的改造

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

3.4建筑節能效果分析

（一）建筑外圍護結構改造效果分析

由于在外圍護結構中外墻面積最大，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，其外墻傳熱系數約為1.63 W/（m2·℃），保溫性能較差;若對其外墻外表面進行處理并鋪40mm EPS保溫板，改造完成后其外墻的傳熱系數約為0.84W/（m2·℃）。

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

（二）建筑空調系統改造效果分析

集中式空調的改造：常見節能手段多以系統變流量運行為主;選取一次泵定流量系統為模型，對其循環水泵做變頻控制，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。

經以上仿真平臺模擬空調系統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約16%的節能率，節能效果明顯。

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

（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，其照明系統能耗將大幅減少，可實現約50%的節能率。

4結論

1）通過對建筑外圍護結構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系統及變流量空調系統仿真平臺并模擬供冷季能耗，發現對一次泵定流量空調系統增加變頻控制后可實現約16%的節能率。

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

參考文獻：

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

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

[3]李洪硯，袁苗.公共建筑通風空調系統節能改造研究[J].價值工程.2018，37（19）：159-160.

[4]余勇.現澆泡沫混凝土復合墻體施工技術[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，山東濟南人，18級在讀研究生，山東建筑大學熱能工程學院，碩士學位，專業：建筑與土木工程（暖通），研究方向：建筑節能與自動控制。

（作者單位：山東建筑大學）