文體場館項目的節能技術產品體系研究與實踐

文｜中國建筑第八工程局 黃超 馮華晟 劉正揚 謝厚 韋慶祝 劉方園

一、引言

2018年全國建筑運行階段能耗為10 億tce，占全國能源消費總量的21.7%。其中，公共建筑單位面積能耗是城鎮居住建筑的2.4 倍，具有能耗密度高的特點。體育館是城市主要公共建筑之一，且大多屬于高大空間建筑，具有人員密集、室內冷負荷大、峰值負荷高、部分負荷占比大等特點。研究指出，當公共建筑單體超過 2 萬m2，采用玻璃幕墻等全密閉形式，配以集中空調系統，其單位建筑面積能耗是普通公共建筑能耗的2-3 倍。李艷麗經過對國內多個大型體育場館調研分析得出2008-2011年能源費用占場館年運營收入的比例依次為44.99%、40.75%、45.18%和45.41%。

體育場館、機場等大型公建項目的建設和運營是公司未來的主要產品類型。通常這類項目能源系統復雜、能耗水平較高，但是常用的節能技術種類繁雜，專業性強，對于一線人員來說掌握難度大，應用實施的要求更高。因此，加大對綠色節能產品技術體系的研發，總結節能優化設計管理操作思路，進而幫助項目管理者快速根據項目特點選用合適的節能技術進行落地，方能實現降低項目能耗費用、提升服務品質、提升公司綜合競爭能力的目的。

二、調研與考察

2.1 行業調研

如何在設計階段降低體育場館能耗，國內專家開展了大量研究。陳祖銘等人研究了符合體育館多種經營模式下利于空調系統節能運行的體育館設計方案。肖劍仁對福建省體育館通風空調系統設計進行了技術分析，并提出空調系統節能運行的措施。張磊等人對廣東藥學院體育館設計中采用的多種被動式節能措施進行了實測與分析，效果顯著。

對于已建成項目，如何通過運行管理和優化控制，降低運行能耗，也是各位專家學者研究重點。張時聰等人通過對全國10 個城市26 棟大型公共建筑運營現狀進行調研，得出了可廣泛應用于各類大型公共建筑運營階段的低成本節能措施。閆軍威等人從運行節能角度，提出并設計了體育館空調節能運行管理與優化控制系統，實現了體育館空調系統從冷源到末端設備的精細化管理。陳二松采用動態模擬的方式對多功能體育館進行節能分析，通過合理室內溫度、冷凍水出水溫度、采取熱量回收以及采用變頻泵等節能手段，實現體育館空調系統節能優化和運行。

2.2 案例調研

通過對梅奔文化中心和東方體育中心的運營狀態進行了實地調研，在與運營方溝通中了解到東方體育中心2019年組織室內活動40 余場，全年能耗費用約1600 萬元，占場館每年運營成本的比重約30-40%；而梅奔文化中心2019年組織活動近100 場，全年能耗費用約3500 萬，占場館每年運營成本約50%。活動安排越滿，場地使用頻率越高，能耗費用占運營成本的比例越高。另外，通過和東方體育中心工程物業人員交流，對項目在運營期機電系統使用情況和采取的有效的節能策略進行深入了解。

圖1 東方體育中心效果圖

圖2 東方體育中心現場考察交流

系統使用情況：1）空調系統：歷年夏季最高峰值使用2 大1 小冷機，多出1 臺1300RT 大冷機的容量。2）泳池熱源：原設計采用鍋爐，后改造為湖水源熱泵，泳池未配備除濕熱泵，11月中旬到次年4月中旬泳池需要啟動熱水鍋爐對池水進行恒溫加熱，其余時間加熱需求較少。3）電氣系統：變壓器負載無活動時為20%～30%，體育館、游泳館都有活動時變壓器負載最大不超過80%。4）充電樁：后期改造增加2臺630KVA 充電樁專用變壓器，共設置40個充電樁（20 個快充+20 個慢充），但目前使用率很低。

節能運營策略：1）體育館冬季不會啟動冷機進行制冷，冬季室內溫度高時會開啟頂部排風排除熱量；2）過渡季會優先采用加大新風量運行方式減少空調系統運行時間；3）過渡季節溫度適宜時，采用湖水源熱泵代替鍋爐運行，用于生活熱水及泳池熱水加熱，大大節省能源費用；4）全部區域已完成LED 節能燈具改造，大幅降低照明能耗；5）建設能源監控管理平臺，接入電表、水表能耗數據，指導系統節能運行；6）增加一座蓄水池，通過緩沖與調節水量，解決冷卻水泵停機造成蓄水溢出的浪費問題。

三、節能技術產品體系

大型公共建筑領域常用的節能技術種類繁雜，通過搜集行業一些技術可靠性強、節能空間大、投資收益高、環境影響小的節能技術，進行了研究和分析，挑選出適合于文體場館項目這類高大空間的節能技術，整理成為文體場館節能技術金字塔，詳見圖3。

圖3 文體場館項目節能技術金字塔

位于金字塔頂端的是被動式節能技術，是指不采取人為干預手段實現建筑能耗降低的節能技術，具體指在建筑規劃設計中通過對建筑朝向的合理布置、遮陽的設置、建筑圍護結構的保溫隔熱技術、有利于自然通風的建筑開口設計等實現建筑需要的采暖、空調、通風等。位于金字塔中部的是可再生能源技術，是指通過一定技術手段將自然界中可以循環再生的能源進行提取和轉化，實現建筑所需的采暖、通風、空調等，具體是指太陽能發電、太陽能熱水、風力發電、地源熱泵等。相對被動式節能技術的是主動式節能技術，即指通過機械設備干預手段，通過優化的設備系統設計、高效的設備選用，為建筑提供采暖空調通風等舒適環境控制的建筑設備節能工程技術。主動式節能技術種類最多、實現難度和付出代價最大，可根據在建筑能源系統中所處的環節和節能途徑的不同，進一步細分為六個部分，分別是高效機房、高效輸配、低耗末端和能量回收、移峰填谷、自控管理。再加上被動式節能和可再生能源，共同形成了文體場館節能技術產品體系，包含八大模塊，54 項節能技術。詳見表1。

表1 文體場館節能技術產品體系

這些常用的節能技術種類繁雜，專業性強，對于一線人員來說掌握難度大，應用實施的要求更高。因此，如何在設計管理階段幫助項目管理者快速根據項目特點選用合適的節能技術，明確節能設計管理操作思路，確保項目落地尤為重要。

四、節能優化設計管理思路總結

杭州奧體中心體育游泳館項目包含體育館、游泳館和配套商業三種業態，總建筑面積達39 萬m2。通過綠色建筑方案優化、施工圖審核、設備招采把控、施工過程巡檢等手段，全面嘗試實踐上述節能技術體系，共落實了八大模塊中38 項節能技術和方案，預計進入運營期后，每年可節約能耗費用達280 萬元/年。通過這個項目的實踐經驗，大致總結了在項目建設的各個階段，如何通過設計管理將節能優化的理念轉變成具體的工作去推動上述節能技術產品體系的落地的重要關注點。

第一，方案設計階段，通過分析項目所在地氣候條件、周邊可利用資源條件以及項目本身的建筑形式、業態，討論確定最適合的能源方案和節能技術。

第二，施工圖設計階段，通過設計參數優化，降低設計院設計冗余，加強圖紙審核，確保各個節能技術順利入圖，優化設備選型，關注性能系數、效率曲線等影響節能性能的參數，并通過匹配節能策略，做好能耗需求和能源產出的最佳匹配，確保設計方案中各個系統可以保持高效的運行狀態。

第三，設備招采階段，加強對于能耗占比較大或維修成本較高的的核心機電設備技術招標環節把控，包括技術要求編制、技術評標、設備進場驗收等，確保最終采購的設備材料都是滿足項目使用的最佳選擇。

第四，深化設計階段，和運營單位物業單位共同討論，細化對能源系統的使用需求和管理需求，并要求已中標的系統、設備廠家結合各自產品特點進行深化設計，確保前期制定的設計控制運行策略可以落實到具體的控制策略當中，避免理論和實際相偏離。

第五，施工及調試階段，組織開展定期和不定期的現場巡檢工作，針對發現的各類問題，下發整改報告，并督促落實整改意見，同時加強對機電調試的審核和驗收，確保各系統正常運行，并滿足設計圖紙和運營要求。

第六，運行及后評估階段，做好圖紙資料移交和現場交底工作，編制節能運行實施方案，在試運行階段進行調整和優化，并在運營期內做好能耗數據收集分析，組織對能源系統開展后評估。