智能一體化低碳技術在城市更新工程的應用
——雅礱江二灘大廈改造提升項目實踐為例

文｜中建深圳裝飾有限公司 李長春 耿懷欣

0.引言

“十四五”規劃綱要中明確了“城市更新行動”和“雙碳”目標等發展方向，在可持續發展的模式下，既有建筑的改造提升成了城市更新的工作重點。本文主要介紹了在雅礱江二灘大廈改造提升項目實踐中，將屋面裝飾裝修工程與風－光－儲新能源系統融合，探索綠色生態、節能低碳的建筑改造提升方案，可為類似項目提供經驗借鑒，促進裝飾行業的綠色發展。

1.工程概況/研究目的

雅礱江二灘大廈地下1 層，地上20 層，建筑高度79.5m，建筑面積20946m2，二灘大廈于1999年投入使用，歷經20 余年的運行，部分配套設施老化，功能喪失；總改造提升施工面積達1.9 萬m2。在改造實踐中，將既有建筑的改造提升與光伏、風電、儲能技術相結合，形成裝飾裝修與新能源系統一體的施工技術，實現裝飾上美觀協調，功能上節能降碳。

2.工程重難點/解決措施

2.1 光伏組件與裝飾裝修的融合協調

太陽能光伏板外觀形式較為單調，難以滿足裝飾裝修的美觀性要求；光伏組件脆弱，結構性差能，大面積應用在天棚飾面材料時，安裝難度過高，在使用時需要嚴格甄選與光伏板組合的飾面材料和基層結構材料。

面層裝配式單元統一預制，基層高強度結構整體安裝。屋面選用太陽能光伏板和透光玻璃板塊作為該區域的天棚飾面材料。通過對兩種面板進行排版優化，將雙玻光伏板與透光玻璃板塊對角排布，多塊光伏板與透光玻璃板統一預制為一個裝配式單元，解決光伏組件脆弱，安裝過程難度大的問題，同時還兼顧采光。基層使用了大規格方鋼焊接成頂框、柱框、等裝配式構件，現場裝配安裝，再使用耐候性、耐熱性、耐溶劑、高韌性、高硬度的氟碳漆做裝飾表層，保證基層框架的穩固。基層框架的頂框處沿方鋼布置隱藏式線槽，使光伏板布線暗藏，整體觀感整潔統一。

2.2 光伏發電系統的匹配布置

受氣候年變化、天氣日變化影響，綜合周邊建筑遮擋等因素，光伏發電系統的實際工作時間有限；因此需要對光伏板的安裝位置，安裝角度等進行嚴格計算分析，綜合選取有效采光時間最長、有效受光面積最大的方案進行光伏板布置。

光伏板的發電效率，極大程度上取決于光伏板接受的太陽輻射強度，在屋頂提升改造時，對屋頂周邊的建筑物遮擋情況進行嚴格統計分析，選擇受遮擋影響最小的部位大面積布置光伏板；同時利用Autodesk Ecotect 軟件結合建筑BIM 模型，校核成都市的氣象數據。依據現場情況，最終確定光伏板的安裝方位為正南，安裝角度為22°。依托光伏板的布置位置配套實施建筑改造提升。本提升改造提升工程中，使用53 塊500Wp 的單晶硅光伏板和16 塊490Wp 的單晶硅光伏板的作為屋頂的飾面的主要飾面材料，在實施方案中，光伏板與全透光玻璃板交替布置，實現屋頂遮陽、采光、發電等功能的融合統一。

2.3 風力發電系統的匹配布置

受建筑群的分布情況、氣候因素影響，建筑周邊風力條件不穩定，因此需要對樓頂的空氣流場進行統計分析，選取恰當安裝位置；同時，考慮樓頂屋面結構的荷載能力，采取相應結構加固措施。

風力發電裝置作為本系統的發電補充設備，在安裝位置選址時對周圍建筑物群進行了空氣流場模擬分析，綜合選擇空氣流速最高，流量最大的部位作為風力發電機的安裝位置。選取整機重量為60kg 的風力發電機組，啟動風速為2.5m/s，額定風速11m/s，風輪直徑1.85m，裝機容量為1kW。根據風機設備選型結果，對屋頂荷載能力進行計算分析，并在樓板十字梁處澆筑400mm×400mm×350mm 的混凝土基座。本風力發電機組設有自捕風裝置，可根據空氣流場的分布情況自動調整風機扇葉迎風面，提高風能的利用效率（圖1～4）。

圖1 二灘大廈建筑平面風壓分布

2.4 風光儲系統的融合統一

光伏發電系統、風力發電系統單系統的產能波動幅度大，難以實現持續穩定的能量輸出，需要整合形成穩定的能量輸出和儲存系統。

風光儲風力發電系統、光伏發電系統均有發電連續性差、發電功率不穩定等特征，將各系統進行融合統一，實現風光儲融合互補，提高系統的穩定性和容錯率。

圖2 二灘大廈建筑平面風速分布

圖3 二灘大廈建筑立面風壓分布

圖4 二灘大廈建筑立面風速分布

2.4.1 系統集成原理

光伏發電組件單元發電后經光伏逆變器轉化為380VAC，供地下室照明、20 層、樓頂等區域使用，同時接入市電，當光伏組件發電量無法滿足供電時，由儲能電池輸出，保證供電穩定性。風機發電單元發電后經逆變器轉化為220VAC，輔助光伏系統，直接接入儲能系統。當風光儲系統均不能滿足用電負荷要求時，由雙電源開關無縫切換至市電供電，保證系統供電的穩定性。（圖5）

圖5 風光儲互補發電系統原理圖

2.4.2 儲能系統整合

儲能系統主要設置為儲存光伏和風力發電在供電后的剩余電量，削峰填谷，體現光伏、風電儲能協同的供電作用。儲能系統設置兩面屏柜，一面主機屏和一面蓄電池屏，主要的輸入電源為光伏系統變器輸出的380VAC、風機逆變器輸出的220VAC 和380VAC 市電，市電作為備用和系統的檢修電源，輸出為380VAC，接入樓頂的配電箱。儲能系統的監控柜接入新能源發電系統監控后臺將實時充放電狀態、蓄電池狀態和故障信息傳輸入到監控后臺，并由風光互補控制器對監控反饋的信息進行相應控制。

2.4.3 風光儲發電系統平臺建設

風光儲發電展示系統主要對光伏、風電、儲能系統進行監控，同時展示光伏和風電的模型，體現兩種清潔能源與儲能系統互補利用，協調發電。展示平臺配置一臺50 英寸的液晶顯示屏作為光伏和風力實時發電情況和歷史發電情況的展示；同時配套監控服務器，作為光伏發電、風力發電的監控后臺，實時監測系統運行狀態收集并儲存運行數據、故障信息提供發電系統的數據報表，并提供手機端、外網的數據訪問。

2.5 風光儲系統應用場景匹配

針對風光儲發電系統發電間歇性、周期性明顯，穩定性較為不足的特征，將本系統匹配給地下室照明、20 層照明、屋頂景觀泛光照明、屋頂展示廳空調外機動力等應用場景。

3.工程實踐研究成果

3.1 風光儲發電系統與建筑改造融合效果佳

在本項目中，建筑改造提升與風光儲新能源系統的融合實踐應用良好，整體裝飾效果好，理念先進；在滿足了建筑改造提升的基本功能需求的同時，還附加了一定的能源供給、低碳降碳屬性，是既有建筑改造提升與雙碳目標融合的重要實踐經驗。

3.2 風光儲發電系統節能效果理想

目前已經完成風光儲發電系統的組建與調試，并投入運行，從應用效果來看，風光儲發電系統可完全滿足地下室、20 層及屋頂區域的照明用電負荷18kw，和頂樓展示廳空調外機動力負荷12kw。就目前的使用情況統計計算，可節約地下室32%的用電能耗，節約20 層18%的用電能耗和樓頂新能源區域92%的用電能耗。在夏季建筑總體能耗較高的時期，風光儲發電系統節能效果更為顯著（圖6、7）。

圖6 風光儲系統20 層應用節能效果

圖7 風光儲系統樓頂應用節能效果

3.3 風光儲發電系統降碳能力可觀

根據《 建筑碳排放計算標準》（GBT51366-2019）計算，本風光儲互補發電系統在使用壽命周期內效益情況較好，降碳能力也相當可觀。光伏發電首年利用小時數為870h，首年發電量2.9 萬kWh，系統效率為87.41%，25年綜合累計發電量近71.87 萬kWh，累計可減少CO2排放近548.7 噸。風力發電按照每天5.5 小時的利用小數預估，1 臺風機每年共計可發電近0.2 萬kWh，20年綜合累計發電量近4 萬kWh，可減少CO2排放近31.5 噸。（圖8、9）

圖8 風光儲系統發電能力

圖9 風光儲系統降碳能力

4.結語

雅礱江二灘大廈改造提升項目，創造性的將裝飾裝修工程與新能源系統相融合，既滿足了建筑改造提升中裝飾裝修的整體表達效果，又響應了國家“雙碳”目標，綠色降碳。在項目實踐過程中，大量運用了BIM 技術、模擬分析技術、裝配式技術，即保證了施工方案的精準性，又良好的把控了整體施工進度，以建筑改造提升為主導，“雙碳”目標為引領的城市更新行動中具有較好的實踐示范意義。