寒冷地区既有公共建筑节能改造措施及综合效益分析

摘 要：伴随着社会的发展与进步，建筑能耗在社会总能耗占比逐年递增，且带来很多环境问题。既有公共建筑的节能改造，有利于建筑能耗的降低，有利于社会环境的改善。文章以徐州某大型公共建筑为例，首先对其围护结构、采暖空调、给水排水、建筑照明、可再生能源利用、分项计量等方面进行节能诊断，根据诊断分析，提出其节能改造措施，并分析其经济和环境综合效益。

关键词：寒冷地区；既有公共建筑；节能改造；措施；效益

中图分类号：TU201.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）34-0033-04

引言

伴随着社会的发展与进步，建筑能耗在社会总能耗占比逐年递增，2015年，其占比达到41%[1]。伴随建筑能耗的增加，气候变暖、空气污染等诸多环境问题近年来凸显出来。故对既有建筑进行节能改造势在必行，2016年，国务院下发的《“十三五”节能减排综合工作方案》中明确提出，强化实施完成既有建筑节能改造，其中居住建筑5亿m2以上，公共建筑1亿m2以上[2]。目前，寒冷地区大批既有公共建筑，建设年代久远，未采取任何节能措施。且寒冷地区的气候特点是冬季寒冷，夏季炎热，作为未采取任何节能措施的老旧建筑来说，冬季不保温，夏季不防热，建筑能耗相当大，多不符合现行建筑节能标准，因此对其节能改造十分必要[3]。本文以徐州某大型公共建筑为例，分析既有公共建筑节能改造的措施及其综合效益。

1 工程概况

基本情况

该公共建筑建于1971年，建筑功能主要包括办公、客房、商铺等。70年代初期，我国对建筑节能还不够重视，该建筑也只是采用基本的做法，没有任何具体的节能措施，因此有必要对其进行节能改造。建筑基本概况如表1。

2 建筑节能诊断情况

2.1 围护结构

（1）改造前围护结构基本情况。改造前，建筑外围护结构热工性能如表2。

（2）热工性能。改造前，围护结构热工性能较差，不满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）（以下简称《标准》）的要求，应对其热工性能进行节能改造。

（3）遮阳设施与遮阳系数。改造前，建筑无遮阳设施。《标准》要求：寒冷地区，乙类建筑，当窗墙比大于0.2，且小于等于0.3时，对外窗遮阳系数不作要求，可不做改造[4]。

（4）外窗气密性。改造前，因其外窗采用单层玻璃钢窗、年代久远，且单层玻璃钢窗气密性较差，不满足《标准》的要求，应对外窗气密性进行改造。

（5）體形系数。《标准》要求：寒冷地区，乙类建筑，体型系数宜≤0.40。该建筑物改造前体形系数为0.23，符合标准要求，可不进行改造。

（6）窗墙比。《标准》要求：寒冷地区，乙类建筑，东西南北向均为≤0.7。根据表2，符合标准要求，可不进行改造。

综上，围护结构热工性能以及外窗气密性需要改造。

2.2 采暖空调

（1）采暖系统。改造前，本建筑采暖系统热媒为蒸汽，不满足现行规范。采暖系统采用下供下回异程式系统，对于大型公建来讲，不利于平衡。另外，采暖系统采用铝串片散热器，积灰较多，不美观且影响散热效果。

（2）空调系统。改造前，所有办公室、客房、商铺均采用分体式空调，由于使用年限较长，改造前的空调系统COP很低，能耗大，且已满足不了建筑对冷热量的基本需求。未设置新风系统，不满足现行规范要求。

（3）自动调节系统。改造前，采暖系统和空调系统均未设置随室外气温变化进行供冷热量调节的自动控制装置，不具备室温调控手段，不节能。

综上所述，采暖空调系统需要改造。

2.3 给水排水系统

（1）管材。冷热水给水管道、消防给水管道采用镀锌钢管，排水管道采用铸铁管，由于使用年限很久，锈迹斑斑，部分管道存在漏水现象，宜进行改造。

（2）卫生器具。水龙头采用普通水龙头；大小便器具均为非节水型，不节水，宜进行改造。综上所述，给水排水系统需要改造。

2.4 照明系统

（1）改造前，本工程办公室、商铺采用了功率40W的普通荧光灯T12，客房、公共区域照明采用白炽灯，经计算，其照明功率密度值和室内灯具照度值均超过现行国家标准的限值，应进行改造（如表3）。

（2）改造前，照明系统未设置自动控制装置，均为手动开关，不节能，宜进行改造。

（3）未合理采用自然光，宜进行改造。综上所述，建筑照明系统需要改造。

2.5 可再生能源利用

原建筑没有利用可再生能源。根据建筑节能要求，应充分利用可再生能源，如利用太阳能热水系统，满足建筑生活热水需要。

2.6 分项计量

原建筑未设置分项计量系统，不利节能，宜进行改造。

3 建筑节能改造措施

根据JGJ176-2009标准要求，结合本工程实际情况和经济条件，本示范项目节能改造目标满足节能50%的要求。

3.1 围护结构

根据2.1章节的分析，确定合理的围护结构改造技术措施，详见表4。

3.2 采暖空调

（1）选择节能的采暖空调系统形式。在建筑能耗中，采暖空调的能耗比重很大，在选择采暖空调系统时，首先要考虑其节能性。根据工程特点，改造后统一由空调系统承担夏季冷负荷和冬季热负荷，冷热源设置在地下室。结合此改造工程特点，在选取空调系统时，客房和办公室使用时间和空调开启时间不同，各房间对空气调节的要求也有不同，综合比较采用变频多联机。室外机设于屋面。变频多联式空调系统，只有室内机和室外机组成，无需冷却塔、水泵等辅助设备，系统稳定性高，寿命长，安装及维护保养成本低。各房间室内机单独控制，且室外机运行频率可根据室内机部分负荷运行情况自动调节，费用低，更节能[5]。此工程中，各客房和办公室使用时间和空调开启时间不同，因此采用变频多联机可以灵活开关和控制，因此，更好的起到了节能效果。

（2）其他节能措施。每个房间设有新风口，在过渡季节尽可能使用新风，以达到最大节能状态。

3.3 给水排水系统

（1）给排水系统管材。生活给水系统引入管、横干管、主立管及各层生活冷水支管均采用公称压力为1.25MPa的PPR冷水管，热熔连接。生活污废水管采用PVC-U管，承插粘接。

（2）卫生洁具。本工程卫生洁具安装参照图集，洁具的五金配件应配建设部推荐的节水型产品。

3.4 照明系统

（1）照明系统改造中，办公室、商铺采用更为节能的T5节能荧光灯，可实现节电10-30%。

（2）公共部分照明用荧光灯取代白炽灯，可节电70%以上[6]。

（3）根据各区域功能照明运行时间的不同，划分不同的回路，使每个回路能够独立控制。根据房间功能和天然采光情况，增设智能控制系统，实现分区控制，节电节能。

3.5 可再生能源利用

（1）当地太阳能条件。徐州地区每年日照时间在247311h以上，太阳能资源丰富，太阳能年辐射总量约为5000～5800MJ/m2，利用太阳能的条件良好[7]。

（2）本工程太阳能利用改造。本工程宾馆客房部分有热水需求，因此，对客房部分增设太阳能热水。在屋面设置太阳能集热器，温度低于60℃时，利用电作为辅助热源。

3.6 分项计量

本建筑改造中设计安装分项计量系统。具体方案如下：

（1）变电所电能表配置。配置33台多功能电能表，通过对配电室各回路进行监测，实现对照明、空调、动力等用电的分项计量。

（2）供水监测配置。为实时监测建筑的用水情况，在生活给水总供水管上配置1台智能水表。

（3）现场子网配置。设置数据集中采集器2台，可实现将现场数据上传到上一级能源监管中心功能。

4 建筑节能改造效益分析

4.1 节能改造增加总投资概算

本工程节能改造增加投资主要包括外围护结构、采暖空调设施、给水排水系统、照明系统、可再生能源设备的投资。

根据各分项投资增量计算，本工程改造增量投资概算详见表5。

本项目为了建筑节能增加的投资额约为616.34万元。

4.2 节能改造经济效益分析

4.2.1 围护结构改造经济效益分析

本项目对建筑围护结构的改造，通过斯威尔软件计算模拟改造前后的暖通空调负荷和节能效率，详见表6；围护结构改造经济效益分析详见表7。

4.2.2 采取空调改造经济效益分析（如表8）

4.2.3 给水排水改造经济效益分析（如表9）

4.2.4 照明系统改造经济效益分析（如表10）

4.2.5 可再生能源改造经济效益分析（如表11）

4.2.6 分项计量改造经济效益分析

根据文献研究结果，分项计量装置对建筑节能贡献率约为5%[8]。分项计量改造经济效益分析详见表12。

4.2.7 节能改造综合经济效益分析

该建筑节能改造具体效益分析见表13。

（1）经济效益。该建筑改造后节能率大大提高，建筑能耗降幅明显，每年可节约1330682kWh电量， 经计算约5.3年可收回改造成本，改造效益显著。

（2）环境效益。根据表13的计算结果，经过节能改造后，该公建每年可节约439.13吨标准煤，年减少排放CO21150.6吨，SO23.71吨，NOX3.25吨，取得了很好的环境效益。

5 结束语

本文以实际工程为例，主要从围护结构、采暖空调、给水排水、建筑照明、可再生能源利用、分项计量等方面分析既有公共建筑节能改造的措施及其综合效益。对比改造前后的节能效果，针对寒冷地区既有公共建筑的节能改造，应主要从以下几点着手：围护结构的节能改造包括外墙、屋面、外窗的传热性能和外窗的气密性改造；采暖空调的节能改造主要包括选择合理节能的采暖空调系统、选择合理的冷热源、设置节能控制装置；给排水系统的节能改造主要体现在采用节水型卫生器具和优质的管材；照明系统的节能改造主要包括采用节能灯具、合理设计室内灯具照度、根据不同功能区域照明的使用特点，采取不同的控制策略；应根据地域条件以及建筑物特点，充分利用可再生能源，如太阳能、空气能等；针对公共建筑，可设置分項计量装置，实现用能情况的分项监测，从而有针对性地采取有效措施，达到节能目的。

参考文献：

[1]中国建设报.国家发改委：布局绿色建筑再升级[J].中国建筑金属结构，2015（7）.

[2]国务院.“十三五”节能减排综合工作方案[J].建材发展导向：下，2017，15（2）：10.

[3]刘启波，周若祁.寒冷地区既有公共建筑节能改造技术群评析及构建[J].建筑技术，2014，45（11）：1045-1048.

[4]中国建筑科学研究院.公共建筑节能设计标准：GB50189-2015[M].中国建筑工业出版社，2015.

[5]张凯旋.多联机空调在医院综合性建筑中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2013（6）.

[6]张建斌.照明控制与节能研究[D].北京工业大学，2008.

[7]胥义，刘道平.徐州地区的太阳能资源利用前景分析[J].能源研究与利用，2001（4）：18-20.

[8]李荣.浅析绿色住宅建筑公共设施用能分项计量的必要性[J].陕西建筑，2016（10）：106-109.