大型公共建筑的能耗降低潜力分析

　　1 背景

　　我国建筑节能主要包括建筑物围护结构（外墙、外窗、外遮阳等）的节能、建筑内部供暖系统（空调、采暖系统）的节能、建筑内部灯具及各种电器的使用效率提高、既有大型公共建筑的相关节能改造措施、新建大型公共建筑的相关节能措施。建筑节能的目标的贡献大致分别为30%、30%、15%、10%、15%左右。可见，既有大型公共建筑具有很大的节能潜力和提升空间。对于不同地理条件、不同功能类型的大型公共建筑而言，各种节能措施所产生的节能效果也存在差异。因此，以长春地区为例针对各项节能措施的节能效果进行实际调查以及计算机模拟分析的结果，提出适合长春地区的切实可行的节能途径。建筑环境设计模拟分析软件--DeST（designer′s simulation toolkits）。DeST分析软件可用于建筑能耗的模拟分析和建筑环境控制系统的设计校核，起到了降低系统能源消耗、提高环境系统设计质量以及保证设计可靠性的作用。建筑能耗的计算方法基本上包括建立在不稳定传热理论基础上的计算软件动态模拟能耗以及建立在稳定传热理论基础上的静态能耗分析方法，静态能耗分析的方法主要有度日数法、设备满负荷小时数法、当量峰值小时数法、温频数法等。但建筑能耗是一个由多种复杂因素决定的动态过程，因此动态能耗模拟分析的方法对室内外的各种扰量考虑较细致全面，同时利用计算机可以非常方便地对实时变化的室外环境气候下建筑物的冷、热负荷进行动态模拟计算以及对建筑内部空调系统的全年能耗进行动态模拟分析计算。大型公共建筑人员流动情况复杂，空调面积大，空调系统复杂，要了解该类型建筑的能耗状况，只有选择一个在各方面比较典型的公共建筑建立能耗模拟的模型，这样才能对长春市公共建筑的能耗进行有效地分析。本文选择了一栋综合性大厦作为示例对象。

　　2 外围护结构节能潜力

　　外围护结构主要包括有外墙、外窗、外遮阳以及屋顶等的影响因素，就长春地区的气候条件而言以及文中示例公共建筑的能耗模拟分析过程中可以看出，冬季采暖季较长，能耗相对夏季以及过渡季节来说要高得多，所以外围护结构中尤其外墙及外窗的能耗影响对冬季耗热量影响较大；虽然夏季的室外气温偏高的时间很少，但白天日照时间长，太阳辐射强度依然很高，所以外遮阳对于夏季的建筑能耗还是有一定影响的。

　　2.1 外墙及外窗对热负荷的影响

　　从图1可以看出，通过外围护结构中的外墙和外窗的改造对建筑节能的效果比较明显，采用两种不同的热工系数负荷分别相对于最大传热系数外墙减少了20%、35%,而外窗与外墙的变化曲线基本相似，所以外墙与外窗对建筑热负荷的影响效果是不容忽视的。通过改造既有建筑的外围护结构的热工性能来实现节能，效果非常显着，在长春地区的大型公共建筑可以大力推广。

　　对于外墙可设置透明幕墙，但对于非透明的幕墙，则可采用如石材幕墙、铝塑复合材料及金属幕墙。从节能的角度来讲，应将非透明的幕墙作为实墙处理，采取保温隔热的措施。对于外窗，要想达到保温节能的目的，可从以下三方面着手：（1）提高外窗的气密性。一般外窗都有些许缝隙，室外的冷空气或者热空气渗入其室内的量是相当大的，当窗户的密封性能达不到节能标准要求时，应当采取适当措施，例如在缝隙处设置毡片等制成的密封条，从而提高窗户的气密性；（2）提高外窗的保温性，可采取措施适当提高窗框及玻璃的保温性能；（3）控制窗墙面积比。窗户的热阻相对于墙体的热阻较小，单玻窗的传热损失约为48cm砖墙的数倍，中空玻璃窗户的传热损失也大于墙体。因此，将窗墙面积控制在适宜范围内是十分必要的。

　　2.2 外遮阳对冷负荷的影响

　　由图2可以看出，在采用外遮阳后，建筑的夏季累计冷负荷减少了不到4%,节约率不是很高，但也有一定的效果，所以大型公共建筑在夏季注意外遮阳也可实现一定的节能效果。部分大型公共建筑采用平屋结构，这为屋顶绿化提供了可能性。屋顶绿化不仅可以还原部分建筑所占用的绿化资源，重现了钢筋水泥中的自然绿色，增加城市绿化率，并且可起到外遮阳作用。考虑到技术方面，需要解决屋顶绿化所面临的荷载加大、防水、养护难等的问题，就可以使得屋顶绿化不仅限于草坪、花卉和灌木等轻型的绿化，而且还可以形成丰富绿化元素的空间景观；考虑到严寒地区的室外条件，屋顶绿化存在一定的局限性，但长远来看，带来的节能可行性还是很大的，尤其是夏季。此外，还可对墙面进行遮阳，采用专用的遮阳构件对西墙加以遮阳。

　　3 冷热源节能潜力

　　空调系统冷热源的能耗占整个集中空调系统的60%~70%,同时其使用成本也占整个集中空调系统70%左右，不同的冷热源方案差别也较大。在北方地区，大型公共建筑的中央空调工程也只在近十年内出现。通常热源供给方式分为电锅炉、燃煤锅炉、燃油+气锅炉等。

　　近些年来，大多数城市已从环保角度出发开始控制燃煤炉的使用，减少有害气体的排放。同时在很多电力供应较为充足的地区为鼓励用电，在电价及其政策上相对给予一定的优惠，如取消用电增容费等措施，小区商业用途用电按民用用途电收费，诸如此类的政策促使电锅炉的大量广泛使用。而在石油、天然气资源丰富的地区则鼓励选用燃油炉和燃气炉。冷源就其形式大致分三种：

　　热泵机组、电制冷机组以及溴化锂吸收式机组。比较常用的是电制冷机组和溴化锂吸收式机组两种类型。电的制冷机组又分风冷和水冷两种，风冷机组可放置在建筑物屋顶或室外地坪上，从而缩减机房使用面积，甚至可以做到取消机房，从而节省建筑物利用空间、增加利用率，这对于公共建筑来说是十分有利的，但机组的价格相对偏高且耗电量也相对较大。具有很大应用潜力的冷热源节能新技术，如地源热泵、冷热电联产、水源热泵等，近年来在这方面的研究逐渐增多，但实际应用中却很少见。所以在冷热源的选择上设计人员应考虑结合实际情况，尽可能精确计算冷、热负荷，做到合理选配冷热源台数及其容量大小，尽量避免装机容量偏大或偏小，从而达到既舒适又节能的效果。

　　4 空调运行管理与自动控制

　　在调研的大型公共建筑物中未发现配有自动控制系统的建筑，多数建筑物建筑的制冷机运行是由人工操作的，同时空调的风系统和水系统自动调节能力差，容易造成室内冷热不均的情况，并且长春市大型公共建筑中的系统运行管理人员操作专业知识掌握不深、管理水平较差，通常只是习惯性按照一般的流程来控制运行管理。同时在空调运行方面，大多数大型公共建筑如商场、酒店都存在着部分负荷运行的现象，未根据室内具体的情况来控制运行空调机的运行，造成了很大的不必要的浪费。合理妥善地将自控技术运用于暖通空调系统的控制管理中，可以有效地改善系统运行品质，节省运行能耗，提高管理水平，并减少运行管理劳动强度，取得良好的经济效益和社会效益。自动控制和变频技术应用逐渐广泛应用，空调系统运行管理的自动控制，不仅可以精确地保证空调房间温湿度要求，同时节约人力，而且可防止系统多余的能耗损失及降低能耗的重要环节，以达到最佳节能运行的效果。

　　5 结语

　　就长春地区既有大型公共建筑的能耗问题而言，提出三项较为常见且实际的节能潜力措施：（1）建筑物的外围护结构，对北方地区来说，外墙及外窗对建筑热负荷的影响较大，而在外遮阳方面只对夏季短时期内的冷负荷有些许影响效果；（2）空调系统的运行管理，大部分的大型公共建筑常年处于部分负荷状况下运行，而且存在运行管理人员专业知识有限、操作较差等，系统操作设备上不先进的问题，可以加以改善。多数大型公共建筑属于综合性建筑，有着建筑内部的各房间功能不同，其内部人员流动不同以及室内既有设备运行发热量不同的特点，所以空调不宜选择过大的机型，要切实切量地选择，并且在实际运行中根据不同的房间情况适当做出相应的调节与管理；（3）冷热源的选择，需要注意的是应精确计算冷、热负荷，尽可能合理选配冷热源台数及其容量大小，避免装机容量偏大或偏小，造成浪费，以达到既舒适又节能的效果，有条件还可以考虑节能潜力较大的冷热源新技术。

　　参考文献

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　　[5] 长春市统计局，国家统计局长春调查队。长春市统计年鉴（2014）[M].北京：中国统计出版社，2014.