武汉市既有公共建筑节能改造技术方案研究

李 嘉 杨运国 刘 兵

（1.中国铁道部第四勘查设计院 湖北 武汉： 430000；2.湖北中城科绿色建筑研究院湖北 武汉： 430022；3.武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

1 问题的提出

既有公共建筑节能改造是我国城乡建设领域的一项重点工作，开展既有建筑节能改造，不仅能有效地降低建筑耗能、节约资源和能源，大幅度减少整个社会的运行成本，对我国实现节能减排国家战略、建设低碳城市具有重大作用。

常用的改造技术主要包括外围护结构热工性能改造、采暖空调通风及生活热水系统改造、供配电、照明及控制系统改造技术、行为节能、设备围护及可再生能源利用等。

依据湖北中城科绿色建筑研究院（2010－2011年）能耗调查及能源审计数据分析，武汉市既有公共建筑能耗在60～135kWh／（m2·a）之间，能耗数据偏高。造成既有公共建筑能耗高的因素有很多，主要有以下几个方面：围护结构方面（不满足现有《公共建筑节能设计标准》限值要求）、冷热源方面（大马拉小车、水系统实际温差小、换热器污垢）、输配系统方面（水力不平衡、定流量运行）、末端系统方面（盲目提高室内温度要求、新风不可调或部分新风进口堵塞、风盘末端未设电动两通阀、风机无变频）、电气系统、照明及办公设备方面（变压器负载偏低、未使用节能灯具、空调系统控制不完善、楼宇智能化水平低）、管理环节方面（系统分区不合理、冷冻水旁通、节能意识不强）。

2 改造方案

本文讨论分析时选用的技术都是目前行业内较为成熟的技术，而节能改造本身的环保、生态效益都是正面的。因此，主要从节能改造的经济性（投资回收期）来评价改造技术方案。

改造方案基本参数如下：

（1）依据湖北中城科绿色建筑研究院（2010－2011）能耗调查及能源审计数据，中央空调类办公建筑，平均能耗为103.76kW·h／（m2·a）。

（2）通过咨询相关材料市场报价及查阅相关资料（根据湖北卓宝建筑节能科技有限公司，深圳市得讯科技有限公司、成都华臻科技有限公司2012 年的产品资料和报价），确定各项节能改造措施的投资单价：外墙外保温200元／m2（外墙面积），屋面改造120元／m2（屋面面积），外窗更换为中空窗（内置遮阳）650元／m2（玻璃面积），外窗更换为低辐射中空窗500元／m2（窗户面积），窗贴膜200元／m2（膜面积），活动外遮阳200～550元／m2（产品面积），照明系统30元／m2（建筑面积，仅考虑照明灯具的更换，不涉及线路的重新调整），变配电系统15～25 元／m2（建筑面积，未考虑变压器的更换费用），中央空调水泵、风机变频改造＋增设平衡阀＋保温层修复＋系统重新调试110元／m2（建筑面积，未考虑冷热源设备的更换费用），分项计量系统15～25 元／m2（建筑面积）。

2.1 改造技术方案评价方法

中央空调类建筑，围护结构、室内设备等配置与空调系统之间的关联性较强，且空调末端设备使用的灵活性较分体空调类建筑要差，因此，对中央空调类建筑采取全年动态能耗模拟的方法。

全年动态模拟的技术路线图如图1。

图1 全年动态模拟的技术路线图

首先收集建筑能耗相关数据，包括建筑围护结构特性参数、几何尺寸，建筑全年逐月（逐时）能耗数据（建筑使用的电、柴油、天然气等能源）、空调系统和其他系统的使用功率、运行时间表、部分空调系统和其他系统的现场测试数据、气象参数和建筑内办公使用人数等。将收集的数据输入软件，建立模型（研究选用DesignBuilder软件）。建模时可以适当简化模型，简化模型的原则是按空调、采暖区域考虑。模拟计算建筑能耗，根据调查获取的建筑逐月能耗进行比较，修正参数设置，使模拟结果与实际能耗数据的误差在允许的误差范围内。

从外墙、屋面保温，外遮阳，换窗，换窗＋外遮阳，综合，灯具更换，灯具更换＋控制等各个方面进行技术措施改造，得出改造后的总能耗量

本次研究结果显示，疾病疗效的总有效率，试验组为96.40%，对照组为94.55%，非劣效检验成立，试验组不劣与对照组。咳嗽起效时间的组间比较，差异有统计学意义（试验组＜对照组），提示试验组较对照组能缩短咳嗽起效时间。两组中医证候疗效、单项症状及体征的消失率的组间比较，差异均无统计学意义。试验期间，试验组未发生不良事件。综上可认为，在头孢呋辛酯干混悬剂基础上，应用止咳橘红颗粒对小儿急性支气管炎（痰热壅肺证）的病情改善作用不劣于金振口服液，且具有更好的止咳对症治疗作用，临床应用的安全性较好。

根据计算出的节能量和现行的改造投资成本，计算节能改造的投资回收期，评价改造措施的可行性，比选改造方案。

2.2 中央空调类建筑节能改造技术评价方法

（1）模型参数。根据相关情况的调研，在调查比对的基础上，建立武汉市既有办公建筑的典型中央空调建筑模型，典型参数为：

建筑平均能耗：根据调查数据综合能耗为103.76kWh／（m2·a），有关文献［1］研究指出，在用能系统中空调采暖系统能耗占的比重较大，平均在35%～50%，其次是照明和办公设备。

建筑体型相关参数：外窗面积／建筑面积＝0.25，外墙面积／建筑面积＝0.50，屋面面积／建筑面积＝0.10。

围护结构参数：武汉市既有办公建筑的墙体以烧结普通砖、烧结多孔砖和空心砖为主，故外墙的传热系数取1.7W／（m2·℃）；外窗多采用铝合金窗框，普通白色透明玻璃，传热系数设为6.26W／m2·℃，SHGC＝0.86；屋面传热系数选1W／m2·℃。

室内热源参数：人员密度设置为0.11 人／m2，照明密度9W／m2，室内办公设备8W／m2；

室内温度控制：空调温度为26℃，采暖温度为20℃；

系统效率：制冷（电制冷）系统COP＝3.0，采暖（天然气）效率0.75。

（2）在典型模型的基础上，将节能改造措施应用于既有公共办公建筑中（表1）。

表1 既有公共办公建筑节能改造措施

此外，有关调查显示，在配电系统增设无功补偿器和滤波器等装置，节能率是5%；装设分项计量系统，节能率5%；对中央空调系统进行变频、水力平衡技术以及系统重新调试等方式大约可实现建筑节能15%。

3 数据分析

改造前建筑总能耗、用能系统能耗数据以及改造措施的节能量数据见表2。通过模拟计算得出各项节能措施的节能量和相关经验数据可以确定围护结构改造、暖通空调改造、照明改造、分项计量等措施的建筑能耗节能率，通过咨询市场报价及查阅相关资料确定各项节能改造措施的投资费用，在此基础上对各项改造技术附加相关辅助工程费用，形成综合单价，在结合目前的能源单价，即可以分析得出各个节能改造措施的静态投资回收期，见表3。

从表3数据可以看出，在武汉的气候条件下，依据2012 年材料价格，照明改造投资单价31.05元／m2，建筑节能率10.7%，回收期2.91年；变配电改造，投资单价20.7元／m2，建筑节能率5%，回收期4.16 年；空调系统改造，投资单价113.84元／m2，建筑节能率15%，回收期7.62年；分项计量改造，投资单价113.84元／m2，建筑节能率15%，回收期4.16年。以上改造措施的投资回收期较短，经济性好，应优先选用。对于围护结构改造技术而言，单项技术的回收期都较长，经济性相对较差。但是由于目前我市建筑的围护结构的热工性能参数都不能满足节能标准的限值要求，而围护结构对中央空调系统的能耗有明显的影响，也应在改造范围之内。

表2 节能改造措施节能效果

表3 节能改造措施静态回收期

考虑技术组合，定义低层次改造为照明改造、变配电改造、空调系统改造和分项计量系统的组合；中层次改造为低层次改造基础上，增加外窗的某项改造；高层次改造为中层次改造基础上增加外墙、屋面的保温改造。根据表中的数据，低层次改造的节能率为10.7%＋5%＋15%＋5%＝35.7%，考虑0.9的综合系数，取节能率为32.13%，综合投资单价186.3元／m2，回收期5.84年，投资收益显著，是优选方案；中层次改造的投资、节能率及回收期见表4。

表4 中层次改造的投资、节能率及回收期

从表4可以看出，中层次的改造采用外窗贴膜＋低层次改造的投资为238元／m2，回收期7.2年；采用外遮阳＋低层次改造的投资为277 元／m2，回收期8.1年；采用低辐射中空窗＋低层次改造的投资为316元／m2，回收期8.8年；采用带遮阳功能的中空窗＋低层次改造的投资为354.4元／m2，回收期9.5年。该组合方案的回收期可控制在10年以内，是比较理想的方案。

高层次改造的投资、节能率及回收期见表5。

从表5可以看出，在增加外墙和屋面保温的作用下，建筑改造投资增加100元／m2，而回收期增加2年左右，经济性较差。此外，外保温改造往往都是在建筑物正常使用中进行，施工会因噪声、粉尘、垃圾或大量湿作业造成对正常工作、生活的干扰，也有可能在拆除过程中造成相关部位例如门窗等的不必要损坏。另外，在建筑物正常使用中进行外保温改造施工，会由于技术选择不当，在施工中发生火灾，对建筑物或室内人员造成伤害，应充分论证选择，不建议对建筑进行高层次的改造。

表5 高层次改造的投资、节能率及回收期

4 结论

通过建立武汉市既有公共办公建筑中央空调模型采用全年动态模拟的方法，根据2012年材料价格模拟测算，分析了单项改造技术的回收期。根据2012年材料价格模拟测算，其中灯具更换为节能灯，回收期2.91年；安装节电装置，回收期4.15年；空调系统改造，回收期7.61年；安装分项计量系统，回收期4.15年，外墙、屋面保温，回收期36.8年；外窗更换带遮阳功能的中空窗，回收期29.8年；更换低辐射中空窗，回收期31.5年；窗贴膜，回收期40年；外遮阳，回收期38年。

结果表明，照明改造、变配电改造、空调系统改造和分项计量改造的投资回收期较短，经济性好，应优先选用；而围护结构单项的回收期均较长），经济性较差。

在单项技术分析的基础上，根据不同的改造技术组合，定义了低层次改造、中层次改造和高层次改造，并分析了不同层次的回收期。根据2012年材料价格，经过模拟计算低层次改造的投资，综合投资单价186.3 元／m2，节能率为32.13%，回收期5.84年，经济性好，是优选方案；中层次改造的综合投资单价238 元／m2～354.5 元／m2之间，节能率为33.3%～37.7%，回收期在7.2～9.5年之间，经济性较好；高层次改造综合投资单价354 元／m2～466.5元／m2之间，节能率为36.5%～40.8%，回收期在9.74～11.5年之间，经济性较差，不建议采用。

［1］中国建筑科学研究院.JGJ176－2009，公共建筑节能改造技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］徐伟，邹瑜.公共建筑节能改造技术指南［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010.