绿色建筑与节能技术在机电安装工程中的应用

2018-10-10张敏华

建筑施工 2018年6期

张敏华

上海建工五建集团有限公司上海 200063

1 绿色建筑概念和评价体系

1.1 绿色建筑概念和现状

绿色建筑经过多年发展，已走向了规模化、全面快速推进的发展轨道，形成了完整的技术体系和系列标准规范，创建了一批影响力较大的绿色建筑示范工程。据统计，截至2017年8月，仅上海地区累计已有450多个项目获得了绿色建筑标识认证，建筑面积达38 650 000 m2，且高星级项目达80%以上。

1.2 绿色建筑评价体系

“绿色能源与环境设计先锋奖”，即依据美国绿色建筑协会建立的LEED标准而评定的奖项，LEED标准被认为是目前在世界各国的各类建筑环保评估、绿色建筑评估以及建筑可持续性评估标准中，最有影响力的评估标准。

LEED认证总得分为110分，分4个认证等级：铂金级（80分以上）、金级（60～79分）、银级（50～59分）和认证级别（40～49分）。

我国新版国家标准GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》，自2015年1月1日起实施，评价指标体系由节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量及运营管理共6方面组成。每一个指标体系里面均包括控制项、一般项以及优选项，其中控制项为绿色建筑的必备项，按建筑满足一般项和优选项的程度，将绿色建筑评定为“★”“★★”“★★★”3个等级。

2 机电安装工程节能技术运用

建筑节能是体现绿色建筑理念的重要构成部分，而机电工程节能是绿色建筑节能的主要组成部分。联系实际探讨建筑机电节能技术的应用和效率对更好地完成绿色建筑有着非常重要的意义[1-4]。

2.1 采暖、空调系统节能应用技术

2.1.1 玻镁复合风管系统

本工程采用一种新型风管——玻镁复合风管，该风管是一种新型的高科技复合板材，材料由2层高强度无机材料和1层保温材料复合而成。具有优良的抗腐蚀性能、防潮抗水性能、防火性能，以及质量轻、系统成形后内外壁光滑、通风性能优良等优点，因已经直接复合了保温材料，不需二次保温，所以安装快速，大大节约施工材料和人工，施工工效提高40%以上，工程造价比传统镀锌铁皮风管降低40%以上，是新一代的节能、环保型绿色产品。

因早期在上海个别项目的施工中采用类似复合风管，但板材过薄，造成空调风系统结露、漏水问题。所以在工程施工过程中提请设计对风管厚度复核计算，最后将空调风系统板材厚度由31 mm增加到41 mm，防排烟和通风系统板材厚度由11 mm增加到18 mm。此外还根据上海的气候特点和工程特点，对现场制作安装工艺提出了严格要求，增加了风管接缝绑扎加固、风管内胆加固、表面二次处理以及风管防漏风等多项施工质量保证措施，确保全系统的正常开通、调试及使用。经过“三冷三热”循环周期，空调风管和防排烟风管至今均无任何结露、开裂等质量问题发生，使用效果良好。

其中玻镁风管防漏风结构与施工方法，工艺成熟、施工简单、操作方便、质量可靠。使用橡胶板后，使风管与风阀间有填料填充并密封，减少系统的漏风量；同时，风管外部设有金属压条，增强自攻螺丝紧固力（图1、图2）。目前已获发明专利受理。

图1 玻镁风管防漏风结构示意

图2 玻镁风管防漏风现场实物

2.1.2 层面架空地板体系和地板式风机盘管系统

本工程采用架空地板体系，只有消防喷淋管及桥架等少数机电管线安装在楼层顶部，95%的机电管线布置在架空地板体系内部。减小了管线安装过程中的危险系数及施工难度，保证施工质量，并提高了将来使用过程中管线检修的便利性。同时在施工过程中利用BIM技术，通过三维模拟、碰撞检测、管线综合排布、三维可视化等方式来避免施工过程中的错、漏、碰、撞等问题，提高管道设备安装一次成功率，减少施工过程中的时间、人力、材料浪费，为方案优化、施工组织提供科学依据。从深化设计、进度管理、质量监控等方面，为工程施工提供有效的管理平台（图3、图4）。

图3 架空地板内部管线

底板式风机盘管系统将架空地板系统内部空间分隔作为送风及回风区，实现低位送风，提高新风及除尘净化效率。将空调主机及控制装置安装于办公室，根据每个区域的需要，调节新风量，大大节约能耗（图5）。

本工程施工过程中因施工层地面全部敞开，多工种队伍交叉流水施工，安装大部分管线和地板式风机盘管均固定于分层地面上，成品保护成了最大的难题。特别是进口地板式风机盘管，设备精密、造价昂贵，稍有损坏和堵塞就会给以后的调试工作带来麻烦。项目组因地制宜，专门研究对策，制订了严格的施工出入制度、工前工后检查交接制度，给施工班组配备了保洁专用吸尘器，还专门加工制作了一批可拼拆移动的现场临时施工便桥，在确保工期的同时将施工损耗降到了最低程度。另外，在施工中还遇到地板面散流器与架空地板下玻镁风管系统的相接问题，用玻镁板材加工的话，支管过流截面积过小，操作空间狭窄，难以布置；用保温金属软管的话，金属软管难以可靠固定，且试机时有很大噪声。最后项目部组织技术攻关，根据每个施工层面的实际情况，专门设计加工图，为每台地板式风机盘管专门定制加工配套了带保温镀锌钢板微型静压箱，调试和试运行后使用效果达到设计要求。

图4 架空地板内部管线及楼层顶部管线BIM效果

图5 地送风

2.1.3 冰蓄冷空调主机技术

冰蓄冷技术的工作原理就是在电力负荷很低的夜间用电谷期，采用电动冷冻机制冷，使蓄冷介质结成冰，将冷量储存起来。在白天的用电高峰期，使蓄冷介质融冰，把储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要，达到提高电网效率、降低电力建设投资、节省运行电费（峰谷分时电价）、节能环保的目的。对城市电网，尤其像上海这种能源紧缺型城市具有明显的“避峰填谷”作用，社会和经济效益显著。

本工程根据大楼空调系统使用情况和实际状态，结合变频启停技术，冰蓄冷机组性能能实行全制冷、全制冰、半制冷半制冰等7种工况的全自动切换运行，根据各区域实际需要，提供适量冷气，高效节能。工程原设计利用结构混凝土水箱蓄冰，内置24组蓄冰盘管，在施工过程中发现现浇混凝土结构水箱严密性差，结构抗冻性和耐久性不能满足设计要求，做二次抗冻及防水施工工艺很复杂，且不能完全包裹混凝土结构，可靠性、耐久性不能确定，易造成结构漏水隐患。经与设计协调，现场勘察，并组织到上海中心项目实地考察，确定机组蓄冰槽采用不锈钢板加保温现场加工制作，避免了后续使用中的漏水隐患，使用至今效果良好。

另外，在机组联动调试过程中，发现信号反馈电压不稳定，导致冷冻机房内各空调电动阀门组执行机构模块出现频繁烧毁的问题。经现场调研发现，由于主机7种工况自动调节，需要单独设立7个信号回路与7组电动阀组独立连接控制，而原电气设计只布置了一个串联的大回路，结果导致同一信号回路中，因电动阀组工况不一，工作电压不稳定，使电动阀执行机构频繁被烧毁。最后会同设计和电动阀组供应商、主机设备供应商到现场联合会诊，通过改造和每组电动阀组增设单独的电气信号控制回路加以解决。

2.2 给排水系统节能应用技术

2.2.1 太阳能中央热水系统

太阳能作为热力源，无公害、无污染，是公认的绿色环保型能源的首选。太阳能热水系统能采用多种组合式结构模块化施工（图6），施工速度快、工效高。绿色建筑全天24 h热水供应均可由屋面太阳能集热系统（图7）加热供给，太阳能中央热水系统以太阳能为主要能源，辅以电能或其他能源辅助，自动化程度高，运行可靠。

图6 太阳能板示意

本工程面朝上海黄浦江，地势开阔，太阳能资源丰富。为使该建筑在使用过程中真正成为绿色节能的建筑，项目部向建设单位提出在主楼屋面设置太阳能集热器，充分利用清洁能源，得到建设单位的积极响应，设置134块太阳能集热器，面积约300 m2。20层机房内设太阳能储热水箱，17～20层热水、地下室厨房热水各设一套板式换热器间接换热。17～20层办公室内卫生间设电容积热水器辅助加热；地下室厨房设容积式燃气热水器制备热水，热水出水温度为60 ℃，回水温度50 ℃；集中热水系统设计小时耗热量1 255 901.2 kJ，设计小时热水量5.55 m3。太阳能保证率取16%。

图7 太阳能集热系统原理

施工中遇到屋面集热架构的固定抗风荷载问题，会同土建部门，专门在屋面集热架构底脚处增加了定制加强锚固件，将集热钢架构同屋面结构钢筋网片焊接成一整体，再进行结构混凝土浇筑，可靠有效地解决了屋面集热架构抗风荷载问题。另外，由于建筑总高度限制和结构外立面美观要求，屋面太阳能集热钢架构分布面积较大，原设计屋面防雷接闪器保护半径不能覆盖屋面太阳能集热钢架构。经协调，通过增加一组屋面太阳能架构专用防雷接闪器加以解决。

2.2.2 雨水收集和中水回用系统

雨水收集和中水回用系统是缓解目前水资源紧缺的重要途径。引入中水系统后90%的非饮用水（浇灌、洗涤、冲刷等用水）将不再使用饮用水，极大地节约了对饮用水的浪费性使用，减少了水处理成本，从而实现节能降耗的目标。据统计，利用中水冲厕、绿化、洗车等可减少自来水用量30%～50%。

本工程室外景观水池面积近2 800 m2，水资源丰沛。故设立雨水回用处理系统，雨水蓄水池有效容积为290 m3。处理工艺和供水方式为：回收雨水（景观水体循环水）→雨水蓄水池→原水加压泵→混凝加药→混凝反应器→砂缸过滤器→投次氯酸钠消毒剂→清水水箱（138 m3）→给水加压泵（景观水体循环泵）→绿化、景观水补水、道路浇洒、车库冲洗供水点。年总用水量118 208.41 m3，其中年雨水回用水量7 797.41 m3，非传统水利用率6.6%。

2.2.3 使用节水型配件或卫生器具

节水配件（定时冲洗，自闭式水龙头等）和节水型洁具（一次冲洗水量小于6 L的洁具）的使用能够节省很大一部分用水量，同时减少的污水和污泥处理量也使水资源和环境的污染来源减少，减轻污水处理厂的负荷，对水资源和环境保护有重要的作用和意义。

2.3 电气系统节能技术

2.3.1 变频设备及变频器使用

工业与民用建筑中，中央空调、水泵及风机等输送设备的耗电量所占比例是较大的。在很多情况下，并不需要设备进行全负荷运转。合理地选择变频设备或采用变频器进行有效控制，能达到真正意义上的节能。对于既有建筑或系统，如没有选用变频设备，可以通过增加变频器，达到节能降耗的目地。

2.3.2 使用新型节能光源

LED灯具是指灯具产品采用发光二极管技术作为光源。LED灯具使用寿命可长达50 000～100 000 h，远超过传统钨丝灯泡的1 000 h及萤光灯管的10 000 h，使用年限可达5～10 a，能大幅降低灯具替换的成本，还具有耗电量少、发光效率高、可靠性强等优点，因此LED灯具拥有节电与节能环保的优点，应大力推广使用。