节能环保技术在小型公共建筑中的集成应用及能耗模拟分析

2019-02-14胡志鹏

山西建筑 2019年2期

关键词：传热系数公共建筑新风

胡志鹏

(山西省农业规划设计研究院，山西太原 030001)

0 引言

在小型公共建筑中，对节能环保技术进行集成应用可以在地区建筑风貌不被改变的情况下，起到改善生活环境与居住条件的作用，利用能耗模拟的方法可以对节能环保技术在小型公共建筑中的应用效果进行分析，进而明确节能环保技术的应用价值。

1 工程概况

该小型公共建筑位于我国北京市历史文化保护区内，为一老龄公寓建筑，总体建筑面积约为3 075 m2。该建筑在设计上借鉴了我国传统的四合院模式，为四面围合庭院布局，其地上、地下均有2层，地下1层是半地下形式。在设计过程中，对当前节能建材外观做出了进一步改进，让其贴近传统民居风貌，并引进雾化降温、新风换气等设施，融入中水回用等技术，构建了绿色楼宇节能环保监测与预警系统。

2 节能环保技术在小型公共建筑中的集成应用

2.1 太阳能的利用

1)太阳能光电。在该小型公共建筑工程中，构建了太阳能光电系统，该系统可以为建筑走廊提供夜间照明能量，同时，可以为建筑外Logo提供照明能量。在具体应用中，首先在建筑北侧天窗上部铺设光伏板，光伏电板面积共有8 m2，此光伏板可以作为天窗进行采光，同时可以为可再生技术的应用提供帮助。利用墙体内嵌的方法安装配电柜，利用壁挂的方法安装逆变器[1]。

2)阳能热水。利用太阳能光热系统，可以为小型公共建筑的疗养室提供生活热水，在建筑南侧屋顶铺设光热集热器，该集热器面积约为98 m2，如果太阳能不足，那么可以利用电能进行辅助加热。服务人数床位超过100个，其最高日热水量为7.4 t，可以24 h供给热水。

2.2 围护结构节能技术

在围护结构上，在选材上严格遵循了节能环保理念。应用夹心保温墙体材料作为建筑外墙，采用具有质量轻、强度高、耐火性好、保温隔热好的ASA保温板材，该板材的施工过程较为便捷，可操作性相对较高。利用标定热箱法对其进行测试，发现试件厚度如果为250 mm，其传热系数是0.20 W/(m2·K)，试件厚度如果是190 mm，其传热系数是0.36 W/(m2·K)，使用木塑铝复合窗框与中空Low-E玻璃作为外窗，其传热系数是2.3 W/(m2·K)，在气密性上，可以满足我国国家6级标准。采用种植屋顶，利用70 mm厚度的挤塑聚苯板作为保温材料，利用75 mm厚度的挤塑聚苯板作为坡屋顶保温材料，其综合传热系数是0.43 W/(m2·K)，利用50 mm厚度的A2级WFC聚氨酯硬泡保温装饰复合板作为地面保温材料，其传热系数是0.47 W/(m2·K)。

2.3 节水措施

在该小型公共建筑中，用水系统均利用节水设备和器具，节水率在8%以下，在建筑内部进行污水、废水分流处理，设置杂排水排水管系、粪便污水排水管系，并设置给水供水管系与中水供水管系。在此体系中，其中水的用量是4.4 t/d，中水的原水量是6.8 t/d，经过分析计算，发现中水的处理量为5 t/d。依照主要处理量及水质相关要求，在该建筑工程中，利用微型MBR一体化中水处理设备进行中水处理，引进膜生物反应器污水处理技术。在微型污水处理器中，可以将其分为设备箱与处理池这两个部分，设备箱设置在地上，处理池设置在地下。在处理池中，主要包含了生化池与调节池这两个部分，其中生化池内部具有活性微生物，可以对污水进行净化，利用曝气器可以提供相应空气；调节池内部具有污水提升泵，可以让污水进入生化池之中。同时，有膜组件安装在生化池中，利用出水泵负压作用，可以让净化完成的水通过膜流出，以供二次使用[2]。

2.4 新风换气与雾化降温

在疗养室中设置新风换气系统，依照房间大小可以选择机器数量，设置风量。在该小型公共建筑中，共有16台LY-300B/W型设备，具有300 m3/h的新风量；共有2台LY-1600B/W型设备，具有1 600 m3/h的新风量。利用φ100消音软风管作为新风换气系统支管，利用φ150消音软风管作为系统主送管、排风管。在建筑内庭院夏季活动区域利用雾化降温技术，其应用面积约为224 m2,在该区域中，共有8台可移动雾化降温风扇，约为8 m～15 m的有效距离，且最大风量可以达到8 000 m3/h。

2.5 绿化和透水铺装

将面积约为138 m2的屋顶花园设置在北侧疗养室上部，该技术可以让城市热岛效应得到有效减缓，可以让屋顶公共空间得到创造，同时可以起到改善热舒适度、隔热保温的功能。建筑约有224 m2的庭院绿化面积，利用滴灌、喷灌对其进行浇水。利用聚合物纤维混凝土透水砖铺装在室外庭院与人行道，约为120 m2的总铺装面积，室外透水地面面积大于40%。

3 能耗模拟分析

3.1 分析方法

利用Energy Plus能耗分析软件可以对该小型公共建筑的能耗进行分析，依照建筑图纸，可以对其进行建模。在该模型中，房间如果使用情况及功能较为接近，那么可以将其合并作同一热工分区。

3.2 参数计算

设备、人员及照明为建筑室内主要热源，计算热源功率以及作息时间可以得出热源逐时热功率。该建筑实际体形系数是0.34，在围护结构上，屋面传热系数为0.43 W/(m2·K)；外墙钢筋混凝土基层+70厚保温板传热系数为0.33 W/(m2·K)，190厚与250厚ASA复合保温外墙板传热系数分别为0.37 W/(m2·K)，0.20 W/(m2·K)；非采暖空调房间和采暖空调房间的楼板、隔墙是0.47 W/(m2·K)与1.5 W/(m2·K)；接触室外空气底面的外挑楼板、架空楼板传热系数是0.47 W/(m2·K)；外窗的传热系数是2.3 W/(m2·K)；外门的传热系数是2 W/(m2·K)；地下室与地面的外墙传热系数是0.5 W/(m2·K)。该建筑利用市政供热方法为建筑采暖系统提供热能，应用VRV空调系统在半地下室卫生站区域与地下1层卫生站区域中，其机组COP=3.5，利用单元式空调机在地下疗养室，机组COP=3.6，将全热新风换气机设置在室内，具有50%的新风回收比，夏季与冬季的全热回收效率分别为55%,65%。在温湿度参数上，其室内具有60%的相对湿度，夏季设计湿度是25 ℃，冬季设计湿度是18 ℃。疗养室空调全天开启，其余房间从早8点开启，至晚8点关闭[3]。

3.3 负荷计算

对建筑逐时冷热负荷进行计算，比较参考建筑，发现建筑业实际全年最大热负荷下降15%，最大冷负荷下降10.2%，累积热负荷下降38%，累积冷负荷下降2.7%。对其HVAC系统能耗进行分析，比较参考建筑，发现其每年可以节省的采暖能耗约为16 012 kW·h，空调系统耗电量可以节省10 012 kW·h。对其照明系统能耗进行分析，利用该分析软件，设定工作日运行时间为11 h，全年运行时间为261 d，可以发现实际建筑的全年照明耗电大约是46 000 kW·h，参考建筑的实际照明耗电约是55 000 kW·h。