既有办公建筑节能潜力及改造途径分析

2020-02-22李瑞杰

科学导报·学术 2020年53期

【摘要】通过不同办公建筑的能耗分析，总结整理出既有办公建筑用能情况，并根据能耗特点及不同建筑存在的问题提出了相应节能改造措施。节能改造以建筑外围护结构、空调系统以及照明系统为主，总体可实现约30%左右的节能率。并针对节能改造中可能存在的问题，提出相关解决措施。

【关键词】办公建筑;建筑能耗;节能改造;空调系统;照明系统

1公共建筑用能

大型公共建筑其建筑面积较大，设备运行时间相对于固定，室内成员较多，为了保证室内成员舒适性，不仅需要使用中央空调系统，同时照明系统、办公设备、动力系统、供热系统等也同样有着较大规模，这就导致了其建筑能源消耗量很高。以下为整体而言针对大型公共建筑用能特点进行的能耗分析：

1）部分同类型公共建筑功能相似，面积相近，但由于其建筑内部采用的空调系统、照明系统、办公设备及其他用电设备的差异，故而在建筑的实际能耗中往往会有很大差异;

2）从整体上来看，各建筑自身照明插座、空调、动力等各分项能耗在总能耗中所占比例也不尽合理[1]。

调研选取了山东省某市47家机关办公单位，共计110栋建筑，进行实地调研并参照《党政机关能耗定额标准》DB37/T 2672-2019进行统计计算得出其2年能源资源消耗占比情况：其中非供暖能耗（主要为用电能耗）占比约为53%。

根据调研办公建筑特点及供冷、供热设备的统计情况，选取A、B两栋典型建筑为代表，其中A栋建筑面积30618m2建造于2009年采用集中式空调系统供冷，B栋建筑面积3493.6m2建造于1999年采用分体式空调供冷。

2典型建筑节能诊断

典型建筑能源消耗以电力为主，其他能耗还包括采暖、生活用水等。其中电力能耗主要用于空调系统、照明系统、动力系统及室内其他用能设备等。根据其能源账单对用电情况进行分析得出A、B建筑用电变化情况：A、B建筑用电量随季节变化明显，用电高峰集中在每年6-8月;根据以上特点，对其主要用电系统：空调系统、照明系统、办公设备等进行分项用电测算，其中A栋建筑空调系统能耗占比约为43.48%，B栋建筑空调系统能耗占比约为48.36%。

通过能耗账单数据及实际调研结果分析A、B两栋典型建筑，其建筑及能源消耗主要有以下特点：

1）两类建筑虽建筑结构、用能设备、室内人数不同，但其用能都集中在空调、照明等系统;且部分用电设备存在使用年限过长的现象;

2）部分建筑在使用过程中运行管理不科学及室内部分人员节能意识淡薄[2]。

3建筑节能改造途径及节能效果分析

通过对其他建筑实际调查及A、B两栋典型建筑用能情况的详细分析，提出以下节能改造途径：

3.1建筑外围护结构节能改造

1）以A栋建筑为代表的建筑部分采用普通玻璃幕，可以采取贴节能膜的方式在保证美观及室内采光基础上增强建筑保温性能;

2）以B栋建筑为代表的部分建筑其修建年代久远，建筑整体保温性能较差;可将原有单层玻璃更换为保温性能更好的双层中空玻璃，并对原墙面处理后增加保温隔热材料，也可以直接铺设建筑装饰保温一体化板材。

3.2建筑空调系统的改造

目前，集中式中央空调节能改造策略相对而言更加复杂，不仅要考虑空调系统形式与设备运行状态，还要结合建筑实际使用情况与负荷特性。根据以上特点及实际建筑的空调系统运行情况，集中空调系统节能改造主要有以下3个方面：冷热源改造、水系统输送设备改造、末端控制装置改造。

1）部分建筑的中央空调系统其制冷机组使用年限过久，机组效率下降严重，可更换为效率更高更节能的制冷机组;

2）部分建筑的中央空调系统缺少集中控制手段，部分存在“大流量小温差”的现象[3]，可通过给系统增加温度补偿功能，并对循环水泵增加变频系统来解决存在的“大流量小温差”的现象;

3）部分建筑室内温度、风速等设置不合理，造成能源浪费，可把室内控制装置更换智能温度控制装置来实现节能。

3.3建筑照明系统的改造

实际改造过程中对建筑照明系统节能改造多将低能效光源以替换为高能效照明光源为主。在调研过程中发现：少数建筑已全部采用LED灯，多数建筑采用T8-600、T8-1200型普通荧光灯及部分LED灯，可将其全部更换为LED灯并增加公共区域照明灯具智能控制模块。

3.4建筑节能效果分析

（一）建筑外围护结构改造效果分析

由于在外围护结构中外墙面积最大，外墙传热耗热量占建筑物总耗热量的 23%～34%[4]。因此，对外墙进行改造可大幅提升建筑保温性能。以B栋建筑为例，其外墙传热系数约为1.63 W/（m2·℃），保温性能较差;若对其外墙外表面进行处理并铺40mm EPS保温板，改造完成后其外墙的传热系数约为0.84W/（m2·℃）。

通过数据计算可得改造后外墙的传热量可减少40%以上，节能效果显著;但对建筑外墙的节能改造施工难度较大，初投资较大且施工周期较长。

（二）建筑空调系统改造效果分析

集中式空调的改造：常见节能手段多以系统变流量运行为主;选取一次泵定流量系统为模型，对其循环水泵做变频控制，并利用TRNSYS软件对整个供冷季（6月15日-9月15日）期间能耗进行模拟，模拟运行时间为每天8：00-18：00，仿真平台如图4、图5所示。

经以上仿真平台模拟空调系统定流量运行时总耗电量为8878kWh，增加变频控制以后总耗电量为7654 kWh;由此可见对水泵增加变频控制后，在整个供冷季期间可实现约16%的节能率，节能效果明显。

1）分体式空调：以B栋建筑中的采用的能效等级3级、制冷量3300W的空調器为例，若将其替换为现行标准GB12021.3-2010中2级能效等级的空调器，这样理论上就可实现约11.76%的节能率。

（三）建筑照明改造效果分析

为保证光源替换前后房间照度要求，选取A、B两栋建筑的典型房间测量计算其平均照度及照明功率密度[5]，其中A栋典型办公室（T8-600荧光灯）平均照度为362lx，照明功率密度为8.76W/m2;B栋典型办公室（T8-1200荧光灯）平均照度为348lx，照明功率密度为8.44W/m2。

目前，T8-600、T8-1200型荧光灯功率分别为20W、40W，而同型号LED灯功率则为9W、18W;在保证房间照度基本不变前提下，将原有日光灯光替换为同型号的LED灯后，其照明系统能耗将大幅减少，可实现约50%的节能率。

4结论

1）通过对建筑外围护结构改造前后耗热量计算分析可以得出：对建筑外墙增加保温层可减40%以上的耗热量损失;

2）利用TRNSYS软件搭建一泵定流量空调系统及变流量空调系统仿真平台并模拟供冷季能耗，发现对一次泵定流量空调系统增加变频控制后可实现约16%的节能率。

3）对典型房间照度及照明功率密度进行测量并在此基础上将照明设备更换为LED灯，可实现50%左右的节能率。