既有大型公共建筑节能改造研究——以东莞市民服务中心为例

李志青，张彤炜，周书东，叶雄明，苏梓豪

（1、东莞实业投资控股集团有限公司 广东东莞 523000；2、东莞市建筑科学研究院有限公司 广东东莞 523809）

0 引言

在绿色、低碳的大背景下，既有建筑的节能改造、功能提升无疑将成为未来的一大趋势［1］。据统计，我国公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，公共建筑1 m2年耗电量是普通居住建筑的10～20 倍，是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5～2.0倍［2］。尤其是大型公共建筑普遍存在功能多样、系统复杂、能耗大的特点［3］。由此可见，既有大型公共建筑的节能改造研究工作对我国的建筑节能工作有重要意义。

1 工程概况

东莞市民服务中心的前身是东莞国际会展中心，建成于2002年，位于鸿福路与东莞大道交汇处。原建筑地上2 层，地下0 层，高35.60 m，建筑面积约为4.10 万m2，属于大跨度钢结构展览馆［4］，如图1 所示。改扩建后，成为东莞市民服务中心，总建筑面积117 574 m2，地上3 层、局部4 层，地下1 层、局部2 层，停车位1 129 个。工程总投资6.6 亿元，扩建改造完成后的效果如图2所示。

2 能耗分析

经调查发现：原空调系统使用年限较长，部分设备及系统老化严重，部分配件缺失、损坏，且不适于扩建改造后的使用要求。原有幕墙系统均采用单层玻璃进行建造，热工性能差，导致室内外热交换量增大，空调制冷负荷增加，进而增加建筑的总能耗。扩建改造完成后，作为东莞市民服务中心使用，原有围护结构和新增十字街功能分区，不满足室内采光要求，如长时间使用照明设备，容易造成能耗增加的问题。

3 节能改造

3.1 空调系统

随着东莞市民服务中心使用功能的转换，由原来的大空间转换成十字街+4层办公区域，如继续使用原有空调系统将会导致能耗偏高，原有空调系统仅为定频冷水机系统，不能根据每个区域或房间的情况自动提供所需要的冷气，导致能耗高，急需对原有空调系统进行改造升级［5］。

由于东莞市民服务中心内部空间布局及使用功能不一，如采用同一种空调供冷，容易造成供冷效率低、能耗偏高问题，故改造方案需要针对不同使用功能区域采用相应的制冷方式。1～3层的办公区域及十字街区域人员较为集中且工作时间固定，因此，适合采用冷水机组。其他区域，如物业办公室、厨房及24 h银行自助服务厅等功能较为零散且使用时间不统一的区域，适合采用多联机空调系统。

3.1.1 空调平面布置

保留北侧原设备房，并将冷源输送至室内。冷水管道布置根据改造后的平面图进行布局，主要依据冷负荷（见表1）及工作时间区域进行划分，对于仅在工作时间段使用的区域采用冷水机组；对于24 h区域等功能较为零散且使用时间不统一的区域，采用多联机空调系统，如图3所示。

表1 室内负荷计算Tab.1 Indoor Load Calculation

3.1.2 空调风系统

空调风系统包括：吊柜、风机盘管加新风的空调系统。独立间隔的房间，采用风机盘管加新风系统，风机盘管暗装在吊顶内，上回侧送或散流器平送。设新风处理机组，新风管接入风机盘管送风管或将新风直接送至室内。采用转轮式热回收机组处理新风，新风通过与排风热交换后经冷却处理后送至室内，排风通过与新风热交换后排出室外，可有效减少空调制冷时间与功率，降低建筑能耗，达到节能减排的效果。

3.2 幕墙系统

原东莞国际会展中心对框架式玻璃幕墙要求不高，仅需满足采光要求即可，但随着内部空间使用功能转变，除满足采光要求外，还需要满足舒适和节能要求。

根据本工程的实际情况，最终，决定采用“遮阳格栅+Low-E 玻璃”方案。幕墙框架不变的前提下，将原有外置的玻璃改造成内置，并在原有幕墙框架上增设铝单板，形成遮阳格栅，有效降低太阳辐射，同时，采用Low-E 玻璃，传热系数较低，可以有效降低室内温度，减少空调能耗，从而达到节能效果，如图4所示。

3.3 屋面系统

经过十余年的使用，原钢板屋面出现多处渗漏，维修成本高，使用效果差，且不满足办公建筑对消防排烟、采光、隔热、舒适、节能、环保和美观方面的要求。因此，建设单位经过充分论证决定对原屋面系统进行改造，改造面积达23 218.56 m2［6］。

为了满足消防排烟、采光、隔热、舒适、节能、环保和美观要求，本工程对原屋面进行组合设计：中间部位采用ETFE 气枕式膜结构（部分设置成熔断膜［7］，熔断膜数量和位置，根据消防排烟要求进行确认），屋面边缘部位保留原来的铝单板屋面，ETFE 气枕和铝单板之间的区域为新增设的铝镁锰金属屋面［8-11］，如图5所示。

ETFE 膜材直接热塑成形，厚度很薄，具有很高的透光率。通过对膜材表面镀银色圆点可以调节膜材的透光率，从而满足室内不同的采光需求，但实际工程中常需要在不同时刻对太阳辐射进入室内的量进行改变，单层ETFE 膜材在确定了印点率之后难以进行可控调节，而ETFE 气枕式膜结构很好地解决了这一难题。气枕可采用3 层ETFE 膜材，膜材具有一定的印点率，气枕具有上、下两个独立的充气腔，通过控制上、下充气腔不同的内压，从而改变中间层膜材的位置，直接影响太阳辐射的通过量，如图6所示。

气枕式膜结构由于空气层的存在，具有很好的隔热性能。此外，通过气枕内压的改变可以有效调节气枕内部空气层的厚度，再加上内压改变可以对气枕透光率进行有效调节，合理控制太阳辐射的通过量，进而可以调节气枕式膜结构的隔热性能，使室内满足舒适和节能要求。

4 结语

通过对空调、幕墙和屋面系统进行改造，使其满足办公使用要求，同时达到绿色、舒适、节能和美观的效果。空调系统根据建筑内部空间布局、使用功能、使用时间等进行划分，采用“冷水机组”或“多联机空调系统”进行制冷，科学合理，节能高效。幕墙采用“遮阳格栅+Low-E 玻璃”改造方案，在原有幕墙框架上增设铝单板，形成遮阳格栅，有效降低太阳辐射，同时，采用Low-E 玻璃，传热系数低，可以进一步降低室内温度，达到节能减排的效果。通过组合设计的方法，屋面大部分区域采用ETFE 气枕式膜结构进行改造，可以有效解决本工程消防排烟难题，同时，满足采光、隔热、舒适、节能和美观的要求。