武漢市既有公共建筑節(jié)能改造技術(shù)方案研究

李 嘉 楊運(yùn)國(guó) 劉 兵

（1.中國(guó)鐵道部第四勘查設(shè)計(jì)院 湖北 武漢： 430000；2.湖北中城科綠色建筑研究院湖北 武漢： 430022；3.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080）

1 問(wèn)題的提出

既有公共建筑節(jié)能改造是我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，開(kāi)展既有建筑節(jié)能改造，不僅能有效地降低建筑耗能、節(jié)約資源和能源，大幅度減少整個(gè)社會(huì)的運(yùn)行成本，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排國(guó)家戰(zhàn)略、建設(shè)低碳城市具有重大作用。

常用的改造技術(shù)主要包括外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能改造、采暖空調(diào)通風(fēng)及生活熱水系統(tǒng)改造、供配電、照明及控制系統(tǒng)改造技術(shù)、行為節(jié)能、設(shè)備圍護(hù)及可再生能源利用等。

依據(jù)湖北中城科綠色建筑研究院（2010－2011年）能耗調(diào)查及能源審計(jì)數(shù)據(jù)分析，武漢市既有公共建筑能耗在60～135kWh／（m2·a）之間，能耗數(shù)據(jù)偏高。造成既有公共建筑能耗高的因素有很多，主要有以下幾個(gè)方面：圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面（不滿(mǎn)足現(xiàn)有《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》限值要求）、冷熱源方面（大馬拉小車(chē)、水系統(tǒng)實(shí)際溫差小、換熱器污垢）、輸配系統(tǒng)方面（水力不平衡、定流量運(yùn)行）、末端系統(tǒng)方面（盲目提高室內(nèi)溫度要求、新風(fēng)不可調(diào)或部分新風(fēng)進(jìn)口堵塞、風(fēng)盤(pán)末端未設(shè)電動(dòng)兩通閥、風(fēng)機(jī)無(wú)變頻）、電氣系統(tǒng)、照明及辦公設(shè)備方面（變壓器負(fù)載偏低、未使用節(jié)能燈具、空調(diào)系統(tǒng)控制不完善、樓宇智能化水平低）、管理環(huán)節(jié)方面（系統(tǒng)分區(qū)不合理、冷凍水旁通、節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)）。

2 改造方案

本文討論分析時(shí)選用的技術(shù)都是目前行業(yè)內(nèi)較為成熟的技術(shù)，而節(jié)能改造本身的環(huán)保、生態(tài)效益都是正面的。因此，主要從節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)性（投資回收期）來(lái)評(píng)價(jià)改造技術(shù)方案。

改造方案基本參數(shù)如下：

（1）依據(jù)湖北中城科綠色建筑研究院（2010－2011）能耗調(diào)查及能源審計(jì)數(shù)據(jù)，中央空調(diào)類(lèi)辦公建筑，平均能耗為103.76kW·h／（m2·a）。

（2）通過(guò)咨詢(xún)相關(guān)材料市場(chǎng)報(bào)價(jià)及查閱相關(guān)資料（根據(jù)湖北卓寶建筑節(jié)能科技有限公司，深圳市得訊科技有限公司、成都華臻科技有限公司2012 年的產(chǎn)品資料和報(bào)價(jià)），確定各項(xiàng)節(jié)能改造措施的投資單價(jià)：外墻外保溫200元／m2（外墻面積），屋面改造120元／m2（屋面面積），外窗更換為中空窗（內(nèi)置遮陽(yáng)）650元／m2（玻璃面積），外窗更換為低輻射中空窗500元／m2（窗戶(hù)面積），窗貼膜200元／m2（膜面積），活動(dòng)外遮陽(yáng)200～550元／m2（產(chǎn)品面積），照明系統(tǒng)30元／m2（建筑面積，僅考慮照明燈具的更換，不涉及線(xiàn)路的重新調(diào)整），變配電系統(tǒng)15～25 元／m2（建筑面積，未考慮變壓器的更換費(fèi)用），中央空調(diào)水泵、風(fēng)機(jī)變頻改造＋增設(shè)平衡閥＋保溫層修復(fù)＋系統(tǒng)重新調(diào)試110元／m2（建筑面積，未考慮冷熱源設(shè)備的更換費(fèi)用），分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)15～25 元／m2（建筑面積）。

2.1 改造技術(shù)方案評(píng)價(jià)方法

中央空調(diào)類(lèi)建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、室內(nèi)設(shè)備等配置與空調(diào)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，且空調(diào)末端設(shè)備使用的靈活性較分體空調(diào)類(lèi)建筑要差，因此，對(duì)中央空調(diào)類(lèi)建筑采取全年動(dòng)態(tài)能耗模擬的方法。

全年動(dòng)態(tài)模擬的技術(shù)路線(xiàn)圖如圖1。

圖1 全年動(dòng)態(tài)模擬的技術(shù)路線(xiàn)圖

首先收集建筑能耗相關(guān)數(shù)據(jù)，包括建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)、幾何尺寸，建筑全年逐月（逐時(shí)）能耗數(shù)據(jù)（建筑使用的電、柴油、天然氣等能源）、空調(diào)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的使用功率、運(yùn)行時(shí)間表、部分空調(diào)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)、氣象參數(shù)和建筑內(nèi)辦公使用人數(shù)等。將收集的數(shù)據(jù)輸入軟件，建立模型（研究選用DesignBuilder軟件）。建模時(shí)可以適當(dāng)簡(jiǎn)化模型，簡(jiǎn)化模型的原則是按空調(diào)、采暖區(qū)域考慮。模擬計(jì)算建筑能耗，根據(jù)調(diào)查獲取的建筑逐月能耗進(jìn)行比較，修正參數(shù)設(shè)置，使模擬結(jié)果與實(shí)際能耗數(shù)據(jù)的誤差在允許的誤差范圍內(nèi)。

從外墻、屋面保溫，外遮陽(yáng)，換窗，換窗＋外遮陽(yáng)，綜合，燈具更換，燈具更換＋控制等各個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)措施改造，得出改造后的總能耗量

本次研究結(jié)果顯示，疾病療效的總有效率，試驗(yàn)組為96.40%，對(duì)照組為94.55%，非劣效檢驗(yàn)成立，試驗(yàn)組不劣與對(duì)照組?？人云鹦r(shí)間的組間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（試驗(yàn)組＜對(duì)照組），提示試驗(yàn)組較對(duì)照組能縮短咳嗽起效時(shí)間。兩組中醫(yī)證候療效、單項(xiàng)癥狀及體征的消失率的組間比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。試驗(yàn)期間，試驗(yàn)組未發(fā)生不良事件。綜上可認(rèn)為，在頭孢呋辛酯干混懸劑基礎(chǔ)上，應(yīng)用止咳橘紅顆粒對(duì)小兒急性支氣管炎（痰熱壅肺證）的病情改善作用不劣于金振口服液，且具有更好的止咳對(duì)癥治療作用，臨床應(yīng)用的安全性較好。

根據(jù)計(jì)算出的節(jié)能量和現(xiàn)行的改造投資成本，計(jì)算節(jié)能改造的投資回收期，評(píng)價(jià)改造措施的可行性，比選改造方案。

2.2 中央空調(diào)類(lèi)建筑節(jié)能改造技術(shù)評(píng)價(jià)方法

（1）模型參數(shù)。根據(jù)相關(guān)情況的調(diào)研，在調(diào)查比對(duì)的基礎(chǔ)上，建立武漢市既有辦公建筑的典型中央空調(diào)建筑模型，典型參數(shù)為：

建筑平均能耗：根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)綜合能耗為103.76kWh／（m2·a），有關(guān)文獻(xiàn)［1］研究指出，在用能系統(tǒng)中空調(diào)采暖系統(tǒng)能耗占的比重較大，平均在35%～50%，其次是照明和辦公設(shè)備。

建筑體型相關(guān)參數(shù)：外窗面積／建筑面積＝0.25，外墻面積／建筑面積＝0.50，屋面面積／建筑面積＝0.10。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：武漢市既有辦公建筑的墻體以燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚和空心磚為主，故外墻的傳熱系數(shù)取1.7W／（m2·℃）；外窗多采用鋁合金窗框，普通白色透明玻璃，傳熱系數(shù)設(shè)為6.26W／m2·℃，SHGC＝0.86；屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)選1W／m2·℃。

室內(nèi)熱源參數(shù)：人員密度設(shè)置為0.11 人／m2，照明密度9W／m2，室內(nèi)辦公設(shè)備8W／m2；

室內(nèi)溫度控制：空調(diào)溫度為26℃，采暖溫度為20℃；

系統(tǒng)效率：制冷（電制冷）系統(tǒng)COP＝3.0，采暖（天然氣）效率0.75。

（2）在典型模型的基礎(chǔ)上，將節(jié)能改造措施應(yīng)用于既有公共辦公建筑中（表1）。

表1 既有公共辦公建筑節(jié)能改造措施

此外，有關(guān)調(diào)查顯示，在配電系統(tǒng)增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償器和濾波器等裝置，節(jié)能率是5%；裝設(shè)分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，節(jié)能率5%；對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻、水力平衡技術(shù)以及系統(tǒng)重新調(diào)試等方式大約可實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能15%。

3 數(shù)據(jù)分析

改造前建筑總能耗、用能系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)以及改造措施的節(jié)能量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。通過(guò)模擬計(jì)算得出各項(xiàng)節(jié)能措施的節(jié)能量和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造、暖通空調(diào)改造、照明改造、分項(xiàng)計(jì)量等措施的建筑能耗節(jié)能率，通過(guò)咨詢(xún)市場(chǎng)報(bào)價(jià)及查閱相關(guān)資料確定各項(xiàng)節(jié)能改造措施的投資費(fèi)用，在此基礎(chǔ)上對(duì)各項(xiàng)改造技術(shù)附加相關(guān)輔助工程費(fèi)用，形成綜合單價(jià)，在結(jié)合目前的能源單價(jià)，即可以分析得出各個(gè)節(jié)能改造措施的靜態(tài)投資回收期，見(jiàn)表3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，在武漢的氣候條件下，依據(jù)2012 年材料價(jià)格，照明改造投資單價(jià)31.05元／m2，建筑節(jié)能率10.7%，回收期2.91年；變配電改造，投資單價(jià)20.7元／m2，建筑節(jié)能率5%，回收期4.16 年；空調(diào)系統(tǒng)改造，投資單價(jià)113.84元／m2，建筑節(jié)能率15%，回收期7.62年；分項(xiàng)計(jì)量改造，投資單價(jià)113.84元／m2，建筑節(jié)能率15%，回收期4.16年。以上改造措施的投資回收期較短，經(jīng)濟(jì)性好，應(yīng)優(yōu)先選用。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造技術(shù)而言，單項(xiàng)技術(shù)的回收期都較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。但是由于目前我市建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能參數(shù)都不能滿(mǎn)足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗有明顯的影響，也應(yīng)在改造范圍之內(nèi)。

表2 節(jié)能改造措施節(jié)能效果

表3 節(jié)能改造措施靜態(tài)回收期

考慮技術(shù)組合，定義低層次改造為照明改造、變配電改造、空調(diào)系統(tǒng)改造和分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的組合；中層次改造為低層次改造基礎(chǔ)上，增加外窗的某項(xiàng)改造；高層次改造為中層次改造基礎(chǔ)上增加外墻、屋面的保溫改造。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，低層次改造的節(jié)能率為10.7%＋5%＋15%＋5%＝35.7%，考慮0.9的綜合系數(shù)，取節(jié)能率為32.13%，綜合投資單價(jià)186.3元／m2，回收期5.84年，投資收益顯著，是優(yōu)選方案；中層次改造的投資、節(jié)能率及回收期見(jiàn)表4。

表4 中層次改造的投資、節(jié)能率及回收期

從表4可以看出，中層次的改造采用外窗貼膜＋低層次改造的投資為238元／m2，回收期7.2年；采用外遮陽(yáng)＋低層次改造的投資為277 元／m2，回收期8.1年；采用低輻射中空窗＋低層次改造的投資為316元／m2，回收期8.8年；采用帶遮陽(yáng)功能的中空窗＋低層次改造的投資為354.4元／m2，回收期9.5年。該組合方案的回收期可控制在10年以?xún)?nèi)，是比較理想的方案。

高層次改造的投資、節(jié)能率及回收期見(jiàn)表5。

從表5可以看出，在增加外墻和屋面保溫的作用下，建筑改造投資增加100元／m2，而回收期增加2年左右，經(jīng)濟(jì)性較差。此外，外保溫改造往往都是在建筑物正常使用中進(jìn)行，施工會(huì)因噪聲、粉塵、垃圾或大量濕作業(yè)造成對(duì)正常工作、生活的干擾，也有可能在拆除過(guò)程中造成相關(guān)部位例如門(mén)窗等的不必要損壞。另外，在建筑物正常使用中進(jìn)行外保溫改造施工，會(huì)由于技術(shù)選擇不當(dāng)，在施工中發(fā)生火災(zāi)，對(duì)建筑物或室內(nèi)人員造成傷害，應(yīng)充分論證選擇，不建議對(duì)建筑進(jìn)行高層次的改造。

表5 高層次改造的投資、節(jié)能率及回收期

4 結(jié)論

通過(guò)建立武漢市既有公共辦公建筑中央空調(diào)模型采用全年動(dòng)態(tài)模擬的方法，根據(jù)2012年材料價(jià)格模擬測(cè)算，分析了單項(xiàng)改造技術(shù)的回收期。根據(jù)2012年材料價(jià)格模擬測(cè)算，其中燈具更換為節(jié)能燈，回收期2.91年；安裝節(jié)電裝置，回收期4.15年；空調(diào)系統(tǒng)改造，回收期7.61年；安裝分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，回收期4.15年，外墻、屋面保溫，回收期36.8年；外窗更換帶遮陽(yáng)功能的中空窗，回收期29.8年；更換低輻射中空窗，回收期31.5年；窗貼膜，回收期40年；外遮陽(yáng)，回收期38年。

結(jié)果表明，照明改造、變配電改造、空調(diào)系統(tǒng)改造和分項(xiàng)計(jì)量改造的投資回收期較短，經(jīng)濟(jì)性好，應(yīng)優(yōu)先選用；而圍護(hù)結(jié)構(gòu)單項(xiàng)的回收期均較長(zhǎng)），經(jīng)濟(jì)性較差。

在單項(xiàng)技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的改造技術(shù)組合，定義了低層次改造、中層次改造和高層次改造，并分析了不同層次的回收期。根據(jù)2012年材料價(jià)格，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算低層次改造的投資，綜合投資單價(jià)186.3 元／m2，節(jié)能率為32.13%，回收期5.84年，經(jīng)濟(jì)性好，是優(yōu)選方案；中層次改造的綜合投資單價(jià)238 元／m2～354.5 元／m2之間，節(jié)能率為33.3%～37.7%，回收期在7.2～9.5年之間，經(jīng)濟(jì)性較好；高層次改造綜合投資單價(jià)354 元／m2～466.5元／m2之間，節(jié)能率為36.5%～40.8%，回收期在9.74～11.5年之間，經(jīng)濟(jì)性較差，不建議采用。

［1］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ176－2009，公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］徐偉，鄒瑜.公共建筑節(jié)能改造技術(shù)指南［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.