既有公共建筑節(jié)能改造研究
——以某學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造項目為例

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

1 項目概況

湖北省某國家級重點中專學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳始建于2000年，觀眾廳2層，局部3層，建筑用地面積為7410m2，占地面積為2419m2，建筑面積5576m2，樓高約30m。結(jié)構(gòu)類型為框剪體系，基礎(chǔ)類型為樁基。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。外墻為250mm厚加氣混凝土，傳熱系數(shù)為0.797W/m2·K，隔墻均采用90mm厚水泥珍珠巖輕質(zhì)墻板。外窗選用鋁合金推拉及固定窗配6mm普通透明單層玻璃，玻璃傳熱系數(shù)5.70 W/m2·K，窗整體傳熱系數(shù)4.70 W/m2·K。

報告廳每年使用時間約180天，學(xué)校寒暑假期間照常使用，每日使用時長約9小時，固定工作及管理人員4人。主要使用功能為舉辦會議、文藝演出等。

2 學(xué)術(shù)報告廳節(jié)能改造方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳現(xiàn)有設(shè)備節(jié)能改造潛力和運(yùn)行管理問題分析如下：

(1)行為節(jié)能

室內(nèi)溫度控制在夏季27℃以上、冬季18℃左右；盡量做到人走關(guān)燈；可以將一些照度偏高的區(qū)域少開一部分照明燈；冬夏空調(diào)季隨手關(guān)門關(guān)窗、白天關(guān)燈、下班關(guān)電腦、室內(nèi)無人時隨手關(guān)閉空調(diào)機(jī)等。

(2)照明系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

目前室內(nèi)照明系統(tǒng)中，日光燈基本都采用T8類型，耗電量較大，可以更換為T5類型，筒燈都采用3U節(jié)能燈管，可以更換為LED燈，舞臺燈光基本采用的是金鹵燈，可以更換為LED燈，原有舞臺燈光控制系統(tǒng)已經(jīng)使用10年，線路老化，可以將原有燈光控制臺，電腦燈控制臺及換色器控制臺更換一臺燈光數(shù)字控制臺，提高舞臺燈光控制系統(tǒng)的智能化程度。

(3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能潛力分析

外墻為250mm加氣混凝土，其傳熱系數(shù)為0.797 W/m2·K，滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015 中小于等于1.0 W/m2·K的要求。外窗主要采用6mm普通透明單玻塑鋼窗，整體傳熱系數(shù)4.70 W/m2·K，不符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015中小于等于1.0 W/m2·K的要求?？梢愿鼡Q外窗為傳熱系數(shù)滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015要求的類型。

(4)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳集中空調(diào)系統(tǒng)為水冷式冷水機(jī)組+電加熱系統(tǒng)，采用2臺螺桿式冷水機(jī)組、2臺冷凍水泵、2臺冷卻水泵及1臺電熱熱水鍋爐、1臺熱水水泵。冷水機(jī)組裝機(jī)時間為2001年。空調(diào)末端采用空氣處理機(jī)組或風(fēng)機(jī)盤管。目前冷水機(jī)組運(yùn)行效率較差，需兩臺機(jī)組同時開啟且滿負(fù)荷才可滿足需求，且冷水機(jī)組進(jìn)出水管安裝的是手動控制閥，無電動二通開關(guān)閥，在單臺機(jī)組運(yùn)行時，機(jī)組間存在開啟機(jī)組與未開啟機(jī)組供回水旁通現(xiàn)象，會導(dǎo)致部分冷量損失，并且同時加大水泵功耗?？照{(diào)水系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)，共設(shè)置4臺水泵(冷凍、冷卻水泵各兩臺)。目前各水泵均定頻率運(yùn)行，能耗很大，故可將水泵改造為變頻運(yùn)行?？照{(diào)系統(tǒng)末端主要采用空氣處理機(jī)組及風(fēng)機(jī)盤管，其啟停均由人員手動控制?？諝馓幚頇C(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管均為定風(fēng)量，能耗較大，所以可以將風(fēng)機(jī)改造為變頻運(yùn)行。

此外，進(jìn)一步加強(qiáng)空調(diào)節(jié)能培訓(xùn)，完善空調(diào)使用管理的規(guī)章制度，做到室內(nèi)溫度按照設(shè)計要求運(yùn)行，在空調(diào)運(yùn)行過程中，要求室內(nèi)人員盡量保持室內(nèi)密閉，嚴(yán)禁開窗，避免冷量泄漏等行為，節(jié)約能源。

(5)增設(shè)分項計量節(jié)能潛力分析

該學(xué)術(shù)報告廳沒有分項計量系統(tǒng)?？梢栽鲈O(shè)分項計量系統(tǒng)，通過監(jiān)測各耗能設(shè)備運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行管理上能耗漏洞，輔以一定的運(yùn)行管理優(yōu)化，減少能源浪費(fèi)，提高建筑能效。

綜合以上內(nèi)容，針對節(jié)能潛力較大的項目，進(jìn)行以下改造措施：

(1)不改變燈具數(shù)量和位置，將原有教室及辦公室光源更換為高光效的T5燈(要求為三基色節(jié)能燈具)，將走道、梯間、前室等公共場所燈具更換為LED燈，將舞臺高耗電燈具更換為LED燈具。

(2)增加電能計量及能耗動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行管理上能耗漏洞，減少能耗浪費(fèi)，提高建筑能耗效率。

(3)報告廳的空調(diào)改為4臺風(fēng)冷熱泵型一體式屋頂機(jī)和一臺自帶水力模塊(水泵、膨脹水箱)的風(fēng)冷熱泵機(jī)組；原有的電鍋爐、冷水機(jī)組、冷卻塔、冷卻泵、冷凍泵等均可拆除。

3 學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置情況為：采用兩臺螺桿式冷水機(jī)組作為冷源，水冷式冷水機(jī)組由上海富田空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司生產(chǎn)，型號為FTW-100-1，額定功率73kW，名義制冷量355kW；屋頂設(shè)置冷卻塔兩臺，每臺配有功率為3kW的風(fēng)機(jī)兩臺；兩臺冷凍水泵，功率為15kW，兩臺冷卻水泵，功率為11kW；冬季空調(diào)供熱用熱水由一臺功率為0.6Mw的電熱熱水鍋爐提供?？照{(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備清單如表1。

表1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備表

該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳冷水機(jī)組運(yùn)行時間在每年的五至八月，每天運(yùn)行約9小時，兩臺冷水機(jī)組同時開啟滿負(fù)荷運(yùn)行；電熱熱水鍋爐每年11月至次年2月運(yùn)行，每天運(yùn)行約9小時。空調(diào)系統(tǒng)的主要問題如下：

(1)空調(diào)水泵、冷卻塔、空氣處理機(jī)組等未安裝變頻控制系統(tǒng)，無論末端負(fù)荷大小，這些輔助設(shè)備均滿負(fù)荷開啟，設(shè)備能耗很大；

(2)冬季使用電熱水鍋爐作為熱源，既不經(jīng)濟(jì)也不節(jié)能。宜更換為風(fēng)冷熱泵。

(3)冷熱源與末端之間管道較長，末端既有空氣處理機(jī)組也有風(fēng)機(jī)盤管，水系統(tǒng)非同程設(shè)計，造成水力失調(diào)嚴(yán)重。宜優(yōu)化空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)，對各分支管路進(jìn)行水力平衡修正，減少空調(diào)水系統(tǒng)阻力損失；

(4)大空間區(qū)域采用旋流風(fēng)口，據(jù)反映冬季采暖效果較差。擬在空調(diào)使用區(qū)域加裝溫濕度傳感器，將旋流風(fēng)口改造成可調(diào)節(jié)角度噴口。通過對反饋空調(diào)系統(tǒng)末端的需求情況，進(jìn)行溫度智能化控制調(diào)節(jié)。

(5)冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等使用年限較長，性能衰減，如繼續(xù)使用，應(yīng)該清洗保養(yǎng)使用年限較長的設(shè)備，使其性能更高效。

4 節(jié)能改造措施

根據(jù)以上調(diào)查結(jié)果，針對該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)采用以下改造措施：在學(xué)術(shù)報告廳的屋面設(shè)置4臺風(fēng)冷熱泵型一體式屋頂機(jī)和一臺自帶水力模塊(水泵、膨脹水箱)的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，其中四臺風(fēng)冷熱泵型一體式屋頂機(jī)為直接蒸發(fā)式機(jī)組，無水管和水泵，安裝在原空氣處理機(jī)組的位置，回風(fēng)口、新風(fēng)口分別與原系統(tǒng)的回風(fēng)管、送風(fēng)管連接，充分利用原有系統(tǒng)的設(shè)備。自帶水力模塊的風(fēng)冷熱泵機(jī)組主要為一二三層的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)服務(wù)，安裝在屋面通風(fēng)空曠處，供回水管與屋面原空調(diào)冷凍水管立管連接，局部屋面進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。改造后學(xué)術(shù)報告廳的空調(diào)冷熱源均使用屋頂機(jī)和風(fēng)冷熱泵機(jī)組，原有的電鍋爐、冷水機(jī)組、冷卻塔、冷卻泵、冷凍泵等均可拆除。該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)改造主要設(shè)備表見表2。

5 該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳節(jié)能量計算分析

根據(jù)節(jié)能量計算公式，該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳改造前全年耗電量如表3所示，改造后空調(diào)年耗電量如表4所示。

表3 學(xué)術(shù)報告廳改造前全年空調(diào)能耗表

表4 學(xué)術(shù)報告廳改造后全年空調(diào)能耗表

根據(jù)表3，4，改造前學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)年耗電量為38.87萬kWh，改造后為26.06萬kWh，節(jié)能量為(38.87-26.06)=12.81萬kWh， 電價按0.59元/ kWh，年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用7.56萬元。該學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)改造初投資費(fèi)用見表5，節(jié)能量及回收期計算見表6。

表6 節(jié)能量及回收期計算

綜合以上改造措施，該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)約年耗電量12.81萬kWh，可節(jié)約年運(yùn)行費(fèi)用7.56萬元，暖通空調(diào)系統(tǒng)改造的總投資額為97.6萬元，回收期為12.9年。

6 結(jié) 語

本文基于湖北省某國家級重點中專學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳節(jié)能改造項目，對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造做了分析研究，可為既有公共建筑節(jié)能改造項目提供參考價值。

(1)既有建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造必須符合實際需求，對現(xiàn)有空調(diào)情況的調(diào)研診斷分析，結(jié)合歷史運(yùn)行參數(shù)和安裝施工條件，確定改造方案，獲得較高的設(shè)備投資性價比和較低的運(yùn)行能耗。

(2)既有建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造應(yīng)因地制宜，在全面調(diào)查評估的基礎(chǔ)上最大限度地利用原有設(shè)施，以最小的投入達(dá)到最好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

(3)該學(xué)校學(xué)術(shù)報告廳空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造后每年節(jié)省電費(fèi)大約7.56萬元，對學(xué)校而言有很好的經(jīng)濟(jì)性。