大型公共建筑的综合节能

石俊 魏平 魏昶宇

摘要：能耗问题在我国社会日渐凸显，大型公共建筑节能是建筑节能的重点。本文从墙体外围结构、空调系统、照明系统、电梯系统及运行管理5个方面分别总结论述了目前几种常用的节能方法，公共建筑应结合自身特点选用适合的方法，并注重系统运行的整体性。

Abstract： The problem of energy consumption is becoming more and more prominent in our society. The energy saving of large-scale public buildings is the key point of building energy conservation. This article summarizes and discusses several commonly used energy-saving methods from the five aspects of the peripheral structure of the wall， the air conditioning system， the lighting system， the elevator system and the operation management. The public building should use suitable methods in combination with its own characteristics， and pay attention to the overall system operation.

关键词：大型公共建筑；技术节能；管理节能；综合管理

Key words： large-scale public buildings；technology and energy saving；management and energy saving；comprehensive management

中图分类号：TK01+8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）26-0148-03

0 引言

在过去的三十年间，我国经济飞速发展，各类大型公共建筑也涌现出来，但随之而来的则是久居不下的建筑能耗。我国公共建筑能耗目前约占社会总能耗的20%，主要原因是大部分公共建筑并未普及节能技术，也没有进行智能化管理。进入21世纪，国家倡导建设资源节约型社会，实现可持续发展，有必要对大型公共建筑采取综合节能措施进行节能改造，降低能耗。

目前大型公共建筑的综合节能主要分为墙体外围结构，中央空调系统，照明系统，电梯系统及楼宇综合运行自动化管理五个方面，并且采取技术节能与管理节能相结合的方式。

1 墙体外围结构

提高建筑墙体或者外部围护结构的隔热性，减少热量散失，可以有效降低能耗。主要包括采用新型墙体材料，加设保温层，改造窗户结构，增加遮阳装置，改良建筑屋顶等。本文重点关注屋顶改造中对新能源的利用，即太阳能和风能。

1.1 太阳能屋顶

公共建筑中对太阳能利用主要分为三个部分：光热转换；光伏发电；太阳光照明。太阳能屋顶主要是实现前两个方面。在光热转换中它分为主动和被动两种。被动式是直接利用太阳辐射热量，主动式则是以太阳能集热器为主，外加风机、泵及储热装置等组成的强制循环系统。

太阳能热电联供系统是将太阳能光热电资源同时利用，关键技术为PVT热电联产组件及其与建筑的结合方式。文献[1]中对水冷型和相变流体型进行比较，得出后者系统效率和特性优于前者。同时该热电联供系统可以引入其他新能源系统作为辅助，弥补太阳能不稳定的缺点。如太阳能与热泵技术相结合，太阳能与燃气技术相结合等。如图1、图2所示为集中PVT组件结構图。

1.2 风能屋顶

公共建筑对风能的利用根据风机安装位置大致可分为三种：顶部型、空洞型和通道型。文献[2]中对几种不同形式的长方体屋顶进行风机模拟后得出长方体平屋顶建筑沿屋顶前沿点安装风力机的风能利用效果最佳。风能可以和上述太阳能构成风光电互补系统。无论是太阳能还是风能屋顶，如何更好地与建筑本体结合成为新的研究热点。

2 空调系统

大型公共建筑空调系统均为中央空调系统，其能耗一般占全建筑能耗的30%至50%，是建筑耗能最大的系统之一。中央空调系统节能措施主要分为三个方面：采用变风量或者变流量系统；对冷热源进行节能改造；对新风进行利用。

2.1 变风量或者变流量系统

变风量空调系统（Variable Air Volume System）是指通过温控器及风机末端VAV装置，在送风温度不变的情况下改变送风量，进而可以跟随室内负荷的变化。变风量或者变流量在原理上类似，只不过控制对象有所不同。具体主要是在空调水泵、风机、冷却塔、制冷机等环节采用变频调速技术及相应的控制技术，使其风量、水量、制冷量等能够实时跟踪室内冷热负荷的变化，避免不必要的能量浪费，从而达到节约能源的目的，同时减少故障增加设备的使用寿命。

对冷水系统采用变流量控制常用有恒压差控制、恒温差控制。恒压差控制检测供回水管道某处水压力或最不利末端用户两端的压力差，使其压差稳定在设定值。温差控制检测供回水温差使其稳定在设定值。

2.2 冷热源改造

常见的传统中央空调改造方式主要有水或冰蓄冷技术；地源热泵技术、水环热泵技术以及热回收技术。

蓄冷技术实际为一种储能技术，即利用电力部门推出的“峰谷电价”政策，在谷电期间制冷并将其冷量储存，在白天峰电时段释放，使其全部或部分替代制冷机组运行，在满足符合需求的前提下达到节能运行。地源热泵技术则利用土壤“冬暖夏凉，保持恒温”的特点，夏天通过机组制冷转移热量给土壤，冬季则在其已有热能基础上再加热对室内进行供暖，实际上为一种土壤蓄能技术。

水源热泵技术主要以水为载体来转移热量。

根据不同环境特点和要求，有时也可以采取多种改造方法结合的方法，如有水源热泵与冰蓄冷技术复合，地源热泵与太阳能系统相结合等。

2.3 新风利用

空调系统除了对室内温度进行调节外，更要满足室内空气品质的要求，对大型公共建筑尤其如此。因此需要高效利用新风量。主要采用的方式为变新风量控制，通过在不同季节采取不同的控制策略，在达到对新风量要求的基础上尽可能节能。

3 照明系统

照明能耗通常占整个建筑能用电量的20%至30%，其节能措施通常从以下四个方面着手：选择节能灯具；合理的配光设计以及照明智能控制管理。

3.1 节能灯具选择

在灯具选择上主要考虑光效和寿命两个方面。在空间较低矮场合应尽量选用细、长管优质直管荧光灯，在走廊、餐厅等应选用高效LED节能灯，除灯具外还要合理选用节能型的灯具附件。

3.2 配光设计

在配光设计上主要从两方面入手，一是改变墙体表面材料和光滑度，增加墙体等的反射；二是合理分布各种灯具及光源，提高其利用系数。除此之外也需要考虑充分利用自然光源。

3.3 照明智能控制管理

照明智能控制管理则是从整个照明系统的合理使用角度出发进行综合节能，主要为对光源的群控策略。

4 电梯系统

大型公共建筑中的电梯能耗约占总体的10%至20%，对电梯进行节能运行和管理可以取得良好的效果。电梯的主要能耗在于曳引机和驱动控制系统。因此目前的节能电梯改造从这两方面入手。

4.1 曳引机节能

对于电梯曳引机，可以采用无齿轮曳引技术，并由永磁同步电动机拖动，可以提高系统的传动效率。

4.2 驱动控制系统节能

对于驱动控制系统，目前已经广泛采用变频调速器。在此基础上的节能措施为增加能量回馈装置，将电梯制动运行时的位能回馈给电网或者邻近其他用电设备。除此之外也可以提高对电梯的群控策略和自动控制管理达到节能的目的。

5 运行管理

采用楼宇自动化系统（Building Automation System简称BAS）对大型公共建筑进行综合节能管理是目前建筑节能中一大趋势。图4为楼宇自动化系统各种子系统构成。

6 结束语

在大型公共建筑运用各项节能技术确实能取得一定程度的节能效果，但一定要注重各系统间的相互影响及互相配合。中央空调中的变风量、变流量、变新风量等系统，各控制变量需要达到同步协调变化，才能维持系统稳定同时达到较好的节能效果，否则不仅不能节能反而会引起系统振荡损坏设备。此外，不同的公共建筑节能一定要量力而行，认清自身特点选用合适的节能技术，同时也要进行经济上的合理考量。目前的各项节能技术还存在很多不足之处，结合我国社会现状在未来仍具有较大的发展潜力。

参考文献：

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