文体场馆项目的节能技术产品体系研究与实践

文｜中国建筑第八工程局 黄超 冯华晟 刘正扬 谢厚 韦庆祝 刘方园

一、引言

2018年全国建筑运行阶段能耗为10 亿tce，占全国能源消费总量的21.7%。其中，公共建筑单位面积能耗是城镇居住建筑的2.4 倍，具有能耗密度高的特点。体育馆是城市主要公共建筑之一，且大多属于高大空间建筑，具有人员密集、室内冷负荷大、峰值负荷高、部分负荷占比大等特点。研究指出，当公共建筑单体超过 2 万m2，采用玻璃幕墙等全密闭形式，配以集中空调系统，其单位建筑面积能耗是普通公共建筑能耗的2-3 倍。李艳丽经过对国内多个大型体育场馆调研分析得出2008-2011年能源费用占场馆年运营收入的比例依次为44.99%、40.75%、45.18%和45.41%。

体育场馆、机场等大型公建项目的建设和运营是公司未来的主要产品类型。通常这类项目能源系统复杂、能耗水平较高，但是常用的节能技术种类繁杂，专业性强，对于一线人员来说掌握难度大，应用实施的要求更高。因此，加大对绿色节能产品技术体系的研发，总结节能优化设计管理操作思路，进而帮助项目管理者快速根据项目特点选用合适的节能技术进行落地，方能实现降低项目能耗费用、提升服务品质、提升公司综合竞争能力的目的。

二、调研与考察

2.1 行业调研

如何在设计阶段降低体育场馆能耗，国内专家开展了大量研究。陈祖铭等人研究了符合体育馆多种经营模式下利于空调系统节能运行的体育馆设计方案。肖剑仁对福建省体育馆通风空调系统设计进行了技术分析，并提出空调系统节能运行的措施。张磊等人对广东药学院体育馆设计中采用的多种被动式节能措施进行了实测与分析，效果显著。

对于已建成项目，如何通过运行管理和优化控制，降低运行能耗，也是各位专家学者研究重点。张时聪等人通过对全国10 个城市26 栋大型公共建筑运营现状进行调研，得出了可广泛应用于各类大型公共建筑运营阶段的低成本节能措施。闫军威等人从运行节能角度，提出并设计了体育馆空调节能运行管理与优化控制系统，实现了体育馆空调系统从冷源到末端设备的精细化管理。陈二松采用动态模拟的方式对多功能体育馆进行节能分析，通过合理室内温度、冷冻水出水温度、采取热量回收以及采用变频泵等节能手段，实现体育馆空调系统节能优化和运行。

2.2 案例调研

通过对梅奔文化中心和东方体育中心的运营状态进行了实地调研，在与运营方沟通中了解到东方体育中心2019年组织室内活动40 余场，全年能耗费用约1600 万元，占场馆每年运营成本的比重约30-40%；而梅奔文化中心2019年组织活动近100 场，全年能耗费用约3500 万，占场馆每年运营成本约50%。活动安排越满，场地使用频率越高，能耗费用占运营成本的比例越高。另外，通过和东方体育中心工程物业人员交流，对项目在运营期机电系统使用情况和采取的有效的节能策略进行深入了解。

图1 东方体育中心效果图

图2 东方体育中心现场考察交流

系统使用情况：1）空调系统：历年夏季最高峰值使用2 大1 小冷机，多出1 台1300RT 大冷机的容量。2）泳池热源：原设计采用锅炉，后改造为湖水源热泵，泳池未配备除湿热泵，11月中旬到次年4月中旬泳池需要启动热水锅炉对池水进行恒温加热，其余时间加热需求较少。3）电气系统：变压器负载无活动时为20%～30%，体育馆、游泳馆都有活动时变压器负载最大不超过80%。4）充电桩：后期改造增加2台630KVA 充电桩专用变压器，共设置40个充电桩（20 个快充+20 个慢充），但目前使用率很低。

节能运营策略：1）体育馆冬季不会启动冷机进行制冷，冬季室内温度高时会开启顶部排风排除热量；2）过渡季会优先采用加大新风量运行方式减少空调系统运行时间；3）过渡季节温度适宜时，采用湖水源热泵代替锅炉运行，用于生活热水及泳池热水加热，大大节省能源费用；4）全部区域已完成LED 节能灯具改造，大幅降低照明能耗；5）建设能源监控管理平台，接入电表、水表能耗数据，指导系统节能运行；6）增加一座蓄水池，通过缓冲与调节水量，解决冷却水泵停机造成蓄水溢出的浪费问题。

三、节能技术产品体系

大型公共建筑领域常用的节能技术种类繁杂，通过搜集行业一些技术可靠性强、节能空间大、投资收益高、环境影响小的节能技术，进行了研究和分析，挑选出适合于文体场馆项目这类高大空间的节能技术，整理成为文体场馆节能技术金字塔，详见图3。

图3 文体场馆项目节能技术金字塔

位于金字塔顶端的是被动式节能技术，是指不采取人为干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等。位于金字塔中部的是可再生能源技术，是指通过一定技术手段将自然界中可以循环再生的能源进行提取和转化，实现建筑所需的采暖、通风、空调等，具体是指太阳能发电、太阳能热水、风力发电、地源热泵等。相对被动式节能技术的是主动式节能技术，即指通过机械设备干预手段，通过优化的设备系统设计、高效的设备选用，为建筑提供采暖空调通风等舒适环境控制的建筑设备节能工程技术。主动式节能技术种类最多、实现难度和付出代价最大，可根据在建筑能源系统中所处的环节和节能途径的不同，进一步细分为六个部分，分别是高效机房、高效输配、低耗末端和能量回收、移峰填谷、自控管理。再加上被动式节能和可再生能源，共同形成了文体场馆节能技术产品体系，包含八大模块，54 项节能技术。详见表1。

表1 文体场馆节能技术产品体系

这些常用的节能技术种类繁杂，专业性强，对于一线人员来说掌握难度大，应用实施的要求更高。因此，如何在设计管理阶段帮助项目管理者快速根据项目特点选用合适的节能技术，明确节能设计管理操作思路，确保项目落地尤为重要。

四、节能优化设计管理思路总结

杭州奥体中心体育游泳馆项目包含体育馆、游泳馆和配套商业三种业态，总建筑面积达39 万m2。通过绿色建筑方案优化、施工图审核、设备招采把控、施工过程巡检等手段，全面尝试实践上述节能技术体系，共落实了八大模块中38 项节能技术和方案，预计进入运营期后，每年可节约能耗费用达280 万元/年。通过这个项目的实践经验，大致总结了在项目建设的各个阶段，如何通过设计管理将节能优化的理念转变成具体的工作去推动上述节能技术产品体系的落地的重要关注点。

第一，方案设计阶段，通过分析项目所在地气候条件、周边可利用资源条件以及项目本身的建筑形式、业态，讨论确定最适合的能源方案和节能技术。

第二，施工图设计阶段，通过设计参数优化，降低设计院设计冗余，加强图纸审核，确保各个节能技术顺利入图，优化设备选型，关注性能系数、效率曲线等影响节能性能的参数，并通过匹配节能策略，做好能耗需求和能源产出的最佳匹配，确保设计方案中各个系统可以保持高效的运行状态。

第三，设备招采阶段，加强对于能耗占比较大或维修成本较高的的核心机电设备技术招标环节把控，包括技术要求编制、技术评标、设备进场验收等，确保最终采购的设备材料都是满足项目使用的最佳选择。

第四，深化设计阶段，和运营单位物业单位共同讨论，细化对能源系统的使用需求和管理需求，并要求已中标的系统、设备厂家结合各自产品特点进行深化设计，确保前期制定的设计控制运行策略可以落实到具体的控制策略当中，避免理论和实际相偏离。

第五，施工及调试阶段，组织开展定期和不定期的现场巡检工作，针对发现的各类问题，下发整改报告，并督促落实整改意见，同时加强对机电调试的审核和验收，确保各系统正常运行，并满足设计图纸和运营要求。

第六，运行及后评估阶段，做好图纸资料移交和现场交底工作，编制节能运行实施方案，在试运行阶段进行调整和优化，并在运营期内做好能耗数据收集分析，组织对能源系统开展后评估。