既有大型性公共建筑供暖制冷节能改造研究--中国期刊网

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既有大型性公共建筑供暖制冷节能改造研究

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第10期作者：尹赛

[导读] 摘要：本文将既有大型性公共建筑作为案例，分析其供暖制冷节能改造的途径。

        上海瀛冠建设工程有限公司
        摘要：本文将既有大型性公共建筑作为案例，分析其供暖制冷节能改造的途径。通过探究节能方案和改造要点，科学配置系统结构，完成节能改造、降低能耗。经过分析得出，借助空气源热泵完成供暖可以提升供热效率，节约电费和标准煤量，因此完成公共建筑供暖制冷节能改造具有显著的环境和经济效益。
        关键词：既有大型性公共建筑；节能改造；供暖制冷
        前言：目前我国既有大型性公共建筑中采暖制冷缺少有效调控设备，个别用户的室温无法满足设计标准，还会出现室内冷热不均的情况，影响供暖制冷计量工作。不过，若完全舍弃原有系统进行建设会浪费大量成本，产生较多工程量，因此有必要对公共建筑实现制冷供暖节能改造，提高建筑内部制冷供暖的均匀性。
        一、项目背景分析
        本课题以某市科技会展中心为例，该项目属于既有大型性公共建筑，总建筑面积是18395.09m2，建筑地上共4层，面积共计16160.73m2。其中包含办公室和展馆等区域，地下一层的建筑面积1057.20m2，是机房区域。该项目属于大型集中空调公共建筑，其周边市政供暖管线较少，因此在采暖过程中会利用电锅炉自行供暖[1]。建筑采暖系统在运行过程中能耗量较大，原因是电锅炉能耗超过设计负荷，使得热力站耗电占比较大，无法充分应用能源。当前建筑内共有两台采暖电锅炉，每台的功率是0.72MW；3台供暖一次泵，扬程24.5m，流量243m3/h，功率为22kW。通过分析建筑能源运行记录和统计表可以得出，锅炉用电约占每月耗电量的56%，热站其他装置用电量占总量的7%，空调末端的实际用电量占比是29%，其他用电占比8.0%。
        二、对既有大型性公共建筑进行制冷供暖节能改造探究
        （一）设置方案
        在对本公共建筑进行节能改造时，应尽量提升其能源利用率。在设置节能方案阶段，需综合考察本地的气象数据，分析年平均气温、月平均气温、极端温度判断区域气候特征，并对施工现场完成勘察，经过分析得出本建筑的外围保温结构良好。由于电锅炉耗能较高，可以将其替换为空气源热泵进行供暖操作。同时设置低温热水组合，每天8点至17点工作，并确保办公室、展厅的供暖温度在20℃±2℃范围，走廊温度控制在16℃。夜晚室内也应处于低温运行状态，进而契合国家供暖制冷标准，保留当前变压器数量和容量。
        （二）方案对比
        建筑供暖方式不仅包含电锅炉，还有地源热泵、燃气锅炉、市政供暖、空气源热泵等类型。经过对比发现，电锅炉供暖主要依靠电能，项目运营成本约为89万，能耗量较大；市政供暖成本约63-67万元，需要市政施工配合，因此实际改造周期较长，需经过审批等多个环节；地源热泵主要应用电能和低品位能源，成本约为21.1万元，该机组适用于冬季供热，但容易对地下恒温层的温度造成影响，减少其机组供暖效果；空气源热泵相较于地源热泵成本较小，约为26.4万元，该机组一般设置在楼顶或室外空地，其应用优势较为显著，不过会受到外界温度影响，因此应结合建筑实际环境情况科学选择方案。
        多种供暖方式的能效对比分析过程如下：第一，经济性分析。在多种方案中，由于地源热泵最初投资金额较多，回收周期较长，因此不适宜应用。去除冬季室外温度较低阶段，可以使用空气源热泵进行供暖，便于后期维修，不会浪费施工成本。第二，COP分析。若选择地缘热泵，其运行1至2年后，土壤、地下水温度波动较低。若在冬季持续供热，会改变地下恒温层实际温度，降低机组能耗，增加供热成本。第三，风险防控分析。由于接入热力管网的过程较为复杂，改造周期较长。虽然空气源热泵在冬季工作会受到温度制约，影响其能效，不过相较于其他方案应用价值较高。
        （三）改造要点
        1.区域温度控制
        第一，建筑办公区域是工作人员集中工作的场所，其用热区域和时间集中且固定，因此该部分可以设置为单管垂直跨越系统，并将温控阀安置在垂直立管上端，进而对办公区完成有效温控[2]。需要注意的是，办公区域内会议室等部分采暖不规律，建议设置单独的温控阀门，将计量装置安装在热力入口位置。第二，展览区域空间较大，主体房间使用时间没有规律，可以使用过程中完成集中采暖，其余时间通过值班的方式进行供暖。该建筑采暖运行无规律，需要完成大范围调整。因此，针对高、大空间内的温度控制，建议确保室内人员所处位置温度合理，通过分区控温的方式降低能源消耗，并在环路入口设置温控阀。

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        2.供暖入口改造
        热源和供热管网系统改造相较于单管串联难度较大，应将集中供热系统内的连接方式划分为间接和直接模式。建议对公共建筑的供暖入口完成改造，尽可能避免对室外热源系统、供暖管网、供暖系统开展大规模改造工作，节省人力、物力、财力。同时，既有大型性建筑具有产权明确、空间大、使用集中的优势，因此方便对整体热能完成调节和计量，优化节能效果。在局部改造中应用气候补偿器、混水阀、调控阀、低噪水泵、变频器等设备，进而为改造工作提供硬件支撑，提升供暖系统入口相关参数的准确度，确保之后散热器流量调节工作的开展。
        3.改造管网连接形式
        首先，实现热交换器连接。由于建筑室外供热系统中一次管网和二次管网单独闭合相互不干扰，因此可以在节能改造中设置计量表。借助气候补偿器对室外温度进行调节，降低室外供热循环流量，通过此设备设置供暖系统水温，分析室外空气温度，借助温度传感器控制混水阀开度。其次，直接连接。建议在一次管网上装设热计量表，并在供水管上侧加设三通混水阀，将调速水泵与回水连通管结合，设置增压水泵提升供回水的压差。最后，改造系统运行方式。针对大流量的改造项目，建议围绕“流量-质量”综合调节的形式进行设置。若室外温度在0℃以上，则可以采取工作时段供暖、夜间停供的方式进行；若室外温度低于0℃，则应借助“间隔供暖”的形式设置，避免系统结冻。
        4.分析制冷系统
        由于既有大型性公共建筑中空调机组使用时间较长，因此其性能情况无法确定，需要提前测试其制冷性能。建议在测试过程中结合建筑实际需求运行空调系统，围绕供回水温度、冷冻水流量、送风温度、新风温度等数据获取送风量和换热量。具体分析内容如下：1）测量换热量。在新风工况基础上，测试空调机组运行阶段环境相对湿度、空气温度、送风温度等要素，通过得出平均风速进而得到送风量以及换热量。2）测量换热量。测量换热量时需要测试供回水温度、热源温度，热泵机组回水温度和供水温度。本项目测试后发现，冬季机组换热性能整体下降低于5%，夏季低于10%，因此原空调系统制冷水平良好。在改造办公区域时，应对围护部分完成节能改造，降低冷热负荷，及时修理漏风的机组。
        5.改造制冷系统
        在改造工作之前需要科学选择设计参数，结合《公共建筑节能设计标准》、《采暖通风和空气调节设计规范》等文件，依据既有大型性公共建筑的实际情况，明确其改造设计参数，其新风量应控制在20-40m3/h[3]。本项目属于集中空调系统，办公区处于不利末端，因此可以在办公室设置多联机变频系统。结合本地大型公共建筑计量设计标准开展用电计量工作，借助能源数据分析设备的节能价值，找寻系统节能过程中存在的问题，必要时采取无线电耗计量网络结构。此外，需要科学控制空调水系统，利用送风温度控制电动二通阀。若温度超过设计值，则调节阀门控制开度，确保送风稳定性。同时，将变频设备安置在冷冻水泵区域，结合压差控制水泵的转速，使其满足系统负荷要求。最后，应通过回水温度设置冷却塔的实际运行台数，进而优化节能效果。
        （四）效果分析
        本项目节能改造完成后，经历了完整的供暖制冷周期，建筑内部办公室和展厅的温度能够保持在26℃，相对湿度为50-65%。同时，冬季相对湿度是25-40%，室内温度控制在18℃左右。围绕室内热环境、热环境对业主进行回访后发现，其冬季供暖满意度为87%、夏季制冷满意度95%，其综合满意度是91%，体现出用户对于室内环境十分满意，能够为其学习、参观、办公提供良好的环境条件。
        通过统计本项目夏季能耗情况能够得出，建筑空调用电9.8（kWh）/m2，其能耗仅占同类型空调系统用电量的60%；供暖系统耗电量是24.6（kWh）/m2，能耗约占相同类型建筑能耗的41%，说明节能改造后建筑供暖、制冷能源利用综合效果良好。此外，通过温控计量方式的节能优势较多：能够借助温控阀控制室内温度，并使用户结合实际情况调节室温，对“有人值班”和“无人留守”两种状态分别设置温度，节省热费和能源。
        结论：综上所述，通过案例分析可以得出，在既有大型性公共建筑制冷供暖改造过程中应使用节能设备。结合建筑相关测试数据、能耗得出负荷率，为后续运营过程和节能改造提供支持。改造供热系统温控计量模块，节省供暖制冷的费用和能源，进而缓解环境污染情况，对于构建节约、低碳社会至关重要。
        参考文献
        [1]齐有军,张素艳.既有大型性公共建筑供暖制冷节能改造方案实例优化分析[J].山东工业技术,2019，(09):25-26.
        [2]赵二庆.太阳能在建筑制冷及采暖中的应用分析[J].南方农机,2019，50(17):227+231.
        [3]董恒瑞,邓铃夕,刘军,等.既有建筑绿色节能改造适宜技术路线探讨[J].重庆建筑,2020，19(05):26-28.