張巖 楊尚榮 雷有坤

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

既有建筑綠色低碳節(jié)能改造技術(shù)措施應(yīng)用
——河南省人民政府原綜合辦公樓改造工程

張巖 楊尚榮 雷有坤

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

本文以河南省人民政府原綜合辦公樓改造工程為研究背景，介紹了綠色節(jié)能低碳技術(shù)的集成研究，對(duì)其從節(jié)能、節(jié)水及環(huán)保衛(wèi)生、通風(fēng)、電氣節(jié)能及能源監(jiān)測等多個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明該項(xiàng)目在采用一系列節(jié)能減排措施后，能夠從最大程度上節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，滿足我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。

綠色低碳；節(jié)能減排

1 前言

近年來我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，成為了“全球最大的建筑生產(chǎn)基地”，但是其中很多是高耗能高污染的建筑，因此國家極力提倡綠色建筑。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在建筑領(lǐng)域的最形象的體現(xiàn)就是綠色建筑，能夠減少建筑物的投入，降低大量能源消耗，減少對(duì)自然環(huán)境的污染，有效提高能源利用效率，極大地節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境，能夠?yàn)槿藗兲峁┚G色健康，完美舒適的生存空間，實(shí)現(xiàn)建筑物與自然和諧共存的目標(biāo)。

2 工程概況

河南省人民政府原綜合辦公樓（見圖1）原設(shè)計(jì)于1992年，竣工于1994年，并于同年投入使用。但由于建筑采暖與空調(diào)能耗過高，早已不能滿足現(xiàn)有建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。為貫徹國家節(jié)能減排的政策，現(xiàn)作為河南省首批建筑節(jié)能改造示范工程進(jìn)行改造。本樓總建筑面積為33357m2，改造面積共31885m2，辦公樓主體地上十五層，建筑高度58m，此省級(jí)辦公樓超過50m，屬一類高層建筑。

圖1 河南省人民政府綜合辦公樓

本工程位于河南省鄭州市緯二路以北、緯四路以南，經(jīng)四路以西、政五街以東范圍內(nèi)。該地區(qū)冷暖適中、雨量適宜、四季分明、無霜期長、光源充足。年平均溫度14.22℃，年最高溫度43℃，年最低溫度-17.9℃。年平均降雨640.9毫米，最大降雨189.4毫米／場。最大雪壓0.25千牛／平方米，最大積雪深度230毫米，最大凍土深度180毫米。重現(xiàn)年為50年，雨水總排水量為89.89L/秒。

為了響應(yīng)國家節(jié)能減排政策的號(hào)召，該工程在設(shè)計(jì)上采取了一系列節(jié)能減排的措施，最大程度的節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。

3 工程節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1 建筑節(jié)能措施

建筑節(jié)能指的是在建筑物規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)（改建、擴(kuò)建）、改造和使用過程中，執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，采用節(jié)能的工藝、技術(shù)、設(shè)施、材料和產(chǎn)品，保證結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能、空調(diào)制冷制熱、采暖供熱系統(tǒng)效率，加強(qiáng)建筑物用能系統(tǒng)的運(yùn)行管理，利用可再生能源，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應(yīng)的能耗。達(dá)到保護(hù)生態(tài)平衡和改善人居環(huán)境雙重效果。

此工程中采取的建筑節(jié)能措施有：

⑴高效利用空間，提高建筑的使用效率。

⑵控制窗墻比。

⑶外窗的氣密性等級(jí)不低于《建筑外窗氣密性性能分級(jí)及其檢測方法》(GB7106-2008)中規(guī)定的6級(jí)。玻璃幕墻氣密性等級(jí)不低于《建筑幕墻氣物理性能分級(jí)》(GT/15225)中規(guī)定的III級(jí)。

⑷外墻保溫應(yīng)采用60厚巖棉板保溫材料，燃燒性能A級(jí)。

⑸采用傳熱系數(shù)小的窗體材料，采用彩色斷橋型鋁合金門窗，采用中空玻璃。

⑹加強(qiáng)門保溫，采用填有聚苯板或巖棉板的保溫防盜門。

⑺屋面保溫層選用巖棉板60厚。

⑻根據(jù)《河南省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施細(xì)則》，節(jié)能按照65%的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算：

體形系數(shù)：0.16；

窗墻比：東向：0.19，西向：0.19，南向：0.33，北向：0.32；

外墻保溫：60mm厚巖棉板；

屋頂保溫：60mm厚巖棉板；

不采暖地下室上部樓板：30mm厚巖棉板；

外窗：斷熱鋁合金低輻射中空玻璃（6+12A+6）。

計(jì)算得出單位面積能耗設(shè)計(jì)建筑71.37 (kWh/m2)，小于參照建筑73.55(kWh/m2)，比未采取節(jié)能措施前節(jié)約的能源為原來的66.04%，因此本工程為節(jié)能建筑。

3.2 節(jié)水及環(huán)保衛(wèi)生措施

本改造工程在設(shè)計(jì)中采取了各種節(jié)水設(shè)施以降低能耗，在保證衛(wèi)生的前提下最大的保護(hù)環(huán)境。具體措施如下：

⑴節(jié)水設(shè)施

①節(jié)水型衛(wèi)生潔具及配水件：坐便器采用容積為6L的二檔沖洗水箱。大便器、小便器均采用腳踏自閉式?jīng)_洗閥。

②洗手盆、洗滌池采用陶瓷片等密封耐用性能好的水嘴，水龍頭為自動(dòng)感應(yīng)式控制。

③屋頂消防專用水箱，設(shè)置紫外線消毒器，延長換水時(shí)間減少補(bǔ)水量。

⑵預(yù)防溢流

各個(gè)水池、水箱溢流水位均設(shè)報(bào)警裝置，防止進(jìn)水管閥門故障時(shí)，水箱長時(shí)間溢流排水。

⑶節(jié)水系統(tǒng)

①合理分區(qū)：小區(qū)生活給水系統(tǒng)按區(qū)域分為二區(qū)，低區(qū)充分利用了市政自來水壓力。

②合理減壓：支管設(shè)置減壓閥，凡配水支管壓力均控制在0.2MPa以內(nèi)，避免衛(wèi)生器具出水流量過大。

⑷降低能耗

①生活泵高效運(yùn)行：生活加壓泵組采用變頻泵及氣壓罐組合，使生活加壓水泵始終處于高效運(yùn)行狀態(tài)。

②屋頂消防專用水箱滿足靜壓7米，省去消火栓系統(tǒng)的增壓設(shè)備，大大減少了日常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

⑸環(huán)境保護(hù)措施

①生活給水支管的水流速度不超過1.0m/s，以降低室內(nèi)噪音。

②本工程污水經(jīng)化糞池處理后排入城市污水管道。

③雨水利用：屋頂雨水排至敬水，合理入滲綠地，延長雨水在校區(qū)的滯留時(shí)間，以修復(fù)小區(qū)生態(tài)環(huán)境。

④本辦公樓不產(chǎn)生有毒有害廢水。

⑹衛(wèi)生防疫措施

①本工程總水表之后設(shè)管道倒流防止器，防止紅線內(nèi)給水管網(wǎng)之水倒流污染城市給水。

②室外所有綠化灌溉和噴泉用水獨(dú)立自成系統(tǒng)。無污染生活飲用水之可能性。

③室內(nèi)所用排水地漏的水封高度不小于50mm，且地漏下加設(shè)P型存水彎。

④各區(qū)域加壓泵房水池、水箱處消火栓系統(tǒng)的增壓設(shè)備均配置紫外線消毒裝置，故無二次污染。

3.3 通風(fēng)與自控措施

⑴空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)，風(fēng)盤采用電動(dòng)兩通閥，有風(fēng)盤溫控器自動(dòng)控制開啟狀態(tài)。

⑵每個(gè)房間設(shè)置網(wǎng)絡(luò)溫控器，根據(jù)用戶設(shè)定的房間溫度，分別控制電動(dòng)閥的開關(guān)、風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)速和啟停，以達(dá)到控制本房間溫度，節(jié)約能源。

⑶地下室利用自然通風(fēng)取代機(jī)械通風(fēng)，節(jié)約能源。

通過上述通風(fēng)與自控措施起到降低耗能，提高室內(nèi)舒適性，節(jié)約能源的作用。

3.4 建筑電氣節(jié)能措施

⑴節(jié)能設(shè)備的選用及節(jié)電控制措施：變壓器選用過載能力強(qiáng)、低損耗、低噪音、體積小、維護(hù)方便的SCB11干式變壓器，對(duì)于空調(diào)機(jī)組等季節(jié)性負(fù)荷設(shè)一臺(tái)專用變壓器供電；電梯、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備盡可能采用節(jié)能型設(shè)備并采取合適的節(jié)電控制方案；辦公照明采用細(xì)管T5系列節(jié)能燈光源，走道、樓梯間照明及應(yīng)急照明均采用LED燈光源，走道、衛(wèi)生間、樓梯間照明采用人體感應(yīng)節(jié)能自熄開關(guān)。

⑵功率因數(shù)的提高及諧波治理：室內(nèi)外照明燈具均采用高功率因數(shù)的電子鎮(zhèn)流器；變電所內(nèi)采用低壓集中無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.93；變電所設(shè)諧波保護(hù)裝置以抑制系統(tǒng)諧波。

⑶照度及照明功率密度值的確定(表1)。

⑷多項(xiàng)分級(jí)計(jì)量：本工程設(shè)能源監(jiān)測管理系統(tǒng)，對(duì)各類型負(fù)荷均能實(shí)現(xiàn)電能的計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、分析及管理。

表1

⑸配電線路的選擇：通過計(jì)算合理的選擇導(dǎo)線的截面及線路敷設(shè)方案，降低配電線路的損耗。

3.5 能源監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)要求，本工程對(duì)電力系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)的能耗進(jìn)行監(jiān)測管理。能源監(jiān)測機(jī)房設(shè)在辦公樓底層。采用PowerLogic電力能源監(jiān)控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測和控制、電能質(zhì)量的監(jiān)測和分析、電力能耗的統(tǒng)計(jì)和分析、空調(diào)系統(tǒng)流量的統(tǒng)計(jì)和分析、室內(nèi)空調(diào)溫度的監(jiān)測和控制等功能。同時(shí)該系統(tǒng)具有良好的開放性，能方便的與其他系統(tǒng)和智能設(shè)備進(jìn)行通訊。系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，操作站之間的網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，TCP/IP通訊協(xié)議，現(xiàn)場控制總線采用Modbus RTU。

系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容包括：

⑴變配電系統(tǒng)：對(duì)變電所內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、電能參數(shù)測量和故障報(bào)警，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

⑵主樓配電系統(tǒng)：對(duì)各層或各功能分區(qū)的主配電箱內(nèi)的電能參數(shù)進(jìn)行測量和故障報(bào)警，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。對(duì)各房間的用電情況進(jìn)行電能參數(shù)的采樣分析。

⑶動(dòng)力系統(tǒng)：對(duì)電梯、水泵、空調(diào)機(jī)組等動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、控制及緊急狀態(tài)報(bào)警。

⑷空調(diào)系統(tǒng)：對(duì)各樓層空調(diào)系統(tǒng)的流量進(jìn)行測量；對(duì)各房間內(nèi)空調(diào)的溫度進(jìn)行監(jiān)視、控制及緊急狀態(tài)報(bào)警。

4 改造后節(jié)能效果

根據(jù)建筑物各參數(shù)以及《河南省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施細(xì)則》所提供的參數(shù)，得到該建筑物以及該參照建筑物的年能耗如表2、表3。

對(duì)比表2和表3的模擬計(jì)算結(jié)果，其建筑節(jié)能評(píng)估結(jié)果匯總?cè)绫?。

通過節(jié)能設(shè)計(jì)和改造后，建筑節(jié)能率為50.08%，已達(dá)到《河南省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施細(xì)則》(DBJ 41-075-2006)的節(jié)能要求。

5 結(jié)論

河南省人民政府原綜合辦公樓的改造工程中引入了綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的概念，通過對(duì)采暖空調(diào)能耗實(shí)測診斷、建筑保溫性能檢測以及能耗模擬等研究，采用了降低窗墻比、增設(shè)外墻外保溫、空調(diào)系統(tǒng)能耗監(jiān)控等適宜性節(jié)能技術(shù)。節(jié)能改造后空調(diào)和采暖能耗分別降低了42%和35%，最大程度的實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。

表2 該建筑物的年能耗

表3 該參照建筑物的年能耗

表4

圖2

本工程中使用的建筑節(jié)能措施、節(jié)水及環(huán)保衛(wèi)生措施、通風(fēng)與自控措施、建筑電氣節(jié)能措施和能源監(jiān)測系統(tǒng)等都是綠色建筑節(jié)能低碳技術(shù)集成研究的應(yīng)用，也為同類綠色建筑的節(jié)能低碳技術(shù)應(yīng)用提供了參考。●

[1]張季超，吳會(huì)軍，周觀根，等.綠色低碳建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與實(shí)踐[M].科學(xué)出版社，2014.

[2]吳會(huì)軍，王沫然，張季超，等.建筑節(jié)能低碳關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與實(shí)踐，科技成果鑒定證書（豫科鑒委字[2014]第262號(hào)）.

[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).GB/T50378-2006綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).GB/T50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[5]朱明慧.綠色低碳建筑的意義極其發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010.