夏热冬暖地区既有建筑节能改造初探

时间:2022-04-05 01:36:27

夏热冬暖地区既有建筑节能改造初探

摘要:概述了夏热冬暖地区既有建筑的能耗现状,结合夏热冬暖地区气候特点,提出了针对该地区既有建筑节能改造的要点和措施,重点分析了护结构、空调系统、自控系统、照明系统的改造以及绿色能源的利用。为夏热冬暖地区既有建筑节能改造提供科学依据和技术参考。

Abstract: This paper expounds the current situation of building energy consumption in the hot summer and warm winter area, puts forward the main points and measures for energy saving renovation of existing buildings in this area and mainly analyzes the transformation of external envelope, air conditioning system, automatic control system, lighting system and the use of green energy to provide scientific basis and technical reference for the energy saving reconstruction of existing buildings in hot summer and warm winter area.

关键词:节能改造;既有建筑;夏热冬暖

Key words: energy saving reconstruction;existing building;hot in summer and warm in winter

中图分类号:TU201.5 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2016)18-0099-02

0 引言

据统计,目前建筑能耗已占能源消耗总量的27.8%,和交通能耗、工业能耗并列为三大耗能大户[1]。而在所有建筑能耗中,既有建筑的能耗所占比例较大,因为既有建筑总量大、能耗高,尤其是节能设计规范颁布前修建的建筑均未采取节能措施。因而对既有建筑实施节能改造能显著降低建筑能耗[2]。本文针对夏热冬暖地区的气候地理特点,提出了一些既有建筑节能改造的要点和技术。为夏热冬暖地区既有建筑节能改造提供参考。

1 夏热冬暖地区特征

夏热冬暖地区是我国最南的一个建筑热工分区,该地区的气候特征为典型的亚热带季风海洋性气候。其区域包括了我国粤、桂、闽、琼、台五个省份和港、澳两个特别行政区。该气候区的划分特征为最冷月平均温度在10℃以上,最热月平均温度为25℃~29℃,全年日平均温度不低于 25℃的天数达100~200天。

由于该热工区为低纬度地区,太阳高度角大,日照不多,但太阳辐射很强烈,且夏季漫长而炎热,冬季短暂,长年气温较高。每年4~9月,该地区大多盛行东南风和西南风,季风从海洋表面带来大量的温湿气流,因而降雨量充沛,湿度较大。由于太阳辐射作用很大,该地区建筑的围护结构的传热主要是非稳态过程。在白天,强烈的太阳射线照射到围护结构表面,使围护结构内表面温度急剧升高,在对流和辐射的作用下向室内传递得热量;由于该地区大多沿海,因而室外温度会随着太阳辐射减少而迅速降温,加上自然通风条件优越,因而到了夜间,当围护结构外表面的温度低于内表面时,建筑会向外散热,也就是说,该地区建筑的围护结构即使在炎热的夏季,也会存在双向传热的情况。因此,该地区既有建筑围护结构节能改造需满足在夏季白天有较好的隔热性,同时到了夜间又能较快向室外散热的要求。具体到实际工程应用时,需要详细了解建筑内部人员、灯光和设备等作息、自然通风等与围护结构的热过程间的具体关系,由此可见,该地区既有建筑围护结构节能改造技术较之寒冷地区要复杂得多[3]。

2 既有建筑节能改造技术

对既有建筑进行节能改造,可从护结构、空调系统、照明系统等方面实施改造。

2.1 护结构改造

卢振等调研研究表明夏热冬暖地区既有建筑中2005年以前建设的建筑占比约为65.93%,虽然国家已明令禁止外墙使用黏土砖,但在既有建筑中该材料仍然占据较大的比例,达到51.18%。同时玻璃幕墙的应用比例也达到了24.26%,其中写字楼和综合建筑对玻璃幕墙的应用比例较高,达到40%左右。外窗的玻璃形式主要有普通玻璃、镀膜玻璃和LOW-E玻璃三大类,普通玻璃占据了大多数,达到49.03%,LOW-E玻璃虽然性能良好,但由于价格高等原因总体应用只有9.12%。改善围护结构的热工性能是减少建筑冷热能耗重要途径,根据该地区的气候特点,可通过以下几个方面来进行节能改造:

2.1.1 外墙反射隔热技术

建筑的围护结构中,外墙所占的比例最大,建筑能耗很大一部分是来自外墙,因此,墙体自身的隔热、保温性能很关键。夏热冬暖地区冬季一般不采暖,而且夏季需考虑白天隔热,夜晚散热的要求。因此,提高外墙的保温性能不是该地区既有建筑节能改造技术研究的重点。针对该地区热辐射强的特点,可考虑在外墙涂热反射材料。当太阳辐射到建筑的护结构上,这种涂料可以通过反射和发射作用及时将日射得热转移到外界环境,因而可以阻挡太阳辐射得热进入建筑物内部,具有良好的隔热作用。

2.1.2 屋顶节能改造

为了改善顶层住户的舒适性和耗能指标,通常可采用以下节能措施:①改造成蓄水屋面;②绿化屋顶以及涂覆隔热涂料;③将屋顶“平改坡”。

夏热冬暖地区降雨充沛,湿度大,太阳辐射强烈,同时自然通风条件好,屋面水份容易蒸发,由于水的比热容大,因而蒸发时可带走大量的热,从而降低屋面的室外综合温度。因而蓄水屋面非常适合在该地区推广。屋顶绿化,植被可形成天然的热屏障。同时植物的光合作用,蒸腾作用和呼吸作用,还可改善建筑热环境和空气品质。坡面屋顶为顶层住户提供一个隔热层,减少得热,同时可在坡面安装太阳能热水器等。

2.1.3 门窗节能改造

外窗传热系数很大,气密性差,同时太阳辐射透过率高。该地区的既有建筑的外窗大多采用普通玻璃,玻璃遮阳系数约为0.9。因此,外窗是该地区既有建筑隔热最薄弱的地方。结合夏热冬暖地区要求“白天隔热、夜晚散热”的气候条件,可采用节能型门窗。或者改变玻璃的遮阳系数,减少透过外窗玻璃进入室内的日射得热,常见为内、外遮阳技术,玻璃上贴、涂膜技术等。

2.2 空调系统改造

对于大型公共建筑空调系统主要由空调冷热源、空调水系统及空调风系统组成。因而对空调系统的节能改造主要是针对这三部分。

2.2.1 空调冷热源

夏热冬暖地区公共建筑空调系统目前存在装机负荷偏高、机组老化效率低、蒸发器、冷凝器换热效率低、制冷机组配置不合理等问题。针对制冷机组,可通过更换高效制冷主机,条件允许时可采用变频制冷主机,提高制冷机组的运行负荷率、合理调节蒸发温度和冷凝温度、减少机组水侧污垢热阻等来提高制冷机组的效率。同时可考虑分布式能源系统和热泵技术来代替传统的冷热源主机。

2.2.2 空调水系统

夏热冬暖地区空调水系统目前主要采用一次泵变流量系统,存在水泵扬程偏大额定功率高,效率普遍较低、部分冷冻水系统管道保温差,老化脱落、冷却塔散热差以及水力失调等问题。因而在改造中,可采用变频技术,即安装变频泵或增设变频器,虽然装设变频器后水泵效率略有下降,但降低了扬程,水泵的功率降低,具有良好的节能效果。同时对冷冻水管道系统进行保温,可有效地减少输送过程冷量的散失。更换冷却塔皮带、电机、填料等能显著降低冷却水水温,提高主机运行效率。在定流量系统中,可通过在管道系统中增设静态水力平衡阀,用以解决水力失调。在变流量系统中,既要安装静态水力平衡阀解决静态水力失调,又要选择合理的动态水力平衡设备解决动态平衡水力失调。

2.2.3 空调风系统

夏热冬暖地区既有建筑空调风系统主要为定风量系,在过渡季节未充分利用自然通风以及新风量的控制不准等问题。因而在节能改造时,应采用变风量系统,可对组合式空调机组做变频改造,在部分负荷下时风量可减少,因而能有效的降低风机及冷冻水系统能耗。同时可对排风冷进行回收,提高热利用效率。对于新风量的控制可通过设置CO2浓度传感器来进行实时监测控制,调节新回风比,从而可减少新风处理能耗。车库的排风,可考虑通过监控车库内CO的浓度来启停排风机,使排风机间歇运行节能。

2.3 自动控制及能效监测系统

夏热冬暖地区制冷机房多为人工手动控制,具有较大的随意性。通过增设制冷站自动控制系统可对冷冻机组设备进行优化管理,冷冻机群控系统根据空调负荷运行情况,对冷冻机组各设备台数及频率进行优化控制,从而能够节约能耗。

目前,建筑领域仍缺少有效的手段来监测管理冷站系统,而可通过分项计量的方式搭建能效监测系统,通过能效监测系统,可对比电量、以及舒适性参数的变化情况,及时发现运行管理中的问题,进行及时改进。同时还可以跟同类建筑进行比较,发现问题,缩小差距。同时可为国家建筑能耗大数据平台提供数据支持。

2.4 照明系统改造

夏热冬暖地区既有建筑照明系统以白炽灯为主,较少节能灯,且多为人工控制。通常的节能措施有以下几种:①利用自然光;②使用节能灯,可将白炽灯换成LED灯,其能耗只有白炽灯的1/5。③运用照明控制系统,如分区控制、声光感应控制等。运用控制系统可对照明系统按需求运行,既节省了照明的费用,也减少了空调系统的负荷,从而达到节能目的。

2.5 绿色能源技术利用

夏热冬暖地区具有低纬度较低、太阳高度角较高、总雨量较少、阴天日数较少等特点,成为全面太阳总辐射的高值区。因此充分利用全年的太阳能资源具有较大的潜力。目前太阳能利用主要是以下几方面:①太阳能空调;②太阳能热水器;③光伏发电。

3 案例分析

广州某科技类办公大楼,2003年投入使用。经过节能诊断及分析,对该楼进行了如下改造:①玻璃幕墙贴膜。对建筑物外立面的玻璃幕墙采用贴膜技术,选择优质的聚酯(PET)与金属镀膜层。②冷水机组的替换。将原有3台300RT的水冷螺杆机中其中效率较低的1台改为1台180RT的水冷螺杆机,以更好的匹配部分负荷的需求。③水泵变频改造。原冷冻水泵的选型偏大,本工程通过加装变频器,对水泵进行流量调节,满足末端的需求,考虑到水泵的散热要求,变频最低频率控制在35Hz。④车库排风系统改造。原车库排风是排烟风机兼排风,风机功率大,能耗高且工作时间长,现在地下车库加装CO传感器,通过感知CO的浓度使排风风机间歇运行。⑤照明系统改造。将整个大楼平均开启8小时以上的日光灯更换为LED等,照明亮度得到改善。⑥机房群控系统改造。在机房加装了群控系统,使主机、水泵和冷塔运行工况更优。⑦增设能效监测平台。该平台可对主要用能设备进行实时监测。

通过以上节能技术的应用,该工程共计投资约330万元,节约电费约85万/年,投资回报期约为3.9年。具有较高的经济价值和社会价值。

4 结束语

本文初步对夏热冬暖地区的既有建筑节能改造进行了探讨,提出了一些节能改造措施,希望能为夏热冬暖地区既有建筑节能改造提供科学依据和技术参考。

参考文献:

[1]徐伟,郑瑞澄,路宾.中国太阳能建筑应用发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2]张正中,龙京军,赵红军.西安地区既有建筑节能改造初探[J].山西建筑,2014,40(19):204-205.

[3]任俊,孟庆林,杨树荣.夏热冬暖地区的建筑节能[J].墙材革新与建筑节能,2001,(1):40-41.

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