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既有公共建筑节能改造常见节能技术

发布时间:2022-05-19 16:36:09

大量的能耗统计、能源审计和节能诊断发现,各类公共建筑用能水平不完全与服务品质匹配,而是普遍存在着不同程度的高能耗、低能效问题,其中大型公共建筑普遍存在30%以上的节能潜力。公共建筑节能改造常见节能技术如下:

建筑围护结构保温

对于围护结构热工性能较差的公共建筑,进行保温改造是很有必要的,可以比较显著地实现建筑节能。但是,对于墙体和屋顶的热工特性已经满足GB 50189《公共建筑节能设计标准》要求的建筑,再对其进行保温改造的节能效果已经很不明显,经济性也不佳,因此没有必要再对其进行改造。

围护结构改造围护结构的热工性能是影响建筑冷热能耗的重要因素。围护结构的节能改造宜选用对环境影响小、工期短、工艺便捷的改造技术,尽量减少或避免湿作业施工。墙体保温改造适宜于窗墙比小、热工性能差的公共建筑。常用的墙体保温有聚苯板类外保温、硬泡聚氨酯保温、岩棉板保温和外挂预制符合保温等方法。外门窗改造也是维护结构热工性能的重要环节,其节能计量公式为: △Qx= q0×△Sc×F+△K×△ts×F+△K×△tw×F 其中,q0为太阳辐射平均强度;△Sc为遮阳系数增量;K为传热系数增量;△ts、△tw分别为夏、冬季室内外温差;F为门窗面积。由此可见,对于窗墙比大且热工性能差、门窗密闭性差的公共建筑可通过更换、增加内门斗或内窗等方式达到节能目的。此外,也可通过玻璃贴隔热膜的方式降低太阳辐射,提高遮阳效果。对窗墙比较大、热工性能与公共建筑节能设计标准相差不太大时,应优先采用外窗改造方案,因为外墙保温改造成本较高,技术经济指标相对较差。

水力平衡改造

水力失调是由于供暖与空调水系统水力失衡而引起运行工况失调的一种现象。水力失调分为静态与动态两种类型。静态水力失调是水系统自身固有的,是由于管路系统特性阻力系数的实际值偏离设计值而导致的。动态水力失调是因某些末端设备的阀门开度改变,在导致流量变化的同时,管路系统的压力产生波动,从而引起互扰而使其它末端设备流量偏离设计值的一种现象。动态水力失调不是水系统自身固有的,是在系统运行过程中产生的。通过在管道系统中增设静态水力平衡设备(水力平衡阀)对系统管道特性阻力数比值进行调节,使其与设计要求管道特性阻力数比值一致,此时当系统总流量达到设计流量时,各末端设备流量均同时达到设计流量,系统实现静态水力平衡。通过在管道系统中增设动态水力平衡设备(流量调节器或压差调节器),当其它用户阀门开度发生变化时,通过动态水力平衡设备的屏蔽作用,使自身的流量并不随之发生变化,末端设备流量不互相干扰,此时系统实现动态水力平衡。早期的大型公共建筑供热工程中常采用定流量水力系统。定流量系统是指系统系统在初调试完成后阀门开度无须做任何改变,系统各处流量始终保持恒定。定流量系统只存在静态水力失调,基本不存在动态水力失调,因此只需在相关部位安装静态水力平衡调节阀即可。随着人们对室内温度舒适性要求、节能意识的不断提高,变流量水力系统在供热工程中占据越来越重要的位置。变流量系统是指系统在运行过程中各分支环路的流量随外界负荷的变化而变化。变流量系统一般既存在静态水力失调,也存在动态水力失调,因此必须采取相应的水力平衡措施来实现系统的全面平衡。在实际的工程设计中,应根据改造项目的投资、规模及系统的精度要求合理地选用水力平衡方案,既要保证工程设计和规范要求,又要实现供热水力系统的舒适性和节能性。

建筑外遮阳技术

外遮阳设施,包括百叶外遮阳和卷帘外遮阳,其节能率较佳,但是其初投资也较大,因此经济性不佳。对于该类技术,如何降低其生产、改造成本,是今后建筑节能研究需要重点发展的方向。如果不考虑经济因素,外遮阳设施不失为一项不错的节能改造技术。

可再生能源利用改造

在大型公共建筑节能改造工程条件许可的情况下,用太阳能、地热能、生物质能、风能等可再生能源替代或部分替代现有能源,是绿色建筑和高效节能建筑的发展重点。以太阳能利用为例,目前主要有光电应用技术和光热应用技术两大类,前者通过在大型建筑屋顶和玻璃幕墙上铺设光伏板,既可以解决建筑用电,在电力丰裕时还可以向电网供电。后者在我国发展较早,主要用于太阳能热水器系统,目前我国的真空管、热管、平板等集热技术水平已居世界前列,光热应用技术十分成熟,前景广阔。此外,我国浅层地温资源储藏丰富,地源热泵空调系统的应用发展迅速。地源热泵通过吸收大地(包括土壤、井水、海水等)的冷热量,再由热泵机组向建筑物供冷供热而实现节能,是一种利用可再生能源的高效节能、污染物的新型空调系统。在进行地下用热平衡分析、经济技术分析后评价合理的前提下,用地源热泵空调系统替换原有的低效系统能够获得高效、低能源消耗的双收益。

自然通风改造

自然通风是在压差推动下的空气流动。自然通风改造的根本目的就是取代(部分取代)空调制冷系统。通常认为这一取代过程有三大作用:一是提供新鲜空气;二是生理降温;三是释放建筑结构中蓄存的热量。自然通风一般在建筑设计时通过建筑体和建筑群布局、围护结构开口、竖井设置等方式加以考虑和实现。大型公共建筑的自然通风改造则可以通过架设屋顶通风隔热层、增添双层(或三层)玻璃幕墙、改变窗户型式和开启方式等途径来达到节能效果。尤其是双层(或三层)幕墙技术是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术,被誉为“会呼吸的皮肤”。其通风原理是在两层玻璃幕墙之间留一个空腔,空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季,关闭进出风口,双层玻璃之间形成一个“阳光温室”,提高围护结构表面的温度;夏季,打开进出风口,利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风,使玻璃之间的热空气不断的被排走,达到降温目的。在节能上,双层通风幕墙由于换气层的作用,比单层幕墙在采暖时节能42%~52%,在制冷时节能38%~60%。

负荷匹配改造

大型公共建筑的冷热源与使用负荷不匹配而造成系统低效运行的情况在实际使用中比较常见。造成负荷不匹配的原因主要有两个方面,一是设计时冷热源设备本身余量较大;二是使用需求发生变化,而冷热源供应设备却没有相应改变。对于第一种情况,只需要对冷热源设备本身进行调整即可。第二种情况在空调、锅炉、供暖系统中比较常见,相对比较复杂,解决途径主要有两种途径,一是对需求进行调整,如锅炉由连续供应改为间断供应等;二是对设备进行调整,通常是根据现有冷热源设备,增配若干台小负荷设备,并调整运行策略,使系统高效运行。

直燃机、锅炉烟气余热回收改造

在大型公共建筑中较多采用直燃机、锅炉等设备供热。为保护燃烧设备,目前的天然气锅炉或直燃机温度一般都在150℃甚至200℃以上,且很少采取措施来降低排烟热度,大量的热能被排放到大气中,既浪费能源又污染环境。通过对燃气锅炉进行烟气余热回收改造,可提高锅炉效率3%~8%,同时降低了污染物的排放量[6]。烟气余热回收系统回收的热量,可以用作预热锅炉系统的补水或生活热水补水。燃气锅炉烟气热回收技术是通过增加燃气锅炉的尾部烟气受热面,降低锅炉排烟温度,将高温烟气的热能回收。图3是一个典型的烟气余热回收利用系统。 该系统由热管节能器、水箱、循环水泵、控制系统等组成,在锅炉排烟出口安装一台热管节能器回收烟气余热,将锅炉给水进入节能器加温后进入软化水箱实现余热回收利用。系统可实现全自动化运行模式,通过采集烟温来控制循环水泵的启停,实现水泵启停与锅炉运行同步,确保水箱运行温度在40~60℃。该烟气余热回收利用系统安全可靠,节能减排效果明显。

电气节能改造

电气节能可以主要从三个方面来进行,一是安装电能质量改善设备。谐波和无功功率的大量存在,不仅会给大型公共建筑的电气设备正常使用带来不利影响,也会干扰电力计量。通过安装改善电能质量的设备可以有效改善公共建筑的用电质量。二是采用电梯动能回馈节能技术。变频调速器通过电动机可以将电梯减速,轿厢和对重平衡块的质量差带来的电梯运行时的机械能转变成电能,存储在变频器直流环节的大电容中,通过有源能量回馈器将大电容中存储的电量无消耗地回送给电网。这样既达到节电目的,又无耗电发热大功率电阻,大大改善了系统的运行环境。三是扶梯节能控制改造。在扶手电梯的入口处增加载客感应器,无乘客到达时停止运行。当有乘客到达入口感应区域时,电梯自动起动运行。在一个运客周期后若无新乘客到达,电梯自动停止运行。扶梯节能控制系统节能效果显著,通常节能效率可达20%~60%。

Low-e玻璃和热反射玻璃

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对于遮阳型Low-e玻璃,在夏季可以明显降低供冷负荷,在冬季会在一定程度上增加供暖负荷,因此,比较适用于南方以供冷为主的地区采用。但是,即使是在供暖能耗较大的北方地区(如:北京),对于部分窗墙比较大的公共建筑,由于供冷所需电的能源价格要高于锅炉供暖所需的天然气价格,从全年节能率和投资回收期来看,仍然不失为一项不错的节能改造技术。

关于高透型Low-e玻璃和热反射玻璃,对于位于长江中下游(如:上海)和南方地区(如:广州),冬季不需要集中供暖地区的建筑,并没有必要一味追求使用低传热系数的Low-e玻璃,采用价格较为便宜的热反射玻璃完全可以达到和高透型Low-e玻璃接近的节能效果,经济性会更好。

分项计量改造

能耗数据分项计量是实施能耗监测和管理的基础性工作。分项计量包括能耗数据的采集、传输和处理三个环节,其中传输环节最为关键。数据采集需要安装电表、水表、燃气表等计量表具,一般采取直读数。数据的传输分有线和无线两种方式,一般情况下采用有线传输方式,部分布线距离较长施工难度大的情况采用无线传输技术,两种传输方式可以组合使用。有线传输有RS485、电力载波、TCPIP等多种技术途径,其中RS485技术成熟,传输稳定,使用最常见。在组网规模较大的情况下可采用RS485和TCPIP协议相结合的方式,下层用RS485总线制拓扑,上层用TCPIP星形拓扑,两者通过异步串口通讯服务器联接。上层TCPIP协议可以利用已有的宽带或办公自动化网络,减少布线规模,节省成本。能耗数据的无线传输也有很多成熟的方案可供选择,且应用越来越普遍。数据的处理主要是通过软件实现,包括数据库和用户端软件。中小型数据库可采用SQL sever系列,用户端软件一般要设计登录权限、仪表实时监测、历史数据查询、能耗图形分析、能耗明细统计、能耗超标预警等功能,此外,根据用户需要还可以定制一些特殊功能。

节能灯具、自然采光

照明系统的节能潜力较大,特别是更换节能灯具,无论是针对办公建筑还是针对商场建筑,其节能效果都非常好,因此值得大力推广。值得注意的是,对于日光照明技术,其在既有建筑改造中难度较大(受既有建筑的窗的采光性能所限),而对于新建建筑,在条件允许的情况下(如窗户采光性能较好),应尽量采用该技术,以减少大量照明能耗。

照明系统节能改造大型公共建筑物照明包括室内照明、室内公共区照明、室外照明(包括景观照明、庭院照明、广告照明、航空障碍灯照明等)、应急照明等。照明节能改造主要有两种方式:一种是采用高效节能型光源,一般可实现节能50%以上的效果。如将白炽灯换成节能灯、将T8灯管换成T5灯管或者LED灯等,这类改造工程量较小,易于实现。另一种是采用智能照明控制系统,通过智能化照明管理达到节能效果,这一类改造通常可以实现节能20%以上。如采用分区控制,通过线路改造减少照明控制分区,增加控制回路,根据需要开关灯。此外,在公共走道、楼梯间、卫生间等部位综合采用声、光、红外等控制手段,在某些能耗较高的照明区域通过设计时钟、场景、动静等探测控制照明开启等方式都可以达到节能效果。

冷却塔供冷技术

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对于寒冷地区、夏热冬冷地区冬季及过渡季节需要供冷的建筑,非常适合采用冷却塔供冷技术,该技术投资少、见效快。直接式系统的节能效果明显优于间接式系统,但是需要注意的是直接式可能存在的诸多负面影响(冷却水的污染堵塞及腐蚀),在工程实践中应用需要仔细斟酌。

水泵变频技术

虽然水泵变频技术的全年节能率不高(节能率低于10%),但是由于其投资低(仅需增设水泵变频器),因此投资回收期也短,适宜在条件合适的既有建筑改造工程中推广。

中央空调系统变频调速改造

中央空调系统的冷冻水泵和冷却水泵的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的,留有一定的设计余量。在没有使用调速的系统中,水泵全年在工频状态下全速运行,只能采用节流或回流的方式来调节流量,产生大量的节流或回流损失,且增加了水泵电机的负荷,造成了大量的电能浪费。由流体力学理论可知,若离心式流体传输设备的转速为n,则输出流量Q∝n;输出压力P(扬程)∝n 2;输出功率N∝n 3。由此可知,降低水泵的转速,水泵的输出功率就可以下降更多。如电机工作在低频40Hz与高频50Hz时的输出功率之比为:(40/50)3=0.512。 实践也证明,通过采用变频技术改变中央空调系统水泵转速来调节管道流量,以取代阀门调节及回流方式,一般节电率都在50%左右,节能效果明显。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节,并可延长机组及管组的使用寿命。

排风热回收技术

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排风热回收技术比较适合应用于冬季有较大供暖能耗的建筑,比如应用在北方地区(如:北京)的办公型建筑时,会有比较好的节能效果和经济性;而对于商场建筑,由于其冬季基本不需要供暖,因此使用该技术的节能效果一般。

康沃思物联以能耗管理平台、楼宇自控、IBMS、智慧照明等系统为核心,以智慧科技为楼宇赋能,使传统建筑从单一冰冷的钢筋水泥演变成可感知、有温度、会思考的“智慧生命体”。

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作为建筑智能化运营的创新实践者、国产楼宇自控方案提供商,康沃思物联从创立之初便以实现建筑节能减碳为目标,积极投身节能减碳事业,在公共建筑节能领域积累了丰富项目经验,通过自主研发软硬件产品,为建筑提供科学的智慧能源管理解决方案,赋能建筑能源管理,筑就绿色智慧建筑。

近年来,公司在办公、酒店、医院、文教、交通枢纽、大型场馆等公共建筑领域不断探索和实践,拥有众多建筑节能绿色改造项目成功案例,积极推动我国建筑节能事业发展和双碳目标实现。

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