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公共建筑节能改造论文

1引言

本工程节能改造设计紧紧跟踪国内外先进建筑节能技术发展方向,立足西北地区气候、地理、水文等实际条件,积极探索可再生能源建筑一体化应用技术,在综合办公实验楼改造中采用了一系列先进的技术与产品,进行了有益的尝试和探索。

2工程概况

该综合试验楼始建于1987年,包括主楼一栋,附属建筑三栋,总建筑面积10800m2,主楼高度31.5m,为八层框架结构。建筑抗震设防执行《工业与民用建筑抗震设计规范TJ11-78》。距今23a,经全面检测,结构基本完好,能够继续使用多年,是典型的既有公共建筑。主要功能为:试验、办公、会议、多功能会议厅及配套设施等。

3技术目标

⑴建筑节能目标≥65%。⑵采暖-制冷低能耗。⑶建筑生活污水零排放。

4应用技术

4.1泡沫玻璃外墙外保温体系。建筑外围护结构外墙外保温体系采用了泡沫玻璃为保温层的构造形式,该材料为A级不燃烧材料,正常使用温度可达500℃。融合了建筑保温与防火安全两方面的性能,代表了未来外墙保温发展的新趋势。4.2太阳能光热与土壤源热泵复合采暖(制冷)系统。针对北方地区冬季采暖期长、夏季制冷期短,可能导致土壤源温度场热不平衡的特点,采用光热系统补充温度,达到热平衡,突破了北方地区土壤源热泵的技术推广的瓶颈制约。4.3太阳能光伏发电。北方地区普遍太阳能资源较丰富,兰州所处的地理位置,显示其太阳能资源为II类区,为太阳能资源较丰富区,为此在整个体系中设计了发电功率为50.05kWh的光伏电站,电池组采用多晶硅电池板,系统转换效率16%以上,年发电量为6.5万kWh。可以提供建筑物大部分的用电量。4.4中水回用系统。针对北方地区和我国大部分城市普遍水资源缺乏的现状,积极探讨中水回用的技术体系。将办公实验综合楼的生活污水进行回收后进行处理,处理后的水用于植物浇灌、洗车等用途,节约了用水量。4.5综合布线与智能化用能管理。通过系统设计,将电线、网线、电话线等线路综合布置,方便维护,减少线路长度。同时,对主要的节能系统进行动态在线管理,通过各种技术手段实现长期的运行监测,积累数据,为今后既有建筑节能改造提供更为完善的技术支撑。

5效果分析

5.1外围护结构。建筑外窗的气密性等级达到了国家标准《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107中规定的4级。未采取节能措施前每采暖季耗标煤332t,改造后采用地源热泵,不消耗燃煤(表1)。5.2太阳能光伏电站。每年发电约6.5万度,光伏电站基本是免维护的,其使用寿命为25a以上,按照使用25a计算,可累计发电162.5万度。基本解决了本单位的大部分用电需求。5.3土壤源热泵。每年直接节约的取暖费及管道维护费用约为25万元。5.4中水回用技术。每年节约用水约2000t。5.5环境影响分析。本项目不向环境产生新的排放物,对环境友好。同时,在运行过程中,还会对环境产生好的积极影响。太阳能光伏电站每年节标准煤24.59t,直接减少CO2排放71.29t。土壤源热泵每年节约减少排放NOx24.4t,减少耗煤400t以上,同时直接减少CO2排放1176t,减少SO2排放40t。对减少环境压力有着显著的作用,具有显著的环境效益。

6应用价值

6.1市场需求我国幅员辽阔,地域宽广。从北到南分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。我国严寒地区、寒冷地区以及夏热冬冷地区的部分城镇冬季都需要采暖,采暖燃煤对大气造成严重污染。与此同时,我国大部分地区夏季炎热,近年来气候变暖但冻害加剧,使得空调日益普及,建筑空调能耗正在迅速增加。国家大力提倡建设绿色智慧城市,打造优美生态环境,构建蓝绿交织、清新明亮、水城共融的生态城市。其核心就是“绿色、生态”。而从县城级别到国际都市,公共基础设施及楼宇建设不可避免,因而绿色节能建筑将是首选。住建部发布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》,旨在建设节能低碳、绿色生态、集约高效的建筑用能体系。规划提出,“十三五”时期,城镇新建建筑中绿色建筑推广比例大幅提高,既有建筑节能改造有序推进,可再生能源建筑应用规模逐步扩大。节能改造面临巨大的市场投资机遇,行业有望迎来新的发展契机。6.2项目的技术特点及优势。无机外保温材料-泡沫玻璃的使用不仅可以达到保温节能的效果,最主要的是该种材料为A级不燃烧材料。防火性能优良,该材料的使用符合建筑物的防火安全规范要求。太阳能光伏电站设施具有较高的发电效率,使用太阳能这一清洁能源可以基本满足本单位年度的耗电量要求。土壤源热泵系统用于采暖、制冷,直接减少对煤炭的消耗,节能减排效果明显。太阳能光热补温系统,突破了北方地区土壤源热泵的技术推广的瓶颈制约。中水回用系统,节约了用水量。综合布线与智能化用能管理,为今后既有建筑节能改造提供更为完善的技术支撑。开发了用于土壤源热泵系统打井使用的专用设备。形成了具有先进技术力量的打井施工队伍。开发了用于土壤源热泵系统地埋管钻孔的回填材料,填补空白。对土壤源热泵系统周围地层温度进行实时监控,研究土壤源热泵系统使用过程中对周围环境的影响范围及幅度。总之,本项目不产生其他排放,并在建筑物使用过程中,直接减少对化石能源的消耗,节能效果显著。本项目完成后,建筑物外墙保温性能预计达到70%。高于国内最高的65%的标准,是一个标准的节能工程。同时,节约用电7万度/a,节约用水2000t/a,至少节约用煤356t(标准煤)/a。具有显著的节能降耗示范效应。6.3可复制性该示范项目1987年建造,建筑面积10800m2,占地面积1358.74m2,主楼为八层框架建筑,高度31.5m,附属建筑均为两层框架结构,建筑物抗震设防执行TJ11-78《工业与民用建筑抗震设计规范》。使用功能:办公、实验、会议及多功能会议厅等,几乎涵盖了绝大多数既有公共建筑的使用功能、结构类型及工程做法,在甘肃省乃至西北地区具有广泛的代表性。本改造工程将数项节能技术集成应用于一个项目并有所创新和突破,实现了夏季低能耗、冬季超低能耗的目标,实为可复制性示范工程。7思考与启示高速城镇化改变了人们的生活方式,大规模的建设增加了物质的消耗,而工业文明的惯性依然在深刻地影响着人们的思维和行为。这些最后都集中体现在对能源的消耗上。据测算,目前建筑能耗约占我国全社会总能耗的28%,到2020年以后建筑能耗将占总能耗的30%~40%,成为全社会第一能耗大户,这意味着我国建筑节能的形势非常严峻,同时也面临着前所未有的机遇,有着广阔的发展空间。建筑物运行能耗是建筑物的主要耗能项,而公共建筑的运行能耗尤其惊人。建筑能耗日益受到专家和社会的瞩目。建筑节能已经成为一个关系社会经济可持续发展、关系百姓切身利益的综合性课题。在这个基础上,除了要考虑供热系统的能耗减损以及外保温体系的完善之外,还要考虑可再生能源的利用。其中有代表性的,就是:土壤源热泵、太阳能光伏发电和太阳能光热技术。外墙保温体系是目前建筑节能中通行的保温手段。从近年的使用情况来看,有机保温体系的缺点是显而易见的,出于建筑安全性的考虑(包括防火、有毒害气体和保温体系的耐久性等问题),为了改善和弥补这些不足,大力发展无机非金属保温材料,是外墙保温发展的一个趋势。既有建筑改造在实践中遇到的问题比新建建筑要多得多,单一解决方案往往不能有效地解决问题,为此,需要有一系列适用于不同节点构造要求的处理方法及配套的材料技术和施工技术作为支撑,否则,很难完成改造任务。在日益发展、高楼林立的城市中,要完全借鉴传统建筑的经验是有难度的。人们面临的现实情况和需求都与传统社会有了根本的不同,因此,建筑节能也只能在一定范围里和某些方面借鉴传统技术经验,更多的是要依靠科技创新。换言之,科技创新将是现代建筑节能的重要力量,相关的高新技术和高科技产品也会在节能建筑中广泛应用。

参考文献:

[1]李志斌,钱霞.大型公共建筑节能改造措施和效果分析[J].建筑节能,2009(6).

[2]公共建筑节能改造技术规范[S].JGJ176-009.

[3]戴从娟.太原市既有公共建筑节能改造适用技术研究[J].科学之友,2010(1).

作者:周真 单位:甘肃土木工程科学研究院

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